RU135535U1

RU135535U1 - MIXER

Info

Publication number: RU135535U1
Application number: RU2013112998/05U
Authority: RU
Inventors: Александр Борисович Голованчиков; Наталия Александровна Дулькина; Светлана Борисовна Воротнева; Марина Викторовна Даниличева; Илья Сергеевич Бацокин; Наталья Ильинична Фотина
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2013-12-20

Abstract

Смеситель, содержащий корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на валу привода, тихоходную мешалку, снабженную поплавком, выполненным в виде тора, жестко закрепленным в верхней ее части, и установленную соосно корпусу, и гидромуфту с ведомой полумуфтой, выполненной в виде патрубка с отверстием овальной формы, который закреплен на лопастях тихоходной мешалки и установлен осесимметрично с валом и ведущей полумуфтой овальной формы, жестко закрепленной на валу с отношением длины малой оси овала в отверстии патрубка к длине большой оси овала ведущей полумуфты, составляющемгде L и l - соответственно длины малой оси овала в отверстии патрубка и большой оси овала ведущей полумуфты, отличающийся тем, что лопасти тихоходной мешалки выполнены в виде упругой пластины и имеют осесимметричный с валом поперечный разрез в нижней части.A mixer comprising a housing, a central high-speed mixer mounted on the drive shaft, a low-speed mixer equipped with a torus made in the form of a torus, rigidly fixed in its upper part, and mounted coaxially to the housing, and a fluid coupling with a driven coupling half made in the form of a pipe with an oval hole a shape that is mounted on the blades of a low-speed mixer and mounted axisymmetrically with an oval-shaped shaft and a leading coupling half, rigidly fixed to the shaft with the ratio of the length of the small axis of the oval in the nozzle hole to the length of the bolt the main axis of the oval of the leading coupling half, where L and l are, respectively, the length of the small axis of the oval in the bore of the nozzle and the major axis of the oval of the coupling coupling, characterized in that the blades of a slow-moving mixer are made in the form of an elastic plate and have a transverse section axisymmetric to the shaft in the lower part.

Description

Техническое решение относится к устройствам для механического перемешивания высоковязких, структурированных ньютоновских и неньютоновских жидкостей и может найти применение в химической, нефтехимической, фармакологической, машиностроительной, пищевой, металлургической, горноперерабатывающей и других отраслях промышленности, в строительной индустрии, а также в экологических процессах очистки высококонцентрированных суспензий, эмульсий и шламов.The technical solution relates to devices for the mechanical mixing of highly viscous, structured Newtonian and non-Newtonian fluids and can be used in chemical, petrochemical, pharmacological, engineering, food, metallurgical, mining and other industries, in the construction industry, as well as in environmental processes for the purification of highly concentrated suspensions emulsions and sludges.

Известна конструкция перемешивающего устройства, состоящая из комбинации быстроходной и тихоходной мешалок, закрепленных на соосных валах, быстроходном и тихоходном соответственно. Каждый из валов получает вращение от своего привода (Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками. - Л.: Химия, 1975, стр.64).A known design of a mixing device, consisting of a combination of high-speed and low-speed mixers, mounted on coaxial shafts, high-speed and low-speed, respectively. Each of the shafts receives rotation from its drive (Strenk F. Stirring and apparatuses with stirrers. - L .: Chemistry, 1975, p. 64).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная эффективность перемешивания из-за постоянства скорости вращения обеих мешалок, что не позволяет разрушить структурные связи и уменьшить эффективную вязкость во всем объеме перемешиваемой жидкости, особенно высоковязкой, структурированной и неньютоновской.The reasons that impede the achievement of the desired technical result include insufficient mixing efficiency due to the constant rotation speed of both mixers, which does not allow breaking structural bonds and reducing the effective viscosity in the entire volume of the mixed liquid, especially highly viscous, structured and non-Newtonian.

