RU2246343C1

RU2246343C1 - Centrifugal mixer

Info

Publication number: RU2246343C1
Application number: RU2003133055/15A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Иванец (RU); В.Н. Иванец; И.А. Бакин (RU); И.А. Бакин; А.С. Волков (RU); А.С. Волков; А.Н. Жуков (RU); А.Н. Жуков; А.Б. Шушпанников (RU); А.Б. Шушпанников
Original assignee: Кемеровский технологический институт пищевой промышленности
Priority date: 2003-11-11
Filing date: 2003-11-11
Publication date: 2005-02-20

Abstract

FIELD: food and chemical and other industries.

SUBSTANCE: the invention concerns to devices for continuous preparation of mixtures of loose materials and may be used in food, chemical and other industries. The centrifugal mixer of loose materials contains a vertical cylindrical body, a cover on which there is a feeder with loading branch-pipes, a driving shaft with fixed on it unloading blades and a rotor made in the form of a disk with the fixed to it and concentrically located hollow truncated cones, at which the height and angle of inclination of the generatrix to the base are increasing from the central part to the periphery. On the effective surfaces of the internal and middle cones there are windows, which from below are limited by a surface of the disk. On the internal surfaces of the middle and external cones there are the guiding blades installed as in the form of a spiral and having a number of apertures and a profile of an arc of a circle. Due to that it provides a significant rarefication of the advancing flows, a contour of the reverse recirculation of the flows of the materials is forming, a number of dead zones in different parts of the rotor decreases, additional turbulization to the mixed components that promotes the best interpenetration of particles.

EFFECT: the invention ensures intensification of mixing process, rarefication of advancing flows, decrease of the number of the dead zones in the different parts of the rotor, additional turbulization of mixed components.

2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для непрерывного приготовления смесей сыпучих материалов и может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности.The invention relates to devices for the continuous preparation of mixtures of bulk materials and can be used in food, chemical and other industries.

Известен смеситель [1], содержащий корпус с размещенным в нем на вертикальном валу ротором, представляющим собой три полых усеченных конуса, которые концентрично установлены на диске. При этом высота и угол наклона образующей каждого конуса к диску ротора увеличиваются от центральной части к периферии. Смешивание в нем происходит в результате последовательного прохождения материала по поверхностям трех конусов под воздействием центробежных сил. Однако недостаточная разреженность материальных потоков и отсутствие рециркуляции не позволяют получать качественные смеси.A known mixer [1], comprising a housing with a rotor located in it on a vertical shaft, which is three hollow truncated cones, which are concentrically mounted on the disk. In this case, the height and angle of inclination of the generatrix of each cone to the rotor disk increase from the central part to the periphery. Mixing in it occurs as a result of the sequential passage of material on the surfaces of three cones under the influence of centrifugal forces. However, insufficient rarefaction of material flows and lack of recirculation do not allow to obtain high-quality mixtures.

Известен смеситель [2], содержащий три конуса, у которых высота и угол наклона образующих к основанию увеличиваются от центральной части к периферии. На поверхностях внутреннего и среднего конусов имеются по два ряда окон. При этом окна второго (верхнего) ряда выполнены с козырьками, через которые часть материала, движущегося по внутренней конической поверхности, опережающим потоком попадает на поверхность последующего конуса. Кроме этого, над внутренним и средним конусами установлены отражатели с торовой поверхностью, с помощью которых осуществляется возврат части материала, сходящего с конусов. К недостаткам данной конструкции относится недостаточная разреженность опережающих потоков и образование застойных зон в различных частях ротора, что не позволяет получать смеси достаточного качества.A known mixer [2], containing three cones, in which the height and angle of inclination of the generators to the base increase from the central part to the periphery. On the surfaces of the inner and middle cones there are two rows of windows. At the same time, the windows of the second (upper) row are made with visors through which part of the material moving along the inner conical surface enters the surface of the subsequent cone in an advancing flow. In addition, reflectors with a torus surface are installed above the inner and middle cones, with the help of which part of the material coming off the cones is returned. The disadvantages of this design include insufficient rarefaction of leading flows and the formation of stagnant zones in various parts of the rotor, which does not allow to obtain mixtures of sufficient quality.

