РАБОЧИЙ ОРГАН СМЕСИТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1995 года по МПК B01F7/24 

Изобретение относится к конструкции устройств для смешения двух или более ингредиентов, например жидкостей, сыпучих веществ или их комбинаций, в частности для производства теста, кремов, паст, а также для производства бетона.

Известен рабочий орган смесителя, содержащий два вала, расположенные в вертикальной плоскости и отстоящие друг от друга на некотором расстоянии, на каждом из которых закреплена одна рамка. Причем на одном из валов нижняя сторона рамки повернута относительно верхней стороны на 90^о вокруг оси вращения вала по часовой стрелке, а на другом валу против часовой стрелки. При этом боковые стороны рамок представляют собой пространственные винтовые линии, а верхние и нижние стороны рамок, равные по ширине, выполнены прямолинейными. Валы с рамками вращаются синхронно навстречу друг другу [1]
Недостаток этого рабочего органа заключается в невысокой эффективности смещения, выраженной в том, что недостаточно полно реализуются скоростные характеристики рабочего органа при повышенных скоростях вращения (n ≈ 5000-8000 об/мин), на которых работают современные смесители.

Известен рабочий орган смесителя, содержащий два вала, расположенные в вертикальной плоскости и отстоящие на некотором расстоянии друг от друга, на каждом из которых закреплены две плоские рамки, ортогонально ориентированные друг к другу. Боковые стороны рамок в направлении вращения имеют заостренную кромку. Валы с рамками вращаются синхронно навстречу друг другу [2]
Недостатками этого рабочего органа смесителя являются низкая эффективность перемешивания обрабатываемых ингредиентов и повышенные затраты энергии и времени на перемешивание.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности смешения ингредиентов и снижение энергозатрат.

Для этого рабочий орган смесителя содержит два параллельно расположенных вала, отстоящих на некотором расстоянии друг от друга, на каждом из которых закреплены две рамки, ортогонально ориентированные друг к другу. Верхние стороны рамок прямолинейные, а длина каждой из них меньше длины нижней стороны.

Кроме того, в первом варианте каждая боковая и нижняя сторона рамок, закрепленных на одном валу, выполнена в виде двух оппозитно расположенных дуг, выпуклости которых направлены в разные стороны. При этом нижняя сторона каждой рамки повернута относительно ее верхней стороны на угол γ. Стороны рамок на втором валу являются зеркальным отображением сторон рамок на первом валу. При этом нижняя сторона каждой рамки повернута относительно ее верхней стороны на угол γ.

Во втором варианте каждая боковая сторона рамок, закрепленных на одном валу, выполнена в виде дуги, а каждая нижняя в виде двух других дуг, оппозитно расположенных на одном валу, выпуклости которых направлены в разные стороны. При этом нижняя сторона каждой рамки повернута относительно ее верхней стороны на угол γ. Стороны рамок на втором валу являются зеркальным отображением сторон рамок на первом валу. При этом нижняя сторона каждой рамки повернута относительно ее верхней стороны на угол γ.

