RU141491U1

RU141491U1 - MIXER

Info

Publication number: RU141491U1
Application number: RU2014100554/05U
Authority: RU
Inventors: Александр Борисович Голованчиков; Наталия Александровна Дулькина; Людмила Александровна Ильина; Юлия Валерьевна Аристова; Анна Геннадиевна Шульгина; Наталья Ильинична Фотина
Priority date: 2014-01-09
Filing date: 2014-01-09
Publication date: 2014-06-10

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, ведомая полумуфта которой закреплена на лопастях тихоходной мешалки и выполнена в виде цилиндрического патрубка, установленного осесимметрично с валом, отличающийся тем, что на валу жестко закреплена ведущая полумуфта в виде цилиндра, на боковой поверхности которого в шахматном порядке установлены стержни из упругого материала, при этом отношение диаметра окружности, образованной свободными концами стержней, к внутреннему диаметру патрубка составляетгде d и D соответственно диаметр окружности, образованной свободными концами стержней, и внутренний диаметр патрубка.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 hydraulic coupling, the driven coupling half of which is mounted on the blades of the slow-moving mixer and made in the form of a cylindrical nozzle mounted axisymmetrically with the shaft, characterized in that the drive coupling half is rigidly fixed to the shaft in the form of a cylinder, on the side surface of which is staggered Lena rods of resilient material, wherein the ratio of the diameter of the circle formed by the free ends of the rods, the inner diameter of the nozzle sostavlyaetgde d and D, respectively diameter of the circle formed by the free ends of the rods, and the inner diameter of the nozzle.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к комбинированным устройствам для перемешивания высоковязких ньютоновских и неньютоновских жидкостей, растворов, суспензий и эмульсий и может найти применение в химической, нефтехимической, медицинской, пищевой, горнодобывающей и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки промышленных и бытовых сточных вод.The proposed technical solution relates to combined devices for mixing highly viscous Newtonian and non-Newtonian fluids, solutions, suspensions and emulsions and can be used in chemical, petrochemical, medical, food, mining and other industries, as well as in environmental processes for the treatment of industrial and domestic wastewater .

Известна конструкция перемешивающего устройства, состоящего 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, с. 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 сложность конструкции, связанная с установкой двух соосных валов, подшипников, муфт и двух приводов, что увеличивает сложность эксплуатации и уменьшает срок стабильной работы перемешивающего устройства.The reasons that impede the achievement of a given technical result include design complexity associated with the installation of two coaxial shafts, bearings, couplings and two drives, which increases the complexity of operation and reduces the term of stable operation of the mixing device.

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 с ведомой полумуфтой, выполненной в виде патрубка, который закреплен на лопастях тихоходной мешалки и установлен осесимметрично с валом, а на валу жестко закреплена ведущая полумуфта, при этом ведущая полумуфта и отверстие в патрубке имеют овальную форму, а отношение длины малой оси овала в отверстии патрубка к длине большей оси овала ведущей полумуфты 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 body, and a fluid coupling with a driven coupling half, made in the form of a pipe, which mounted on the blades of a low-speed mixer and mounted axisymmetrically with the shaft, and the leading coupling half is rigidly fixed to the shaft, while the driving coupling coupling and the hole in the nozzle are oval in shape and the ratio of the length of the minor axis is oval and in the hole of the pipe to the length of the major axis of the oval of the leading coupling half is

где L и l - соответственно длины малой оси овала в отверстии патрубка и большой оси овала ведущей полумуфты [патент №119640, РФ, B01F 7/16, 2012].where L and l are, respectively, the length of the minor axis of the oval in the bore of the nozzle and the major axis of the oval of the leading coupling half [patent No. 119640, RF, B01F 7/16, 2012].