Цель изобретения – интенсификация процесса смешивания сыпучих материалов с соотношением исходных компонентов 1:500 и выше, увеличение сглаживающей способности смесителя и, как следствие, повышение качества получаемой смеси.The purpose of the invention is the intensification of the process of mixing bulk materials with a ratio of starting components of 1: 500 and higher, increasing the smoothing ability of the mixer and, as a result, improving the quality of the resulting mixture.

Достижение поставленной цели обеспечивается тем, что на внутренних поверхностях среднего и внешнего конусов ротора спиралевидно устанавливаются направляющие лопасти, имеющие профиль дуги круга, в результате чего создается контур обратной рециркуляции, т.е. обеспечивается возврат части материала к основанию конусов. Установка направляющих лопастей способствует образованию воздушных потоков, двигающихся в направлении снизу вверх, за счет чего между окнами конусов образуется перепад давлений, что в свою очередь обеспечивает более высокий уровень разрежения опережающих материальных потоков. Дополнительно достижению цели способствует наличие ряда отверстий на поверхности направляющих лопастей, через которые создается направленная организация движения воздушных потоков в направлении сверху вниз по спиралевидной траектории противоположно материалопотоку, за счет чего увеличивается взаимопроникновение частиц, что способствует интенсификации процесса смешивания.Achieving this goal is ensured by the fact that on the inner surfaces of the middle and outer cones of the rotor guide blades are installed spiral-shaped having a circular arc profile, as a result of which a reverse recirculation loop is created, i.e. a part of the material is returned to the base of the cones. The installation of guide vanes contributes to the formation of air flows moving in the direction from the bottom up, due to which a pressure differential is formed between the windows of the cones, which in turn provides a higher level of rarefaction of leading material flows. In addition, the goal is facilitated by the presence of a number of holes on the surface of the guide vanes, through which a directional organization of the movement of air flows in a direction from top to bottom along a spiral path is opposite to the material flow, due to which the interpenetration of particles increases, which contributes to the intensification of the mixing process.

На фиг.1 изображен общий вид центробежного смесителя непрерывного действия; на фиг.2 – ротор в аксонометрическом исполнении.Figure 1 shows a General view of a centrifugal mixer continuous; figure 2 - rotor in a perspective view.

Центробежный смеситель состоит из следующих элементов: вертикального цилиндрического корпуса 1, крышки 2 на которой установлен питатель 3 с загрузочными патрубками 4, приводного вала 5 с ротором 6, выполненным в виде диска 7 с прикрепленными к нему тремя концентрично расположенными полыми усеченными конусами: внутреннего 8, среднего 9, внешнего 10. Высота конусов и угол наклона их образующей к основанию увеличиваются от центральной части к периферии. На рабочей поверхности конусов 8 и 9 имеются четыре окна 11, которые снизу ограничены поверхностью диска. На внутренних поверхностях среднего и внешнего конусов спиралевидно установлены по четыре направляющих лопасти 12, имеющие профиль дуги круга и ряд отверстий 13. При этом лопасти 12 располагаются между окнами конусов таким образом, чтобы направление витков было противоположным вращению вала. Вал крепится в подшипниковых опорах 14 и приводится во вращение через клиноременную передачу 15 от электродвигателя 16. Для удаления готовой смеси служат разгрузочные лопасти 17, установленные на приводном валу. Выгрузка смеси происходит через разгрузочный патрубок 18, размещенный в коническом днище 19.A centrifugal mixer consists of the following elements: a vertical cylindrical body 1, a cover 2 on which a feeder 3 is installed with loading nozzles 4, a drive shaft 5 with a rotor 6, made in the form of a disk 7 with three concentrically arranged hollow truncated cones: internal 8, average 9, external 10. The height of the cones and the angle of inclination of their generatrix to the base increase from the central part to the periphery. On the working surface of the cones 8 and 9 there are four windows 11, which are bounded from below by the surface of the disk. Four guide vanes 12 are spiral-mounted on the inner surfaces of the middle and outer cones, having a circular arc profile and a series of holes 13. Moreover, the vanes 12 are located between the cone windows so that the direction of the turns is opposite to the rotation of the shaft. The shaft is mounted in bearing bearings 14 and is driven into rotation through a V-belt drive 15 from the electric motor 16. To remove the finished mixture, discharge blades 17 mounted on the drive shaft are used. The mixture is unloaded through the discharge pipe 18 located in the conical bottom 19.

Центробежный смеситель работает следующим образом.Centrifugal mixer operates as follows.

