PL219386B1 - Mieszalnik magnetyczny - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest mieszalnik magnetyczny do mieszania płynów przewodzących prąd elektryczny. Urządzenie może być również stosowane do realizacji procesów kinetycznych.

Znane jest rozwiązanie z opisu UA nr 55 792 przedstawiające aparat do mieszania płynów wykazujących przewodność elektryczną. Mieszalnik wyposażony jest w zewnętrzny generator pola magnetycznego oraz zbiornik wykonany z materiału niemagnetycznego. W objętości roboczej mieszalnika są umieszczone ferromagnetyczne elementy, które w wyniku oddziaływania zewnętrznie przyłożonego stacjonarnego pola magnetycznego ustawiają się zgodnie z kierunkiem działania wektora indukcji magnetycznej. Wytworzony w ten sposób przestrzenny system kanałów umożliwia mieszanie płynu, którego ruch wywołany jest przez zewnętrzne pole magnetyczne.

Przedstawiony w opisie patentowym WO nr 2007/032 472 mieszalnik elektromagnetyczny składa się z trzech uzwojeń umieszczonych wokół cylindrycznego zbiornika mieszalnika. Wirujące pole magnetyczne jest wywoływane przez prąd elektryczny przepływający uzwojeniami. Trzy fazy generują trzy wirujące pola magnetyczne przesunięte względem siebie o 120°, które wprawiają w ruch obwodowy płyn przewodzący prąd elektryczny.

Wytworzone pola magnetyczne w prezentowanych aparatach cechują się silną niejednorodnością wpływającą niekorzystnie na zmieszanie płynu. Celem wynalazku jest usunięcie dotychczasowych niedogodności w istniejących rozwiązaniach i opracowanie konstrukcji mieszalnika magnetycznego umożliwiającego realizację procesu mieszania płynu przewodzącego prąd elektryczny w obszarze burzliwym. Zwiększenie intensywności mieszania można osiągnąć poprzez synergię efektów zewnętrznie zastosowanego wirującego pola magnetycznego, wahliwych przegród i dyfuzorów magnetycznych mających za zadanie wyeliminowanie „martwych stref”.

Mieszalnik magnetyczny według wynalazku, zawierający zbiornik, zewnętrzne trójfazowe uzwojenia elektryczne generujące wirujące pole magnetyczny, łopatki, elementy mocujące, charakteryzuje się tym, że ma wewnętrzne uzwojenia elektryczne usytuowane na dyfuzorach magnetycznych zamocowanych współosiowo w zbiorniku oraz pionowe przegrody z turbinkami umieszczone przy ściance zbiornika. Przegrody wykonane z materiału podatnego na oddziaływanie poła magnetycznego. Wewnętrzne uzwojenie elektryczne dyfuzorów magnetycznych wytwarza stacjonarne, selenoidalne poła magnetyczne powodując w ten sposób, cyrkulacyjny przepływ mieszanego płynu. Sinusoidalny przepływ prądu przez trójfazowe uzwojenie zewnętrzne powoduje asynchroniczne przeskoki poła magnetycznego po obwodzie mieszalnika, wywołując w ten sposób ruchy wahadłowe pionowych przegród. Dyfuzory magnetyczne przymocowane są za pomocą obejm oraz poprzeczek do pierwszych pionowych listew. Obejmy są ciasno nasadzone na dyfuzorze magnetycznym.

Korzystnie, dyfuzor ma dwa obwodowe występy, pomiędzy którymi umieszcza się obejmę, aby zapobiec jej przesunięciu. Poprzeczki przymocowane są do obejm w ten sposób, że kąt pomiędzy nimi wynosi 120°. Przegrody przymocowane są wahliwie za pomocą zawiasów do drugich pionowych listew. Pierwsze pionowe listwy i drugie pionowe listwy połączone są poziomymi pierścieniami tworząc konstrukcję nośną umożliwiającą ich ustawienie w zbiorniku mieszalnika. Pierwsze pionowe listwy i drugie pionowe listwy przesunięte względem siebie po obwodzie o kąt 60°. Na drugich pionowych listwach umieszczone są ograniczniki kąta wychylenia się przegród. Przewody zasilające uzwojenia dyfuzorów magnetycznych są wyprowadzone z mieszalnika w osłonach umieszczonych przy ściance zbiornika i przymocowane są do poziomych pierścieni. Dyfuzory magnetyczne mają kształt stożkowy i zakończone są głowicą wyposażoną w ukośne dysze. Dyfuzory magnetyczne swoimi wylotami skierowane są do środka zbiornika mieszalnika.