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся сложность эксплуатации и уменьшение стабильности работы смесителя, связанные с ограничением величины кольцевого зазора, определяемого выражением (1), так как его увеличение приводит к раскачиванию тихоходной мешалки и возможным ударам ее лопастей о корпус или к ударам ведущей и ведомой полумуфт друг о друга.The reasons that impede the achievement of a given technical result include the complexity of operation and a decrease in the stability of the mixer, associated with a limitation of the annular gap defined by expression (1), since its increase leads to the sway of a low-speed mixer and possible impacts of its blades on the body or impacts leading and driven half couplings about each other.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип относится 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, причем ведомая полумуфта выполнена в виде цилиндрического патрубка, установленного осесимметрично с валом, при этом отношение внутреннего диаметра патрубка к диаметру вала составляетThe closest technical solution for the totality of the features of the claimed object 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 the housing, and the fluid coupling, the driven coupling half of which is mounted on the blades of a low-speed mixer, the driven coupling coupling made in the form of a cylindrical pipe mounted axisymmetrically with scrap, while the ratio of the inner diameter of the pipe to the diameter of the shaft is

где D и d - соответственно внутренний диаметр патрубка и диаметр вала [патент РФ №109010, B01F 7/16, 2011].where D and d are respectively the inner diameter of the nozzle and the diameter of the shaft [RF patent No. 109010, B01F 7/16, 2011].

К причинам, препятствующим достижение заданного технического результата, относится раскачивание тихоходной мешалки, что может привести к ударам ее лопастей о корпус или к ударам цилиндрического патрубка ведомой полумуфты о вал. Это вызывает необходимость ограничения кольцевого зазора между внутренней поверхностью патрубка и валом выражением (2), так как его невыполнение приводят к проблемам эксплуатации и уменьшению стабильности работы смесителя.The reasons that impede the achievement of a given technical result include swaying of a slow-moving mixer, which can lead to impacts of its blades on the housing or to impacts of the cylindrical pipe of the driven coupling half on the shaft. This necessitates the restriction of the annular gap between the inner surface of the nozzle and the shaft by the expression (2), since its non-fulfillment leads to operational problems and a decrease in the stability of the mixer.

Задачей предлагаемой конструкции смесителя является предотвращение ударов лопастей тихоходной мешалки о корпус смесителя и ударов цилиндрического патрубка ведомой полумуфты о вал.The objective of the proposed design of the mixer is to prevent impact of the blades of the low-speed mixer on the mixer body and impact of the cylindrical pipe of the driven coupling half on the shaft.

Техническим результатом предлагаемой конструкции смесителя является повышение стабильности и устойчивости работы смесителя.The technical result of the proposed design of the mixer is to increase the stability and stability of the mixer.

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, ведомая полу муфта которой закреплена на лопастях тихоходной мешалки и выполнена в виде цилиндрического патрубка, установленного осесимметрично с валом, при этом на валу жестко закреплена ведущая полумуфта, выполненная в виде цилиндра, на боковой поверхности которой в шахматном порядке установлены стержни из упругого материала, причем отношение диаметра окружности, образованной свободными концами стержней, к внутреннему диаметру патрубка составляетThe 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 driven by the floor the coupling of which is mounted on the blades of a low-speed mixer and is made in the form of a cylindrical nozzle mounted axisymmetrically with the shaft, while the leading coupling half, made in the form of a cylinder, is rigidly fixed to the shaft, wherein a side surface in a staggered set of rods of resilient material, wherein the ratio of the diameter of the circle formed by the free ends of the rods to the inner diameter of pipe

где d и D - соответственно диаметр окружности, образованной свободными концами стержней, и внутренний диаметр патрубка.where d and D are respectively the diameter of the circle formed by the free ends of the rods, and the inner diameter of the pipe.

Жесткое закрепление ведущей полумуфты, выполненной в виде цилиндра, на валу позволяет ей вращаться осесимметрично с валом с числом оборотов, равным числу оборотов быстроходной мешалки. Отсутствие ограничений по длине и диаметру этого цилиндра позволяет варьировать эти параметры в широких пределах, а значит обеспечивать необходимое число оборотов тихоходной мешалки, что обеспечивает устойчивую стабильную работу смесителя с необходимым числом оборотов быстроходной и тихоходной мешалок.Rigid fastening of the leading coupling half, made in the form of a cylinder, on the shaft allows it to rotate axisymmetrically with the shaft with a speed equal to the speed of the high-speed mixer. The absence of restrictions on the length and diameter of this cylinder makes it possible to vary these parameters over a wide range, which means that the required number of revolutions of the low-speed mixer is ensured, which ensures stable stable operation of the mixer with the required number of revolutions of the high-speed and low-speed mixers.