Сыпучие компоненты дозаторами подаются в питатель 3 через загрузочные патрубки 4 и попадают на днище вращающегося конуса 8. Под действием центробежной силы частицы материала ускоренно движутся от центра к периферии, распределяясь равномерно по внутренней поверхности конуса, при этом толщина слоя на периферии уменьшается за счет увеличения поверхности распределения частиц, а траектория материалопотока относительно диска 7 закручена в сторону, противоположную направлению вращения. Часть смешиваемых материалов проходит через окна 11, после чего разреженным опережающим потоком попадает на поверхность среднего конуса 9, имеющего большую высоту и угол наклона образующей к основанию. Другая часть движется по образующей внутреннего конуса 8 и сбрасывается через верхнее основание на поверхность среднего, где происходит наложение основного и опережающего потоков (т.е. происходит процесс усреднения компонентов). На среднем конусе 9 материалопоток разделяется на три части: первая, пройдя через окна 11, с опережением попадает на поверхность внешнего конуса 10; вторая (основная) движется по поверхности конуса и сбрасывается на поверхность последующего конуса; и третья часть потока, отражаясь от внутренней поверхности направляющих лопастей, возвращается к основанию среднего конуса. Последнее обеспечивается тем, что угол установки направляющих лопастей 12 меньше угла подъема траектории движения частиц по образующей конуса, в результате чего образуется контур обратной рециркуляции и часть материала возвращается к основанию конуса. Смесь, пройдя внутренний 8 и средний 9 конусы, поступает на внешний конус 10. Компоненты при движении под действием центробежной силы по внутренней поверхности конуса 10 смешиваются и часть из них выбрасывается через верхнее основание в пространство между ротором и корпусом, а другая часть, отражаясь от внутренней поверхности направляющих лопастей, вновь возвращается к основанию конуса. Далее смесь попадает на коническое днище 19, откуда разгрузочными лопастями 17 удаляется через патрубок 18.Bulk components are dispensed into the feeder 3 through the loading nozzles 4 and fed to the bottom of the rotating cone 8. Under the action of centrifugal force, the particles of the material accelerate from the center to the periphery, distributed evenly along the inner surface of the cone, while the thickness of the layer on the periphery decreases due to an increase in the surface particle distribution, and the path of material flow relative to the disk 7 is twisted in the direction opposite to the direction of rotation. A part of the mixed materials passes through the windows 11, after which a rarefied advancing stream falls on the surface of the middle cone 9, which has a large height and the angle of inclination of the generatrix to the base. The other part moves along the generatrix of the inner cone 8 and is discharged through the upper base to the middle surface, where the main and leading flows overlap (i.e., the process of averaging of the components takes place). On the middle cone 9, the material flow is divided into three parts: the first, passing through the windows 11, advances to the surface of the outer cone 10; the second (main) moves along the surface of the cone and is dumped onto the surface of the subsequent cone; and the third part of the stream, reflected from the inner surface of the guide vanes, returns to the base of the middle cone. The latter is ensured by the fact that the angle of installation of the guide vanes 12 is less than the angle of elevation of the particle path along the generatrix of the cone, as a result of which a reverse recirculation loop is formed and part of the material returns to the base of the cone. The mixture, having passed the inner 8 and middle 9 cones, enters the outer cone 10. The components are mixed by the centrifugal force on the inner surface of the cone 10 and some of them are ejected through the upper base into the space between the rotor and the housing, and the other part is reflected from the inner surface of the guide vanes, again returns to the base of the cone. Next, the mixture enters the conical bottom 19, from where the discharge blades 17 are removed through the pipe 18.

Смеситель работает в оптимальном режиме в случае, если через окна 11, расположенные на поверхностях внутреннего 8 и среднего 9 конусов, проходит 50-60% входного потока. Для этого необходимо, чтобы отношение ширины окна к расстоянию между ними было равным 1:3. Необходимое разрежение опережающих потоков достигается в том случае, когда площадь отверстий 13, расположенных на поверхности направляющих лопастей 12, не будет превышать 20% от общей площади последних.The mixer operates in the optimal mode if 50-60% of the input stream passes through the windows 11 located on the surfaces of the inner 8 and middle 9 cones. For this, it is necessary that the ratio of the width of the window to the distance between them be equal to 1: 3. The necessary rarefaction of leading flows is achieved when the area of the holes 13 located on the surface of the guide vanes 12 will not exceed 20% of the total area of the latter.

