СПОСОБ СМЕШИВАНИЯ ВЕЩЕСТВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК A01M7/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к технике смешивания жидких и сыпучих веществ.

Известен способ смешивания веществ, включающий операции заправки резервуара сыпучими и жидкими компонентами, размешивания мешалкой, причем рабочий орган механической мешалки вращают с постоянной угловой скоростью.

Известны устройства для смешивания веществ, смонтированные на прицепном садовом вентиляторном опрыскивателе ОВС-В и включающие резервуар с указателем уровня жидкости и горловиной для засыпки сыпучих компонентов, пропеллерную мешалку с механическим приводом через редуктор.

Известен также реактор для перемешивания вязких и жидких продуктов, растворения и смешивания твердых веществ в жидкостях, содержащий корпус с паровой рубашкой, крышку, привод, мешалку и электрооборудование. Корпус представляет собой емкость из нержавеющей стали с патрубками для спуска конденсата и выгрузки готового продукта, привод мешалки состоит из электродвигателя и редуктора, а мешалки представляет собой вал с укрепленными на нем лопастями.

Однако известный способ смешивания компонентов веществ обладает следующими недостатками, обусловленными постоянством угловой скорости вращения рабочего органа мешалки:
а) при вращении мешалки формируется устойчивое (ламинарное) постоянное движение жидкости, слои которого не взаимопроникают друг в друга и плохо перемешиваются друг с другом, компоненты веществ по этой причине смешиваются экстенсивно;
б) твердые компоненты веществ при смешивании с жидкими скапливаются по краям резервуара и в середине по оси вала мешалки, так как они в этих зонах не растворяются из-за малой величины скорости жидкости.

Известный реактор для смешивания и растворения веществ кроме указанных по известному способу недостатков имеет дополнительно такие, как сложность привода (наличие многоступенчатого редуктора), невозможность получения переменной угловой скорости вращения мешалки.

Целью изобретения является интенсификация процесса смешивания компонентов веществ и растворения их друг в друге путем периодического воздействия на компоненты рабочим органом мешалки с различной угловой скоростью.

Указанная цель достигается тем, что в способе смешивания веществ, включающим операции заправки резервуара сыпучими и жидкими компонентами, размешивания рабочими органами вращающейся мешалки, валу мешалки задают прерывисто - вращательное движение и воздействуют мешалкой периодически на компоненты веществ с переменной угловой, скоростью, придают массам смешиваемых веществ колебательное движение по горизонтали и вертикали.

Режим по угловой скорости мешалки поддерживают от значения О до максимального значения ω_2max= (1-ε) , где ω _2макс - максимальное значение угловой скорости ведомого шкива (мешалки);
ε - коэффициент скольжения;
ω₁ - угловая скорость вращения ведущего шкива;
D₁ - диаметр ведущего шкива;
D₂ - диаметр ведомого шкива.

В устройстве для смешивания веществ, содержащем резервуар с отверстиями для загрузки и выгрузки веществ, мешалку и привод мешалки, привод мешалки выполнен в виде передачи с тяговым органом, состоящей из ведущего и ведомого шкивов, а также натяжного эллиптического шкива, причем ведущий и натяжной шкивы охвачены тяговым органом, а ведомый шкив находится в зацеплении с тяговым органом непостоянно в зависимости от положения натяжного эллиптического шкива. В одном из вариантов устройства вал мешалки может быть размещен вертикально, а передача привода - в горизонтальной плоскости на корпусе резервуара.

На фиг. 1 схематически представлен общий вид устройства для смешивания веществ; на фиг. 2 - устройство для смешивания веществ в положении, когда тяговый орган не находится в соприкосновении с ведомым шкивом, вид сверху; на фиг. 3 - устройство для смешивания веществ в положении, когда тяговый орган находится в соприкосновении с ведомым шкивом, вид сверху.

На схемах обозначены:
D₁ - диаметр ведущего шкива,
D₂ - диаметр ведомого шкива,
ω₁ - угловая скорость вращения ведущего шкива,
ω₂ - угловая скорость вращения ведомого шкива,
ε - коэффициент скольжения.

Способ смешивания веществ осуществляется следующим образом. Емкость резервуара заправляют сыпучими и жидкими компонентами, предназначенными для смешивания или растворения отдельных компонентов в жидкости. Включают привод мешалки и при помощи передачи с тяговым органом валу мешалки задают прерывисто-вращательное движение, мешалкой воздействуют на смешиваемые компоненты веществ периодически. При этом поддерживают нестационарный режим воздействия на вещества по угловой скорости вращения мешалки от нулевого значения до максимального значения
ω_2max= (1-ε) , где ω _2макc - максимальное значение угловой скорости вращения мешалки,
ω₁ - угловая скорость вращения ведущего шкива,
D₁ - диаметр ведущего шкива,
D₂ - диаметр ведомого шкива,
ε - коэффициент скольжения,
Тем самым придают колебательное движение массам компонентов веществ по горизонтали и по вертикали.

Устройство для смешивания веществ состоит из резервуара 1 с загрузочной горловиной 2 и сливным патрубком 3. В полости резервуара с возможностью вращения вал 4, на котором жестко закреплена мешалка 5 с рабочими органами, выполненными например в виде лопастей или в виде шнека. Вал 4 установлен на резервуаре 1 при помощи опор 6 и 7 и на внешнем конце имеет жестко закрепленный шкив 8 передачи с тяговым органом. Шкив 8 является ведомым и размещен между ветвями тягового органа 9, охватывающего ведущий шкив 10 и натяжной шкив 11. Натяжной шкив 11 выполнен в виде эллипса и имеет ось, которая поддерживается при помощи натяжного механизма, состоящего из ползушки 12 и пружины 13 в корпусе 14. Ведущий шкив 10 жестко закреплен на валу двигателя 15 или на валу отбора мощности транспортного средства.

