RU2048876C1

RU2048876C1 - Working tool of mixer

Info

Publication number: RU2048876C1
Application number: RU93045077A
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Арутюнов; С.В. Котов
Original assignee: Арутюнов Юрий Артемович
Priority date: 1993-09-21
Filing date: 1993-09-21
Publication date: 1995-11-27

Abstract

FIELD: chemical industry. SUBSTANCE: all versions of working tool include shaft with blade in the form of single-sided surfaces of Mobius strip type anchored on it in opposition. Development of blades has shape of X. In compliance with first version angles between plane perpendicular to shaft axis and planes of blades over span are equal and have same sign. In agreement with second version these angles are equal but have different signs. EFFECT: enhanced productivity of working tool. 2 cl, 19 dwg

Description

Изобретение относится к конструкции устройств для смешения двух и более ингредиентов жидкостей и сыпучих веществ в различных комбинациях. The invention relates to the design of devices for mixing two or more ingredients of liquids and solids in various combinations.

Известен рабочий орган смесителя, содержащий вал с закрепленным на нем основным перемешивающим органом в виде замкнутой односторонней поверхности и по крайней мере одним дополнительным перемешивающим органом, изогнутым по винтовой линии и закрепленным на валу со смещением относительно основного по фазе. Каждый такой лист Мебиуса соединен с валом по диаметрально противоположным образующим [1]
Недостатками такого рабочего органа смесителя являются низкая эффективность перемешивания ингредиентов и повышенные затраты энергии и времени на перемешивание.Known working body of the mixer, containing a shaft fixed to it with the main mixing body in the form of a closed one-sided surface and at least one additional mixing body, curved along a helical line and mounted on the shaft with an offset relative to the main phase. Each such Mobius strip is connected to the shaft by diametrically opposite generators [1]
The disadvantages of such a working body of the mixer are the low efficiency of mixing the ingredients and the increased cost of energy and time for mixing.

Известен рабочий орган смесителя, содержащий лопасти, прикрепленные своими торцами в двух местах к центральному валу. Лопасти арочной конструкции закручены на 90^о по своим торцам и образуют одностороннюю поверхность (типа листа Мебиуса). Развертка лопастей, выполненных заодно друг с другом, представляет собой S-образную фигуру с прямолинейным участком у места крепления лопастей к валу и закругленными участками по концам фигуры. Таким образом, средняя линия S-образной фигуры выполнена прямой у оси вала.Known working body of the mixer, containing blades attached by their ends in two places to the Central shaft. The blades are twisted on the arch ⁹⁰ at their ends and form a one-sided surface (such Moebius band). The development of the blades, made at the same time with each other, is an S-shaped figure with a straight section at the place of attachment of the blades to the shaft and rounded sections at the ends of the figure. Thus, the midline of the S-shaped figure is made straight at the axis of the shaft.

В этом месте лопасти прикреплены к валу перпендикулярно его оси. Угол средней линии одной лопасти равен 180^о, т.е. крайние точки фигуры соединены прямой линией, проходящей через ось вала. Модифицированная лопасть рабочего органа имеет раздельные детали, прикрепленные к трубчатому валу [2]
Недостаток приведенного рабочего органа заключается в низкой эффективности смешения при больших скоростях вращения, так как эффект перемешивания вдоль оси вала исчезает, потому что составляющая скорости в этом направлении по сравнению с окружной составляющей очень мала и ингредиенты только сильно закручиваются, а не смешиваются.At this point, the blades are attached to the shaft perpendicular to its axis. The angle of the midline of one blade is 180 ^about , i.e. the extreme points of the figure are connected by a straight line passing through the axis of the shaft. The modified blade of the working body has separate parts attached to the tubular shaft [2]
The disadvantage of this working body is the low mixing efficiency at high speeds of rotation, since the effect of mixing along the axis of the shaft disappears, because the speed component in this direction is very small compared to the circumferential component and the ingredients only twist rather than mix.

Задача изобретения повышение эффективности смешения ингредиентов. The objective of the invention is to increase the efficiency of mixing the ingredients.

Задача во всех вариантах выполняется за счет того, что рабочий орган смесителя содержит вал с оппозитно закрепленными на нем лопастями в виде односторонних поверхностей (листов Мебиуса). Развертка лопастей на плоскость имеет форму x, причем плоскость развертки перпендикулярна оси вала, а лопасти прикреплены к валу центральной своей частью. The task in all cases is carried out due to the fact that the working body of the mixer contains a shaft with blades oppositely mounted on it in the form of one-sided surfaces (Moebius sheets). The sweep of the blades on a plane has the shape x, the plane of the sweep being perpendicular to the axis of the shaft, and the blades attached to the shaft with its central part.