Установка на боковой поверхности ведущей полумуфты стержней из упругого материала позволяет предотвращать при раскачивании лопастей тихоходной мешалки ее столкновения с корпусом. То же касается и невозможности столкновений вала и цилиндра ведущей полумуфты и патрубка ведомой полумуфты, что так же увеличивает срок службы и лопастей тихоходной мешалки, и обеих полумуфт, а значит обеспечивает стабильную и устойчивую работу смесителя на длительный период эксплуатации.The installation of rods of elastic material on the lateral surface of the leading coupling half allows preventing collisions of the mixer with the housing during rocking of the blades of the slow-moving mixer. The same applies to the impossibility of collisions between the shaft and the cylinder of the driving coupling half and the branch pipe of the driven coupling half, which also increases the service life of both the low-speed mixer blades and both coupling halves, which ensures stable and stable operation of the mixer for a long period of operation.

Установка стержней в шахматном порядке предотвращает динамический разбаланс вала с быстроходной мешалкой. Это также снижает возможность раскачивания быстроходного вала с цилиндром ведущей полумуфты и увеличивает стабильность и устойчивость работы смесителя.The staggering of the rods prevents the dynamic imbalance of the shaft with the high-speed mixer. It also reduces the possibility of rocking the high-speed shaft with the cylinder of the driving coupling half and increases the stability and stability of the mixer.

Уменьшение нижнего предела, равного 0,9, в соотношении (3) диаметра окружности, образованной свободными концами стержней, к внутреннему диаметру патрубка, увеличивает вероятность столкновения при раскачивании лопастей тихоходной мешалки с корпусом и поверхности цилиндра ведущей полумуфты с поверхностью патрубка, что снижает устойчивость и стабильность работы смесителя, так как зазор между свободными концами стержней и поверхностью патрубка возрастает. Увеличение верхнего предела соотношения (3) сверх указанного значения, равного 0,95, приводит к уменьшению зазора между свободными концами стержней и поверхностью патрубка, снижению раскачивания лопастей тихоходной мешалки и уменьшению эффективности перемешивания в периферийной зоне работы тихоходной мешалки у стенок корпуса и возможности образования застойных зон, особенно при перемешивании высоковязких неньютоновских жидкостей.Reducing the lower limit of 0.9 in the ratio (3) of the diameter of the circle formed by the free ends of the rods to the inner diameter of the nozzle increases the likelihood of a collision when the blades of the slow mixer with the casing and the cylinder surface of the drive coupling half sway with the nozzle surface, which reduces stability and stability of the mixer, since the gap between the free ends of the rods and the surface of the pipe increases. An increase in the upper limit of relation (3) above the indicated value of 0.95 leads to a decrease in the gap between the free ends of the rods and the surface of the nozzle, to a decrease in the swaying of the blades of a slow-moving mixer, and to a decrease in the efficiency of mixing in the peripheral zone of operation of a slow-moving mixer near the walls of the housing and the possibility of stagnation zones, especially when mixing highly viscous non-Newtonian fluids.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемой конструкции смесителя, на фиг. 2 - продольное сечение A-A в зоне установки гидромуфты.In FIG. 1 shows a diagram of the proposed mixer design, FIG. 2 is a longitudinal section A-A in the area of installation of the fluid coupling.