За счет направляющих лопастей, имеющих профиль дуги круга, спиралевидно установленных на внутренних поверхностях среднего и внешнего конусов, создается контур обратной рециркуляции, что обеспечивает возврат части материала к основанию конусов. Последнее обеспечивается за счет того, что угол установки направляющих лопастей несколько меньше угла подъема частиц материалопотока по образующей конуса. Установка направляющих лопастей способствует образованию направленной организации движения воздушных потоков в направлении снизу вверх. Так как окружная скорость вращения конусов увеличивается от внутреннего к внешнему, то производительность направляющих лопастей по воздуху у внешнего конуса будет больше, чем у среднего. Таким образом, величина давлений в пространстве между конусами уменьшается от центра ротора к его периферии. Разность этих давлений характеризуется дополнительной движущей силой, которая сообщает частице материала опережающего потока некоторую скорость. За счет изменения угла установки направляющих лопастей можно варьировать величины давлений и соответственно уровни опережающих потоков и обратной рециркуляции. Наличие ряда отверстий на поверхности направляющих лопастей служит для образования направленной организации движения воздушных потоков в направлении сверху вниз по спиралевидной траектории, противоположно материалопотоку. В результате этого обеспечивается уменьшение числа застойных зон в различных частях ротора и сообщается дополнительная турбулизация материалопотоку, что способствует лучшему смешиванию.Due to the guide vanes having a circular arc profile, helically mounted on the inner surfaces of the middle and outer cones, a reverse recirculation loop is created, which ensures that part of the material returns to the base of the cones. The latter is ensured by the fact that the angle of installation of the guide vanes is slightly smaller than the angle of elevation of the particles of the material flow along the generatrix of the cone. The installation of guide vanes promotes the formation of directional organization of the movement of air flows in the direction from the bottom up. Since the peripheral speed of rotation of the cones increases from internal to external, the air guide performance of the guide vanes will be greater than the average one. Thus, the pressure in the space between the cones decreases from the center of the rotor to its periphery. The difference in these pressures is characterized by an additional driving force that imparts a certain velocity to the particle of the advancing flow material. Due to the change in the angle of installation of the guide vanes, it is possible to vary the pressure values and, accordingly, the levels of leading flows and reverse recirculation. The presence of a number of holes on the surface of the guide vanes serves to form a directed organization of the movement of air flows in a top-down direction along a spiral path, opposite to the material flow. As a result of this, the number of stagnant zones in various parts of the rotor is reduced and additional turbulization of the material flow is reported, which contributes to better mixing.

Интенсификация процесса смешивания достигается тем, что на внутренней поверхности среднего и внешнего конусов спиралевидно установлены направляющие лопасти, имеющие ряд отверстий и профиль дуги круга. Благодаря этому обеспечивается значительное разрежение опережающих потоков, создается контур обратной рециркуляции материалопотока, уменьшается количество застойных зон в различных частях ротора, а также сообщается дополнительная турбулизация смешиваемым компонентам, что способствует лучшему взаимопроникновению частиц.The intensification of the mixing process is achieved by the fact that on the inner surface of the middle and outer cones, guide vanes are spiral-shaped, having a number of holes and a circular arc profile. Due to this, a significant rarefaction of leading flows is ensured, a reverse flow circuit of the material flow is created, the number of stagnant zones in various parts of the rotor is reduced, and additional turbulization to the mixed components is reported, which contributes to better interpenetration of particles.

Источники литературыSources of literature

1. А.с. СССР 1546120 A1, B 01 F 7/26, 1990.1. A.S. USSR 1546120 A1, B 01 F 7/26, 1990.

2. Патент РФ 2174436 С2, В 01 F 7/26, 2001.2. RF patent 2174436 C2, 01 F 7/26, 2001.

Claims

A centrifugal mixer of bulk materials containing a vertical cylindrical body, a cover on which a feeder with loading nozzles is installed, a drive shaft with discharge blades fixed to it and a rotor made in the form of a disk with three concentrically arranged hollow truncated cones with height and the angle of inclination of the generatrix to the base increases from the central part to the periphery, windows are located on the surfaces of the inner and middle cones, characterized in that on the inside On the outer surfaces of the middle and outer cones, guide vanes are installed spirally, having a number of holes and a circular arc profile.