На фиг. 1 показана конструктивная схема рабочего органа смесителя первого варианта; на фиг. 2 вид А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 5 боковая сторона рамок 3 и 4; на фиг. 6 вид Г на фиг. 5; на фиг. 7 боковая сторона рамок 5 и 6; на фиг. 8 вид Д на фиг. 7; на фиг. 9 проекционный рисунок вала 1 с рамками 3 и 4; на фиг. 10 проекционный рисунок вала 2 с рамками 5 и 6; на фиг. 11 изображена схема работы рабочего органа смесителя; на фиг. 12 график вертикальной составляющей скорости по высоте рамок 3, 4 и 5, 6; на фиг. 13 механизм взаимодействия боковой стороны рамки с частицей ингредиента; на фиг. 14 конструктивная схема рабочего органа смесителя второго варианта; на фиг. 15 вид Е на фиг. 15; на фиг. 16 сечение Ж-Ж на фиг. 14; на фиг. 17 сечение И-И на фиг. 14; на фиг. 18 боковая сторона рамок 3 и 4; на фиг. 19 вид К на фиг. 18; на фиг. 20 боковая сторона рамок 5 и 6; на фиг. 21 вид Л на фиг. 20; на фиг. 22 проекционный рисунок вала 1 с рамками 3 и 4; на фиг. 23 проекционный рисунок вала 2 с рамками 5 и 6; на фиг. 24 схема работы рабочего органа смесителя; на фиг. 25 график вертикальной составляющей скорости по высоте рамок 3, 4 и 4, и 5, 6; на фиг. 26 механизм взаимодействия боковой стороны рамки с частицей ингредиента; на фиг. 27 другая конструктивная схема рабочего органа смесителя второго варианта; на фиг. 28 вид М на фиг. 27; на фиг. 29 сечение Н-Н на фиг. 27; на фиг. 30 сечение П-П на фиг. 27; на фиг. 31 боковая сторона рамок 3 и 4; на фиг. 32 вид Р на фиг. 31; на фиг. 33 боковая сторона рамок 5 и 6; на фиг. 34 вид С на фиг. 33; на фиг. 35 проекционный рисунок вала 1 с рамками 3 и 4; на фиг. 36 проекционный рисунок вала 2 с рамками 5 и 6; на фиг. 37 схема работы рабочего органа смесителя; на фиг. 38 график вертикальной составляющей скорости по высоте рамок 3, 4 и 5, 6; на фиг. 39 механизм взаимодействия боковой стороны рамки с частицей ингредиента.

Рабочий орган смесителя по первому варианту (фиг. 1 и 2) состоит из двух валов с рамками из проволок. На валу 1 закреплена пара рамок 3 и 4, а на валу 2 пара рамок 5 и 6. Валы 1 и 2 имеют оси 7 и 8 соответственно, расстояние между которыми а. Рамки 3 и 4 развернуты относительно друг друга на ∠α₁, а рамки 5, 6 на ∠α₂, причем ∠α₁= ∠α₂ Рамки 5 и 6 повернуты относительно рамок 3 и 4 на ∠β, где ∠β ∠α₁= α₂ по отношению к вертикальной плоскости 9, совпадающей с плоскостью чертежа. Высота рамок 3, 4, 5 и 6 b, длина верхних сторон рамок с, а нижних с', причем выполняется условие > и с'>c. Верхние стороны рамок 3, 4, 5 и 6, приведенные в сечении Б-Б, выполнены прямолинейными. Нижние стороны рамок 3 и 4, приведенные в сечении В-В, выполнены в виде двух оппозитно расположенных дуг, направленных выпуклостями в разные стороны, а нижние стороны рамок 5 и 6, приведенные в том же сечении, являются их зеркальным отображением (фиг. 3 и 4). Верхние стороны рамок 3 и 4 соединены с их нижними сторонами боковыми. Каждая боковая сторона выполнена в виде двух оппозитно расположенных дуг, направленных выпуклостями в разные стороны криволинейной поверхности относительно линии m, проходящей через точку перегиба n (фиг. 5 и 6). Ширина стороны k определяет поворот по азимуту на ∠ γ относительно оси 7 нижних сторон рамок 3 и 4 в сечении В-В относительно сечения Б-Б. Верхние стороны рамок 5 и 6 соединены с их нижними сторонами боковыми. Каждая боковая сторона выполнена в виде двух оппозитно расположенных дуг, направленных выпуклостями в разные стороны по криволинейной поверхности относительно линии р, проходящей через точку перегиба q (фиг. 7 и 8). Ширина стороны k₂ определяет поворот по азимуту на ∠γ относительно оси 8 нижних сторон рамок 5 и 6 в сечении В-В относительно сечения Б-Б. Причем значение k₁=k₂ для двух пар рамок. Таким образом, боковые стороны рамок 3, 4, 5 и 6 имеют пространственные винтоподобные линии правого и левого вращения (фиг. 9 и 10).

