RU2149681C1

RU2149681C1 - Centrifugal mixer for powder-like materials

Info

Publication number: RU2149681C1
Application number: RU99111887A
Authority: RU
Inventors: Г.Г. Саломатин; В.И. Пындак
Original assignee: Волгоградский государственный университет; Саломатин Григорий Григорьевич; Пындак Виктор Иванович
Priority date: 1999-06-07
Filing date: 1999-06-07
Publication date: 2000-05-27

Abstract

FIELD: mixing of powder-like and granulated materials. SUBSTANCE: mixer includes housing with hollow rotor fitted in this housing on vertical shaft; inner cavity of rotor has form of parabola in section passing through axis of rotation with its vertex directed downward; parabola of lesser diameter is mounted on flat base. Mixer includes devices for loading and unloading materials and drive of rotor. Parabola of lesser diameter is conjugated with parabola of rotor by means of two similar parabolas located on sides. Upper ends of parabola of rotor are rounded-off by means of incomplete parabolas with vortex upward whose sizes are similar to parabolas on flat base. Flat base has support on vertices located on sides of parabolas. Coefficient "a" in rotor parabola equation ranges from 0.10 to 0.15. EFFECT: improved operational and technological indices. 4 dwg

Description

Изобретение относится к технике смешивания порошкообразных и гранулированных сыпучих материалов и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности, а также в сельскохозяйственном производстве для приготовления кормосмесей в животноводстве. The invention relates to techniques for mixing powdered and granular bulk materials and can be used in chemical, food and other industries, as well as in agricultural production for the preparation of feed mixtures in animal husbandry.

Известно устройство для перемешивания жидких компонентов [1], содержащее корпус с размещенным на вертикальном валу ротором, выполненным в различных модификациях, в частности в виде последовательно установленных нескольких усеченных конусов, соединенных между собой малыми основаниями, при этом внутренние полости конусов закрыты для флюидов; предусмотрены также устройства для принудительной подачи флюидов. A device for mixing liquid components [1] is known, comprising a housing with a rotor mounted on a vertical shaft made in various modifications, in particular in the form of several truncated cones connected in series by small bases, while the internal cavities of the cones are closed to fluids; devices for forced fluid supply are also provided.

Технический недостаток данного устройства: ограниченные области применения, в том числе невозможность смешивания порошкообразных материалов; сложность конструкции. The technical disadvantage of this device: limited areas of application, including the inability to mix powder materials; design complexity.

Известен смеситель порошкообразных материалов [2], состоящий из корпуса и ротора, выполненного в виде обращенного малым основанием книзу усеченного полого конуса. A known mixer of powdered materials [2], consisting of a housing and a rotor made in the form of a truncated hollow cone facing a small base down.

Технический недостаток смесителя: недостаточно высокое качество перемешивания порошков разной сыпучести из-за неоптимальной траектории перемещения частиц материалов по внутренней поверхности конуса-ротора. Technical disadvantage of the mixer: insufficiently high quality mixing of powders of different flowability due to non-optimal trajectory of movement of particles of materials on the inner surface of the cone-rotor.

Известен центробежный смеситель порошкообразных материалов [3], содержащий корпус с размещенным в нем на вертикальном валу ротором в виде полого усеченного конусовидного образования, состоящего из двух или трех полых конусов с различными углами наклона образующих, установленных концентрично и обращенных малым основанием книзу, включающим также устройства для загрузки и выгрузки материалов и привод ротора. Known is a centrifugal mixer of powdered materials [3], comprising a housing with a rotor in the form of a hollow truncated cone-shaped formation located on it on a vertical shaft, consisting of two or three hollow cones with different angles of inclination of the generators installed concentrically and turned with a small base downward, including also devices for loading and unloading materials and rotor drive.

Технический недостаток центробежного смесителя: усложнение конструкции и наличие застойных зон в центре ротора и между конусами, что сказывается на качестве перемешивания материалов и эксплуатации устройства. The technical disadvantage of the centrifugal mixer: the complexity of the design and the presence of stagnant zones in the center of the rotor and between the cones, which affects the quality of mixing of materials and operation of the device.

