УСТРОЙСТВО ДЛЯ СМЕШЕНИЯ ПОРОШКОВ Российский патент 1994 года по МПК B01F9/00 

Изобретение относится к смесителям порошкообразных материалов в производстве композиционных и керамических материалов в авиастроении и космической отраслях промышленности.

Известен смеситель сыпучих материалов, содержащий каркас, фрикционное колесо, жестко закрепленное на одной из боковых сторон каркаса, вращающуюся раму, установленную на оси каркаса внутри фрикционного колеса, привод, соединенный с рамой, снабженное штурвалом планетарное колесо, размещенное внутри каркаса и находящееся в зацеплении с фрикционным колесом с возможностью перемещения относительно последнего, вал, проходящий по оси каркаса и соединяющий раму с планетарным колесом и смесительную емкость, установленную на валу.

Недостатком известного смесителя является значительная продолжительность процесса смешивания (20 ч). Кроме того, при смешивании порошков, компоненты шихты которых имеют большую разницу в удельном весе, получают конечный продукт низкого качества. При получении большинства композиционных и керамических материалов возникает необходимость получения однородных смесей порошков, компоненты которых значительно отличаются по удельному весу, использование известного смесителя в этом случае не обеспечивает качество конечного продукта. По данным металлографического анализа смесь, полученная известным способом имеет явно выраженное послойное расположение частиц.

Цель изобретения - интенсификация процесса и повышение качества конечного продукта.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для смешения порошков, включающем вращающуюся на цапфах раму, привод, соединенный с рамой, большую коническую шестерню, малую коническую шестерню и смесительную цилиндрическую емкость, смесительная емкость установлена посредством опорного пояса в роликовые опоры, расположенные внутри рамы, а большая коническая шестерня расположена на наружной поверхности смесительной емкости и через вал пустотелой цапфы рамы и малую коническую шестерню соединена с приводом, при этом внутри смесительной емкости вдоль цилиндрической образующей на равном расстоянии по окружности установлены полки, неразрезные и разрезные поочередно, края последних отогнуты в разные стороны.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы неизвестно устройство для смешения порошков предлагаемой конструкции, которая позволила бы интенсифицировать процесс и повысить качество конечного продукта.

Как известно, в производстве композитов и керметов применяются порошки различных материалов: от асбеста, графита, песка, до меди, железа, вольфрама с большой разницей удельного веса (от 1,5 до 18,3 г/см³). Причем применение внутри емкости смешения каких-либо активных элементов недопустимо, так как в результате их воздействия в динамическом режиме смесь уплотняется и частично деформируется, получая наклеп от элементов принудительного смешения. Самым естественным в данном случае является процесс смешения простым пересыпанием. Для интенсификации процесса и повышения качества конечного продукта авторы предлагают вести смешение путем двуосного вращения емкости смешения с возможностью регулирования соотношения скоростей вращения в двух плоскостях в широком интервале значений, с помещением внутри емкости смешения полок неразрезных и разрезных с отогнутыми в противоположные стороны краями. При таком процессе смешения (и при заполнении емкости смешения лишь на половину объема - для получения наибольшей поверхности смешения) постоянно меняется как местонахождение точки начала течения порошка по его наклонной поверхности, так и путь его перемещающихся частиц, и точка остановки осыпания, и начало нового движения частиц, при этом частицы смеси, извлекаемые из ее объема полками, перемещаются вдоль полок и через их прорези, ссыпаясь на также постоянно смещающуюся поверхность смеси, причем точки извлечения частиц смеси и точки их падения на поверхность различны и достаточно протяженны.

Таким образом смесь порошков внутри емкости начинает пересыпаться:
а) по сплошному криволинейному пути со своей поверхности в результате постоянно меняющегося направления смешения с различным соотношением скоростей вращения в зависимости от состава шихты;
б) захватываемый полками емкости смешения порошок через их прорези и вдоль полок начинает перемещаться и ссыпаться, рассеиваясь по объему емкости, также при постоянном изменении направления смешения и перемешивания.

Ни одна из известных конструкций смесительных устройств не обеспечивает такой совокупности процессов смешения и не дает возможности получать качественные смеси порошков с большой разницей удельных весов их составляющих. Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод о том, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображена кинематическая схема предлагаемого устройства для смешения порошков; на фиг.2 - полка; на фиг.3 и 4 - схематические пути движения частиц.

