RU2048877C1

RU2048877C1 - Working tool of mixer

Info

Publication number: RU2048877C1
Application number: RU93053125A
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Арутюнов; Л.А. Гориславская
Original assignee: Арутюнов Юрий Артемович
Priority date: 1993-11-25
Filing date: 1993-11-25
Publication date: 1995-11-27

Abstract

FIELD: chemical industry. SUBSTANCE: working tool of mixer is composed of two shafts placed in parallel which carry blades. Blades are manufactured in the form of closed one-sided surfaces of Mobius strips. Developments of Mobius strips on plane perpendicular to shafts axes present specularly reflected S-shaped elements. One element is anchored with central section on upper end of shaft perpendicular to its axis and its butts on lower end of shaft in parallel to its axis. The other element is fixed with central section on lower end of shaft perpendicular to its axis and its butts on upper end of shaft in parallel to its axis. Blades may be put on shafts with displacement H=(1-3)Д_b relative to each other, where Д_b is biggest dimension of blade in plane perpendicular to shaft axis. EFFECT: increased mixing efficiency of working tool. 2 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к конструкции устройств для смешения двух и более ингредиентов, например жидкостей, сыпучих веществ и их комбинаций. The invention relates to the design of devices for mixing two or more ingredients, for example liquids, solids and their combinations.

Известен рабочий орган смесителя, содержащий вертикальный вал с закрепленным на нем основным перемешивающим органом в виде замкнутой односторонней поверхности типа листа Мебиуса, и по крайней мере одним дополнительным перемешивающим органом, изогнутым по винтовой линии и закрепленным на валу со смещением относительно основного по фазе. Каждая поверхность типа листа Мебиуса соединена с валом по диаметральным образующим [1]
Недостатком рабочего органа смесителя является низкая эффективность перемешивания обрабатываемых ингредиентов и повышенные затраты энергии и времени на перемешивание.Known working body of the mixer, containing a vertical shaft fixed to it with the main mixing body in the form of a closed one-sided surface such as a Moebius sheet, 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 surface of a Mobius strip type is connected to the shaft by diametrical generators [1]
The disadvantage of the working body of the mixer is the low efficiency of mixing the processed ingredients and the increased cost of energy and time for mixing.

Известен рабочий орган смесителя, содержащий прикрепленные своими торцами в двух местах к центральному несущему элементу типа вала рабочего органа. Лопасти имеют арочную конструкцию и закручены на 90^о по своим торцам. 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 в виде прямой линии у оси вала. В этом месте лопасти прикреплены к валу перпендикулярно его оси. Угол на 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 несущему элементу-валу [2]
Недостаток этого рабочего органа низкая эффективность смешения. Это объясняется тем, что при больших скоростях вращения, на которых работают современные смесители, эффект перемешивания вдоль оси вала исчезает, так как составляющая скорсти в этом направлении по сравнению с окружными скоростями очень малы. Смешиваемые ингредиенты в таких случаях только сильно закручиваются в емкости, а не смешиваются, т.е. частицы ингредиентов вращаются параллельно друг другу в одной плоскости.Known working body of the mixer, containing attached with their ends in two places to the Central bearing element such as the shaft of the working body. The blades have an arched design and twisted at ⁹⁰ on their ends. 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 middle line of the S-shaped figure is made in the form of a straight line at the axis of the shaft. At this point, the blades are attached to the shaft perpendicular to its axis. The angle on the midline of one blade is 180 ^° , 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 bearing element-shaft [2]
The disadvantage of this working body is the low mixing efficiency. This is due to the fact that at high speeds of rotation, at which modern mixers work, the effect of mixing along the axis of the shaft disappears, since the velocity component in this direction is very small compared to peripheral speeds. In such cases, the mixed ingredients only twist strongly in the container, and do not mix, i.e. particles of ingredients rotate parallel to each other in the same plane.

Задачей изобретения является повышение эффективности смешивания ингредиентов и уменьшение энергетических затрат. The objective of the invention is to increase the efficiency of mixing the ingredients and reduce energy costs.

