PL235010B1 - Mieszadło, zwłaszcza do homogenizacji kompozytów płynnych - Google Patents

Abstract

Zgłoszenie dotyczy mieszadła, zwłaszcza do homogenizacji kompozytów płynnych, przeznaczonego w szczególności do mechanicznego mieszania płynnych wieloskładnikowych kompozytów zawiesinowych. Mieszadło zawiera kołowy pierścień i piastę do przyłączenia obrotowego wału i charakteryzuje się tym, że ma zespolony z kołowym pierścieniem (1) i usytuowany wewnątrz niego trójramienny bazowy element (2) o brzegach utworzonych przez łuki okręgów o środkach usytuowanych w odległości L od środka mieszadła stanowiącej od 0,65 do 0,75 zewnętrznej średnicy pierścienia (1) i o średnicy każdego stanowiącej od 0,9 do 1,1 zewnętrznej średnicy pierścienia (1). Osie symetrii elementu (2) pokrywają się z wysokościami równobocznego trójkąta na którym opisany jest pierścień (1). Na każdym z ramion elementu (2) mieszadło ma zespolone z nim, korzystnie trzy, mieszające elementy (4, 5, i 6) w postaci kołowych pierścieni, każdy o grubości równej grubości pierścienia (1) i których średnica zmniejsza się w kierunku promieniowym od środka mieszadła. Każdy z elementów (4, 5 i 6) jest umiejscowiony prostopadle do elementu (2) i równolegle do osi symetrii następnego, w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, ramienia elementu (2).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest mieszadło, zwłaszcza do homogenizacji kompozytów płynnych, przeznaczone w szczególności do mechanicznego mieszania płynnych wieloskładnikowych kompozytów zawiesinowych.

Znane są i opisywane w literaturze różne rozwiązania dotyczące mechanicznego mieszania mediów o różnej gęstości i lepkości.

Z polskiego opisu patentowego nr PL 198527 B1, znane jest rozwiązanie dotyczące urządzenia do mieszania płynnych lub zawiesinowych mediów, w szczególności mediów o dużej lepkości mającego zbiornik z pionowym, obrotowym mieszadłem zaopatrzonym w co najmniej dwa promieniowe elementy mieszające mające kształt rury z otwartymi końcami. Promieniowe elementy mieszające co najmniej na części swej długości mają kształt stożka skierowanego końcem o większej średnicy w kierunku obrotów mieszadła. Środkowa oś elementu mieszającego jest nachylona pod kątem w stosunku do płaszczyzny obrotu, a elementy mieszające mają kształt śrubowych spirali. Ramiona mieszadła wraz z odchodzącymi od nich spiralami są uformowane integralnie z jednego kawałka materiału jako monolityczna część mieszadła.

Z tłumaczenia patentu europejskiego nr PL/EP2855111T3, znane jest mieszadło do stabilizowania płynnych półproduktów wiążących przeznaczonych do tworzenia artykułów ceramicznych zawierające napędzany wał nośny, sprzęgniętą z nim główną łopatkę roboczą, obwód termoregulacji wewnątrz wału nośnego i wewnątrz co najmniej części głównej łopatki roboczej i jest połączony ze źródłem zewnętrznym doprowadzania płynu przenoszącego ciepło, w taki sposób, aby wymieniać ciepło z płynnym półproduktem wiążącym wewnątrz zbiornika mieszającego. Obwód termoregulacji zawiera wlot i wylot, odpowiednie do połączenia ze źródłem zewnętrznym poprzez rurę doprowadzającą i rurę powrotną i składa się z: - pierwszego kanału, zawartego w wale nośnym i łączącego się z wlotem, odpowiedniego do przepływania przezeń wspomnianego płynu przenoszącego ciepło wzdłuż ustalonego pierwszego kie runku; - drugiego kanału, zawartego w wale nośnym i łączącego się z wylotem, odpowiedniego do przepływania przezeń płynu przenoszącego ciepło wzdłuż drugiego ustalonego kierunku, przeciwnego do pierwszego kierunku w taki sposób, że płyn przenoszący ciepło cyrkuluje w obiegu prze ciwprądowym w pierwszym i drugim kanale; - co najmniej jednej odgałęzionej wężownicy, osadzo nej co najmniej w sekcji konstrukcyjnej głównej łopatki roboczej, zaopatrzonej w złączkę wlotową łączącą się z otworem wylotowym pierwszego kanału i w złączkę wylotową łączącą się z otworem wlotowym drugiego kanału. Wzajemnie łączące środki mieszadła zawierają blok rozdzielczy który: - jest połączony z wałem nośnym, z którym jest pewnie sprzęgnięty poprzez pierwsze środki mocujące w taki sposób, że wystaje osiowo z dolnej obwodowej krawędzi wału nośnego; - jest powiązany z główną łopatką roboczą na środkowym wgłębieniu; - ma co najmniej jeden wewnętrzny kanał przelotowy, łączący się na jednej stronie z otworem wylotowym pierwszego kanału, a na drugiej stronie ze złączką wlotową odgałęzionej wężownicy, a poprzez osiowy kanał łączący się na jednej stronie ze złączką wylotową odgałęzionej wężownicy, a na drugiej stronie z otworem wlotowym drugiego kanału. Główna łopatka robocza składa się z dwóch połówkowych łopatek równych i odrębnych od siebie, umieszczonych symetrycznie względem wzdłużnej osi obrotowej wzdłuż płaszczyzn zbieżnych i w sposób wyimaginowany przecinających się nawzajem na spodzie połówkowych łopatek. Każda z połówkowych łopatek jest pewnie sprzęgnięta z blokiem rozdzielczym za pomocą drugich środków mocujących.

