FI79037B - Metod foer omroerning av vaetskor. - Google Patents

Description

1 79037

Menetelmä nesteiden sekoittamiseksi

Sekoitettaessa nesteitä potkurisekoittimella on tähänasti käytetty pääasiassa kahta menetelmää. Toisen 5 menetelmän mukaan potkuri on asetettu pystysuoraan tai hiukan kaltevaan käyttöakseliin, kun taas toisen menetelmän mukaan potkuri on asennettu pääasiallisesti vaakasuoraan käyttöakseliin, jolloin käyttölaite sijaitsee astian ulkopuolella. Molemmissa em. menetelmissä pyri-10 tään välttämään kiertoliikettä astian symmetria-akselin ympäri, koska se huonontaa sekoitustehoa.

Energian säästämiseksi sekoituksessa pyritään toimimaan mahdollisimman paljon etenevän (translatoorisen) liikkeen alueella, sillä energia pyörteisessä (turbulen-15 tissa) muodossa omaa huomattavasti heikomman leviämisky-vyn. Pyörreliikkeet saavat olla vain niin suuria, kuin tarvittava sekoittuminen vaatii. Tästä johtuen astiassa pyritään saamaan sellainen kiertoliike, johon keskialue ottaa osaa, mutta jossa ei esiinny tarpeettoman suurta 20 mikropyörteisyyttä.

Vaikeus saada aikaan sellaista virtausta kasvaa, jos nesteessä on saostuneita hiukkasia, koska ne hakeutuvat kohti keskialuetta ns teekuppi-ilmiön seurauksena. Tähän asti käytetyissä menetelmissä ainehiukkaset eivät 25 ole päässeet pois keskialueelta siinä tapahtuvan liian vähäisen väliaineen vaihtumisen vuoksi (kuv. 1). Sen-vuoksi on haluttu asettaa sekoitin astiaan poikittain käyttämällä akselia, joka on vaakasuorassa asennossa tai enintään 10 asteen kulmassa astian halkaisijaan nähden. 30 Näin astiaan ei muodostu keskustan kuollutta vyö hykettä ja myötäpyöriminen estyy. Osoittautuu kuitenkin, että kaksi uutta kiertokeskusta muodostuu sekoittimen virtauskeskilinjan molemmin puolin.

Pystyakselityyppistä sekoitinta käytettäessä kes-35 kustan kuolleen vyöhykkeen muodostuminen voidaan välttää 2 79037 jarruttamalla myötäpyörimistä astian sivustoille asetetuilla levykkeillä (kuv. 2). Näin aikaansaadaan ylös-tai alaspäin liikkuvasta keskivirtauksesta tietyssä määrin hallittu rengasmainen (toroidimainen) kierrevir-5 taus sekä vastakkaissuuntainen kehävirtaus ja yhdistettynä jarrutettu kiertoliike.

Tällä menetelmällä on kuitenkin useita haittapuolia. Osittain siksi, että on käytettävä pitkää potkuriosaa, josta seuraa rasituksia moottoriin ja vaihdelaatikkoon.

10 Osittain siksi, että hidaskäyntistä potkuria käytettäessä astia täytyy varustaa kalliilla levykkeillä, jotka kuluttavat usein enemmän energiaa kuin tarvitaan itse sekoit-tamisprosessiin.

Toinen tapa ratkaista vaikeus keskiosan mukaansaa-15 miseksi sekoittumiseen on suihkuttaa tähän alueeseen ilmaa, jolloin syntyvät sekundaarivirtaukset varmistavat aineen vaihtumisen ja vähentävät saostumista. Nyt tuottaa kuitenkin usein vaikeuksia sekoittimen värähteleminen, joka johtuu ilman vaikutuksesta potkuriin sekä astian geomet-20 rian ja potkurin hydraulisesta yhteydestä. Tämä on ratkaisu varustamalla potkuri renkaalla, joka pidättää säteis-virtoja ja estää ilmaa virtaamasta potkurin painepuolelta imupuolelle.

Ilman puhaltaminen nesteeseen on tiettävästi kannat-25 tavaa vain jos nesteen hapettaminen on tarpeellista tai toivottavaa sekoituksen aikana.