Смеситель содержит центральную быстроходную мешалку 1 (например, лопастную, пропеллерную или турбинную мешалку) для центрального быстрого перемешивания, закрепленную на валу 2 привода (на фиг. 1 не показан), и тихоходную мешалку 3 (например, рамную или якорную), установленную соосно с валом 2 в корпусе 4 для периферийного медленного перемешивания, к лопастям которой прикреплен поплавок 5, выполняющий роль опоры тихоходной мешалки 3 и выполненный в виде пустотелого тора, и ведомая полумуфта, выполненная в виде цилиндрического патрубка 6, установленного осесимметрично с валом 2, при этом внутренний диаметр патрубка равен D. На валу 2 в зоне установки цилиндрического патрубка 6 жестко закреплена ведущая полумуфта 7 в виде цилиндра, на боковой поверхности которого в шахматном порядке установлены стержни 8 из упругого материала, длина которых такова, что отношение диаметра d окружности, образованной свободными концами стержней 8, и внутренний диаметр D патрубка 6 подчиняются соотношению (3).The mixer comprises a central high-speed mixer 1 (for example, a paddle, propeller or turbine mixer) for central quick mixing, mounted on the drive shaft 2 (not shown in Fig. 1), and a low-speed mixer 3 (for example, frame or anchor) mounted coaxially with a shaft 2 in the housing 4 for peripheral slow mixing, to the blades of which a float 5 is attached, which acts as a support for the low-speed mixer 3 and is made in the form of a hollow torus, and a driven coupling half, made in the form of a cylindrical pipe 6, is installed axially symmetrical with shaft 2, while the inner diameter of the nozzle is D. On the shaft 2 in the installation area of the cylindrical nozzle 6, the driving coupling half 7 is rigidly fixed in the form of a cylinder, on the lateral surface of which rods 8 of elastic material are installed, the length of which is that the ratio of the diameter d of the circle formed by the free ends of the rods 8, and the inner diameter D of the pipe 6 obey the relation (3).

Смеситель работает следующим образом. Вал 2 с быстроходной мешалкой 1, создающей зону перемешивания в центральной части корпуса 4, вращается от привода с числом оборотов n₁. Крутящий момент к тихоходной мешалке 3, создающей зону перемешивания в периферийной части корпуса 4 и вращающейся с числом оборотов n₂<n, передается через кольцевой зазор δ между внутренней поверхностью патрубка 6 и боковой поверхностью цилиндра ведущей полумуфты 7, образующей с патрубком 6 ведомой полумуфты гидромуфту типа «цилиндр-цилиндр» и использующей в качестве рабочей жидкости саму перемешиваемую жидкость.The mixer operates as follows. 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 to the low-speed mixer 3, which creates a mixing zone in the peripheral part of the housing 4 and rotates with a speed of n ₂ <n, is transmitted through the annular gap δ between the inner surface of the pipe 6 and the side surface of the cylinder of the driving coupling 7, which forms a hydraulic coupling with the pipe 6 of the driven coupling half cylinder-to-cylinder type and using the mixed liquid itself as the working fluid.

Так как поплавок 5 находится на поверхности перемешиваемой жидкости, то патрубок 6 постоянно погружен в нее на всей длине и колебание уровня жидкости не влияет на передаваемый крутящий момент от вала 2 к тихоходной мешалке 3. Изменение крутящего момента и числа оборотов n₂тихоходной мешалки 3 можно производить, варьируя длину цилиндра ведущей полумуфты 7 и величину кольцевого зазора δ между боковой поверхностью этого цилиндра и внутренней боковой поверхностью патрубка 6. Этот зазор может варьироваться в широких пределах, так как ограничение на него по сравнению с прототипом сняты. Для маловязких жидкостей в смесителях среднего и малого объемов для снижения числа оборотов n₂ тихоходной мешалки необходимо уменьшать длину цилиндра ведущей полумуфты 7 или увеличивать зазор между рабочими боковыми поверхностями полумуфт 6 и 7, что вызовет уменьшение крутящего момента, передаваемого, к лопастям тихоходной мешалки 3.Since the float 5 is located on the surface of the mixed fluid, the nozzle 6 is constantly immersed in it over the entire length and the fluctuation of the fluid level does not affect the transmitted torque from the shaft 2 to the low-speed mixer 3. Changing the torque and speed n _{2 of the} low-speed mixer 3 can produce by varying the length of the cylinder of the driving coupling half 7 and the size of the annular gap δ between the side surface of this cylinder and the inner side surface of the nozzle 6. This gap can vary within wide limits, since e on it compared to the prototype removed. For low-viscosity liquids in mixers of medium and small volumes, to reduce the number of revolutions n _{2 of the} low-speed mixer, it is necessary to reduce the cylinder length of the driving coupling half 7 or to increase the clearance between the working side surfaces of the coupling halves 6 and 7, which will cause a decrease in the torque transmitted to the slow-moving mixer blades 3.

