RU154488U1

RU154488U1 - MIXER

Info

Publication number: RU154488U1
Application number: RU2015111044/05U
Authority: RU
Inventors: Александр Борисович Голованчиков; Светлана Борисовна Воротнева; Наталия Александровна Дулькина; Анна Геннадиевна Шульгина; Юлия Александровна Лыско; Михаил Евгеньевич Кисиль
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2015-08-27

Abstract

Предлагаемое техническое решение относится к смесителям комбинированного типа для перемешивания высоковязких ньютоновских жидкостей суспензий и эмульсий и может найти применение в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, топливоэнергетической, горноперерабатывающей, фармакологической, пищевой и других отраслях промышленности.The proposed solution relates to a combination type mixer for mixing highly viscous Newtonian liquids of suspensions and emulsions and can be used in chemical, petrochemical, oil refining, fuel and energy, mining, pharmaceutical, food and other industries.

Техническим результатом предлагаемой конструкции смесителя является упрощение конструкции.The technical result of the proposed design of the mixer is to simplify the design.

Поставленный технический результат достигается тем, что в смесителе, состоящем из емкости, вала с мешалкой и рубашки для охлаждения или обогрева обрабатываемого продукта, при этом вал в зоне смешения представляет собой цилиндрическую пружину, коэффициент упругости которой определяется условиемThe technical result is achieved by the fact that in the mixer, consisting of a tank, a shaft with a stirrer and a jacket for cooling or heating the processed product, the shaft in the mixing zone is a coil spring, the elastic coefficient of which is determined by the condition

a=(2πn)²·m, a = (2πn) ² · m,

где a - коэффициент упругости цилиндрической пружины, Н/м;where a is the coefficient of elasticity of the coil spring, N / m;

n - число оборотов вала мешалки, об/с;n is the number of revolutions of the mixer shaft, r / s;

m - масса мешалки, кг. m is the mass of the mixer, kg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к смесителям комбинированного типа для перемешивания высоковязких ньютоновских жидкостей суспензий и эмульсий и может найти применение в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, топливоэнергетической, горноперерабатывающей, фармакологической, пищевой и других отраслях промышленности.The proposed solution relates to mixers for mixing high viscosity Newtonian liquids suspensions and emulsions and can be used in chemical, petrochemical, oil refining, fuel and energy, mining, pharmaceutical, food and other industries.

Известен смеситель, содержащий корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на валу привода, тихоходную мешалку и гидромуфту с ведущей полу муфтой, жестко закрепленной на валу, и ведомой полумуфтой, закрепленной на лопастях тихоходной мешалки и установленной осесимметрично с валом, отличающийся тем, что ведомая полумуфта снабжена гильзой с подшипником, закрепленным на валу, а ведомая и ведущая полумуфты представляют собой сегменты полого цилиндра (патент на полезную модель РФ №141483, B01F 7/16, 2014 г.).A known mixer comprising a housing, a central high-speed mixer, mounted on the drive shaft, a low-speed mixer and a hydraulic coupling with a leading floor coupling rigidly mounted on the shaft, and a driven coupling half mounted on the blades of a slow-moving mixer and mounted axisymmetrically with the shaft, characterized in that the driven coupling half equipped with a sleeve with a bearing mounted on the shaft, and the driven and driving coupling halves are segments of a hollow cylinder (patent for utility model of the Russian Federation No. 141483, B01F 7/16, 2014).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность конструкции, связанная с установкой подшипника и гидромуфты. Кроме того, известный смеситель не позволяет создавать осевые колебания быстроходной мешалки, что уменьшает качество перемешивания в центральной зоне ее работы.The reasons that impede the achievement of a given technical result include design complexity associated with the installation of a bearing and a fluid coupling. In addition, the known mixer does not allow the creation of axial vibrations of a high-speed mixer, which reduces the quality of mixing in the central zone of its operation.