Рабочий орган смесителя по второму варианту (фиг. 14 и 15) состоит из двух валов с рамками из проволок. На валу 1 закреплена пара рамок 3 и 4, а на валу 2 пара рамок 5 и 6. Валы имеют оси 7 и 8 соответственно, расстояние между которыми а. Рамки 3 и 4 развернуты относительно друг друга на ∠α₁, а рамки 5, 6 на ∠α₂ по отношению к вертикальной плоскости 9, совпадающей с плоскостью чертежа. Высота рамок 3, 4, 5 и 6 b, длина верхних сторон рамок с, а нижних с', причем выполняется условие > и с'>c. Верхние стороны рамок 3, 4, 5 и 6, приведенные в сечении Ж-Ж, выполнены прямолинейными. Каждая нижняя сторона рамок 3 и 4, приведенная в сечении И-И, выполнена в виде двух оппозитно расположенных дуг, направленных выпуклостями в разные стороны, а нижние стороны рамок 5 и 6, приведенные в том же сечении, являются их зеркальным отображением (фиг. 16 и 17). Верхние стороны рамок 3 и 4 соединены с их нижними сторонами боковыми. Каждая боковая сторона выполнена в виде дуги, которая выгнута по криволинейной поверхности относительно линии m, проходящей через середину боковой стороны (фиг. 18 и 19) на расстоянии от ее концов, где k₁ ширина стороны, определяющей поворот по азимуту на ∠ -γ относительно оси 7 нижних сторон рамок 3 и 4 в сечении И-И относительно сечения Ж-Ж. Верхние стороны рамок 5 и 6 соединены с их нижними сторонами боковыми сторонами. Каждая боковая сторона выполнена в виде дуги, которая выгнута по криволинейной поверхности относительно линии р, проходящей через середину боковой стороны (фиг. 20 и 21), на расстоянии от ее концов, ширина стороны k₂ определяет поворот по азимуту на ∠γ относительно оси 8 нижних сторон рамок 5 и 6 в сечении И-И относительно сечения Ж-Ж. Причем значение k₁= k₂ для двух пар рамок. Таким образом, боковые стороны рамок 3, 4, 5 и 6 имеют пространственные винтоподобные линии правого и левого вращения (фиг. 22 и 23).

Рабочий орган смесителя по другому выполнению второго варианта (фиг. 27 и 28) состоит из двух валов с рамками из проволок. На валу 1 закреплена пара рамок 3 и 4, а на валу 2 пара рамок 5 и 6. Валы 1 и 2 имеют оси 7 и 8 соответственно, расстояние между которыми а. Рамки 3 и 4 развернуты относительно друг друга на ∠α₁, а рамки 5, 6 на ∠α₂, причем ∠α₁=∠α₂. Рамки 5 и 6 повернуты относительно рамок 3 и 4 на ∠β, где ∠β ∠α₁= ∠α₂, по отношению к вертикальной плоскости 9, совпадающей с плоскостью чертежа. Высота рамок 3, 4, 5 и 6 b, длина верхних сторон рамок с, а нижних с', причем выполняется условие > и с'>с.