Известен также центробежный смеситель порошкообразных материалов [4], содержащий корпус с размещенным в нем на вертикальном валу полым ротором, внутренняя полость которого - в сечении, проходящем через его ось вращения, выполнена в виде параболы уравнения y = ax², где a = 0,05 - 0,20, обращенной вершиной книзу и отсеченной плоским основанием, на котором вершиной вверх установлена парабола меньшего размера, включающий устройства для загрузки и выгрузки материала и привод ротора.Also known is a centrifugal mixer of powdered materials [4], comprising a housing with a hollow rotor located on it on a vertical shaft, the inner cavity of which is in the section passing through its axis of rotation, made in the form of a parabola of the equation y = ax ² , where a = 0, 05 - 0.20, facing downward and cut off by a flat base, on which a smaller parabola is installed with its top upward, including devices for loading and unloading material and a rotor drive.

Техническим недостатком данного центробежного смесителя является наличие неплавных переходов между параболами и плоским основанием и острой кромки на верхнем торце параболы, что сказывается на эксплуатационно-технологических показателях смесителя и процесса смешивания, в частности образуется небольшие застойные зоны и происходит ненормируемый срыв частиц с верхнего торца параболы. The technical drawback of this centrifugal mixer is the presence of non-smooth transitions between parabolas and a flat base and a sharp edge on the upper end of the parabola, which affects the operational and technological parameters of the mixer and the mixing process, in particular, small stagnant zones are formed and irregular particles break off from the upper end of the parabola.

Техническая задача - повышение эксплуатационно-технических показателей. The technical task is to increase operational and technical indicators.

Сущность изобретения заключается в том, что центробежный смеситель порошкообразных материалов содержит корпус с размещенным в нем на вертикальном валу полым ротором, внутренняя полость которого в сечении, проходящем через его ось вращения, выполнена в виде параболы уравнения y = ax², где коэффициент "a" имеет значение 0,10...0,15, обращенной вершиной книзу и отсеченной плоским основанием, на котором вершиной вверх установлена парабола меньшего размера, устройства для загрузки и выгрузки материалов и привод ротора. Согласно изобретению указанная парабола меньшего размера сопряжена с параболой ротора посредством двух расположенных по бокам вершиной вниз таких же парабол, а верхние торцы параболы ротора закруглены посредством неполных парабол, установленных вершиной вверх и имеющих те же размеры, что и параболы на плоском основании, которое имеет опору на вершины расположенных по бокам парабол.The essence of the invention lies in the fact that the centrifugal mixer of powdered materials contains a housing with a hollow rotor located on it on a vertical shaft, the internal cavity of which in the section passing through its axis of rotation is made in the form of a parabola of the equation y = ax ² , where the coefficient is "a" it has a value of 0.10 ... 0.15, facing downwards and cut off by a flat base, on which a smaller parabola is installed with its tops up, devices for loading and unloading materials, and a rotor drive. According to the invention, said smaller parabola is coupled to the rotor parabola by means of two same parabolas located on the sides with its top downward, and the upper ends of the rotor parabola are rounded off by incomplete parabolas mounted upside down and having the same dimensions as the parabolas on a flat base that has support to the tops of the parabolas located on the sides.

На фиг. 1 изображен центробежный смеситель порошкообразных материалов с разрезом по корпусу и ротору, вид сбоку; на фиг. 2-4 - схемы, иллюстрирующие очертания внутренней полости ротора с различным коэффициентом в уравнении параболы. In FIG. 1 shows a centrifugal mixer of powdered materials with a cut along the body and rotor, side view; in FIG. 2-4 are diagrams illustrating the shape of the inner cavity of the rotor with a different coefficient in the parabola equation.