Korzystnie, dyfuzory magnetyczne wyposażone są w trzy dysze ustawione wachlarzowo, a wyloty dysz są na poziomie krawędzi bocznych środkowych turbinek i skierowane są w obszar mieszalnika pomiędzy przegrodami, zaś płaszczyzna ścięcia wylotu dysz jest równoległa do osi mieszalnika. Pionowe przegrody mają kształt płaskich listew ustawionych pionowo wzdłuż ścianki zbiornika i rozstawione są w zbiorniku w ten sposób, że kąt pomiędzy nimi wynosi 120°. Przegrody mają prostokątne wycięcia o różnej lub równej wysokości, na końcach, których są zamocowane sztywnie na krawędzi przegrody panewki. W wycięciach znajdują się ruchome turbinki napędzane przez zewnętrzne wirujące połę magnetyczne. Turbinki są zamocowane na wale, który górnym i dolnym końcem wstawiony jest w panewki tak, że oś obrotu turbinek umieszczona jest na krawędzi przegrody.

Korzystnie, szczelina pomiędzy krawędziami turbinek a przegrodą jest równa grubości przegrody.

PL 219 386 B1

Korzystnie, przegrody mają trzy wycięcia, przy czym dwa z nich o mniejszej wysokości umieszczone są nad i pod wycięciem o większej wysokości tak, że turbinki o łopatkach dłuższych znajdują się w strefie środkowej, a turbinki o łopatkach krótszych znajdują się nad i pod turbinkami o łopatkach dłuższych.

W innej wersji mieszalnika wycięcia o większej wysokości umieszczone są nad i pod wycięciem o mniejszej wysokości tak, że turbinki o łopatkach krótszych znajdują się w strefie środkowej, a turbinki o łopatkach dłuższych znajdują się nad i pod turbinkami o łopatkach krótszych.

W innej wersji mieszalnika przegrody mają cztery wycięcia o równej wysokości, a turbinki mają łopatki o tej samej długości, przy czym w części środkowej znajdują się dwa wycięcia i dwie turbinki.

Korzystnie, turbinki mają sześć łopatek o zakrzywionym kształcie o równej lub różnej długości.

Mieszalnik magnetyczny może pracować w sposób okresowy lub ciągły. W procesie mieszania okresowego składniki przeznaczone do zmieszania doprowadzane są króćcami umieszczonymi w pokrywie. Gotowy produkt odprowadzany jest z objętości roboczej mieszalnika króćcem znajdującym się w dnie mieszalnika. Wirujące pole magnetyczne wprawia, umieszczone w przegrodach, turbinki w ruch wirowy. Powoduje to występowanie w zasięgu oddziaływania turbinek obszarów o dodatkowym zawirowaniu płynu. Obszary te w interakcji z ruchem obwodowym masy płynu oraz ruchem wahliwym przegród wywołują zwiększenie burzliwości w mieszanym płynie. Płyn zassany przez dyfuzory magnetyczne wypływa ustawionymi pod kątem dyszami powodując ukierunkowanie strumieni płynu w przestrzeń między przegrodami. Połączona akcja wirującego poła magnetycznego, wahliwych przegród, wirujących turbinek oraz dyfuzorów cyrkulacyjnych wytwarza hydrodynamikę o wysokim stopniu złożoności. Hydrodynamika taka zapewnia mieszanie płynu w całej objętości mieszalnika magnetycznego oraz tworzy sprzyjające warunki do realizacji homogenicznych procesów kinetycznych. W przypadku pracy mieszalnika magnetycznego w reżimie ciągłym istnieje możliwość występowania dodatkowego oddziaływania przepływającego płynu przewodzącego prąd elektryczny na wytwarzaną polem magnetycznym hydrodynamikę. Kluczowe znaczenie w procesach kinetycznych ma odpowiedni czas przebywania płynu Iw objętości mieszalnika. Zwiększenie czasu przebywania elementów płynu w pętlach cyrkulacyjnych występujących w mieszanym płynie może być osiągnięte przez zmianę mocy źródeł zasilających uzwojenia elektryczne generatora pola magnetycznego oraz dyfuzorów magnetycznych.