Известен смеситель, содержащий корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на валу привода, тихоходную мешалку, снабженную поплавком, выполненным в виде тора, жестко закрепленным в верхней ее части, и установленную соосно корпусу, и гидромуфту, ведомая полумуфта которой закреплена на лопастях тихоходной мешалки, при этом ведомая полумуфта выполнена в виде цилиндрического патрубка, установленного осесимметрично с валом, а отношение внутреннего диаметра которого к диаметру вала составляетA known mixer comprising a housing, a central high-speed mixer mounted on the drive shaft, a low-speed mixer equipped with a torus made in the form of a torus, rigidly fixed in its upper part, and mounted coaxially to the housing, and a hydraulic coupling, the driven coupling half of which is mounted on the blades of a low-speed mixer, while the driven coupling half is made in the form of a cylindrical nozzle mounted axisymmetrically with the shaft, and the ratio of the inner diameter of which to the diameter of the shaft is

где D и d - соответственно внутренний диаметр патрубка и диаметр вала (патент на полезную модель РФ №109010, В01F 7/16, 2011).where D and d are, respectively, the inner diameter of the nozzle and the diameter of the shaft (patent for utility model of the Russian Federation No. 109010, B01F 7/16, 2011).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная интенсивность перемешивания высоковязких, структурированных и неньютоновских жидкостей из-за постоянных скоростей вращения обеих мешалок, что не позволяет разрушить структуру и уменьшить эффективную вязкость жидкости во всем объеме смесителя.The reasons that impede the achievement of the desired technical result include the insufficient intensity of mixing highly viscous, structured and non-Newtonian liquids due to the constant rotation speeds of both mixers, which does not allow to destroy the structure and reduce the effective viscosity of the liquid in the entire volume of the mixer.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков и принятым за прототип является смеситель, содержащий корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на валу привода, тихоходную мешалку, снабженную поплавком, выполненным в виде тора, жестко закрепленным в верхней ее части, и установленную соосно корпусу, и гидромуфту с ведомой полумуфтой, выполненной в виде патрубка, который закреплен на лопастях тихоходной мешалки и установлен осесимметрично с валом, и ведущей полумуфты овальной формы, жестко закрепленной на валу, при этом отношение длины малой оси овала в отверстии патрубка к длине большой оси овала ведущей полумуфты составляетThe closest technical solution for the totality of features and adopted for the prototype is a mixer comprising a housing, a central high-speed mixer mounted on the drive shaft, a low-speed mixer equipped with a float made in the form of a torus, rigidly fixed in its upper part, and mounted coaxially to the housing, and a fluid coupling with a driven coupling half, made in the form of a pipe, which is mounted on the blades of a low-speed mixer and mounted axisymmetrically with the shaft, and an oval-shaped driving coupling half, rigidly fixed to the shaft y, wherein the ratio of the minor axis of the oval opening in the pipe length to the length of the major axis of the oval drive coupling part is

где L и l - соответственно длины малой оси овала в отверстии патрубка и большой оси овала ведущей полумуфты (патент на полезную модель РФ №119640, В01F 7/16, 2012 г.).where L and l are, respectively, the length of the small axis of the oval in the hole of the nozzle and the major axis of the oval of the leading coupling half (patent for utility model of the Russian Federation No. 119640, B01F 7/16, 2012).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная интенсивность перемешивания высоковязких структурированных и неньютоновских жидкостей во всем объеме смесителя из-за невысоких колебаний скорости вращения лопастей тихоходной мешалки и отсутствия их вибрации, что не позволяет полностью разрушить структуру и снизить эффективную вязкость перемешиваемой жидкости во всем объеме смесителя.The reasons that impede the achievement of the desired technical result include the insufficient intensity of mixing highly viscous structured and non-Newtonian liquids in the entire volume of the mixer due to the low fluctuations in the speed of rotation of the blades of the low-speed mixer and the absence of their vibration, which does not completely destroy the structure and reduce the effective viscosity of the mixed liquid in the entire volume of the mixer.

Техническим результатом предлагаемой конструкции смесителя является интенсификация перемешивания высоковязких структурированных и неньютоновских жидкостей во всем объеме смесителя за счет дополнительной вибрации лопастей тихоходной мешалки у дна корпуса, которая обеспечивает разрушение структуры и уменьшение эффективной вязкости высоковязких структурированных и неньютоновских жидкостей.The technical result of the proposed mixer design is the intensification of mixing of highly viscous structured and non-Newtonian fluids in the entire volume of the mixer due to the additional vibration of the slow-moving mixer blades at the bottom of the body, which ensures the destruction of the structure and a decrease in the effective viscosity of highly viscous structured and non-Newtonian fluids.

