SU1680291A1 - Перемешивающее устройство - Google Patents

Description

Изобретение относится к перемешиванию и может быть использовано в химической. нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности, где требуется осуществлять эффективное перемешивание, эмульгирование, гомогенизацию и диспергирование жидких сред. Целью изобретения является повышение интенсивности перемешивания. Перемешивающее устройство содержит вал с установленными на нем верхним и нижним рядами лопастей. Ряды разделены между собой прокладками. Лопасти рядов имеют суперкавитирующий профиль, и лопасти соседних рядов расположены одна над другой с образованием сужающегося сопла между ними. Нижняя плоскость лопастей верхнего ряда имеет угол наклона к плоскости вращения лопастей (%=15~35°, верхняя плоскость лопастей нижнего ряда имеет угол наклона к плоскости вращения лопастей не более 10°, и нижняя плоскость лопастей нижнего ряда имеет угол наклона к плоскости вращения лопастей β = 5-15°.

При этом задняя часть лопастей верхнего ряда смещена на величину ό =0,01-0,03 диаметра лопастей по отношению к лопастям нижнего ряда в сторону, противоположную направлению вращения лопастей, 3 ил.

Изобретение относится к перемешиванию и может быть использовано в химической, нефтехимической, пищевой и других . отраслях, промышленности, где требуется осуществлять эффективное перемешивание, эмульгирование, гомогенизацию и диспергирование жидких сред.

Цель изобретения - повышение интенсивности перемешивания.

На фиг.1 приведено перемешивающее устройство; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.З- сечение А-А на фиг.1.

Перемешивающее устройство содержит вал 1 с установленными на нем верхним

2 и нижним 3 рядами лопастей. Ряды 2 и 3 разделены между собой прокладками 4. Лопасти рядов-2 и 3 имеют суперкавитирующий профиль и лопасти соседних рядов расположены одна над другой с образованием сужающегося сопла между ними. Нижняя плоскость 5 лопастей верхнего ряда 2 имеет угол наклона к плоскости вращения лопастей α_Β ⁼15-35^ο, верхняя плоскость 6 лопастей нижнего ряда 3 имеет угол наклона к плоскости вращения лопастей Оц не более 10° и нижняя плоскость 7 лопастей нижнего ряда 3 имеет угол наклона к плоскости вращения лопастей β = 5-15°. При этом

1680291 А1

3

1680291

4

задняя часть лопастей верхнего ряда 2 смещена на -величину <5=0,01-0,03 диаметра лопастей по отношению к лопастям нижнего ряда 3 в сторону, противоположную направлению вращения лопастей.

Перемешивающее устройство работает следующим образом,*

Настройка перемешивающего устройства перед вводом его в действие состоит в установке регулирующей прокладки 4 необходимой толщины, которая выбирается в зависимости от требующегося зазора между рядами 2 и 3 лопастей.

Устройство погружают в перемешиваемую среду. Вал 1 приводят во вращение при помощи привода (не показан), При вращательном движении сдвоенных лопаток, лопатки верхних рядов 2 прокачивают массу жидкости сверху вниз, а лопатки нижних рядов 3 - снизу вверх. За счет этого образуются встречные потоки В и С., а также осуществляются циркуляция и массообмен в жидкости в пространстве над и под рядами 2 и 3. Встречные потоки В и С в пространстве между лопатками рядов 2 и 3 интенсивно перемешиваются, В этом же пространстве за счет гидродинамических сил нагнетания потоков В и С создается зона повышенного давления, т.е. величина давления в этой зоне превышает величину давления в прилегающих к ней областях.

Величина давления жидкости в.межлопаточном пространстве дополнительно повышается благодаря воздействию ряда факторов.

Сдвоенные лопатки рядов 2 и 3 за счет наклона одна к другой своих внутренних плоскостей 5 и 6 образуют сопло, которое движется своей широкой частью вперед, эффективно захватывая и перенося массы жидкости, что дополнительно повышает давление в зоне повышенного давления.

При определенной скорости вращения лопастей создается разность давлений, Обеспечивающая высокие скорости истечения жидкости через щель между лопастями рядов 2 и 3. При достаточно высоких скоростях потока давление в нем снижается настолько, что создаются условия для развития парогазовых пузырьков в потоке и в нем развивается гидродинамическая кавитация.

Дополнительную турбулизацию потоков, в межлопаточном пространстве, можно получить за счёт фигурной формы выполнения концов лопастей рядов 2 иЗ и серповидной формой выполнения самих лопастей.

Величина давления в зоне повышенного давления не постоянна, ее изменения носят пульсационный характер. Пульсации

давления возникают и развиваются следующим образом. Повышенное давление в межлопаточном пространстве создает усилия, которые действуют на консольно закреп5 ленные лопатки рядов 2 и 3 и перемещают их незакрепленные части, упруго раздвигая свободные концы лопаток. Это упругое перемещение увеличивает ширину щели между рядами 2 и 3. Увеличение размеров щели

10 приводит к увеличению расхода жидкости через нее, следствием чего является снижение давления жидкости в межлопаточном пространстве.