Кроме того, в первом варианте углы между плоскостью, перпендикулярной оси вала, и плоскостями лопастей по размаху, равноудаленные от оси вала, одинаковы и имеют один и тот же знак. In addition, in the first embodiment, the angles between the plane perpendicular to the axis of the shaft, and the planes of the blades in scope, equidistant from the axis of the shaft, are the same and have the same sign.

Во втором варианте углы между плоскостью, перпендикулярной оси вала, и плоскостями лопастей по размаху, равноудаленные от оси вала, одинаковы и имеют разные знаки. In the second embodiment, the angles between the plane perpendicular to the axis of the shaft, and the planes of the blades in scope, equidistant from the axis of the shaft, are the same and have different signs.

На фиг.1 показана конструктивная схема рабочего органа смесителя первого варианта; на фиг.2 вид А на фиг.1; на фиг.3 развертка лопастей на плоскость чертежа; на фиг.4 и 5 технология свертки концов развертки на фиг.3 (узлы I и II на фиг. 3); на фиг.6 свернутая поверхность лопастей рабочего органа на фиг. 3; на фиг. 7 и 8 углы между плоскостью, перпендикулярной оси вала и плоскостями лопастей (разрезы Б-Б и В-В на фиг.6); на фиг.9 конструктивная схема рабочего органа смесителя второго варианта; на фиг.10 вид Г на фиг.9; на фиг.11 развертка лопастей на плоскость чертежа; на фиг.12 и 13 технология свертки концов развертки на фиг.11 (узлы III и IV на фиг.11); на фиг.14 свернутая поверхность лопастей рабочего органа на фиг.11; на фиг.15 и 16 углы между плоскостью, перпендикулярной оси вала и плоскостями лопастей (разрезы Д-Д и Е-Е на фиг.14); на фиг.17 замкнутая вихревая система на лопастях рабочего органа; на фиг.18 схема работы рабочего органа смесителя первого варианта; на фиг.19 схема работы рабочего органа смесителя второго варианта. Figure 1 shows a structural diagram of the working body of the mixer of the first embodiment; figure 2 view a in figure 1; figure 3 scan of the blades on the plane of the drawing; figure 4 and 5 technology convolution of the ends of the scan in figure 3 (nodes I and II in Fig. 3); in Fig.6 the folded surface of the blades of the working body in Fig. 3; in FIG. 7 and 8, the angles between the plane perpendicular to the axis of the shaft and the planes of the blades (sections BB and BB in Fig.6); Fig.9 is a structural diagram of the working body of the mixer of the second embodiment; figure 10 view G in figure 9; figure 11 scan of the blades on the plane of the drawing; on Fig and 13 convolution technology of the ends of the scan in Fig.11 (nodes III and IV in Fig.11); in Fig.14 the folded surface of the blades of the working body in Fig.11; on Fig and 16 the angles between the plane perpendicular to the axis of the shaft and the planes of the blades (sections DD and EE in Fig.14); on Fig closed vortex system on the blades of the working body; in Fig.18 diagram of the working body of the mixer of the first embodiment; on Fig scheme of the working body of the mixer of the second embodiment.