Keksinnön mukaan on kuitenkin mahdollista käyttää vapaasti, ilman rengasta, vaakasuorassa pyörivää ja astian syvyyteen nähden suurihalkaisijaista potkuria siten, 30 että aikaansaadaan sellainen yhteisvaikutus myötäpyörimi-sen, potkurin päävirtauksen ja vapaiden kärkipyörteiden kierron välille, että sekoittumista tapahtuu astian keskustassa ja jolloin kärkipyörteet pyyhkäisevät spiraali-maisesti astian pohjakerrosta estäen saostumisen. Tämä 35 saadaan aikaan muotoilemalla potkuri erikoisella tavalla astian muotoon sopivaksi. Keksintöä, joka mahdollistaa li 3 79037 energiaa säästävän ja tehokkaan sekoittamisen ilman potkurin värähtelyltä, selostetaan lähemmin seuraavassa oheisten kuvioiden avulla.

Tarkasteltaessa siiven kärkeä (kuv. 3) suorassa 5 nestevirtauksessa, havaitaan, että syntyy kärkipyörre, joka johtuu ylipaineesta kärjen alapinnalla ja alipaineesta sen yläpinnalla. Tämä kärkipyörre seuraa nesteen vanavedessä. Tätä ylivirtausta voidaan vastustaa siiven pääty-levyjen avulla mutta levy vuorostaan synnyttää pyörreil-10 miön, joka kumoaa edellämainitun kärkipyörteen eliminoimisesta saavutetun hyödyn.

Tutkittaessa potkuria, johon liittyy rengas (kuv. 4) havaitaan, että neste jättää potkurin kierteenmuotoista rataa pitkin ja kiertyminen johtuu potkuriakselin vääntö-15 momentista. Jos rengas jää pois syntyy kärkipyörre. Tämä on vastakkainen päävirtauksen kiertymiselle ja jos pyörre saa suuren laajuuden se aiheuttaa merkittävää häviötä sekä tekee potkurin virtauksen hajanaiseksi (kuv. 5). Ongelma korostuu jos potkurin halkaisija on suuri vesisyvyyteen 20 nähden, koska olosuhteet vaihtelevat suuresti kun potkurin lapa on hetkellisesti vaaka- tai pystyasennossa.

Keksinnön mukaisesti potkuri muotoillaan kärkipyörteen rajoittamiseksi siten, että pyörre saadaan liikkumaan päävirtauksen sylinteripintaa pitkin kierteen muotoi-25 sesti. Kärkipyörre on myös mahdollista mitoittaa vastaamaan pääosin astian pohjan rajakerrosta sekä järjestää se pyyhkäisemään rajakerrosta kierteisesti, jolloin saostuminen estyy tai saostuneet hiukkaset hajoavat uudelleen.

Kärkipyörteen suuruus vapaavirtauspotkurissa riip-30 puu paine-erosta potkurilapojen pinnoilla kärkien luona ja siten myös lavan vetovoimakeskuksesta. Koska vetovoima on verrannollinen dynaamiseen paineeseen, saatava nostovoima tietyllä pinnalla on verrannollinen keskustaan mitatun säteen neliöön. Tavanomaisesti muotoillussa potkurissa kär-35 jillä on senvuoksi hyvin suuri nostovoima. Muotoilemalla 4 790S7 kärjet voimakkaasti ellipsimäisiksi ja sijoittamalla lavan pinta lähemmäksi keskustaa voidaan kärkipyör-rettä rajoittaa toivotulla tavalla. Muotoilemalla potkuri niin, että nostovoimakeskus sijaitsee navasta etäi-5 syydellä, joka vastaa 70 % lavan pituudesta, kärkipyör-teiden halkaisijaksi tulee noin 10 % potkurihalkaisijaeta. Tämä vastaa melko hyvin pohjan rajakerroksen paksuutta sellaisessa astiassa, jossa nestesyvyys on 1,1-1,2 kertaa potkurin halkaisija. Näin mitoitettuna potkurin 10 momentista johtuva kierteinen virtaus tulee riittävän suureksi, jotta neste astian keskiosasta vaihtuu astian halkaisijan ja nestesyvyyden suhteen ollessa alueella 1-5. Suuremmilla suhteilla voidaan sekoittimien lukumäärää lisätä ja saada aikaan vastaava kierreliike ja yllä-15 pitää kärkipyörteen vaikutus pohjakerroksessa.