Znane jest również, z opisu polskiego zgłoszenia patentowego nr P.416111 mieszadło, którego wał obrotowy w dolnej części ma promieniowo i równoległe zamocowane tuleje mocujące do osadzania elementów spiralnych. Elementy spiralne mają postać stożkowych sprężyn śrubowych o zarysach bocznych w kształcie trójkątów prostokątnych, których dłuższe przyprostokątne w rzucie bocznym usytuowane są na jednej płaszczyźnie obrotu mieszadła prostopadłej do osi obrotu wału mieszadła, a kąt a pomiędzy dłuższymi przyprostokątnymi, a ich przeciwprostokątnymi wynosi od 25 do 35°. Długość sprężyn wynosi od 25 do 30 średnic drutu sprężyny, natomiast skok sprężyn wynosi 4 średnice drutu sprężyny.

Także z opisu polskiego zgłoszenia, patentowego nr P.405679, znane jest mieszadło, zwłaszcza do mieszania mediów o różnej gęstości i lepkości zawierające piastę, łopatki charakteryzuje się tym, że ma łopatki mieszające składające się z kierownicy oraz usytuowanych symetrycznie po jej przeciwległych stronach dyfuzorów. Kierownica ma kształt prostopadłościanu, który w górnej części ma wybranie w kształcie połowy walca, zaś dyfuzor ma kształt dwóch połączonych walców, których

PL 235 010 B1 górna podstawa jest częściowo wklęsła, zaś dolna płaska. Dyfuzor ma w każdym walcu, w centralnej jego części, przelotowy otwór, który ma kształt walca przechodzącego w dolnej części w ścięty stożek.

Celem wynalazku jest opracowanie mieszadła o konstrukcji, która pozwoli na poprawę efektywności procesu mieszania i jakości homogenizacji mieszanych składników, zapewniając jednocześnie skrócenie czasu mieszania jak również obniżenie zapotrzebowania na moc w urządzeniu napędzającym wał mieszadła.

Mieszadło, zwłaszcza do homogenizacji kompozytów płynnych według wynalazku zawiera kołowy pierścień i piastę do przyłączenia obrotowego wału. Mieszadło charakteryzuje się tym, że ma zespolony z kołowym pierścieniem i usytuowany wewnątrz niego trójramienny bazowy element o brzegach utworzonych przez łuki okręgów o środkach usytuowanych w odległości od środka mieszadła stanowiącej od 0,65 do 0,75 zewnętrznej średnicy kołowego pierścienia i o średnicy każdego stanowiącej od 0,9 do 1,1 zewnętrznej średnicy kołowego pierścienia. Osie symetrii bazowego elementu pokrywają się z wysokościami równobocznego trójkąta na którym opisany jest zewnętrzny kołowy pierścień. Na każdym z ramion bazowego elementu mieszadło ma zespolone z nim, korzystnie trzy, mieszające elementy w postaci kołowych pierścieni, każdy o grubości równej grubości kołowego pierścienia i których średnica zmniejsza się w kierunku promieniowym od środka mieszadła. Każdy z mieszających elementów jest umiejscowiony prostopadle do bazowego elementu i równolegle do osi symetrii następnego, w kierunku przeciwnym, do ruchu wskazówek zegara, ramienia bazowego elementu.

Korzystne jest, kiedy każdy największy mieszający element jest umiejscowiony w odległości równej trzykrotnej grubości kołowego pierścienia od równoległej do niego osi symetrii bazowego elementu i jego średnica jest równa połowie zewnętrznej średnicy kołowego pierścienia, każda z odległości pomiędzy mieszającymi elementami jest równa 1,5 grubości kołowego pierścienia, średnica każdego środkowego mieszającego elementu jest równa różnicy pomiędzy połową zewnętrznej średnicy kołowego pierścienia i jego grubością, a średnica każdego najmniejszego mieszającego elementu jest równa różnicy pomiędzy połową zewnętrznej średnicy kołowego pierścienia i jego dwukrotną grubością.