Центробежный смеситель порошкообразных материалов состоит из конического корпуса 1, закрепленного на раме 2. Внутри корпуса размещен полый ротор 3 (фиг. 1 - 4), внутренняя полость которого в сечении, проходящем через его вертикальную ось I - I вращения, выполнена в виде параболы 4, обращенной вершиной книзу и отсеченной плоским основанием 5, перпендикулярным оси вращения. На основании вершиной вверх установлена парабола 6 меньшего размера (без разреза - полый эллиптический параболоид). Парабола 6 сопряжена с параболой 4 ротора посредством двух расположенных по бокам вершиной вниз таких же парабол 7 и 8 (конструктивно между параболой 4 ротора и параболой 6 меньшего размера образован цилиндрический параболический желоб). Верхние торцы параболы 4 ротора закруглены посредством неполных парабол 9 и 10, установленных вершиной вверх и имеющих те же размеры, что и параболы 6-8 на плоском основании 5 (конструктивно верхний торец параболы ротора отбуртован плавной цилиндрической параболической окантовкой). Основание 5 имеет опору на вершины расположенных на бокам парабол 7 и 8. Парабола 4 ротора может иметь несколько очертаний (фиг. 2 - 4) - в упрощении параболы y = ax² коэффициент а имеет значение 0,10. . .0,15 (установлено экспериментально). Парабола, как кривая второго порядка, может описываться несколькими уравнениями; здесь приведено наиболее простое уравнение, удобное для инженерной практики (см. Кочетков B.C. и др. Алгебра и элементарные функции: Учебник. - М.: Просвещение, 1967, с. 129- 130). Кривые 4', 4'' и 4''' означают очертание параболы 4 ротора ("большой" параболы) при коэффициентах a = 0,10 (фиг. 2); a = 0,125 (фиг. 3); a = 0,15 (фиг. 4), если ось oy направлена вертикально вверх, а начало o координат совпадает с предполагаемой (отсеченной) вершиной параболы. При различных очертаниях параболы ротора во всех вариантах (фиг. 2 - 4) размеры "малых" парабол 6 - 10 остаются неизменными.The centrifugal mixer of powdered materials consists of a conical body 1 mounted on a frame 2. Inside the body there is a hollow rotor 3 (Figs. 1–4), the internal cavity of which in the section passing through its vertical axis I – I of rotation is made in the form of a parabola 4 facing downward and cut off by a flat base 5, perpendicular to the axis of rotation. On top of the base, a smaller parabola 6 is installed (without a cut, a hollow elliptical paraboloid). The parabola 6 is coupled to the rotor parabola 4 by means of two same parabolas 7 and 8 located on the sides with their apex downward (constructively, a cylindrical parabolic groove is formed between the rotor parabola 4 and the smaller parabola 6). The upper ends of the rotor parabola 4 are rounded by means of incomplete parabolas 9 and 10, installed with their apex pointing up and having the same dimensions as parabolas 6-8 on a flat base 5 (the upper end of the rotor parabola is structurally flanged by a smooth cylindrical parabolic edging). The base 5 has a support on the vertices of the parabolas 7 and 8 located on the sides. The parabola 4 of the rotor can have several outlines (Figs. 2-4) - in simplifying the parabola y = ax ^{2, the} coefficient a is 0.10. . .0.15 (established experimentally). A parabola, as a second-order curve, can be described by several equations; here is the simplest equation convenient for engineering practice (see Kochetkov BC et al. Algebra and elementary functions: Textbook. - M.: Education, 1967, p. 129-130). Curves 4 ', 4''and4''' mean the outline of the parabola 4 of the rotor (the “large” parabola) with the coefficients a = 0.10 (Fig. 2); a = 0.125 (Fig. 3); a = 0.15 (Fig. 4), if the oy axis is directed vertically upward, and the origin o of coordinates coincides with the assumed (cut off) vertex of the parabola. With different outlines of the rotor parabola in all variants (Figs. 2–4), the dimensions of the “small” parabolas 6–10 remain unchanged.

Ротор закреплен на валу 11 (фиг. 1), установленном в подшипниках 12. Вал 11 через клиноременную передачу 13 приводится во вращение от электродвигателя 14. Корпус 1 имеет выгрузной патрубок 15. У днища корпуса на валу 11 закреплены лопасти 16 для выгрузки смеси через патрубок 15. На корпусе 1 установлена крышка 17, через которую проходит загрузочная течка 18 со штуцерами 19 и питателями 20. The rotor is mounted on a shaft 11 (Fig. 1) mounted in bearings 12. Shaft 11 is driven by a V-belt drive 13 from the electric motor 14. The housing 1 has an unloading nozzle 15. At the bottom of the housing, blades 16 are fixed on the shaft 11 for unloading the mixture through the nozzle 15. A cover 17 is installed on the housing 1, through which a feed chute 18 with fittings 19 and feeders 20 passes.