Рабочий орган смесителя по первому варианту (фиг.1 и 2) содержит вал 1 с осью 2 и условной миделевой плоскостью 3, на котором закреплены лопасти 4 и 5, выполненные в виде односторонних поверхностей. В лопастях 4 и 5, в их средней части, имеются отверстия 6 и 7. Плоскость 3 расположена в месте наибольшей ширины рабочего органа. Рабочий орган сверху имеет вид восьмерки. Развертка лопастей 4 и 5 на плоскость, перпендикулярную оси вала (фиг.3), представляет собой х-образную фигуру с центральным участком для закрепления на валу 1. Вокруг средней линии 8 торец Т₁ элемента 10 лопасти 4 (фиг.4) скручивается против часовой стрелки на 90^о и соединяется с торцом Т₂ элемента 11 лопасти 4, повернутым по часовой стрелке на 90^о вокруг средней линии 8, так что точки а₁ и b₂, а также точки b₁ и а₂ соединяются друг с другом. Вокруг средней линии 9 (фиг.5) торец Т₃ элемента 12 лопасти 5 скручивается против часовой стрелки на 90^о и соединяется с торцом Т₄ элемента 13 лопасти 5, повернутым по часовой стрелке на 90^о вокруг средней линии 9, так что точки b₃ и а₄, а также точки а₃ и b₄ соединяются друг с другом. В плоскости 3 (фиг. 6) получается переход с верхней поверхности элемента 10 лопасти 4 на нижнюю поверхность элемента 11 лопасти 4 и наоборот с нижней поверхности элемента 10 лопасти 4 на верхнюю поверхность элемента 11 лопасти 4; внешняя кромка 14 переходит во внутреннюю кромку 15, а внутренняя кромка 16 переходит во внешнюю кромку 17, а также получается переход с верхней поверхности элемента 12 лопасти 5 на нижнюю поверхность элемента 13 лопасти 5 и наоборот с нижней поверхности элемента 12 лопасти 5 на верхнюю поверхность элемента 13 лопасти 5; внешняя кромка 18 переходит во внутреннюю кромку 19, а внутренняя кромка 20 переходит во внешнюю кромку 21.The working body of the mixer according to the first embodiment (figures 1 and 2) contains a shaft 1 with an axis 2 and a conditional mid-plane 3, on which the blades 4 and 5 are made, made in the form of one-sided surfaces. In the blades 4 and 5, in their middle part, there are holes 6 and 7. The plane 3 is located in the place of the greatest width of the working body. The working body from above has the form of a figure eight. The development of the blades 4 and 5 on a plane perpendicular to the axis of the shaft (figure 3) is an x-shaped figure with a central section for fixing on the shaft 1. Around the midline 8, the end face T _{1 of the} element 10 of the blade 4 (figure 4) is twisted against clockwise by 90 ^° and connected to the end face T _{2 of the} element 11 of the blade 4, rotated clockwise 90 ^° around the midline 8, so that points a ₁ and b ₂ , as well as points b ₁ and a _{2 are} connected to each other. Around the middle line 9 (FIG. 5), the end face T _{3 of the} element 12 of the blade 5 is twisted counterclockwise by 90 ^° and is connected to the end face T _{4 of the} element 13 of the blade 5 rotated clockwise 90 ^° around the middle line 9, so that the points b ₃ and a ₄ , as well as points a ₃ and b _{4 are} connected to each other. In the plane 3 (Fig. 6), a transition is obtained from the upper surface of the element 10 of the blade 4 to the lower surface of the element 11 of the blade 4 and vice versa from the lower surface of the element 10 of the blade 4 to the upper surface of the element 11 of the blade 4; the outer edge 14 goes into the inner edge 15, and the inner edge 16 goes into the outer edge 17, and the transition from the upper surface of the element 12 of the blade 5 to the lower surface of the element 13 of the blade 5 and vice versa from the lower surface of the element 12 of the blade 5 to the upper surface of the element 13 blades 5; the outer edge 18 passes into the inner edge 19, and the inner edge 20 passes into the outer edge 21.

Таким образом углы φ между плоскостью, перпендикулярной оси вала и плоскостями лопастей 4 и 5 по размаху, равноудаленные от оси вала, одинаковы и имеют один и тот же знак возрастая от 0^о у оси 2 до 90^о в плоскости 3, а затем убывая от 90^о до 0^о у оси 2 (фиг.7 и 8).Thus, the angles φ between the plane perpendicular to the axis of the shaft and the planes of the blades 4 and 5 in terms of span, equidistant from the axis of the shaft, are the same and have the same sign increasing from 0 ^about the axis 2 to 90 ^about in the plane 3, and then decreasing from 90 ^about to 0 ^about the axis 2 (Fig.7 and 8).