Задача достигается тем, что рабочий орган смесителя содержит два параллельно расположенных вала. На каждом из валов закреплено по одной лопасти в виде замкнутых односторонних поверхностей типа листа Мебиуса. Развертка одной из лопастей на плоскость, перпендикулярную оси вала, выполнена в виде S-образного элемента с центральным участком, закрепленным на верхнем конце вала перпендикулярно его оси и торцами, закрепленными на нижнем конце вала параллельно его оси. Развертка листа другой лопасти выполнена в виде

-образного элемента, являющегося зеркальным отображением первого, причем центральный участок для закрепления расположен на нижнем конце вала и перпендикулярно его оси, а его торцы закрепляются на верхнем конце вала параллельно его оси.The task is achieved in that the working body of the mixer contains two parallel shafts. On each of the shafts, one blade is fixed in the form of closed one-sided surfaces such as a Moebius sheet. The development of one of the blades on a plane perpendicular to the axis of the shaft is made in the form of an S-shaped element with a central section mounted on the upper end of the shaft perpendicular to its axis and with ends fixed on the lower end of the shaft parallel to its axis. Sweep sheet another blade made in the form

-shaped element, which is a mirror image of the first, and the Central section for fixing is located on the lower end of the shaft and perpendicular to its axis, and its ends are fixed on the upper end of the shaft parallel to its axis.

Помимо расположения лопастей на одном уровне, возможно их смещение относительно друг друга на расстояние Н (1-3)Д_л, где Д_л наибольший размер лопасти в плоскости, перпендикулярной оси вала.In addition to the location of the blades at the same level, their displacement relative to each other by a distance of H (1-3) D _{l is} possible, where D _{l is the} largest blade size in a plane perpendicular to the axis of the shaft.

На фиг. 1 приведена конструктивная схема рабочего органа смесителя; на фиг. 2 и 3 развертки лопастей на плоскость чертежа; на фиг.4 сечение В-В на фиг.1; на фиг.5 сечение Г-Г на фиг.1; на фиг.6 сечение Е-Е на фиг.1; на фиг. 7 сечение Ж-Ж на фиг.1; на фиг.8 вид М на фиг.1; на фиг.9 расположение лопастей на разном уровне; на фиг.10 представлена схема работы рабочего органа смесителя; на фиг.11 сечение Л-Л на фиг.10. In FIG. 1 shows a structural diagram of the working body of the mixer; in FIG. 2 and 3 sweep blades on the plane of the drawing; figure 4 section bb in figure 1; figure 5 section GG in figure 1; in Fig.6 section EE in Fig.1; in FIG. 7 section FJ in figure 1; on Fig view M in figure 1; in Fig.9 the location of the blades at different levels; figure 10 presents a diagram of the working body of the mixer; in Fig.11 section LL in Fig.10.

Рабочий орган смесителя (фиг. 1) состоит из двух параллельно расположенных валов 1 и 2. Расстояние L между валами составляет (1,1-1,2)Д_л, где Д_л наибольший размер лопасти в плоскости, перпендикулярной оси вала. На валах 1 и 2 закреплены лопасти 3 и 4, выполненные в виде односторонних поверхностей (листов Мебиуса). Развертка листа лопасти 3 на плоскость, перпендикулярную оси вала (фиг.2), представляет собой S-образный элемент 5. Торцы Т и Т₁ элемента 5 закреплены параллельно оси O₁ на нижнем конце К вала 1 так, что точка а соединена с точкой с, точка b соединена с точкой d. Элемент 5 посажен на вал 1 своим центром 6 и закреплен на нем, причем центр 6 находится сверху над торцами Т и Т₁ на расстоянии h₁. Развертка листа лопасти 4 на плоскость, перпендикулярную оси O₂ вала 2 (фиг.3), представляет собой S-образный элемент 7, являющийся зеркальным отображением элемента 5. Элемент 7 закреплен торцами Т и Т₁ на валу 2 параллельно его оси O₂так, что точка с соединена с точкой g, точка f соединена с точкой h. Элемент 7 посажен на вал 2 своим центром так, что плоскость центра 8, перпендикулярна оси вала, и закреплен на нижнем конце Н вала на расстоянии h₂ от торцев Т и Т₁, находящихся на верхнем конце И вала 2.The working body of the mixer (Fig. 1) consists of two parallel shafts 1 and 2. The distance L between the shafts is (1.1-1.2) D _l , where D _{l is the} largest blade size in a plane perpendicular to the axis of the shaft. On the shafts 1 and 2 fixed blades 3 and 4, made in the form of one-sided surfaces (Moebius sheets). The scan sheet of the blade 3 on a plane perpendicular to the axis of the shaft (figure 2), is an S-shaped element 5. The ends T and T _{1 of the} element 5 are fixed parallel to the axis O ₁ on the lower end K of the shaft 1 so that the point a is connected to the point c, point b is connected to point d. The element 5 is planted on the shaft 1 with its center 6 and fixed on it, and the center 6 is located above the ends of T and T ₁ at a distance of h ₁ . The scan sheet of the blade 4 on a plane perpendicular to the axis O _{2 of the} shaft 2 (figure 3), is an S-shaped element 7, which is a mirror image of the element 5. The element 7 is fixed by the ends T and T ₁ on the shaft 2 parallel to its axis O ₂ so that c is connected to g, f is connected to h. The element 7 is mounted on the shaft 2 with its center so that the plane of the center 8 is perpendicular to the axis of the shaft and is fixed on the lower end H of the shaft at a distance h ₂ from the ends T and T ₁ located on the upper end AND of the shaft 2.