Центробежный смеситель порошкообразных материалов работает следующим образом. Компоненты смеси непрерывно подаются посредством питателей 20 штуцеры 19 в загрузочную течку 18, где частично перемешиваются и далее попадают во внутреннюю полость ротора 3. При вращении ротора посредством двигателя 14, ременной передачи 13 и вала 11 компоненты смеси начинают ускоренно перемещаться по сложным траекториям. Первоначально поступающие из загрузочной течки компоненты разбиваются о вершину эллиптического параболоида (в сечении парабола 6) и в сочетании с вращением ротора под действием центробежных сил отбрасываются в стороны от оси вращения I - I, попадая частично в цилиндрический параболоидный желоб, образованный параболами 7 и 8, частично на стенки параболы 4 ротора. При наличии центрального выступа в виде параболоида и плавных параболических переходов (с помощью парабол 7 и 8) к параболе 4 ротора, отсутствуют застойные зоны в центре ротора и в местах перехода от парабол 6 - 7 к параболе 4. В этом случае радиус-вектор R расположения частицы в роторе сразу принимает сравнительно большое значение, вследствие чего центробежная сила F_y = m ω² R, как функция радиуса-вектора (m - масса частицы, ω - угловая скорость ротора), незамедлительно без образования застойных зон перебрасывает частицы на параболическую поверхность ротора 3. Этому способствуют и пологие кривые параболы, примыкающие к параболе 4 ротора.A centrifugal mixer of powder materials works as follows. The components of the mixture are continuously fed through the feeders 20, the fittings 19 into the feed chute 18, where they are partially mixed and then enter the internal cavity of the rotor 3. When the rotor is rotated by the motor 14, the belt drive 13 and the shaft 11, the components of the mixture begin to accelerate along complex paths. Initially, the components coming from the boot chute break up to the top of the elliptical paraboloid (in the parabol section 6) and, in combination with the rotation of the rotor under the action of centrifugal forces, are thrown to the sides from the rotation axis I - I, partially falling into the cylindrical paraboloid trench formed by parabolas 7 and 8, partially on the walls of the parabola 4 rotors. In the presence of a central protrusion in the form of a paraboloid and smooth parabolic transitions (using parabolas 7 and 8) to the parabola 4 of the rotor, there are no stagnant zones in the center of the rotor and at the points of transition from parabolas 6 - 7 to parabola 4. In this case, the radius vector R the location of the particle in the rotor immediately takes on a relatively large value, as a result of which the centrifugal force F _y = m ω ² R, as a function of the radius vector (m is the mass of the particle, ω is the angular velocity of the rotor), immediately transfers particles to the parabolic surface without the formation of stagnant zones rotor 3. This is facilitated by the gentle curves of the parabola adjacent to the parabola 4 of the rotor.

Частицы (компоненты смеси), перемещаясь по внутренней поверхности параболы 4 и совершая спиралеобразное движение, поднимаются к верхней кромке ротора 3. Поскольку компоненты смеси состоят из частиц различной массы и имеют разные коэффициенты трения материала по внутренней поверхности ротора, то скорость и траектории их движения по параболе будут различны. В результате этого траектории движения отдельных частиц многократно перекрещиваются и смесь перемешивается. Выполнение внутренней поверхности по параболической кривой (в пространстве при вращении - эллиптический параболоид), в сочетании с указанными особенностями перехода параболоида 6 к параболе 4, способствует оптимальному разгону и оптимальной траектории движения частиц. В нижней части параболы 4, при меньшем радиусе-векторе частицы, движущая (центробежная) сила будет меньше, но из-за большего угла наклона параболы 4 к вертикали частицы будут совершать ускоренное движение (разгон). Траектория движения имеет форму спирали с различным шагом спирали и с различным (возрастающим) радиусом-вектором. По мере перемещения вверх по эллиптическому параболоиду ускорение движения частицы будет возрастать, но в меньшей степени из-за уменьшения угла наклона параболы 4 по вертикали и при постепенном, но теперь замедленном росте радиуса-вектора, т.е. автоматически регулируется режим движения и перемещения частиц. Этому способствует и подобранные значения коэффициента в уравнении параболы. Particles (mixture components), moving along the inner surface of the parabola 4 and making a spiral motion, rise to the upper edge of the rotor 3. Since the components of the mixture consist of particles of different masses and have different coefficients of friction of the material along the inner surface of the rotor, their speed and trajectories along parabola will be different. As a result of this, the motion paths of individual particles repeatedly intersect and the mixture is mixed. The execution of the inner surface along a parabolic curve (in space during rotation - an elliptical paraboloid), in combination with the indicated features of the transition of paraboloid 6 to parabola 4, contributes to optimal acceleration and an optimal trajectory of particle motion. In the lower part of the parabola 4, with a smaller radius-vector of the particle, the driving (centrifugal) force will be less, but due to the greater angle of inclination of the parabola 4 to the vertical, the particles will perform accelerated motion (acceleration). The trajectory of the movement has the shape of a spiral with different pitch of the spiral and with a different (increasing) radius vector. As you move up the elliptical paraboloid, the acceleration of the particle’s motion will increase, but to a lesser extent due to a decrease in the vertical angle of the parabola 4 and with a gradual, but now slower growth of the radius vector, i.e. the mode of movement and movement of particles is automatically adjusted. This is facilitated by the selected values of the coefficient in the parabola equation.