Стержни 8 из упругого материала при соударении с внутренней боковой поверхностью патрубка 6 во время раскачивания при вращении тихоходной мешалки 3 не позволяют увеличить размах колебаний, так что лопасти тихоходной мешалки 3 не сталкиваются со стенкой корпуса 4. Рабочие боковые поверхности цилиндра ведущей полумуфты 7 и патрубка 6 также не могут столкнуться друг с другом из-за упругого отталкивания стержней 8 от внутренней боковой поверхности патрубка 6. Небольшие радиальные колебания лопастей тихоходной мешалки 3, допускаемые зазором δ между свободными концами стержней 8 и боковой поверхностью патрубка 6, так как диаметр d, образованный свободными концами стержней 8 меньше внутреннего диаметра D патрубка 6 согласно соотношению (3), способствуют уменьшению застойных зон и интенсифицируют процесс перемешивания у стенок корпуса 1.The rods 8 of elastic material in collision with the inner side surface of the nozzle 6 during swinging during rotation of the low-speed mixer 3 do not allow to increase the amplitude of oscillation, so that the blades of the low-speed mixer 3 do not collide with the wall of the housing 4. The working side surfaces of the cylinder of the driving coupling half 7 and pipe 6 also cannot collide with each other due to the elastic repulsion of the rods 8 from the inner side surface of the nozzle 6. Small radial vibrations of the blades of the slow-moving mixer 3, allowed by a gap of δ m forward free ends of the rods 8 and the side surface of the nozzle 6, because the diameter d, formed by the free ends of the rods 8 is less than the inner diameter D tube 6 according to relation (3) contribute to the reduction of dead zones and intensify the mixing process at the walls of the housing 1.

Таким образом, предлагаемая конструкция смесителя, в котором на валу 2 жестко закреплена ведущая полумуфта 7 в виде цилиндра, на боковой поверхности которого в шахматном порядке установлены стержни 8 из упругого материала с соотношением диаметра d окружности, образованной свободными концами этих стержней 8, к внутреннему диаметру D патрубка ведомой полумуфты, соответствующим условию (3), позволяет стабилизировать работу смесителя и обеспечить его устойчивую работу на длительный период времени без остановки на ремонт.Thus, the proposed design of the mixer, in which the drive coupling half 7 is rigidly fixed to the shaft 2 in the form of a cylinder, on the lateral surface of which rods 8 are made of elastic material with a ratio of the diameter d of the circle formed by the free ends of these rods 8 to the inner diameter D branch pipe of the driven coupling half, corresponding to condition (3), allows to stabilize the mixer and ensure its stable operation for a long period of time without stopping for repair.

Ведущую полумуфту 7 в виде цилиндра, на боковой поверхности которого в шахматном порядке закреплены стержни 8 из упругого материала несложно изготовить. Например, это может быть отливка или штамповка из резины или полимера.The leading coupling half 7 in the form of a cylinder, on the lateral surface of which rods 8 are staggered from an elastic material are easily manufactured. For example, it may be casting or stamping from rubber or polymer.

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 hydraulic coupling, the driven coupling half of which is mounted on the blades of the slow-moving mixer and made in the form of a cylindrical nozzle mounted axisymmetrically with the shaft, characterized in that the drive coupling half is rigidly fixed to the shaft in the form of a cylinder, on the side surface of which is staggered Lena rods of resilient material, wherein the ratio of the diameter of the circle formed by the free ends of the rods to the inner diameter of pipe

\frac{d}{D} = (0.9 \div 0.95),

where d and D, respectively, the diameter of the circle formed by the free ends of the rods, and the inner diameter of the pipe.