Известны конструкции вибрационных мешалок, содержащих корпус, привод, совершающий возвратно-поступательное движение, соединенный с валом, на котором закреплены один или несколько перфорированных дисков (Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Издание 8-е, переработанное. - М.: Химия, 1971, С. 271-272).Known designs of vibrational agitators containing a housing, a reciprocating drive connected to a shaft on which one or more perforated disks are fixed (Kasatkin A.G. Basic processes and apparatuses of chemical technology. Edition 8, revised. - M .: Chemistry, 1971, S. 271-272).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность конструкции из-за необходимости установки привода с вращательно-поступательным движением.The reasons that impede the achievement of a given technical result include design complexity due to the need to install a drive with rotational-translational motion.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятому за прототип, является аппарат АР2 - 4, состоящий из емкости, вала с мешалкой и эллиптическим днищем, рубашки для охлаждения или обогрева обрабатываемого продукта, роторного перемешивающего устройства типа ГАРТ и электродвигателей. Роторная головка имеет вихревую камеру, образованную вращающимся ротором и неподвижным статором (А.С.Тимонин, Основы конструирования и расчета химико- технологического и природоохранного оборудования. Справочник. Т.2. Издание 2-е, переработанное и дополненное. - Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2002, С. 907-908).The closest technical solution for the totality of features to the claimed object and adopted as a prototype is the apparatus AP2 - 4, consisting of a tank, a shaft with a stirrer and an elliptical bottom, a jacket for cooling or heating the processed product, a rotary mixing device like GART and electric motors. The rotor head has a vortex chamber formed by a rotating rotor and a fixed stator (A.S. Timonin, Fundamentals of the design and calculation of chemical-technological and environmental equipment. Reference book. T.2. Edition 2, revised and supplemented. - Kaluga: Publisher N Bochkareva, 2002, S. 907-908).

К причинам препятствующим достижению заданного технического результата относится сложность конструкции, связанная с необходимостью дополнительной установки перемешивающего устройства типа ГАРТ и электродвигателя к нему.The reasons that impede the achievement of a given technical result include the design complexity associated with the need for additional installation of a mixing device such as GART and an electric motor to it.

где а - коэффициент упругости цилиндрической пружины, Н/м;where a is the coefficient of elasticity of a coil spring, N / m;

m - масса мешалки, кг.m is the mass of the mixer, kg

Вал мешалки, представляющий собой в зоне смешения цилиндрическую пружину, образует с самой мешалкой массой m физический маятник. Зная коэффициент упругости цилиндрической пружины a, можно определить собственную частоту колебаний ν для физического маятника (Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. Гос.издательство физико-математической литературы. - М, 1963, С. 102)The shaft of the mixer, which is a cylindrical spring in the mixing zone, forms a physical pendulum with the mixer itself of mass m. Knowing the coefficient of elasticity of a coil spring a , it is possible to determine the natural vibration frequency ν for a physical pendulum (Yavorsky BM, Detlaf AA. Handbook of Physics. State Publishing House of Physical and Mathematical Literature. - M, 1963, P. 102)

Если собственная частота колебаний ν в формуле (2) равна частоте вращения вала мешалки n, то при выполнении условия (1) вал, представляющий собой в зоне смешения цилиндрическую пружину, вместе с мешалкой совершает резонансные колебания, которые обеспечивают перемешивание обрабатываемого продукта в окружном и осевом направлениях. Таким образом, используя вал в зоне смешения в виде цилиндрической пружины, имеющей коэффициент упругости а, определяемый условием (1), можно перевести вал мешалки, помимо вращения от привода в режим осевых резонансных колебаний без установки специального привода, совершающего возвратно-поступательное движение. Это упрощает конструкцию смесителя при сохранении эффективности и интенсивности смешения, особенно высоковязких неньютоновских жидкостей.If the natural vibration frequency ν in formula (2) is equal to the rotational speed of the mixer shaft n, then when condition (1) is fulfilled, the shaft, which is a cylindrical spring in the mixing zone, performs resonant vibrations together with the mixer, which ensure mixing of the processed product in circumferential and axial directions. Thus, using a shaft in the mixing zone in the form of a cylindrical spring having an elastic coefficient a, determined by condition (1), the mixer shaft can be converted, in addition to rotation from the drive, to the mode of axial resonance vibrations without installing a special drive that performs reciprocating motion. This simplifies the design of the mixer while maintaining the efficiency and intensity of mixing, especially high-viscosity non-Newtonian fluids.

На чертеже изображен общий вид предлагаемой конструкции смесителя.The drawing shows a General view of the proposed design of the mixer.

Он состоит из корпуса 1 со съемной крышкой 2, на которой осесимметрично с корпусом 1 установлен двигатель 3 с редуктором 4, соединенным с валом 5, в зоне смешения представляющим собой цилиндрическую пружину с коэффициентом упругости a, определяемым условием (1). На конце вала 5 закреплена мешалка 6 массой m. На крышке 2 установлен патрубок 7 для подачи в корпус 1 обрабатываемого продукта, а в нижней части корпуса 1 установлен патрубок 8 для отвода обрабатываемого продукта. На стенке и днище корпуса 1 установлена рубашка 9 с патрубками подвода 10 и отвода 11 теплоносителя. На рубашке 9 закреплены опоры 12.It consists of a housing 1 with a removable cover 2, on which an engine 3 is mounted axisymmetrically with the housing 1 with a gearbox 4 connected to the shaft 5, in the mixing zone a cylindrical spring with an elastic coefficient a determined by condition (1). At the end of the shaft 5, a mixer 6 is fixed with a mass of m. On the cover 2, a pipe 7 is installed for supplying the processed product to the housing 1, and a pipe 8 is installed in the lower part of the housing 1 for removal of the processed product. On the wall and bottom of the housing 1, a shirt 9 is installed with nozzles for supply 10 and outlet 11 of the coolant. On the shirt 9 fixed support 12.