Устройство состоит из рамы 1, вращающейся на цапфах 2 и 3 в опорах 4 от привода 5. Внутри рамы установлены роликовые опоры 6, в которых вращается цилиндрическая емкость 7 смешения с загрузочным 8 и разгрузочным 9 клапанами. Емкость 7 установлена в роликовых опорах 6 посредством опорного пояса 10, расположенного на ее наружной поверхности. На наружной поверхности емкости 7 также расположено большое зубчатое колесо 11, получающее вращение от привода 12 через внутренний вал 13 пустотелой цапфы 3 рамы 1 с малым зубчатым колесом 14. Внутри емкости вдоль цилиндрической образующей на равном расстоянии по окружности установлены полки 15 - неразрезные и разрезные, с отогнутыми в разные стороны краями.

Устройство работает следующим образом.

При закрытом разгрузочном клапане 9 компоненты порошковой смеси засыпаются в емкость смешения 7 через загрузочный клапан 8 до половины ее объема. Загрузочный клапан 8 закрывается и включаются привода 5 и 12. От привода 5 через редуктор и пару цилиндрических шестерен вращение передается на цапфу 2 рамы 1. Последняя таким образом вместе с емкостью смешения 7 получает вращение вокруг горизонтальной оси в опорах 4. От привода 12 вращение передается через клиноременную передачу на вал 13 и малое зубчатое колесо 14, а затем на большое зубчатое колесо 11, расположенное на наружной поверхности смесительной емкости 7, последняя таким образом получает вращение вокруг своей вертикальной оси на роликовых опорах 6. Процесс смешения проходит в течение 2-3 ч, затем приводы отключают, останавливая емкость смешения 7 в вертикальном положении разгрузочным клапаном 9 вниз. Открывают его и выгружают смесь.

Предлагаемая конструкция позволяет варьировать соотношение скоростей вращения в двух плоскостях в зависимости от смеси исходных компонентов. Так, получают смесь порошков: меди, железа, сернокислого железа, нитрида и карбида бора, карбида кремния (черного и зеленого), баритового концентрата, асбеста, песка, графита с удельным весом составляющих от 1,5 до 8,9 г/см³ (смеси ФКМ-11, ФМК-79, МКВ-50А). При этом оптимальное соотношение скоростей составляет W_в: W_г = 1:1. Процесс смешения идет в течение 3 ч. Получают по данным металлографического анализа однородную смесь, послойное расположение частиц отсутствует.

Получают смесь: никель, хром, вольфрам, железо, ферросилиций, ферромарганец с удельным весом составляющих от 2,2 до 19,3 г/см³ (смесь ФМК-845). При этом оптимальное соотношение скоростей составляет W_в::W_г = 1:2. Процесс смешения идет в течение 2 ч. Получают по данным металлографического анализа однородную смесь, послойное расположение частиц отсутствует.

Таким образом, предлагаемая конструкция устройства для смешения порошков позволяет интенсифицировать процесс (2-3 ч против 20 ч ранее) и улучшить качество конечного продукта при получении многокомпонентных (7-8) порошковых смесей с большой разницей удельных весов исходных компонентов.

Смесительная емкость установлена с возможностью вращения и снабжена установленными вдоль цилиндрической образующей поочередно на равном расстоянии по окружности неразрезными и разрезными полками, причем края последних отогнуты в разные стороны. Установка зубчатого колеса на наружной поверхности смесительной емкости позволяет варьировать соотношение скоростей вращения в двух плоскостях. 4 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СМЕШЕНИЯ ПОРОШКОВ, включающее раму, привод вращения, соединенный с рамой и содержащий зубчатую передачу, смесительную цилиндрическую емкость, установленную внутри рамы, отличающееся тем, что, с целью интенсификации процесса и повышения качества конечного продукта, устройство снабжено опорным поясом, роликовыми опорами, а смесительная емкость снабжена установленными вдоль цилиндрической образующей поочередно на равном расстоянии по окружности неразрезными и разрезными полками, причем края последних отогнуты в разные стороны, при этом одно из зубчатых колес смонтировано на наружной поверхности смесительной емкости.