Поставленный технический результат достигается тем, что в смесителе, содержащем корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на валу привода, тихоходную мешалку, снабженную поплавком, выполненным в виде тора, жестко закрепленным в верхней ее части, и установленную соосно корпусу, и гидромуфту с ведомой полумуфтой, выполненной в виде патрубка с отверстием овальной формы, который закреплен на лопастях тихоходной мешалки и установлен осесимметрично с валом и ведущей полумуфтой овальной формы, жестко закрепленной на валу с отношением длины малой оси овала в отверстии патрубка к длине большой оси овала ведущей полумуфты составляющемThe technical result is achieved by the fact that in the mixer containing the housing, a central high-speed mixer mounted on the drive shaft, a low-speed mixer equipped with a float made in the form of a torus, rigidly fixed in its upper part, and mounted coaxially to the housing, and a fluid coupling with a driven coupling half made in the form of a pipe with an oval-shaped hole, which is mounted on the blades of a low-speed mixer and mounted axisymmetrically with a shaft and an oval-shaped driving coupling half, rigidly fixed on the shaft with the relative the length of the small axis of the oval in the nozzle hole to the length of the major axis of the oval of the leading coupling half component

где L и l - соответственно длины малой оси овала в отверстии патрубка и большой оси овала ведущей полумуфты, при этом лопасти тихоходной мешалки выполнены в виде упругой пластины и имеют осесимметричный с валом поперечный разрез в нижней части.where L and l are, respectively, the length of the small axis of the oval in the hole of the nozzle and the major axis of the oval of the leading coupling half, while the blades of the low-speed mixer are made in the form of an elastic plate and have a transverse section axisymmetric with the shaft in the lower part.

Выполнение лопастей тихоходной мешалки в виде тонкой упругой пластины толщиной 0,5÷2 мм (стали, титана, резины, пластмассы и др.) заставляет при колебательном вращении тихоходной мешалки, которое обеспечивает гидромуфта с ведомой полумуфтой в виде патрубка с отверстием овальной формы и ведомой полумуфтой тоже овальной формы и размерами осей овалов, подчиняющихся условию (1), лопасти тихоходной мешалки дополнительно вибрировать, что способствует разрушению структуры и снижает эффективную вязкость высоковязких структурированных и неньютоновских жидкостей, и конечном счете увеличивает интенсивность перемешивания во всем объеме смесителя.The execution of the blades of a low-speed mixer in the form of a thin elastic plate with a thickness of 0.5 ÷ 2 mm (steel, titanium, rubber, plastic, etc.) forces the oscillatory rotation of a low-speed mixer, which provides a hydraulic coupling with a driven coupling half in the form of a pipe with an oval-shaped and driven hole the coupling half is also oval and with the dimensions of the axes of the ovals obeying condition (1), the blades of the slow-moving mixer additionally vibrate, which contributes to the destruction of the structure and reduces the effective viscosity of highly viscous structured and non-elastic ovskih fluids, and eventually increases the intensity of mixing in the entire volume of the mixer.

Выполнение поперечного разреза в нижней части лопастей мешалки позволяет еще в большей степени увеличить амплитуду колебаний тонких упругих пластин, из которых эти лопасти выполнены, так как разрез уменьшает жесткость лопастей и при набегании на них потока перемешиваемой жидкости заставляет отклоняться в сторону противоположную вращению с большей амплитудой. Это также способствует разрушению структуры и уменьшению эффективной вязкости высоковязких структурированных и неньютоновских жидкостей, а значит, интенсифицирует их перемешивание во всем объеме смесителя.A transverse cut in the lower part of the mixer blades allows an even greater increase in the amplitude of oscillations of thin elastic plates from which these blades are made, since the cut reduces the stiffness of the blades and, when a flow of mixed fluid is built on them, forces them to deviate in the direction opposite to rotation with a larger amplitude. It also contributes to the destruction of the structure and a decrease in the effective viscosity of highly viscous structured and non-Newtonian fluids, which means that it intensifies their mixing throughout the mixer.