Торцы Т, Т₁, Т' и Т₁' элементов 5,7 расположены под углами α,α₁, α' и α₁' к продольным осям Х и X' соответственно. Углы α, α₁ и α' и α₁' равны между собой и находятся в пределах 100-115^о, вершины углов расположены в центрах Ц, Ц₁, Ц' и Ц₁'.The ends T, T ₁ , T 'and T ₁ ' of the elements 5,7 are located at angles α, α ₁ , α 'and α ₁ ' to the longitudinal axes X and X ', respectively. The angles α, α ₁ and α 'and α ₁ ' are equal to each other and are in the range of 100-115 ^about , the vertices of the corners are located in the centers C, C ₁ , C 'and C ₁ '.

В верхней точке крепления лопасти 3 к валу 1 (фиг.4) плоскости лопасти ПВ перпендикулярны оси O₁ вала 1. В нижней точке крепления лопасти 3 к валу 1 (фиг.5) плоскости лопасти ПН параллельны оси O₁ вала 1.At the upper point of attachment of the blade 3 to the shaft 1 (Fig. 4), the plane of the PV blade is perpendicular to the axis O _{1 of the} shaft 1. At the lower point of attachment of the blade 3 to the shaft 1 (Fig. 5) of the plane of the rotor blade parallel to the axis O _{1 of the} shaft 1.

В верхней точке крепления лопасти 4 к валу 2 (фиг.6) плоскости лопасти ПВ параллельны оси O₂ вала 2. В нижней точке крепления лопасти 4 плоскости лопастей ПН перпендикулярны оси O₂ вала 2 (фиг.7).At the upper point of attachment of the blades 4 to the shaft 2 (Fig.6) the plane of the blades of the PV are parallel to the axis O _{2 of the} shaft 2. At the lower point of attachment of the blades 4 of the plane of the blades PN are perpendicular to the axis O _{2 of the} shaft 2 (Fig.7).

Каждая лопасть между нижней и верхней точками крепления в пространстве представляет собой винтовую линию (зеркального отображения). Each blade between the lower and upper attachment points in space is a helix (mirror image).

Рабочий орган (фиг.8) представляет собой 8-образные фигуры с продольными осями А и Б, перпендикулярными друг к другу. The working body (Fig. 8) is an 8-shaped figure with the longitudinal axes A and B perpendicular to each other.

Помимо расположения лопастей на одном уровне, возможно их смещение относительно друг друга на расстояние Н (1-3)Д_л.In addition to the location of the blades at the same level, their displacement relative to each other by a distance of H (1-3) D _{l is} possible.

Принцип работы рабочего органа смесителя заключается в следующем. The principle of operation of the working body of the mixer is as follows.

Рабочий орган помещается в емкость 9, в которой находятся ингредиенты 10, предназначенные для смешивания (фиг.10). The working body is placed in a container 9, in which there are ingredients 10 intended for mixing (figure 10).

Валы 1 и 2 вращают синхронно с угловыми скоростями ω и (-ω ) в направлении НВ. Shafts 1 and 2 rotate synchronously with angular velocities ω and (-ω) in the direction of HB.