Mieszalnik według wynalazku w znaczący sposób poprawia efektywność procesu mieszania, zapewnia odpowiednią intensywność mieszania w całej objętości aparatu. Regulacja natężenia pól magnetycznych oraz kierunku działania sil elektromagnetycznych pozwala osiągnąć odpowiednią cyrkulację mieszanego medium oraz wymagany stopień burzliwości. Zapewnia to właściwy przebieg procesów kinetycznych, jak również otrzymanie produktu o żądanej jakości.

Urządzenie według wynalazku przedstawione jest w przykładach wykonania oraz na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w półprzekroju osiowym mieszalnika usytuowanie przegrody oraz turbinek, fig. 2 przedstawia szczegół zamocowania przegród do pionowych listew, fig. 3 przedstawia przekrój poprzeczny mieszalnika obrazujący usytuowanie dyfuzorów na tle przegród z turbinkami, fig. 4 przedstawia przekrój poprzeczny mieszalnika, fig. 5 przedstawia szczegół zamocowania przegród i turbinek w widoku z góry, fig. 6 - widok ogólny konstrukcji dyfuzora magnetycznego, fig. 7 - konstrukcję nośną utworzona z pionowych listew i poziomych pierścieni.

P r z y k ł a d 1

Mieszalnik magnetyczny zawiera zbiornik 1 wykonany z materiału niemagnetycznego oraz zewnętrzne trójfazowe uzwojenie elektryczne 2', wytwarzające wirujące pole magnetyczne wywołujące ruch obrotowy płynu przewodzącego prąd elektryczny w całej objętości mieszalnika. Zbiornik 1 ma dno i zdejmowaną pokrywę, które zaopatrzone są w króćce oraz zamykane wejścia do montowania czujników kontrolno-pomiarowe. Mieszalnik magnetyczny osłonięty jest z zewnątrz izolacją oraz osłoną antymagnetyczną. Wewnątrz zbiornika 1 znajduje się konstrukcja nośna składająca się z pierwszych pionowych listew 6 oraz drugich pionowych listew 10 połączonych poziomymi pierścieniami 11. Pierwsze pionowe listwy 6 są przesunięte po obwodzie względem drugich pionowych listew 10 o kąt 60°. Do pierwszych pionowych listew 6 przymocowane są za pomocą obejm 7 oraz poprzeczek 8 dwa dyfuzory magnetyczne 3 zamocowane współosiowo w zbiorniku 1. Na powierzchni dyfuzorów magnetycznych 3 umieszczono wewnętrzne uzwojenia elektryczne 2”, zabezpieczone hermetycznie. Kable elektryczne zasilające uzwojenie 2” są również zabezpieczone hermetycznie i wyprowadzone poza zbiornik 1 w osłonie 13 poprowadzonej w pobliżu wewnętrznej ścianki zbiornika 1. Osłony 13 z przewodami elektrycznymi mocowane są do poziomych pierścieni 11. Każdy dyfuzor zaopatrzony jest