Кроме того, выполнение разреза в нижней части лопастей мешалки, осесимметричное с валом, обеспечивает сохранение динамической балансировки тихоходной мешалки, что предотвращает ее радиальное смещение относительно оси при вращении, столкновению поплавка с корпусом, а рабочих поверхностей полумуфт друг с другом, стабилизации колебаний скорости вращения тихоходной мешалки, а значит также способствует интенсивному перемешиванию жидкости в периферийной зоне работы тихоходной мешалки.In addition, the execution of the cut in the lower part of the mixer blades, axisymmetric with the shaft, ensures the dynamic balancing of the slow-moving mixer, which prevents its radial displacement relative to the axis during rotation, collision of the float with the housing, and the working surfaces of the coupling halves with each other, stabilization of oscillations of the low-speed rotation speed mixers, and therefore also contributes to intensive mixing of the liquid in the peripheral zone of the slow-moving mixer.

На фиг.1 представлена схема предлагаемой конструкции смесителя в разрезе, на фиг.2 - поперечный разрез А-А ведущей и ведомой полумуфт.Figure 1 presents a diagram of the proposed design of the mixer in the context, figure 2 is a transverse section aa leading and driven coupling halves.

Смеситель содержит пропеллерную или турбинную быстроходную мешалку 1 для центрального перемешивания, закрепленную на валу 2 привода (на фиг. не показан) и рамную или якорную тихоходную мешалку 3, установленную соосно корпусу 4 для периферийного перемешивания, к лопастям которой в верхней части прикреплен поплавок 5, выполненный, например, в виде пустотелого тора и выполняющий роль опоры тихоходной мешалки 3, и ведомая полумуфта, выполненная в виде патрубка 6, установленного осесимметрично с валом 2 и имеющая отверстия овальной формы на валу 2. В зоне установки патрубка 6 жестко закреплена ведущая полумуфта 7, внешняя поверхность которой имеет овальную форму, при этом длины малой оси овала в отверстии патрубка 6 и большой оси овала ведущей полумуфты 7 подчиняется условию (1). Лопасти тихоходной мешалки 3 выполнены в виде упругой пластины (например, стали, титана, полимера) и имеют в нижней части осесимметричный поперечный разрез 8.The mixer contains a propeller or turbine high-speed mixer 1 for central mixing, mounted on the shaft 2 of the drive (not shown in Fig.) And a frame or anchor slow-moving mixer 3, mounted coaxially to the housing 4 for peripheral mixing, to the blades of which in the upper part is attached a float 5, made, for example, in the form of a hollow torus and acting as a support for a low-speed mixer 3, and a driven half-coupling made in the form of a pipe 6 mounted axisymmetrically with the shaft 2 and having oval-shaped openings on the shaft 2. In the installation zone of the pipe 6, the leading coupling half 7 is rigidly fixed, the outer surface of which has an oval shape, while the length of the small axis of the oval in the hole of the pipe 6 and the major axis of the oval of the driving coupling 7 obeys condition (1). The blades of a low-speed mixer 3 are made in the form of an elastic plate (for example, steel, titanium, polymer) and have an axisymmetric cross section 8 in the lower part.

Смеситель работает следующим образом.The mixer operates as follows.

Вал 2 с быстроходной мешалкой 1, создающей зону перемешивания в центральной части корпуса 4, вращается от привода с числом оборотов n₁. Крутящий момент от вала 2 к тихоходной мешалке 3, создающей зону перемешивания в периферийных (боковой и нижней) частях корпуса 4 и вращающейся с переменным числом оборотов n₂<n₁, передается через рабочий зазор в овальном отверстии патрубка 6 и овальной поверхностью ведущей полумуфты 7. Так как этот зазор за один оборот вала 2 изменяется от минимума (показан на фиг.2) до максимума, то пропорционально величине этого зазора меняется крутящий момент, передаваемый от гидромуфты к тихоходной мешалке 3, заставляющий периодически изменять скорость вращения n₂ тихоходной мешалки 3. Такое изменение скорости вращения n₂ тихоходной мешалки 3 способствует разрушению структурных связей в высоковязких структурированных и неньютоновских жидкостях, уменьшает их эффективную вязкость и увеличивает интенсивность перемешивания.The shaft 2 with a high-speed mixer 1, which creates a mixing zone in the central part of the housing 4, rotates from the drive with a speed of n ₁ . The torque from the shaft 2 to the low-speed mixer 3, which creates a mixing zone in the peripheral (side and lower) parts of the housing 4 and rotates with a variable speed n ₂ <n ₁ , is transmitted through the working gap in the oval hole of the pipe 6 and the oval surface of the drive coupling half 7 Since this clearance per one revolution of the shaft 2 varies from a minimum (shown in FIG. 2) to a maximum, the torque transmitted from the hydraulic coupling to the low-speed mixer 3 changes proportionally to the size of this clearance, causing it to periodically change the speed The addition of n ₂ low-speed mixer 3. Such a change in the rotation speed n _{2 of the} low-speed mixer 3 contributes to the destruction of structural bonds in highly viscous structured and non-Newtonian fluids, reduces their effective viscosity and increases the intensity of mixing.

