PL198527B1 - Urządzenie do mieszania płynnych lub zawiesinowych mediów, a w szczególności mediów o dużej lepkości - Google Patents

Abstract

1. Urz adzenie do mieszania p lynnych lub zawiesinowych mediów, a w szczególno sci mediów o du zej lepko sci maj ace zbiornik z Pio- nowym, obrotowym mieszad lem zaopatrzonym w co najmniej dwa promieniowe elementy mie- szaj ace maj ace kszta lt rury z otwartymi ko nca- mi, które co najmniej na cz esci swej d lugo sci maja kszta lt sto zka skierowanego ko ncem o wi ekszej srednicy w kierunku obrotów mie- szad la, przy czym srodkowa o s elementu mie- szaj acego jest nachylona pod k atem w stosun- ku do p laszczyzny obrotu, a elementy miesza- j ace maj a kszta lt srubowych spirali, znamienne tym, ze ramiona (4) wraz z odchodz acymi od nich spiralami (6) s a uformowane integralnie z jednego kawa lka materia lu jako monolityczna cz esc mieszad la. PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy urządzenia do mieszania płynnych lub zawiesinowych mediów, a zwłaszcza mediów lepkich. Urządzenie można stosować do mieszania płynów o małej i dużej lepkości. Urządzenie w szczególności nadaje się do mieszania płynów o bardzo wysokiej lepkości i ponadto może być stosowane do mieszania zawiesin ciał stałych.

Tego typu urządzenie jest znane z DE 39 01 894 C2. Ma ono zbiornik mieszczący medium o dużej gęstości z pionowym, z obrotowym wałem ułożyskowanym promieniowo na jego dolnym końcu, powyżej którego są zamocowane elementy mieszadła. Wokół mieszadła jest umieszczona rura, która jest zamocowana w pewnej odległości od dna mieszalnika. Rura ma częściowo stożkowy kształt zwężający się ku górze i rozszerzający się w kierunku dna mieszalnika. Środkowe osie elementów mieszających są pochylone w stosunku do płaszczyzny obrotu. Podczas obrotu wału elementy mieszające powodują przepływ medium. Pochylenie elementów mieszających powoduje cyrkulacyjny przepływ medium w mieszalniku.

W przypadku jednak mediów o dużej lepkości istnieje niebezpieczeństwo zakorkowania stożkowej rury mieszadła i zatrzymania przepływu medium przez elementy mieszające, a tym samym zatrzymania cyrkulacji medium w mieszalniku. Tego typu zjawisko zatrzymuje proces mieszania medium.

W patencie SU 1681930 opisano mieszalnik z pionowym wałem na końcu, którego w pewnej odległości od dna jest zamocowane mieszadło. Ma ono cztery ramiona wyprofilowane w kształcie połączonych wierzchołkami liter S, a na końcu ramion są umieszczone rury w kształcie leja skierowanego szerszym końcem w kierunku środka mieszadła. Mieszadło podczas obrotu powoduje ruch poziomy medium wokół mieszalnika i dodatkowo cyrkulacyjny ruch pionowy pomiędzy lejem i dnem mieszalnika oraz pomiędzy lejem i górną częścią mieszanego medium. W alternatywnym rozwiązaniu leje są rozszerzone z dwóch przeciwległych stron.

Patent rumuński RU 2001765 opisuje mieszadło, na którego obwodowym okręgu są rozstawione w różnych konfiguracjach stożkowe spirale. Spirale te są rozstawione na przykład dookoła obwodu, jedna za drugą, schodkowo jedna za drugą, promieniowo, szerszym końcem na zewnątrz oraz w jednym lub w dwóch pionowych rzędach.

Mając na uwadze powyższe, zadaniem wynalazku jest ulepszenie elementu mieszającego tak, aby media o wysokiej lepkości nie zakorkowywały mieszadła i mogły być dobrze wymieszane.

Urządzenie do mieszania płynnych lub zawiesinowych mediów według wynalazku, a w szczególności mediów o dużej lepkości mające zbiornik z pionowym, obrotowym mieszadłem zaopatrzonym w co najmniej dwa promieniowe elementy mieszające mające kształt rury z otwartymi końcami, które co najmniej na części swej długości mają kształt stożka skierowanego końcem o większej średnicy w kierunku obrotów mieszadła, przy czym środkowa oś elementu mieszającego jest nachylona pod kątem w stosunku do płaszczyzny obrotu, a elementy mieszające mają kształt śrubowych spirali, charakteryzuje się tym, że ramiona mieszadła wraz z odchodzącymi od nich spiralami są uformowane integralnie z jednego kawałka materiału jako monolityczna część mieszadła. Grubość drutu spirali korzystnie jest w przybliżeniu równa szerokości otworu pomiędzy dwoma zwojami spirali, a kąt nachylenia środkowej osi elementu mieszającego korzystnie wynosi 10 do 20°. Stosunek średnicy wlotu do wylotu elementu mieszającego korzystnie wynosi pomiędzy 1,5 i 3,0.