Рабочий орган смесителя по второму варианту (фиг.9 и 10) содержит вал 1 с осью 2 и условной миделевой плоскостью 3, на котором закреплены лопасти 4 и 5, выполненные в виде односторонних поверхностей. В лопастях 4 и 5, в их средней части, имеются отверстия 6 и 7. Плоскость 3 расположена в месте наибольшей ширины рабочего органа. На виде сверху рабочий орган имеет вид восьмерки. Развертка лопастей 4 и 5 на плоскость, перпендикулярную оси вала (фиг. 11), представляет собой х-образную фигуру с центральным участком для закрепления на валу 1. Вокруг средней линии 8 торец Т₁ элемента 10 лопасти 4 (фиг. 12) скручивается против часовой стрелки на 90^о и соединяется с торцем Т₂ элемента 11 лопасти 4, повернутым по часовой стрелке на 90^о вокруг средней линии 8, так что точки b₁ и а₂, а также точки а₁ и b₂ соединяются друг с другом. Вокруг средней линии 9 (фиг.13) торец Т₃ элемента 12 лопасти 5 скручивается по часовой стрелке на 90^о и соединяется с торцом Т₄ элемента 13 лопасти 5, повернутым против часовой стрелки на 90^о вокруг средней линии 9, так что точки b₃ и а₁, а также точки а₃ и b₄ соединяются друг с другом.The working body of the mixer according to the second embodiment (Figs. 9 and 10) contains a shaft 1 with an axis 2 and a conditional mid-plane 3, on which blades 4 and 5 are made, made in the form of one-sided surfaces. In the blades 4 and 5, in their middle part, there are holes 6 and 7. The plane 3 is located in the place of the greatest width of the working body. In the top view, the working body has the form of a figure eight. The development of the blades 4 and 5 on a plane perpendicular to the axis of the shaft (Fig. 11) is an x-shaped figure with a central section for fixing on the shaft 1. Around the center line 8, the end face T _{1 of the} element 10 of the blade 4 (Fig. 12) is twisted against clockwise by ⁹⁰ and connected to the butt end T ₂ of the blade member 11 4 rotated clockwise by ⁹⁰ about the central line 8, so that the points b ₁ and a ₂ as well as the point a ₁ and b ₂ are connected to each other. Around the middle line 9 (Figure 13) end of element 12 ₃ T of the blade 5 is twisted clockwise by ⁹⁰ and is connected with an end member 13 of T ₄ blade 5, rotated counterclockwise by ⁹⁰ about the central line 9, so that the points b ₃ and a ₁ , as well as points a ₃ and b _{4 are} connected to each other.

В плоскости 3 (фиг.14) получается переход с верхней поверхности элемента 10 лопасти 4 на нижнюю поверхность элемента 11 лопасти 4 и наоборот с нижней повер- хности элемента 10 лопасти 4 на верхнюю поверхность элемента 11 лопасти 4; внешняя кромка 14 переходит во внутреннюю кромку 15, а внутренняя кромка 16 переходит во внешнюю кромку 17, а также получается переход с верхней поверхности элемента 12 лопасти 5 на нижнюю поверхность элемента 13 лопасти 5 и наоборот с нижней поверхности элемента 12 лопасти 5 на верхнюю поверхность элемента 13 лопасти 5; внешняя кромка 18 переходит во внутреннюю кромку 19, а внутренняя кромка 20 переходит во внешнюю кромку 21. In plane 3 (Fig. 14), a transition is obtained from the upper surface of the element 10 of the blade 4 to the lower surface of the element 11 of the blade 4 and vice versa from the lower surface of the element 10 of the blade 4 to the upper surface of the element 11 of the blade 4; the outer edge 14 goes into the inner edge 15, and the inner edge 16 goes into the outer edge 17, and the transition from the upper surface of the element 12 of the blade 5 to the lower surface of the element 13 of the blade 5 and vice versa from the lower surface of the element 12 of the blade 5 to the upper surface of the element 13 blades 5; the outer edge 18 passes into the inner edge 19, and the inner edge 20 goes into the outer edge 21.

Таким образом, углы φ между плоскостью, перпендикулярной оси вала и плоскостями лопастей 4 и 5 по размаху, равноудаленные от оси вала, одинаковы и имеют разные знаки возрастая от 0^о у оси 2 до 90^о в плоскости 3, а затем убывая от 90 до 0^о у оси 2 (фиг.15 и 16).Thus, the angles φ between the plane perpendicular to the axis of the shaft and the planes of the blades 4 and 5 in span, equidistant from the axis of the shaft, are the same and have different signs increasing from 0 ^about the axis 2 to 90 ^about in the plane 3, and then decreasing from 90 to 0 ^about the axis 2 (Fig.15 and 16).

Работа органа смесителя по первому и второму варианту заключается в следующем. The work of the mixer on the first and second option is as follows.