Ингредиенты перемещаются лопастью 3 рабочего органа с верхних частей емкости 9 в нижнюю часть осевым потоком 11, проходя последовательно заборную 12 и сливную 13 часть органа. За сливной частью ингредиенты перемещаются в виде осевых потоков 11 и вихревых структур 14 и 15. Вихри за сливной частью имеют вид шнуров 14 и колец 15, которые перемещаются по емкости, сталкиваются между собой, частично разрушаются, а частично возвращаются по стенкам емкости на заборную часть лопасти 3. Лопасть 4 при вращении создает осевой поток 16, противоположный осевому потоку 11 от лопасти 3. Поток 11, изменяя свое направление, подсасывается к потоку 16, попадая на заборную часть 17 лопасти 4 и потом на сливную часть 18. Пройдя сливную часть 18, ингредиенты тут же попадают на заборную часть 12 лопасти 3 и далее цикл смешения повторяется. Таким образом, образуется мощный циркуляционный поток 19 между двумя лопастями рабочего органа, который способен поднимать даже самые тяжелые частицы ингредиентов со дна емкости до его верха. The ingredients are moved by the blade 3 of the working body from the upper parts of the tank 9 to the lower part by axial flow 11, passing sequentially intake 12 and drain 13 of the body. Behind the drain part, the ingredients move in the form of axial flows 11 and vortex structures 14 and 15. The vortices behind the drain part have the form of cords 14 and rings 15 that move along the container, collide with each other, partially collapse, and partially return along the walls of the container to the intake part the blades 3. The blade 4 during rotation creates an axial flow 16 opposite to the axial flow 11 from the blade 3. The stream 11, changing its direction, is sucked up to the stream 16, falling on the intake part 17 of the blade 4 and then on the drain part 18. Having passed the drain part 18 , ingred cients immediately fall to the intake portion 12 of the blade 3 and further mixing cycle is repeated. Thus, a powerful circulation stream 19 is formed between the two blades of the working body, which is capable of lifting even the heaviest particles of ingredients from the bottom of the container to its top.

В зависимости от расположения лопастей 3 и 4 на валах 1 и 2 и от расстояния Н между лопастями. Таким рабочим органом можно решать самые разнообразные задачи смешивания как технического, так и бытового значения, меняя направление вращения ω и (-ω) и направление осевых потоков 11 и 16. На валах 1 и 2 можно создавать потоки для смешивания, как, например, исходящие от центра емкости вверх и вниз, и наоборот направлять циркуляционные потоки к центру емкости от расставленных на некотором расстоянии Н рабочих лопастей (фиг.9). Depending on the location of the blades 3 and 4 on the shafts 1 and 2 and on the distance H between the blades. Such a working body can solve the most diverse mixing problems of both technical and domestic values, changing the direction of rotation of ω and (-ω) and the direction of axial flows 11 and 16. On shafts 1 and 2, you can create flows for mixing, such as outgoing from the center of the tank up and down, and vice versa, to direct circulation flows to the center of the tank from the working blades arranged at a certain distance H (Fig. 9).

Вследствие расположения большинства поперечных сечений 20 и 20' лопастей 3 и 4 рабочего органа (фиг.11) под малыми углами γ и γ ' к набегающему потоку 21 и 22, гидродинамическое сопротивление лопастей в перемешиваемой среде очень мало, а сила воздействия на среду большая, что обусловлено большой площадью поверхности взаимодействия поверхностью листа Мебиуса. Due to the location of the majority of the cross sections 20 and 20 'of the blades 3 and 4 of the working body (Fig. 11) at small angles γ and γ' to the incoming flow 21 and 22, the hydrodynamic resistance of the blades in the mixed medium is very small, and the force on the medium is large, due to the large surface area of interaction by the surface of the Mobius strip.

Как показали лабораторные исследования, такой рабочий орган при одинаковой частоте вращения позволяет получить более высокое качество смешения за минимальное время по сравнению с традиционными рабочими органами смесителей, такими, например, как рабочий орган "Рама" и "Турбина". Момент гидродинамического сопротивления такого рабочего органа в 3 раза меньше, чем у рабочего органа "Турбина" и в 10 раз меньше, чем у рабочего органа "Рама". As laboratory studies have shown, such a working body with the same speed allows you to get a higher quality mixing in a minimum time compared to traditional working bodies of mixers, such as, for example, the working body "Rama" and "Turbine". The moment of hydrodynamic resistance of such a working body is 3 times less than that of the Turbine working body and 10 times less than that of the Rama working body.

Claims

1. WORKING BODY OF THE MIXER, containing a shaft with a blade in the form of a closed one-sided surface such as a Moebius sheet, wherein the sheet is unfolded on a plane perpendicular to the axis of the shaft, made in the form of an S-shaped element with a central section fixed to the upper end of the shaft perpendicular to it axis, and ends fixed on the lower end of the shaft parallel to its axis, characterized in that it is provided with an additional shaft with a blade in the form of a closed one-sided surface such as a Moebius sheet, wherein the sheet is unfolded on a plane, perp perpendicular to the axis of the shaft, has an S-shape, which is a mirror image of the existing blade on the other shaft, and is fixed by the central section on the lower end of the shaft perpendicular to its axis, and by the ends fixed on the upper end of the shaft parallel to its axis.

2. The working body according to claim 1, characterized in that the blades on the shafts are located relative to one another with an offset of H (1 3) D _l , where D _{l is the} largest blade size in a plane perpendicular to the axis of the shaft.