Верхние стороны рамок 3, 4, 5 и 6, приведенные в сечение Н-Н, выполнены прямолинейными. Нижние стороны рамок 3 и 4, приведенные в сечении П-П, выполнены в виде двух оппозитно расположенных дуг, направленных выпуклостями в разные стороны, а нижние стороны рамок 5 и 6, приведенные в том же сечении, являются их зеркальными отображением (фиг. 29 и 30). Верхние стороны рамок 3 и 4 соединены с их нижними сторонами боковыми. Каждая боковая стороны выполнена в виде дуги, которая выгнута по криволинейной поверхности относительно линии m, проходящей через середину боковой стороны (фиг. 31 и 32), на расстоянии от ее концов, где k₁ ширина стороны, определяющей поворот по азимуту на ∠ -γ относительно оси 7 нижних сторон рамок 3 и 4 в сечении П-П относительно сечения Н-Н. Верхние стороны рамок 5 и 6 соединены с их нижними сторонами боковыми. Каждая боковая сторона рамки выполнена в виде дуги, выгнутой по криволинейной поверхности относительно линии р, проходящей через середину боковой стороны (фиг. 33 и 34), на расстоянии от ее концов, где ширина стороны k₂ определяет поворот по азимуту на ∠γ относительно оси 8 нижних сторон рамок 5 и 6 в сечении П-П относительно сечения Н-Н. Причем значение k₁-k₂ для двух пар рамок. Таким образом, боковые стороны рамок 3, 4, 5 и 6 имеют пространственные винтоподобные линии правого и левого вращения (фиг. 35 и 36).

Работа органа смесителя по первому варианту заключается в следующем.

В емкость 10 (фиг. 11) помещают смешиваемые ингредиенты 11 и в ней располагают рабочий орган смесителя. Рамки вращаются синхронно навстречу друг другу по направлению вращения (Н.В.) с угловыми скоростями [] и [- Под действием вращающихся пар рамок 3, 4 и 5, 6 смешиваемые ингредиенты 11 сначала образуют две локальные вращающиеся навстречу друг другу зоны 12 и 13 смешения, которые впоследствии инициируют за счет вязкости среды движение по всему объему емкости 10. За счет центробежных сил ингредиенты от осей 7 и 8 вращения рамок перемещаются на периферию зоны вращения рамок 3, 4 и 5, 6, т. е. образуется плоскопараллельное движение, перпендикулярное осям 7 и 8. Направление выпуклостей на нижних сторонах пар рамок 3, 4 и 5, 6 против вращения способствует некоторому торможению частиц в нижней зоне рамок, что приводит к возникновению локальных зон противотечения типа "сдвига" частиц ингредиентов, что также способствует процессу смешения. Боковые стороны l₁-l₈ рамок 3, 4 и 5, 6 от верхних до нижних сторон воздействуют на частицы ингредиентов, перемещая их не только в горизонтальной плоскости S_г, но и в вертикальной S_в вдоль рамок 3, 4 и 5, 6, а следовательно, и по высоте емкости 10, потому что геометрия боковых сторон в немалой степени определяет характер изменения вертикальной составляющей скорости V_втечения смешиваемых ингредиентов (фиг. 12), и, кроме того, удлиняют время взаимодействия с рабочим органом, дополнительно измельчая и перемешивая ингредиенты 11 (фиг. 13). Так как по высоте рамок происходит приращение линейной скорости от верхней стороны к нижней из-за увеличения длины сторон рамок, то в среде организуется еще дополнительное вертикальное течение, направленное сверху вниз, что способствует еще более интенсивному перемешиванию. В межосевой зоне 14 происходит интенсивное перемешивание ингредиентов 11 за счет мощных локальных вихревых зон, которые образуются при вращении рамок 3, 4 и 5, 6. Пространственная винтоподобность боковых сторон рамок приводит к тому, что поток вдоль них будет закрученным. Сход закрученного потока смешиваемых ингредиентов 11 происходит с нижних сторон рамок, а подсос у верхних сторон рамок.

Работа органа смесителя по второму варианту заключается в следующем.