Element mieszający korzystnie jest umieszczony w trzeciej, dolnej części pojemnika.

W porównaniu do znanych w technice mieszalników, urządzenie według wynalazku ma szerszy zakres zastosowania do mieszania różnych mediów. W urządzeniu według wynalazku na przykład można mieszać media o bardzo wysokiej lepkości bez ryzyka zakorkowania masy w mieszalniku. Dzięki temu urządzenie według wynalazku jest w szczególności stosowane do mieszania bardzo lepkich mediów. Można w nim również dobrze wymieszać zawiesiny zawierające dużą ilość substancji stałych, a także media pastowate przy zachowaniu parametrów mieszania przyjaznych dla znajdującego się medium. Dobre wymieszanie medium uzyskuje się przy małym zużyciu energii i w bardzo krótkim czasie, utrzymując warunki przyjazne dla mieszaniny, nawet przy stosowaniu pojemników o różnym geometrycznym kształcie. Elementy mieszadła mają minimalny moment startowy, niską prędkość obrotową i powodują doskonałe wymieszanie nawet przy laminarnym przepływie medium w mieszalniku. Te efekty mieszania uzyskuje się dzięki dwukierunkowemu przepływowi komponentów, to jest po pierwsze: różnicy przepływu pomiędzy środkowym wejściem strumienia i zewnętrznym strumieniem oraz wyjściem strumienia ze stożkowego elementu mieszającego; i po drugie: promieniowemu przepływowi medium w kierunku do góry przez otwory stożkowego elementu mieszającego. W wyPL 198 527 B1 niku ustawienia elementów mieszających pod kątem, główny strumień jest przepychany od środka do góry i stycznie do ścian pojemnika. W tym samym czasie nachylone pod kątem stożkowe elementy mieszające przepychają promieniowy strumień pod kątem w prawo w stosunku do osi obiegających elementów. Jak opisano powyżej, parametry mieszania w urządzeniu według wynalazku różnią się od przedstawionych w technice mieszalników, a w szczególności według wynalazku stosuje się znacznie mniejszą szybkość obrotową i odpowiednio mniejszą moc silnika oraz uzyskuje się większą efektywność mieszania. Dzięki utworzeniu turbulentnego przepływu medium w różnych kierunkach, zapobiega się rotacyjnemu przepychaniu medium, a ponadto siła mieszadła jest wykorzystywana wyłącznie do generowania zawirowań płynu. Nie zużywa się energii na pokonanie sił zakłócających przepływ płynu.

Ukształtowanie spirali mieszającej według wynalazku jest korzystne, ponieważ symetria jej otworów powoduje jednakowy, radialny przepływ w poprzek szerokości powierzchni mieszalnika.

Dzięki temu, że pomiędzy zwojami spirali są rozmieszczone otwory w obwodowym obszarze powierzchni, uzyskuje się większe radialne mieszanie medium. Otwory mogą być w szczególności obwodowo oddalone od siebie.

Obwodowy kształt stożkowych elementów mieszających jest utworzony przez spirale z drutu. Dzięki temu element mieszający ma otwartą strukturę i na przykład podziarno, które korkuje spiralny element może być z niego usunięte promieniowo na zewnątrz przez otwory pomiędzy zwojami sprali.

Dodatkową korzyścią rozwiązania według wynalazku jest możliwość produkowania elementu mieszającego w bardzo prosty sposób. Dzięki odpowiedniemu dobraniu grubości drutu spirali do szerokości szczelin pomiędzy jej zwojami, uzyskuje się optymalny stosunek pomiędzy osiowym i promieniowym przepływem medium.

Człon mieszadła mający ramię z elementem mieszającym może być produkowany w jednym kawałku w technicznie prosty sposób, na przykład z jednego kawałka drutu, przy czym grubość ramienia jest taka sama jak grubość spirali.

Nachylenie pod kątem elementu mieszającego w stosunku płaszczyzny obrotu powoduje optymalny mieszający przepływ medium.