Celowe jest ponadto, kiedy bazowy element ma umiejscowione po stronie przeciwnej do mieszających elementów występy o bokach w kształcie wyoblonych ramion trójkąta wierzchołkiem skierowane zgodnie z kierunkiem obrotów mieszadła i odległość między wierzchołkami występów każdego ramienia bazowego elementu jest większa od odległości między podstawami tych występów, a ponadto wysokość występów jest mniejsza lub równa grubości kołowego pierścienia.

Dalsze korzyści uzyskuje się, kiedy każdy z mieszających elementów ma zespolone z nim i usytuowane na średnicy, prostopadle do powierzchni bazowego elementu, żebra, najl epiej w postaci prętów o grubości równej grubości mieszających elementów.

W preferowanym wykonaniu kołowy pierścień i mieszające elementy mają postać pręta o przekroju kołowym.

W równie celowym wykonaniu kołowy pierścień i mieszające elementy mają postać p ręta o przekroju wielokąta foremnego, korzystnie sześciokąta albo ośmiokąta.

Mieszadło według wynalazku, dzięki ukształtowaniu przestrzennemu jego elementów (bazowego i mieszających) umożliwiającemu efektywniejszą dezintegrację najmniejszych mieszanych cząstek oraz wywołującemu zjawisko kawitacji obrabianej mieszaniny w strefie dolnej części mieszadła, pozwala na uzyskanie jednorodnej homogenicznej mieszaniny zapewniając jednocześnie skrócenie czasu mieszania, jak również obniżenie zapotrzebowania na moc w urządzeniu napędzającym wał mieszadła. Możliwe jest przy tym wykonanie mieszadła - technologią druku 3D czy też odlewania - w postaci jednorodnego materiałowo elementu odpornego na ścieranie oraz wpływ wysokich temperatur, dodatkowo obrobionego powierzchniowo np. tlenkami azotu oraz powłokami węglowymi.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia mieszadło w widoku perspektywicznym, fig. 2 przedstawia, mieszadło w widoku z góry, fig. 3 przedstawia mieszadło w widoku perspektywicznym z boku w kie runku osi symetrii bazowego elementu, a fig. 4 przedstawia mieszadło w widoku z dołu.

Mieszadło zawiera kołowy pierścień 1 oraz zespolony z nim i usytuowany wewnątrz niego trójramienny bazowy element 2 z centralnie umiejscowioną piastą 3 do przyłączenia obrotowego wału, nie pokazanego na rysunku. Brzegi bazowego elementu 2 są utworzone przez łuki okręgów

PL 235 010 B1 o środkach usytuowanych w odległości od środka mieszadła równej 0,7 zewnętrznej średnicy kołowego pierścienia 1 i o średnicy każdego równej 1,1 zewnętrznej średnicy kołowego pierścienia 1. Osie symetrii bazowego elementu 2 pokrywają się z wysokościami równobocznego trójkąta na którym opisany jest zewnętrzny kołowy pierścień 1, a ponadto na każdym z ramion bazow ego elementu 2 mieszadło ma zespolone z nim trzy mieszające elementy 4, 5, i 6 w postaci kołowych pierścieni.

Każdy z elementów 4, 5 i 6 ma grubość równą grubości pierścienia 1 oraz zespolone z nim i usytuowane na średnicy, prostopadle do powierzchni elementu 2, żebra 7. Żebra 7 mają postać prętów o grubości równej grubości elementów 4, 5 i 6. Średnica elementów 4, 5 i 6 zmniejsza się w kierunku promieniowym od środka mieszadła. Każdy z nich jest umiejscowiony prostopadle do elementu 2 i równolegle do osi symetrii następnego, w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, ramienia elementu 2. Każdy element 4 jest umiejscowiony w odległości M1 równej trzykrotnej grubości pierścienia 1 od równoległej do niego osi symetrii elementu 2 i jego średnica jest równ a połowie zewnętrznej średnicy pierścienia 1. Każda z odległości M2 pomiędzy mieszającymi elementami jest równa 1,5 grubości pierścienia 1. Średnica każdego elementu 5 jest równa różnicy pomiędzy połową zewnętrznej średnicy pierścienia 1 i jego g rubością. Średnica każdego elementu 6 jest równa różnicy pomiędzy połową zewnętrznej średnicy pierścienia 1 i jego dwukrotną grubością. Element 2 ma umiejscowione po stronie przeciwnej do elementów 4, 5 i 6 występy 8 o bokach w kształcie wyoblonych ramion trójkąta wierzchołkiem skierowane zgodnie z kierunkiem obrotów mieszadła. Odległość W między wierzchołkami występów 8 każdego ramienia elementu 2 jest większa od odległości P między podstawami tych występów 8. Wysokość H występów 8 stanowi 0,7 grubości pierścienia 1. Pierścień 1 i elementy 4, 5 i 6 mają postać pręta o przekroju kołowym.