В емкость 10 (фиг. 24) помещают смешиваемые ингредиенты 11, и в ней располагают рабочий орган смесителя. Рамки вращаются синхронно навстречу друг другу по направлению вращения (Н.В.) с угловыми скоростями [] и [-] Под действием вращающихся рамок 3, 4 и 5, 6 смешиваемые ингредиенты 11 сначала образуют две локальные вращающиеся навстречу друг другу зоны 12 и 13 смешения, которые впоследствии инициируют за счет вязкости среды движение по всему объему емкости 10. За счет центробежных сил ингредиенты осей вращения рамок перемещаются на периферию зоны вращения рамок 3, 4 и 5, 6, т.е. образуется плоскопараллельное движение, перпендикулярное осям 7 и 8. Направление выпуклостей на нижних сторонах рамок 3, 4 и 5, 6 против вращения способствует некоторому торможению частиц в нижней зоне рамок, что приводит к возникновению локальных зон противотечения типа "сдвига" частиц ингредиентов, что также способствует процессу смешения. Боковые стороны l₁-l₈ рамок 3, 4 и 5, 6 от верхних до нижних сторон воздействуют на частицы ингредиентов, перемещая их не только в горизонтальной плоскости S_г, но и в вертикальной S_в вдоль рамок 3, 4 и 5, 6, а следовательно, и по высоте емкости 10, потому что геометрия боковых сторон в немалой степени определяет характер изменения вертикальной составляющей скорости V_в течения смешиваемых ингредиентов (фиг. 25), и, кроме того, удлиняют время взаимодействия с рабочим органом, дополнительно измельчая и перемешивая ингредиенты 11 (фиг. 26). Так как по высоте рамок происходит приращение линейной скорости от верхней стороны к нижней из-за увеличения длины сторон рамок, то в среде организуется еще дополнительное вертикальное течение, направленное сверху вниз, что способствует еще более интенсивному перемешиванию.

В межосевой зоне 14 происходит интенсивное перемешивание ингредиентов 11 за счет мощных локальных вихревых зон, которые образуются при вращении рамок 3, 4 и 5, 6. Пространственная винтоподобность боковых сторон рамок 3, 4 и 5, 6 приводит к тому, что поток вдоль них будет закрученным. Сход закрученного потока смешиваемых ингредиентов 11 происходит с нижних сторон рамок, а подсос у верхних сторон рамок.

Работа органа смесителя по другому выполнению второго варианта заключается в следующем.

В емкость 10 (фиг. 37) помещают смешиваемые ингредиенты 11 и в ней располагают рабочий орган смесителя. Рамки вращаются синхронно навстречу друг другу по направлению вращения (Н.В.) с угловыми скоростями [] и [-] Под действием вращающихся рамок 3, 4 и 5, 6 смешиваемые ингредиенты 11 сначала образуют две локальные вращающиеся навстречу друг другу зоны 12 и 13 смешения, которые впоследствии инициируют за счет вязкости среды движение по всему объему емкости 10. За счет центробежных сил ингредиенты от осей 7 и 8 вращения рамок перемещаются на периферию зоны вращения рамок 3, 4 и 5, 6 и т. е. образуется плоскопараллельное движение, перпендикулярное осям 7 и 8. Направление выпуклостей на нижних сторонах рамок 3, 4 и 5, 6 против вращения способствует некоторому торможению частиц в нижней зоне рамок, что приводит к возникновению локальных зон противотечения типа "сдвига" частиц ингредиентов, что также способствует процессу смешения. Боковые стороны l₁-l₈ рамок 3, 4 и 5, 6 от верхних до нижних сторон воздействуют на частицы ингредиентов, перемещая их не только в горизонтальной плоскости S_г, но и в вертикальной S_в вдоль рамок 3, 4 и 5, 6, а следовательно, и по высоте емкости 10, потому что геометрия боковых сторон в немалой степени определяет характер изменения вертикальной составляющей скорости V_втечения смешиваемых ингредиентов (фиг. 38), и, кроме того, удлиняют время взаимодействия с рабочим органом, дополнительно измельчая и перемешивая ингредиенты 11 (фиг. 39). Так как по высоте рамок происходит приращение линейной скорости от верхней стороны к нижней из-за увеличения длины сторон рамок, то в среде организуется еще дополнительное вертикальное течение, направленное сверху вниз, что способствует еще более интенсивному перемешиванию. В межосевой зоне 14 происходит интенсивное перемешивание ингредиентов 11 за счет мощных локальных вихревых зон, которые образуются при вращении рамок 3, 4 и 5, 6. Пространственная винтоподобность боковых сторон рамок приводит к тому, что поток вдоль них будет закрученным. Сход закрученного потока смешиваемых ингредиентов 11 происходит с нижних сторон рамок, а подсос у верхних сторон.