Смеситель работает следующим образом. По патрубку 7 в корпус 1 подают обрабатываемый продукт, а по патрубку 8 его отводят. Одновременно по патрубку 10 подводят в рубашку 9 теплоноситель, а по патрубку 11 его отводят из рубашки 9. Включают двигатель 3, который через редуктор 4 передает вращение валу 5 и мешалке 6 с числом оборотов n. Так как коэффициент упругости a пружины, из которой выполнен вал 5, подчиняется условию (1), то собственная частота колебаний ν физического маятника, которым является цилиндрическая пружина вала 5 с мешалкой 6 массой m, равняется частоте вращения мешалки 6. Поэтому цилиндрическая пружина вала 5 работает в режиме резонанса и совершает продольные колебания.The mixer operates as follows. The processed product is fed through the pipe 7 to the housing 1, and it is diverted through the pipe 8. At the same time, coolant is supplied through the pipe 10 to the jacket 9, and it is taken from the shirt 9 through the pipe 11. The engine 3 is turned on, which through the gearbox 4 transmits rotation to the shaft 5 and the mixer 6 with the number of revolutions n. Since the coefficient of elasticity a of the spring from which the shaft 5 is made obeys condition (1), the natural vibration frequency ν of the physical pendulum, which is the cylindrical spring of the shaft 5 with the mixer 6 of mass m, is equal to the frequency of rotation of the mixer 6. Therefore, the cylindrical spring of the shaft 5 operates in resonance mode and performs longitudinal vibrations.

Таким образом, выполнение условия (1), связывающее коэффициент упругости a цилиндрической пружины вала 5 с массой m мешалки 6 и числом оборотов n вала 5 позволяет одновременно с макроперемешиванием обрабатываемого продукта в окружном движении осуществлять микроперемешивание при осевом колебательном движении цилиндрической пружины вала 5, что позволяет эффективно перемешивать весь объем высоковязкой неньютоновской жидкости, какой является обрабатываемый продукт, без дополнительного двигателя и привода, обеспечивающего осевые колебания, что упрощает конструкцию смесителя.Thus, the fulfillment of condition (1), relating the coefficient of elasticity a of the cylindrical spring of the shaft 5 with the mass m of the mixer 6 and the speed n of the shaft 5 allows for simultaneous macro-mixing of the processed product in the circumferential motion to carry out micro-mixing with axial oscillatory motion of the cylindrical spring of the shaft 5, which allows effectively mix the entire volume of a highly viscous non-Newtonian fluid, which is the processed product, without an additional engine and drive providing axial vibrations, which simplifies the design of the mixer.

Пример: Масса мешалки 6m=5 кг, число оборотов мешалки 6n=7 об/с. Согласно условию (1), коэффициент упругости a цилиндрической пружины вала 5 должен быть:Example: The mass of the mixer is 6m = 5 kg, the number of revolutions of the mixer is 6n = 7 r / s. According to condition (1), the coefficient of elasticity a of the cylindrical spring of the shaft 5 should be:

a=(6,28·7)²·5=9662,4 Н/м ≈985 кг/м. a = (6.28 · 7) ² · 5 = 9662.4 N / m ≈985 kg / m.

Получаем, что при a≈985 кг/м, то есть при осевой нагрузке 985 кг, цилиндрическая пружина деформируется на 1 м. В этом случае собственная частота колебаний ν цилиндрической пружины вала 5 совпадает с частотой вращения n мешалки 6, и цилиндрическая пружина вала 5 совершает резонансные продольные колебания без применения дополнительного двигателя и привода, что способствует упрощению конструкции смесителя.We get that at a ≈985 kg / m, that is, with an axial load of 985 kg, the coil spring is deformed by 1 m. In this case, the natural vibration frequency ν of the coil spring of shaft 5 coincides with the rotational speed n of the mixer 6, and the coil spring of shaft 5 performs resonant longitudinal vibrations without the use of an additional motor and drive, which helps to simplify the design of the mixer.

Claims

A mixer consisting of a tank, a shaft with a stirrer and a jacket for cooling or heating the processed product, characterized in that the shaft in the mixing zone is a coil spring, the elastic coefficient of which is determined by the condition:

a = (2πn) ²

where a is the coefficient of elasticity of a coil spring, N / m;

n is the number of revolutions of the mixer shaft, r / s;

m is the mass of the mixer, kg