Claims (9)

1. Mieszadło, zwłaszcza do homogenizacji kompozytów płynnych, zawierające kołowy pierścień i piastę do przyłączenia obrotowego wału, znamienne tym, że ma zespolony z kołowym pierścieniem (1) i usytuowany wewnątrz niego trójramienny bazowy element (2) o brzegach utworzonych przez łuki okręgów o środkach usytuowanych w odległości (L) od środka mieszadła stanowiącej od 0,65 do 0,75 zewnętrznej średnicy kołowego pierś cienia (1) i o średnicy każdego stanowiącej od 0,9 do 1,1 zewnętrznej średnicy kołowego pierścienia (1), przy czym osie symetrii bazowego elementu (2) pokrywają się z wysokościami równobocznego trójkąta na którym opisany jest zewnętrzny kołowy pierścień (1 ), a ponadto na każdym z ramion bazowego elementu (2) ma zespolone z nim, korzystnie trzy, mieszające elementy (4, 5 i 6) w postaci kołowych pierścieni, każdy o grubości równej grubości kołowego pierścienia (1) i których średnica zmniejsza się w kie runku promieniowym od środka mieszadła, przy czym każdy z mieszających elementów (4, 5 i 6) jest umiejscowiony prostopadle do bazowego elementu (2) i równolegle do osi symetrii następnego, w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, ramienia bazowego elementu (2).

2. Mieszadło według zastrz. 1, znamienne tym, że każdy największy mieszający element (4) jest umiejscowiony w odległości (M1) równej trzykrotnej grubości kołowego pierścienia (1) od równoległej do niego osi symetrii bazowego elementu (2) i jego średnica jest równa połowie zewnętrznej średnicy kołowego pierścienia (1), każda z odległości (M2) pomiędzy mieszającymi elementami jest równa 1,5 g rubości kołowego pierścienia (1), średnica każdego środkowego mieszającego elementu (5) jest równa różnicy pomiędzy połową zewnętrznej średnicy kołowego pierścienia (1) i jego grubością, a średnica każdego najmniejszego mieszającego elementu (6) jest równa różnicy pomiędzy połową zewnętrznej średnicy kołowego pierścienia (1) i jego dwukrotną grubością.

3. Mieszadło według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że bazowy element (2) ma umiejscowione po stronie przeciwnej do mieszających elementów (4, 5 i 6) występy (8) o bokach w kształcie wyoblonych ramion trójkąta wierzchołkiem skierowane zgodnie z kie runkiem obrotów mieszadła, przy czym odległość (W) między wierzchołkami występów (8) każdego ramienia bazowego elementu (2) jest większa od odległości (P) między podstawami tych występów (8), a ponadto wysokość (H) występów (8) jest mniejsza lub równa grubości kołowego pierścienia (1).

PL 235 010 B1

4. Mieszadło według zastrz. 3, znamienne tym, że każdy z mieszających elementów (4, 5 i 6) ma zespolone z nim i usytuowane na średnicy, prostopadle do powierzchni bazowego elementu (2), żebra (7), korzystnie w postaci prętów o g rubości równej grubości mieszających elementów.

5. Mieszadło według zastrz. 3, znamienne tym, że kołowy pierścień (1) i mieszające elementy (4, 5 i 6) mają postać pręta o przekroju kołowym.

6. Mieszadło według zastrz. 3, znamienne tym, że kołowy pierścień (1) i mieszające elementy (4, 5 i 6) mają postać pręta o przekroju wielokąta foremnego, korzystnie sześciokąta albo ośmiokąta.

7. Mieszadło według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że każdy z mieszających elementów (4, 5 i 6) ma zespolone z nim i usytuowane na średnicy, prostopadle do powie rzchni bazowego elementu (2), żebra (7), korzystnie w postaci prętów o g rubości równej grubości mieszających elementów.

8. Mieszadło według zastrz. 7, znamienne tym, że kołowy pierścień (1) i mieszające elementy (4, 5 i 6) mają postać pręta o przekroju kołowym.

9. Mieszadło według zastrz. 7, znamienne tym, że kołowy pierścień (1) i mieszające elementy (4, 5 i 6) mają postać pręta o przekroju wielokąta foremnego, korzystnie sześciokąta albo ośmiokąta.