Предлагаемые рабочие органы позволяют эффективно смешивать различные по вязкости ингредиенты.

Работа органов смесителя, основанная на использовании центробежного и пропеллерного принципов, приводит к уменьшению времени смешения и к уменьшению потребляемой электроэнергии, а также к получению смеси с более мелкодисперсной структурой, а значит, и более однородной по качеству.

Сущность изобретения: рабочий орган смесителя содержит два параллельно расположенных вала, на каждом из которых закреплены две рамки, ортогонально ориентированные друг к другу, верхние стороны которых прямолинейны. Длина верхней стороны каждой рамки меньше длины ее нижней стороны. Боковые и нижние стороны рамок, закрепленных на одном валу, выполнены в виде двух позитно расположенных дуг, направленных выпуклостями в разные стороны. Нижняя сторона рамок повернута относительно ее верхней стороны на угол γ. Стороны рамок на втором валу являются зеркальным отображением сторон рамок на первом валу. Во втором варианте боковые стороны рамок, закрепленных на одном валу, выполнены в виде дуг. Боковые стороны рамок на втором валу являются зеркальным отражением сторон рамок на первом валу. 2 с. п. ф-лы, 39 ил.

1. Рабочий орган смесителя, содержащий два параллельно расположенных вала, на каждом из которых закреплены две рамки, ортогонально ориентированные одна к другой, верхние стороны которых прямолинейны, отличающийся тем, что каждая боковая сторона рамок, закрепленных на первом валу, выполнена в виде двух оппозитно расположенных дуг, выпуклости которых направлены в разные стороны, каждая нижняя их сторона выполнена в виде двух оппозитно расположенных дуг, выпуклости которых направлены в разные стороны, при этом нижняя сторона каждой рамки повернута относительно ее верхней стороны на угол γ, каждая боковая сторона рамок, закрепленных на втором валу, выполнена в виде двух оппозитно расположенных дуг, выпуклости которых направлены в разные стороны, являющихся зеркальным отображением боковых сторон рамок первого вала, каждая нижняя их сторона выполнена в виде двух оппозитно расположенных дуг, выпуклости которых направлены в разные стороны, являющихся зеркальным отображением боковых сторон рамок первого вала, каждая нижняя их сторона выполнена в виде двух оппозитно расположенных дуг, выпуклости которых направлены в разные стороны, являющихся зеркальным отображением нижних сторон рамок первого вала, при этом нижняя сторона каждой рамки повернута относительно ее верхней стороны на угол γ и длина верхней стороны накидной рамки меньше длины ее нижней стороны. 2. Рабочий орган смесителя, содержащий два параллельно расположенных вала, на каждом из которых закреплены две рамки, ортогонально ориентированные одна к другой, верхние стороны рамок прямолинейны, отличающийся тем, что каждая боковая сторона рамок, закрепленных на первом валу, выполнена в виде дуги, каждая нижняя их сторона выполнена в виде двух оппозитно расположенных дуг, выпуклости которых направлены в разные стороны, при этом нижняя сторона каждой рамки повернута относительно ее верхней стороны на угол g, каждая боковая сторона рамок, закрепленных на втором валу, выполнена в виде дуги, являющейся зеркальным отображением боковой стороны рамок первого вала, каждая нижняя их сторона выполнена в виде двух оппозитно расположенных дуг, выпуклости которых направлены в разные стороны, являющихся зеркальным отображением нижних сторон рамок первого вала, при этом нижняя сторона каждой рамки повернута относительно ее верхней стороны на угол γ и длина верхней стороны каждой рамки меньше длины ее нижней стороны.