Резервуар может быть размещен на колесах 16. Сливной патрубок 3 оборудован вентилем 17.

На чертежах представлено устройство для смешивания веществ с вертикальным расположением вала 4 мешалки, хотя вал 4 можно располагать как горизонтально, так и под углом к горизонтали. Привод мешалки имеет свои особенности, обусловленные выполнением шкива 11 передачи с тяговым органом в виде эллипса, а именно, разностью величин большого и малого полуосей эллипса. При вращении шкива 11 ветви тягового органа 9 то расходятся, то сближаются друг с другом и угол между ветвями тягового органа периодически меняется (см. фиг. 2 и фиг. 2). Размеры передачи и ее звеньев должны быть подобраны таким образом, чтобы при максимальном значении угла между ветвями тягового органа ведомый шкив не входил в контакт с тяговым органом, а при минимальном значении угла - обязательно был в контакте с тяговым органом. А именно, угол вхождения в соприкосновения ведомого шкива с тяговым органом занимает промежуточное значение между максимальным и минимальными величинами угла расхождения ветвей.

Устройство для смешивания веществ работает следующим образом.

Емкость резервуара 1 через загрузочную горловину 2 заправляется компонентами смешиваемых или растворяемых веществ. Вентиль 17 при этом закрыт. При включении привода вращение от ведущего шкива 10 передается через тяговой орган 9 натяжному шкиву 11 и по мере вращения шкива 11 периодически меняется угол между ветвями тягового органа 9. При этом тяговый орган 9 периодически входит в контакт с ведомым шкивом 8 и выходит из контакта с последним. Так формируется периодически-прерывистое вращение шкива 8 и вала 4. Через вал 4 мешалка 5 получает прерывисто-вращательное движение с различной угловой скоростью и смешивает компоненты веществ.

Компоненты веществ при этом получают сложное движение, слагаемое из составляющих прерывистого движения по горизонтали и вертикали.

Предложенный способ смешивания веществ и устройство для его осуществления позволяют интенсифицировать процесс смешивания и растворения веществ за счет нестационарного воздействия на компоненты вещества и придания массам компонентов колебательного движения. Более полное и тщательное смешивание и растворение достигается, кроме того, за счет воздействия на осевшие и скопившиеся на дне компоненты нестационарным потоком жидкого компонента и поднятием осевших масс в вышестоящие области жидкой среды. Этим улучшается качество приготовляемой смеси.

Процесс смешивания веществ и растворения можно ускорить на 10-15 процентов по техническому времени.

Кроме того, достигается социальный эффект, выражающийся в повышении производительности труда обслуживающего персонала за счет сокращения рабочего времени.

(56) Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. / Под. общ. ред. Листопада Г. Е. М. : Колос, 1976; стр. 121, 429-430, 543.

Сельскохозяйственная техника (Дополнение к каталогу издания ЦНИИТЭИ 1975). "Всесоюзное объединение "Союзсельхозтехника" СМ СССР, ЦНИИТЭИ, 1977, стр. 272-273.

Использование: в машиностроении, в частности в процессах смешивания жидких и сыпучих веществ. Сущность изобретения: для интенсификации процесса смешивания компонентов и растворения их друг в друге за счет периодического воздействия на компоненты рабочим органом мешалки с различной угловой скоростью способ предусматривает подачу на вал мешалки прерывисто-вращательного движения, воздействие на компоненты периодической силой, приведением смешиваемых масс в колебательное движение по горизонтали и вертикали. Привод мешалки выполнен в виде передачи с тяговым органом, состоящей из ведущего и ведомого шкивов, а также натяжного эллиптического шкива. Ведущий и натяжной шкивы охвачены тяговым органом, а ведомый шкив находится в зацеплении с тяговым органом в зависимости от положения натяжного эллиптического шкива. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ смешивания веществ, включающий помещение сыпучих и жидких компонентов в резервуар и размешивание их рабочими органами вращающейся мешалки, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса смешивания компонентов веществ и растворения их друг в друге, на компоненты воздействуют мешалкой периодически с переменной угловой скоростью и придают массам смешиваемых веществ колебательное движение по горизонтали и вертикали. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что режим по угловой скорости мешалки, с которым воздействуют на компоненты, поддерживают от нуля до максимального значения
= ,
где ω_2max - максимальное значение угловой скорости вращения мешалки;
ω₁ - угловая скорость вращения ведущего шкива;
D₁ - диаметр ведущего шкива;
D₂ - диаметр ведомого шкива;
ε - коэффициент скольжения. 3. Устройство для смешивания веществ, содержащее резервуар с отверстиями для загрузки и выгрузки веществ, мешалку и привод мешалки, отличающееся тем, что привод мешалки выполнен в виде ведущего и натяжного эллиптического шкивов, охваченных тяговым органом, и размещенного между ветвями последнего ведомого вала мешалки шкива, периодически находящегося в зацеплении с ними в зависимости от положения натяжного эллиптического шкива. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что вал мешалки размещен вертикально, а привод расположен в горизонтальной плоскости на корпусе резервуара.