Przykład wykonania urządzenia według wynalazku jest pokazany na rysunku, na którym fig 1 przedstawia schemat mieszalnika i kierunki przepływu medium, fig. 2 - widok z góry mieszadła z fig. 1, fig. 3 - przekrój wzdłużny elementu mieszającego do laminarnego mieszania medium przy małym początkowym przepływie turbulentnym, fig. 4 - widok od dołu elementu mieszającego z fig. 3.

Urządzenie do mieszania ma cylindryczny zbiornik 1 w którym jest zamocowany wał 2. Wał 2 ma na swym górnym końcu złącze 3 łączące wał 2 z niepokazanym silnikiem. W pokazanym na rysunku wykonaniu wał 2 jest umieszczony pionowo, jakkolwiek jest również korzystne pochylenie wału 2 pod kątem. Wał 2 ma na swym dolnym końcu cztery ramiona 4 rozmieszczone promieniowo w odstępach od siebie dookoła jego osi. Na przednich końcach ramion 4 są uformowane elementy mieszające 5, które mają kształt spirali 6 wykonanej z drutu. Spirale 6 wykonane z drutu tworzą obwodową powierzchnię ściętego stożka. Pomiędzy zwojami spirali 6 utworzone są otwory 7. Obydwa końce stożkowej spirali 6 są otwarte. Jak pokazano na fig. 3 środkowa oś M spirali 6 jest nachylona pod kątem α w stosunku do obrotowej płaszczyzny elementu mieszającego 5. Ramie 4 i spirala 6 elementu mieszającego 5 są wykonane z jednego kawałka materiału. Ponadto elementy mieszające 5 są zamocowane do wału 2 w jednakowej odległości od siebie tak, że cztery ramiona z elementami mieszającymi są takie same.

Podczas pracy mieszalnika obrotowy wał 2 wraz z elementami mieszającymi 5 umieszczonymi na końcach ramion 4 obraca się dookoła napędzany silnikiem elektrycznym. Elementy mieszające 5 mają szersze końce skierowane w kierunku obrotów wału 2.

Podczas obrotu wału 2 elementy mieszające 5 powodują zmianę przepływu medium w kierunkach pokazanych na fig. 3 i 4. Środkowy strumień Vi przepływa w sposób laminarny przez stożek spirali 6 elementu mieszającego 5. Inna część strumienia V3 jest odchylana na zewnątrz przez czołową powierzchnię spirali 6. Część strumienia V5 na zewnętrznej powierzchni spirali 6 opływa spiralę 6. Działanie mieszające powodują głównie dwa strumienie utworzone podczas przepływu medium. Przede wszystkim różnica przepływu jest utworzona pomiędzy strumieniami V1, V3, V5 i wyjściem strumienia V₂. Ponadto jest drugi promieniowy strumień V₄ powodujący odchylenie jego przepływu przez skierowane do góry ciśnienie występujące w otworach 7 zwojów spirali 6.

Jak pokazano na fig. 1 pochylenie elementów mieszających 5 powoduje ciągły kołowy strumień Z skierowany do góry w pobliżu ścian pojemnika 1 i osiowo do dołu w pobliżu wału 2, gdzie przechodzi przez otwory ramion 4. Intensywność przepływu tego strumienia zależy od wielkości kąta nachylenia α.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do mieszania płynnych lub zawiesinowych mediów, a w szczególności mediów o dużej lepkości mające zbiornik z pionowym, obrotowym mieszadłem zaopatrzonym w co najmniej dwa promieniowe elementy mieszające mające kształt rury z otwartymi końcami, które co najmniej na części swej długości mają kształt stożka skierowanego końcem o większej średnicy w kierunku obrotów mieszadła, przy czym środkowa oś elementu mieszającego jest nachylona pod kątem w stosunku do płaszczyzny obrotu, a elementy mieszające mają kształt śrubowych spirali, znamienne tym, że ramiona (4) wraz z odchodzącymi od nich spiralami (6) są uformowane integralnie z jednego kawałka materiału jako monolityczna część mieszadła.
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że grubość drutu spirali (6) jest w przybliżeniu równa odległości pomiędzy dwoma zwojami spirali (6).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że kąt (α) nachylenia środkowej osi (M) elementu mieszającego (5) wynosi 10 do 20°.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że stosunek średnic na wejściu i na wyjściu elementu mieszającego wynosi pomiędzy 1,5 i 3,0.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że element mieszający (5) jest umieszczony w dolnej trzeciej części zbiornika (1).