RU2361652C1

RU2361652C1 - Mixer with ventilator wheel

Info

Publication number: RU2361652C1
Application number: RU2008124254/15A
Authority: RU
Inventors: Александр Юрьевич Андрюшкин (RU); Александр Юрьевич Андрюшкин
Priority date: 2008-06-16
Filing date: 2008-06-16
Publication date: 2009-07-20

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention is related to mixing of liquid and powdery substances with fluidity and may be used in chemical, paints and varnishes, food industries. Mixer comprises vertical mixing chamber. Axis of chamber symmetry coincides with axis of symmetry of nozzle installed on chamber top. Channels are arranged in nozzle for supply of mixed components. Discharge pipe is located at chamber bottom. In chamber, between nozzle and outlet pipe, on shaft installed in nozzle, ventilator wheel is installed with vanes. Evenly along circumference relative to axis of chamber symmetry, above vanes of ventilator wheel, there are nozzles installed for supply of working gas, which are combined in header and embrace the nozzle. Ventilator wheel with vanes has possibility of rotation around axis of mixing chamber symmetry, from action of working gas jets flowing out of nozzles. In wall of mixing chamber above ventilator wheel, openings are arranged for discharge of working gas.

EFFECT: higher uniformity of mixture due to increased extent of mixture component particles dispersion.

1 dwg

Description

Изобретение относится к областям техники, использующим процессы смешивания жидких и порошкообразных веществ, обладающих текучестью, и может быть использовано в химической, лакокрасочной, пищевой промышленности, в частности при приготовлении коллоидных растворов, лаков, красок, связующих, клеев, многокомпонентных смесей.The invention relates to the fields of technology using processes of mixing liquid and powdery substances with fluidity and can be used in the chemical, paint and varnish, food industry, in particular in the preparation of colloidal solutions, varnishes, paints, binders, adhesives, multicomponent mixtures.

Известно «Устройство для вспенивания битуминозного связующего» по патенту РФ №2085271, 6МПК В01F 5/00, 1997 г., содержащее пустотелую цилиндрическую камеру, одно из оснований которой имеет патрубок для вывода смеси и присоединенные к камере два входных патрубка для подачи связующего, из которых один установлен тангенциально к камере, а второй - по оси камеры в другом, верхнем основании. Внутри входного патрубка, расположенного по оси камеры, установлен завихритель, выходное отверстие патрубка, расположенного по оси камеры, находится на уровне расположения входного патрубка, установленного тангенциально к камере. Камера снабжена дополнительным патрубком для подачи в нее пенообразователя и приспособлением для дробления пенообразователя на капли. Установка завихрителя внутри патрубка, расположенного по оси камеры, позволяет закрутить струю связующего в сторону, противоположную потоку связующего, подаваемого по патрубку, расположенному тангенциально к камере. При соударении потоки связующего вращаются в разные стороны, резко турбулизируются, что обеспечивает эффективное смешение.It is known "Device for foaming bituminous binder" according to the patent of the Russian Federation No. 2085271, 6MPK B01F 5/00, 1997, containing a hollow cylindrical chamber, one of the bases of which has a pipe for outputting the mixture and two inlet pipes for supplying a binder connected to the camera, from of which one is mounted tangentially to the chamber, and the second along the axis of the chamber in another, upper base. Inside the inlet pipe located along the axis of the chamber, a swirl is installed, the outlet of the pipe located along the axis of the camera is at the level of the location of the inlet pipe installed tangentially to the camera. The chamber is equipped with an additional nozzle for feeding a foaming agent into it and a device for crushing the foaming agent into drops. The installation of the swirl inside the nozzle located along the axis of the chamber allows you to twist the binder stream in the direction opposite to the flow of binder supplied through the nozzle located tangentially to the chamber. In a collision, the binder flows rotate in different directions, sharply turbulize, which ensures effective mixing.