PL 219 386 B1 w obejmę 7, do której przymocowane są trzy poprzeczki 8 tworzące przestrzenny kąt 120°. Poprzeczki 8 są przymocowane do pierwszych pionowych listew 6 przymocowanych do pierścieni 11 w strefie środkowej. Do drugich pionowych listew 10 przymocowane są wahliwie za pomocą zawiasów 9 przegrody 4, które mają kształt płaskich listew ustawionych pionowo wzdłuż ścianki zbiornika 1 i są w zbiorniku 1 rozstawione w ten sposób, że kąt pomiędzy nimi wynosi 120°. Na drugich pionowych listwach 10 zamontowane są ograniczniki 12 kąta wychylenia się przegród 4. Przegrody 4 mają trzy prostokątne wycięcia o różnej wysokości, w których umieszczone są sześciołopatkowe turbinki 5 o łopatkach zakrzywionych. Łopatki turbinek wykonane są z materiału magnetycznego. Każda turbinka 5 zamocowana jest na wale 16, który swoim górnym i dolnym końcem jest wstawiony w panewki 15, zamocowane sztywnie na końcach wycięć na krawędzi przegrody 4. Górne i dolne wycięcia są krótsze od wycięcia środkowego, tak więc turbinki 5 o łopatkach dłuższych znajdują się w strefie środkowej, a turbinki 5 o łopatkach krótszych znajdują się nad i pod turbinkami o łopatkach dłuższych. Dyfuzory magnetyczne 3 mają stożkowy kształt z szerokim wlotem i zakończone są głowicą wyposażoną w trzy ustawione wachlarzowe, ukośne dysze 14. Dyfuzory magnetyczne 3 swoimi wylotami skierowane są do środka zbiornika 1. Wyloty dysz 14 są na poziomie krawędzi bocznych środkowych turbinek 5 i skierowane są w obszar mieszalnika pomiędzy przegrodami 4, a płaszczyzna ścięcia wylotu dysz 14 jest równoległa do osi mieszalnika. Konstrukcja mocowania przegród 4 oraz dyfuzorów magnetycznych 3, jak również same dyfuzory wykonane są z materiału niemagnetycznego.

P r z y k ł a d 2

Mieszalnik jak w przykładzie 1, z tym, że wycięcia w przegrodach 4 o większej wysokości umieszczone są nad i pod wycięciem o mniejszej wysokości. Turbinki 5 o łopatkach krótszych znajdują się w strefie środkowej, a turbinki 5 o łopatkach dłuższych znajdują się nad i pod turbinkami o łopatkach krótszych. Dyfuzory magnetyczne 3 są tak usytuowane, że wyloty dysz 14 górnego i dolnego dyfuzora są na poziomie turbinek o łopatkach krótkich.

P r z y k ł a d 3

Mieszalnik jak w przykładzie 1, z przegrody 4 mają cztery wycięcia o równej wysokości, a turbinki 5 mają łopatki o tej samej długości, przy czym w części środkowej znajdują się dwa wycięcia i dwie turbinki 5.

Wykaz oznaczeń

1. Zbiornik mieszalnika

2'. Zewnętrzne uzwojenia elektryczne 2”. Wewnętrzne uzwojenia elektryczne

3. Dyfuzory magnetyczne

4. Pionowa przegroda

5. Turbinki

6. Pierwsze pionowe listwy

7. Obejmy

8. Poprzeczki

9. Zawiasy

10. Drugie pionowe listwy

11. Poziome pierścienie

12. Ograniczniki

13. Osłona przewodów zasilających uzwojenie elektryczne dyfuzorów

14. Dysze

15. Obejmy

16. Wał

Claims (19)

1. Mieszalnik magnetyczny zawierający zbiornik, zewnętrzne uzwojenie elektryczne, łopatki, elementy mocujące, znamienny tym, że ma wewnętrzne uzwojenia elektryczne (2”) usytuowane na dyfuzorach magnetycznych (3) zamocowanych współosiowo w zbiorniku (1) oraz pionowe przegrody (4) z turbinkami (5) umieszczone przy ściance zbiornika (1).