Снижение давления ведет к уменьше15 нию действующих на лопатки рядов 2 и 3 раздвигающих усилий и соответствующему уменьшению поперечных размеров щели между ними за счет упругого сближения свободных, незакрепленных частей лопаток. Уменьшение поперечных размеров щели, в

20 свою очередь, снижает расход жидкости через нею и повышает давление в межлопаточном пространстве. /

Процесс циклично повторяется, возбуждаются пульсации давления и вибрация ло25 латок, их автоколебания в направлении, указанном на фиг.З стрелками ϋ и Е. Пульсации и автоколебания не затухают даже при длительной работе устройства с постоянным числом оборотов ротора, Поддержа30 ние пульсаций обусловлено возмущениями, вызываемыми в потоке движением через щель между рядами 2 и 3 кавитационных пузырьков, которые, меняя расход жидкости через щель, поддерживают пульсацион35 ные процессы и автоколебания лопаток.

Частота автоколебаний лопаток определяется их собственной резонансной частотой, амплитуда - динамическим давлением в межлопаточном пространстве,

40 т.е. скоростью вращения, размерами щели и эффективностью совокупного воздействия перечисленных ранее факторов, повы- . шающих давление в 'межлопаточном пространстве. Автоколебания лопаток не- σ

45 прерывно поддерживают нестационар- . ность кавитационных процессов как на суперкавитирующих профилях лопаток рядов 2 и 3. так и в межлопаточном пространстве. Энергия колебаний лопаток

50 определяется их амплитудой,т.е. пропорциональна величине давления в зоне повышенного давления. Эта энергия передается через поверхности лопаток рядов 2 и 3 смешиваемым жидкостям, возбуждая в

55 них колебательные процессы, интенсифицирующие процесс перемешивания. Нестационарный характер кавитационных

процессов, пульсации кавитационных каверн в значительной степени интенсифици5

1680291

6

руют смыкания каверн, охлопывания пузырьков.

При охлопываниях пузырьков на жидкость действуют большие импульсные давления взрывного характера, что обеспечивает интенсивное перемешивание и диспергирование жидкости, высокую дисперсность смеси.

Поток В жидкости, обтекающий внутреннюю плоскость 5 лопатки верхнего ряда 2, имеет гидродинамический напор выше, чем напор потока С, обтекающего внутреннюю плоскость 6 лопатки нижнего ряда 3, так как 0¾ > о». Это обуславливает истечение жидкости через щель между лопастями рядов 2 и 3 с преимущественным направлением потока сверху вниз. Отклонению потока в этом же направлении способствует смещение лопастей нижнего ряда 3 относительно лопастей верхнего ряда 2 на величину ό по направлению движения лопаток. _с Это смещение так изменяет ориентацию щели между лопастями рядов 2 и 3, что при истечении через нее поток дополнительно

отклоняется сверху вниз.

В результате воздействия этих факторов поток жидкости при истечении через щель отклоняется от плоскости вращения ротора в направлении стрелки Р. Обтекая лопасти нижнего ряда 3 по наружной нижней плоскости 7, наклоненной к плоскости вращения ротора под углом β, поток жидкости С также получает некоторое отклонение сверху вниз. Благодаря совокупному воздействию потоков Р и 6 кавитационные каверны· и пузырьки выводятся из зоны, примыкающей к плоскости вращения· ротора, Это обеспечивает отсутствие каверн и пузырьков в зоне входа жидкости в каждую из сдвоенных лопаток, что улучшает условия их работы.

Конструкция предлагаемого устройства, обеспечивая повышение интенсивности перемешивания, является в то же время простой конструкцией. Это дает устройству дополнительные преимущества, так как позволяет применять его практически в любых условиях, без предварительной подготовки специальных емкостей, как в производственных, так и в бытовых условиях.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Перемешивающее устройство, содержащее вал с установленными на нем верхним и нижним рядами лопастей, разделенных прокладками, отличающееся тем, что, с целью повышения интенсивности перемешивания,, лопасти имеют суперкавитирующий профиль и лопасти соседних рядов расположены одна над другой с образованием сужающегося сопла между ними, при этом нижняя плоскость лопастей верхнего ряда имеет угол наклона к плоскости вращения лопастей ав=15-35°, верхняя плоскость лопастей нижнего ряда имеет угол наклона к плоскости вращения лопастей 0+, не более -10° и нижняя плоскость лопастей нижнего ряда имеет угол наклона к плоскости вращения лопастей 5-15°, а задняя часть лопастей верхнего ряда смещена на величину ό = 0.01 - 0,03 диаметра лопастей по отношению к лопастям нижнего ряда в сторону, противоположную направлению вращения лопастей.

   1680291