Недостатком известного устройства по патенту РФ №2085271 является то, что формируемая смесь имеет низкую однородность, так как взаимодействие струй компонентов в смесительной камере не позволяет получить частицы с высокой степенью диспергации (достаточно малых размеров), особенно при смешивании высоковязких компонентов.A disadvantage of the known device according to the patent of the Russian Federation No. 2085271 is that the formed mixture has low uniformity, since the interaction of the jets of components in the mixing chamber does not allow particles with a high degree of dispersion (sufficiently small sizes) to be obtained, especially when mixing highly viscous components.

Известен «Способ смешивания сыпучих материалов и аэродинамическое устройство для его осуществления» по патенту РФ №2294795, 6МПК B01F 3/18, 2007 г., включающий подачу воздуха и компонентов смеси тангенциально в емкость и перемешивание их во взвешенном состоянии совместно посредством всасывания за счет создания разряжения в емкости с помощью лопаток центробежного вентиляторного колеса с одновременным дозированием компонентов смеси тангенциальными патрубками разного диаметра, установленными в одной плоскости, и последующим смешиванием их в одной рабочей зоне. Аэродинамическое устройство, принятое в качестве ближайшего аналога, содержащее конический корпус, крышку с коробами выхода воздуха, камеру, установленную над крышкой с входным тангенциальным патрубком для подачи воздуха, центробежное вентиляторное колесо с лопатками, установленное под крышкой, полый конус с отверстием в вершине, закрепленный под центробежным вентиляторным колесом днищем вверх, и патрубок выпуска частиц, при этом на боковой поверхности рабочей камеры установлены несколько тангенциальных патрубков для ввода воздуха совместно с компонентами смеси, причем тангенциальные патрубки имеют разные диаметры и расположены последовательно по нарастающей от меньшего диаметра к большему на одной горизонтальной плоскости, а высота лопаток центробежного вентиляторного колеса должна быть равна или не меньше наибольшего диаметра всасывающего тангенциального патрубка.The well-known "Method of mixing bulk materials and an aerodynamic device for its implementation" according to the patent of Russian Federation No. 2294795, 6MPK B01F 3/18, 2007, including the supply of air and components of the mixture tangentially into the container and mixing them in suspension together by suction by creating vacuum in the tank using the blades of a centrifugal fan wheel with the simultaneous dosing of the mixture components with tangential nozzles of different diameters installed in the same plane, and then mixing them in one second working area. An aerodynamic device, adopted as the closest analogue, containing a conical body, a cover with air outlet ducts, a chamber mounted above the cover with an inlet tangential air inlet, a centrifugal fan wheel with vanes mounted under the cover, a hollow cone with a hole in the apex, fixed under the centrifugal fan wheel with the bottom up, and a nozzle for the release of particles, while on the side surface of the working chamber there are several tangential nozzles for introducing air with in conjunction with the components of the mixture, and the tangential nozzles have different diameters and are arranged sequentially increasing from a smaller diameter to a larger one on the same horizontal plane, and the height of the blades of the centrifugal fan wheel must be equal to or not less than the largest diameter of the suction tangential nozzle.

Недостатком известного устройства по патенту РФ №2294795 является то, что формируемая смесь имеет низкую однородность из-за перемешивания компонентов смеси во взвешенном состоянии посредством всасывания их за счет создания разряжения в емкости с помощью лопаток центробежного вентиляторного колеса, что не позволяет получать частицы достаточно малых размеров.A disadvantage of the known device according to the patent of the Russian Federation No. 2294795 is that the formed mixture has a low uniformity due to mixing the components of the mixture in suspension by suctioning them by creating a vacuum in the tank using the blades of a centrifugal fan wheel, which does not allow to obtain particles of sufficiently small sizes .

Перед заявляемым изобретением поставлена задача повышения однородности смеси за счет увеличения степени диспергации частиц компонентов смеси.The claimed invention has the task of increasing the uniformity of the mixture by increasing the degree of dispersion of the particles of the components of the mixture.