Приготовленная смесь плавно переходит с параболы 4 на отбуртовку торца ротора - параболическую окантовку, образованную неполными параболами 9 и 10. Благодаря этому исключается ненормированный срыв частиц с верхнего торца параболоида, компоненты дополнительно разгоняются из-за некоторого увеличения радиуса-вектора и возрастания угла наклона парабол 9 и 10 к вертикали. В итоге частицы плавно "стекают" с внутренней поверхности ротора 3 и поступают на днище корпуса 1. Далее смесь лопастями 16 выгружается из смесителя через патрубок 15. The prepared mixture smoothly passes from parabola 4 to the flange of the end of the rotor - a parabolic edging formed by incomplete parabolas 9 and 10. This eliminates the abnormal disruption of particles from the upper end of the paraboloid, the components are additionally accelerated due to some increase in the radius vector and increase in the angle of inclination of the parabola 9 and 10 to the vertical. As a result, the particles smoothly "drain" from the inner surface of the rotor 3 and enter the bottom of the housing 1. Next, the mixture is discharged by the blades 16 from the mixer through the pipe 15.

Таким образом, при указанном сочетании шести параболических кривых и подобранных параметров "большой" параболы ротора предлагаемый смеситель повышает эксплуатационно-технологические показатели как самого устройства, так и приготавливаемой смеси из порошкообразных материалов. Простота и "логичность" ротора достигаются одинаковыми размерами пяти (из шести) парабол. Thus, with the indicated combination of six parabolic curves and selected parameters of the "large" rotor parabola, the proposed mixer improves the operational and technological parameters of both the device itself and the mixture prepared from powder materials. The simplicity and "logic" of the rotor are achieved by the same size of five (out of six) parabolas.

Источники информации
1. US N 4174907, МПК B 01 F 7/24, В 01 F 7/28, 1979.Sources of information
1. US N 4174907, IPC B 01 F 7/24, B 01 F 7/28, 1979.

2. SU N 1379006, МПК В 01 F 7/28, 1961. 2. SU N 1379006, IPC B 01 F 7/28, 1961.

3. SU N 1546120, МПК В 01 F 7/26, 1990. 3. SU N 1546120, IPC B 01 F 7/26, 1990.

4. RU N 2121870, МПК B 01 F 7/28, 1998. 4. RU N 2121870, IPC B 01 F 7/28, 1998.

Claims

A centrifugal mixer of powdered materials containing a housing with a hollow rotor placed on it on a vertical shaft, the inner cavity of which in the section passing through its axis of rotation is made in the form of a parabola of the equation y = ax ² , where the coefficient a has the value 0.10 ... 0.15, facing downward and cut off by a flat base, on which a smaller parabola is mounted with its top upward, a device for loading and unloading materials and a rotor drive, characterized in that said smaller parabola is paired with araboloy rotor by means of two on the sides point downwards same parabolas, wherein the upper ends of the parabola rotor rounded by incomplete parabolas set point upward and having the same size as that of a parabola on a flat base, which has a support for vertices located on the sides of the parabola.