Edelläesitetyt kuvaukset koskevat pyöreitä astioita. Periaatetta voidaan soveltaa kuitenkin myös soikeisiin astioihin (kuv. 6). Tällaisessa astiassa, jonka päädyissä vallitsee kiertovirtaus ja niiden välissä line-20 aarinen virtaus, on saavutettavissa tietynlaista hyötyä väliseinän luona tapahtuvasta kärkipyörteiden ylivirtauk-sesta kun käytetään vapaavirtauspotkuria (kuv. 6). Aivan ylityskohdan taakse väliseinän luo pyrkii muodostumaan kuoliovyöhyke sekä saostumista. Mikäli potkuri muodostaa 25 tällöin erillisiä kärkipyörteitä ne pyyhkäisevät pää-virtauksen kiertoon liittyneinä säännönmukaisesti tätä vyöhykettä hajoittaen saostumat. Samoinkuin pyöreissä astioissa, tärkeää on, että kärkipyörre on pieni suhteessa virtauksen kokonaishalkaisijaan, koska muuten se imeytyy 30 virtaukseen ja lakkaa vaikuttamasta astian pohjaan ja myötävaikuttamasta ohjautumiseen astian päädyissä.

Edellä kuvattua kierteenmuotoista rengasliikettä energiaasäästävänä sekoitusmenetelmänä voidaan kehittää usealla tavalla. Laite voidaan saattaa keinumaan jaksot-35 täisestä vaakatasossa siten, että kierreliikkeen kierty- li s 79037 miskeskus muuttuu ja kärkipyörteet pyyhkäisevät astian pohjaa tasaisemmin. Tällä tavoin säästetään lisää energiaa, koska tarvittava sekoitusteho vähenee.

Eräs toinen tapa vähentää lisää energiankulutusta 5 sekä potkurin kuormitusvaihteluita on säätää potkurin-lavan kohtauskulmaa kierroksen aikana asteittain sen mukaan osoittaako lapa astian keskustaan tai kehän suuntaan. On nimittäin aina olemassa vaara, että potkurinlapa ylikuormittuu keskustassa, jossa virtausnopeus on pienem-10 pi kuin kehän alueella. Yhdessä keinumisliikkeen kanssa tämä säätömenettely tekee mahdolliseksi sovittaa virtaus tarkasti prosessin vaatiman sekoitusvoimakkuuden sekä suspension ylläpitovoimakkuuden mukaiseksi. On luonnollisesti edullista, mutta ei välttämätöntä, että koko yksik-15 kö voidaan upottaa nesteeseen.

Edellä olevassa selvityksessä on viitattu sekoittajaan, jossa on kaksilapainen potkuri. Teoria on kuitenkin käyttökelpoinen kaikille potkureille, joissa on tarKoi-tukseen sopiva määrä lapoja. Vaikutus ei kuitenkaan ole 20 tällöin kovinkaan suuri.

Claims (4)

6 79037

1. Menetelmä nesteen sekoittamiseksi pyöreissä tai soikeissa astioissa potkurisekoittimen avulla, jolla pot- 5 kurisekoittimella on astian nestesyvyyteen nähden suhteellisen suuri halkaisija, tunnettu siitä, että nestettä kierrätetään astian keskiakselin ympäri kierrättämällä sitä samalla renkaanmuotoisen akselin ympäri, joka akseli sijaitsee tasossa, joka on kohtisuoraan keskiakseliin 10 nähden siten, että neste virtaa ylöspäin astian keskustassa ja kierteisellä liikkeellä ulospäin lähellä nestepintaa, vinosti alaspäin astian kehällä ja kierteisellä liikkeellä sisäänpäin astian pohjalla, toisin sanoen astiaa täyttävässä rengasmaisessa liikkeessä ylöspäin suuntautuvalla keski- 15 virtauksella, vaihtoehtoisesti aivan päinvastaiseen suuntaan suuntautuvalla virtauksella, toisin sanoen rengasmaisessa liikkeessä alaspäin suuntautuvalla keskivirtauksella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä nesteen sekoittamiseksi, tunnettu siitä, että sekoittimen 20 potkuri on varustettu pääasiallisesti vaakasuoralla akselilla, etäisyydellä astian keskustasta, pääasiallisesti kohtisuoraan astian säteeseen nähden ja samalla pyörimissuunnalla kuin halutulla nesteen kierrolla on seka, että potkurin halkaisija on 60-80 % astian nestesyvyydestä riitävän vääntävän momentin kohdistamiseksi astian keskustaa ympäröivään kiertävään nesteeseen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä nesteen sekoittamiseksi, tunnettu siitä, että potkuri on sovitettu niin lähelle astian pohjaa, että potkuri- 30 lapojen kärkipyörteet seuraavat astian pohjaa ja interferoi-vat sen rajakerroksen kanssa.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä nesteen sekoittamiseksi, tunnettu siitä, että sekoitin saatetaan heilahtamaan vaakatasossa siten, että rengasmaisen 35 kierreliikkeen kiertokeskus muuttuu.