В емкость 22 (фиг.17-19) помещают смешиваемые ингредиенты 23 и рабочий орган с валом 1 и лопастями 4 и 5. Рабочему органу сообщают вращение с соответствующей угловой скоростью ω в направлении вращения НВ относительно оси 2 вала 1. В первый момент времени работы на кромках 14-17 лопасти 4 и на кромках 18-21 лопасти 5 образуются локальные вихревые структуры, которые постепенно развиваясь, организуют одну общую вращающуюся парную замкнутую вихревую систему с интенсивностями Т₁ и Т₂, которая ориентирована вдоль односторонней поверхности рабочего органа; односторонняя поверхность способствует удержанию вихревой системы на себе. Таким образом, замкнутая вихревая система рабочего органа инициирует и осуществляет процесс смешения ингредиентов на самом рабочем органе точнее, на поверхностях лопастей 4 и 5. Но ввиду того, что лопасти 4 и 5 рабочего органа смесителя имеют крутку, то смешиваемые ингредиенты при сходе с них имеют составляющие скорости как вдоль лопастей, так и поперек них, т.е. будут закручены в виде пространственных вихрей, которые генерируют вторичные вихревые структуры, распространяющиеся по всему объему емкости. Сверху и снизу у вала, относительно рабочего органа смесителя, одновременно образуются зоны разрежения 24 и 25, а в верхних боковых частях лопастей 4,5 одновременно образуются зоны подпора 26 и 27.Mixed ingredients 23 and a working body with a shaft 1 and blades 4 and 5 are placed in a container 22 (Figs. 17-19). The working body is informed of the rotation with the corresponding angular velocity ω in the direction of rotation of the HB relative to the axis 2 of the shaft 1. At the first instant of operation at the edges 14-17 of the blade 4 and at the edges 18-21 of the blade 5 local vortex structures are formed, which gradually develop, organize one common rotating paired closed vortex system with intensities T ₁ and T ₂ , which is oriented along the one-sided surface of the working body; a one-sided surface helps to keep the vortex system on itself. Thus, the closed vortex system of the working body initiates and implements the process of mixing the ingredients on the working body itself, more precisely, on the surfaces of the blades 4 and 5. But since the blades 4 and 5 of the working body of the mixer have a twist, then the mixed ingredients when leaving them have velocity components both along and across the blades, i.e. will be twisted in the form of spatial vortices, which generate secondary vortex structures propagating throughout the volume of the container. Above and below the shaft, relative to the working body of the mixer, at the same time rarefaction zones 24 and 25 are formed, and in the upper lateral parts of the vanes 4,5, backwater zones 26 and 27 are simultaneously formed.

По п е р в о м у варианту (фиг.18): сверху и снизу у вала (относительно рабочего органа смесителя) одновременно образуются зоны разрежения 24 и 25, а в верхних боковых частях лопастей 4 и 5 одновременно образуются зоны подпора 26 и 27. According to the first variant (Fig. 18): rarefaction zones 24 and 25 are simultaneously formed at the top and bottom of the shaft (relative to the mixer working body), and backwater zones 26 and 27 are simultaneously formed in the upper side parts of the blades 4 and 5 .

По в т о р о м у варианту (фиг.19): сверху и снизу у вала (относительно рабочего органа смесителя) одновременно образуются зоны разрежения 24 и 25, также и сверху и снизу, в боковых частях лопастей 4 и 5, образуются зоны подпора 26 и 27. According to the variant (Fig. 19): rarefaction zones 24 and 25 are simultaneously formed at the top and bottom of the shaft (relative to the mixer working body), and zones are formed at the top and bottom, in the lateral parts of the blades 4 and 5, backwater 26 and 27.

Как следует из описания конструкции рабочих органов смесителя и их работы, предлагаемые рабочие органы позволяют эффективно смешивать различные по вязкости ингредиенты, получая смеси с более мелкодисперсной структурой. As follows from the description of the design of the working bodies of the mixer and their work, the proposed working bodies allow you to effectively mix different viscosity ingredients, obtaining mixtures with a finer structure.

Claims

1 The working body of the mixer, containing a shaft with blades oppositely mounted on it, made in the form of one-sided surfaces such as a Moebius sheet, characterized in that the angles between the plane perpendicular to the axis of the shaft and the planes of the blades are the same in magnitude and have the same sign, scan the blades on the plane are X-shaped, with the sweep plane perpendicular to the axis of the shaft, the blades attached to the shaft with its central part.

2. The working body of the mixer, containing a shaft with blades oppositely mounted on it, made in the form of one-sided surfaces such as a Moebius sheet, characterized in that the angles between the plane perpendicular to the axis of the shaft and the planes of the blades are the same in scope and have different signs, the sweep of the blades on the plane has an X-shape, with the plane of development perpendicular to the axis of the shaft, the blades attached to the shaft with its central part.