Поставленная задача в заявляемом изобретении решается за счет того, что смеситель с вентиляторным колесом содержит вертикально расположенную круглую смесительную камеру, с осью симметрии смесительной камеры совпадает ось симметрии патрубка, расположенного сверху смесительной камеры, в патрубке выполнены по крайней мере два канала для подачи смешиваемых компонентов, снизу смесительной камеры расположена выводная труба, в смесительной камере между патрубком и выводной трубой на закрепленном в патрубке валу установлено вентиляторное колесо с лопатками, при этом равномерно по окружности относительно оси симметрии смесительной камеры над лопатками вентиляторного колеса расположены объединенные коллектором и охватывающие патрубок сопла для подачи рабочего газа, вентиляторное колесо с лопатками имеет возможность вращения вокруг оси симметрии смесительной камеры от действия истекающих из сопел струй рабочего газа, в стенке смесительной камеры над вентиляторным колесом выполнены отверстия для отвода рабочего газа.The problem in the claimed invention is solved due to the fact that the mixer with the fan wheel contains a vertically arranged round mixing chamber, the axis of symmetry of the nozzle located on top of the mixing chamber coincides with the axis of symmetry of the mixing chamber, at least two channels for supplying the mixed components are made in the nozzle, an outlet pipe is located at the bottom of the mixing chamber; in the mixing chamber between the nozzle and the outlet pipe, a fan mounted on the shaft fixed in the nozzle a wheel with blades, while uniformly around the axis of symmetry of the mixing chamber above the blades of the fan wheel are located the collector and nozzles for supplying working gas connected by a manifold, the fan wheel with blades has the ability to rotate around the symmetry axis of the mixing chamber from the action of the working gas jets from the nozzles , in the wall of the mixing chamber above the fan wheel, openings are made for venting the working gas.

Заявленное изобретение отличается от известного технического решения по патенту РФ №2294795 тем, что равномерно по окружности относительно оси симметрии смесительной камеры над лопатками вентиляторного колеса расположены объединенные коллектором и охватывающие патрубок сопла для подачи рабочего газа, вентиляторное колесо с лопатками имеет возможность вращения вокруг оси симметрии смесительной камеры от действия истекающих из сопел струй рабочего газа, в стенке смесительной камеры над вентиляторным колесом выполнены отверстия для отвода рабочего газа.The claimed invention differs from the known technical solution according to the patent of the Russian Federation No. 2294795 in that uniformly around the axis of symmetry of the mixing chamber above the blades of the fan wheel are located united by a collector and covering the nozzle nozzle for supplying working gas, the fan wheel with blades has the ability to rotate around the axis of symmetry of the mixing chamber from the action of the working gas jets flowing out of the nozzles, holes are made in the wall of the mixing chamber above the fan wheel for ode working gas.

Указанное отличие позволило получить технический результат, а именно обеспечило повышение однородности смеси за счет увеличения степени диспергации частиц компонентов смеси.This difference made it possible to obtain a technical result, namely, it provided an increase in the homogeneity of the mixture by increasing the degree of dispersion of the particles of the components of the mixture.

На чертеже представлен смеситель с вентиляторным колесом.The drawing shows a mixer with a fan wheel.

Смеситель с вентиляторным колесом (см. чертеж) содержит вертикально расположенную круглую смесительную камеру 1, с осью 2 симметрии смесительной камеры 1 совпадает ось 3 симметрии патрубка 4, расположенного сверху смесительной камеры 1, в патрубке 4 выполнены по крайней мере два канала 5 для подачи смешиваемых компонентов, снизу смесительной камеры 1 расположена выводная труба 6, в смесительной камере 1 между патрубком 4 и выводной трубой 6 на закрепленном в патрубке 4 валу 7 установлено вентиляторное колесо 8 с лопатками 9, при этом равномерно по окружности относительно оси 2 симметрии смесительной камеры 1 над лопатками 9 вентиляторного колеса 8 расположены объединенные коллектором 10 и охватывающие патрубок 4 сопла 11 для подачи рабочего газа, вентиляторное колесо 8 с лопатками 9 имеет возможность вращения вокруг оси 2 симметрии смесительной камеры 1, от действия истекающих из сопел 11 струй рабочего газа, в стенке 12 смесительной камеры 1 над вентиляторным колесом 8 выполнены отверстия 13 для отвода рабочего газа.The mixer with a fan wheel (see drawing) contains a vertically arranged round mixing chamber 1, the axis of symmetry 2 of the mixing chamber 1 coincides with the symmetry axis 2 of the nozzle 4 located on top of the mixing chamber 1, at least two channels 5 for feeding mixed components, the outlet pipe 6 is located below the mixing chamber 1, in the mixing chamber 1 between the nozzle 4 and the outlet pipe 6, a fan wheel 8 with blades 9 is installed on the shaft 7 fixed in the nozzle 4, while circles relative to the axis of symmetry 2 of the mixing chamber 1 above the blades 9 of the fan wheel 8 are located united by the collector 10 and covering the nozzle nozzle 4 4 for supplying the working gas, the fan wheel 8 with blades 9 is able to rotate around the axis of symmetry 2 of the mixing chamber 1 due to nozzles 11 jets of working gas, in the wall 12 of the mixing chamber 1 above the fan wheel 8 holes 13 are made for the removal of working gas.