2. Mieszalnik magnetyczny według zastrz. 1, znamienny tym, że dyfuzory magnetyczne (3) przymocowane są za pomocą obejm (7) oraz poprzeczek (8) do pierwszych pionowych listew (6), zaś

PL 219 386 B1 przegrody (4) przymocowane są wahliwie za pomocą zawiasów (9) do drugich pionowych listew (10), przy czym pierwsze pionowe listwy (6) i drugie pionowe listwy (10) połączone są poziomymi pierścieniami (11).

3. Mieszalnik magnetyczny według zastrz. 2, znamienny tym, że pierwsze pionowe listwy (6) są przesunięte po obwodzie względem drugich pionowych listew (10) o kąt 60°.

4. Mieszalnik magnetyczny według zastrz. 2, znamienny tym, że poprzeczki (8) przymocowane są do obejm (7) w ten sposób, że kąt pomiędzy nimi wynosi 120°.

5. Mieszalnik magnetyczny według zastrz. 2, znamienny tym, że na drugich pionowych listwach (10) zamontowane są ograniczniki (12) kąta wychylenia się przegród (4).

6. Mieszalnik magnetyczny według zastrz. 1, znamienny tym, że przewody zasilające uzwojenia dyfuzorów magnetycznych (3) są wyprowadzone z mieszalnika w osłonach (13) umieszczonych przy ściance zbiornika (1) i przymocowane są do poziomych pierścieni (11).

7. Mieszalnik magnetyczny według zastrz. 1, znamienny tym, że dyfuzory magnetyczne (3) mają kształt stożkowy, zakończone są głowicą wyposażoną w ukośne dysze (14).

8. Mieszalnik magnetyczny według zastrz. 1, znamienny tym, że dyfuzory magnetyczne (3) swoimi wylotami skierowane są do środka zbiornika (1) mieszalnika.

9. Mieszalnik magnetyczny według zastrz. 7, znamienny tym, że dyfuzory magnetyczne wyposażone są w trzy dysze (14) ustawione wachlarzowe.

10. Mieszalnik magnetyczny według zastrz. 7, znamienny tym, że wyloty dysz (14) dyfuzorów magnetycznych (3) są na poziomie krawędzi bocznych środkowych turbinek (5).

11. Mieszalnik magnetyczny według zastrz. 7, znamienny tym, że wyloty dysz (14) skierowane są w obszar mieszalnika pomiędzy przegrodami (4).

12. Mieszalnik magnetyczny według zastrz. 7, znamienny tym, że płaszczyzna ścięcia wylotu dysz (14) dyfuzorów magnetycznych (3) jest równoległa do osi mieszalnika.

13. Mieszalnik magnetyczny według zastrz. 1, znamienny tym, że przegrody (4) mają kształt płaskich listew ustawionych pionowo wzdłuż ścianki zbiornika (1).

14. Mieszalnik magnetyczny według zastrz. 1, znamienny tym, że przegrody (4) rozstawione są w zbiorniku (1) w ten sposób, że kąt pomiędzy nimi wynosi 120°.

15. Mieszalnik magnetyczny według zastrz. 1, znamienny tym, że przegrody (4) mają prostokątne wycięcia o różnej lub równej wysokości, na końcach, których są zamocowane sztywnie na krawędzi przegrody (4) panewki (15), w których górnym i dolnym końcem wstawiony jest wał (16) turbinki (5).

16. Mieszalnik magnetyczny według zastrz. 1, znamienny tym, że przegrody (4) mają trzy wycięcia, przy czym dwa z nich o mniejszej wysokości umieszczone są nad i pod wycięciem o większej wysokości.

17. Mieszalnik magnetyczny według zastrz. 1, znamienny tym, że przegrody (4) mają trzy wycięcia, przy czym dwa z nich o większej wysokości umieszczone są nad i pod wycięciem o mniejszej wysokości.

18. Mieszalnik magnetyczny według zastrz. 1, znamienny tym, że turbinki (5) mają łopatki zakrzywione o równej lub różnej długości.

19. Mieszalnik magnetyczny według zastrz. 1, znamienny tym, że turbinki (5) mają sześć łopatek.