Кроме того, выполнение лопастей тихоходной мешалки 3 в виде упругой пластины и осесимметричный поперечный разрез 8 этой пластины в нижней части заставляет вибрировать эти лопасти при их упругой деформации под действием переменной силы сопротивления перемешиваемой жидкости. Эти вибрации увеличивают амплитуду из-за поперечного разреза 8, так как лопасти тихоходной мешалки 3 в верхней части закреплены на поплавке 5 и патрубке 6, а значит, способствуют разрушению структуры и снижению эффективной вязкости жидкости во всем объеме смесителя.In addition, the implementation of the blades of a slow-moving mixer 3 in the form of an elastic plate and an axisymmetric cross section 8 of this plate in the lower part makes these blades vibrate when they are elasticly deformed under the action of a variable resistance force of the mixed fluid. These vibrations increase the amplitude due to the cross section 8, since the blades of the low-speed mixer 3 in the upper part are fixed on the float 5 and nozzle 6, which means that they contribute to the destruction of the structure and decrease in the effective viscosity of the liquid in the entire volume of the mixer.

Таким образом, выполнение лопастей тихоходной мешалки в виде упругой пластины и осесимметричный поперечный ее разрез в нижней части позволяет к колебательному режиму вращения тихоходной мешалки за счет овальной формы отверстия в патрубке и овальной формы ведущей полумуфты добавить вибрационный режим движения лопастей тихоходной мешалки за счет упругой деформации пластин, из которой изготовлены лопасти тихоходной мешалки. Такое сложное движение лопастей тихоходной мешалки, сопровождаемое колебаниями скорости вращения и вибрацией самих лопастей приводит к разрушению структуры и снижению эффективной вязкости высоковязких структурированных и неньютоновских жидкостей в периферийных зонах работы тихоходной мешалки и интенсифицирует перемешивание во всем объеме смесителя.Thus, the implementation of the blades of a slow-moving mixer in the form of an elastic plate and its axisymmetric transverse section in the lower part allows the vibrational mode of rotation of the slow-moving mixer due to the oval shape of the hole in the nozzle and the oval shape of the driving coupling half to add the vibrational motion of the slow-moving mixer blades due to the elastic deformation of the plates from which the blades of a low-speed mixer are made. Such a complex movement of the blades of a slow-moving mixer, accompanied by fluctuations in the rotational speed and vibration of the blades themselves, leads to the destruction of the structure and a decrease in the effective viscosity of highly viscous structured and non-Newtonian fluids in the peripheral zones of the slow-moving mixer and intensifies mixing throughout the mixer.

Claims

A mixer comprising a housing, a central high-speed mixer mounted on the drive shaft, a low-speed mixer equipped with a torus made in the form of a torus, rigidly fixed in its upper part, and mounted coaxially to the housing, and a fluid coupling with a driven coupling half made in the form of a pipe with an oval hole a shape that is mounted on the blades of a low-speed mixer and mounted axisymmetrically with an oval-shaped shaft and a leading coupling half, rigidly fixed to the shaft with the ratio of the length of the small axis of the oval in the nozzle hole to the length of the bolt the main axis of the oval of the leading coupling half, comprising

where L and l are, respectively, the length of the small axis of the oval in the bore of the nozzle and the major axis of the oval of the leading coupling half, characterized in that the blades of the low-speed mixer are made in the form of an elastic plate and have a transverse section axisymmetric with the shaft in the lower part.