В состав смесителя с вентиляторным колесом входит патрубок 14 для подачи рабочего газа в коллектор 10, который установлен на смесительную камеру 1 через герметизирующую прокладку 15 с помощью крепежных элементов 16.The mixer with a fan wheel includes a pipe 14 for supplying a working gas to the manifold 10, which is mounted on the mixing chamber 1 through a sealing gasket 15 using fasteners 16.

Смеситель с вентиляторным колесом работает следующим образом. Смешиваемые компоненты, обладающие текучестью (жидкости, порошки), подают самотеком или под давлением через каналы 5 в патрубке 4. Рабочий газ подают под давлением к соплам 11 через патрубок 14 и коллектор 10. Распределяясь в коллекторе 10, рабочий газ истекает из сопел 11 в виде системы газодинамических струй. Струи компонентов смешиваемых веществ, выходящие из соответствующих каналов 5, попадают в систему газодинамических струй рабочего газа, где они подвергаются аэродинамическому воздействию, приводящему к распаду струй смешиваемых компонентов на капли (частицы). Применение в соплах 11 конических сопловых трактов и трактов в форме сопла Лаваля позволяет получить сверхзвуковой режим истечения рабочего газа. При сверхзвуковом режиме истечения рабочего газа образуется факел распыления с развитой системой скачков уплотнения. Капли распыляемых компонентов, проходя через скачки уплотнения, дробятся на более мелкие, что приводит к повышению однородности готовой смеси. При многоструйной подаче рабочего газа, то есть при применении нескольких сопел 11, количество скачков уплотнения увеличивается, степень диспергации и гомогенизации капель резко возрастает. Образованное облако капель движется внутри газодинамического «транспортера», состоящего из отдельных газодинамических струй. По мере падения скорости газодинамических струй имеет место их смыкание в единый кольцевой поток, что приводит к турбулизации внутреннего потока и гомогенизации диспергированных компонентов. Далее поток взаимодействует с вентиляторным колесом 8, установленным на валу 7. Вал 7 закреплен в патрубке 4. Поток рабочего газа, истекающего из сопел 11, приводит во вращение вентиляторное колесо 8, воздействуя на его лопатки 9, вокруг оси 2 симметрии смесительной камеры 1. Вращающееся вентиляторное колесо 8 с лопатками 9 создает дополнительные потоки рабочего газа и частиц смешиваемых компонентов в плоскости, перпендикулярной оси 2 симметрии смесительной камеры 1, что приводит к сильной турбулизации многофазного потока, перемешиванию и гомогенизации частиц смешиваемых компонентов. Взаимодействие капель распыленных компонентов смеси с лопатками 9 вентиляторного колеса 8 приводит к дополнительному дроблению этих капель, что повышает степень диспергации частиц компонентов смеси. В результате постадийного процесса дробления, распыления, турбулизации, гомогенизации в факеле распыления и при взаимодействии с вентиляторным колесом 8 формируется облако капель с равномерным распределением компонентов по его объему. Частицы смешиваемых компонентов оседают внизу смесительной камеры 1, образуя однородную смесь. Однородная смесь выводится из смесительной камеры 1 через выводную трубу 6. Следующая порция частиц напыляется внизу смесительной камеры 1 на готовую смесь и, таким образом, обеспечивается непрерывное формирование смеси. В стенке 12 смесительной камеры 1 над вентиляторным колесом 8 выполнены отверстия 13 для отвода рабочего газа.The mixer with a fan wheel operates as follows. Mixed components with fluidity (liquids, powders) are fed by gravity or under pressure through channels 5 in the nozzle 4. The working gas is supplied under pressure to the nozzles 11 through the nozzle 14 and the manifold 10. Distributed in the manifold 10, the working gas flows out of the nozzles 11 into a system of gas-dynamic jets. The jets of components of the mixed substances leaving the corresponding channels 5 fall into the system of gas-dynamic jets of the working gas, where they are subjected to aerodynamic action, which leads to the decay of the jets of the mixed components into droplets (particles). The use of 11 conical nozzle paths and paths in the form of a Laval nozzle in the nozzles makes it possible to obtain a supersonic regime of the expiration of the working gas. In the supersonic regime of the expiration of the working gas, a spray pattern is formed with a developed system of shock waves. Drops of sprayed components passing through the shock waves are crushed into smaller ones, which leads to an increase in the uniformity of the finished mixture. When multi-jet supply of the working gas, that is, when using multiple nozzles 11, the number of shock waves increases, the degree of dispersion and homogenization of the drops increases sharply. The formed cloud of droplets moves inside the gas-dynamic "conveyor", consisting of separate gas-dynamic jets. As the velocity of the gas-dynamic jets decreases, they close in a single annular flow, which leads to turbulization of the internal flow and homogenization of the dispersed components. Further, the flow interacts with a fan wheel 8 mounted on the shaft 7. The shaft 7 is fixed in the nozzle 4. The flow of working gas flowing from the nozzles 11 drives the fan wheel 8, acting on its blades 9, around the axis of symmetry 2 of the mixing chamber 1. A rotating fan wheel 8 with blades 9 creates additional flows of the working gas and particles of the mixed components in a plane perpendicular to the axis of symmetry 2 of the mixing chamber 1, which leads to strong turbulence of the multiphase flow, mixing and homogenization tions particle components to be mixed. The interaction of the droplets of the sprayed components of the mixture with the blades 9 of the fan wheel 8 leads to additional crushing of these drops, which increases the degree of dispersion of the particles of the components of the mixture. As a result of the step-by-step process of crushing, spraying, turbulization, homogenization, a droplet cloud is formed in the spray torch and when interacting with the fan wheel 8 with a uniform distribution of components over its volume. Particles of the mixed components settle at the bottom of the mixing chamber 1, forming a homogeneous mixture. A homogeneous mixture is discharged from the mixing chamber 1 through the outlet pipe 6. The next portion of the particles is sprayed at the bottom of the mixing chamber 1 onto the finished mixture and, thus, continuous formation of the mixture is ensured. In the wall 12 of the mixing chamber 1 above the fan wheel 8, openings 13 are made for discharging the working gas.

Заявленное изобретение позволило получить технический результат, а именно обеспечило повышение однородности смеси за счет увеличения степени диспергации частиц компонентов смеси.The claimed invention made it possible to obtain a technical result, namely, it provided an increase in the homogeneity of the mixture by increasing the degree of dispersion of the particles of the components of the mixture.

Claims

A mixer with a fan wheel, containing a vertically arranged round mixing chamber, the axis of symmetry of the nozzle located on top of the mixing chamber coincides with the axis of symmetry of the mixing chamber, at least two channels for supplying the mixed components are made in the nozzle, an outlet pipe is located at the bottom of the mixing chamber, in the mixing chamber between the nozzle and the outlet pipe, a fan wheel with blades is installed on the shaft fixed in the nozzle, characterized in that it is uniformly circumferential from relative to the axis of symmetry of the mixing chamber above the blades of the fan wheel there are nozzles for supplying working gas connected by a manifold and the nozzle covering the nozzle, the fan wheel with blades has the ability to rotate around the symmetry axis of the mixing chamber from the action of the working gas jets from the nozzles, in the wall of the mixing chamber above the fan wheel are made openings for removal of working gas.