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

Изобретение относится к устройствам для смешения двух и более ингредиентов, например жидкостей сыпучих веществ или их комбинаций.

Известен рабочий орган смесителя, содержащий вертикальный вал с закрепленным на нем основным перемешивающим органом в виде замкнутой односторонней поверхности типа листа Мебиуса и по крайней мере одним дополнительным перемешивающим органом, изогнутым по винтовой линии и закрепленным на валу со смещением относительно основного по фазе. Каждая поверхность типа листа Мебиуса соединена с валом по диаметральным образующим [1]
Недостатками рабочего органа смесителя являются низкая эффективность перемешивания обрабатываемых ингредиентов и повышенные затраты энергии и времени на перемешивание.

Известен рабочий орган смесителя, содержащий лопасти, прикрепленные своими торцами в двух местах к центральному несущему элементу типа вала рабочего колеса. Лопасти имеют прочную конструкцию и закручены на 90^о по своим торцам. Развертка лопастей, выполненных заодно друг с другом, т.е. двух лопастей на плоскость, представляет собой S-образную фигуру с прямолинейным участком у места крепления лопастей к валу и закругленными участками по концам фигуры. Таким образом, средняя линия S-образной фигуры выполнена в виде прямой линии у оси вала. В этом месте лопасти прикреплены к валу перпендикулярно его оси. Угол же средней линии одной лопасти равен 180^о, т. е. крайние точки фигуры соединены прямой линией, проходящей через ось вала. Модифицированная лопасть рабочего органа имеет раздельные детали, прикрепленные к трубчатому несущему элементу валу [2]
Недостаток приведенного рабочего органа заключается в низкой эффективности смешения. Это объясняется тем, что при больших скоростях вращения n≈500-8000 об/мин, на которых работают современные смесители, эффект перемешивания вдоль оси вала исчезает, так как составляющая скорости в этом направлении по сравнению с окружными скоростями очень мала. Любые смешиваемые ингредиенты в этом случае только сильно закручиваются в емкости, а не смешиваются, т.е. частицы ингредиентов вращаются параллельно друг другу.

Задача изобретения повышение эффективности смещения ингредиентов.

Задача достигается тем, что рабочий орган смесителя содержит два параллельно расположенных вала. На валах закреплены лопасти в виде замкнутых односторонних поверхностей типа листа Мебиуса. Развертка листа одной из лопастей на плоскость, перпендикулярную оси вала, выполнена в виде S-образного элемента с центром для закрепления на оси вала. Развертка листа другой лопасти выполнена в виде элемента, являющегося зеркальным отображением первого, причем продольные оси лопастей перпендикулярны друг другу.

На фиг. 1 приведена конструктивная схема рабочего органа смесителя; на фиг. 2 и 3 развертки лопастей на плоскость чертежа; на фиг.4 сечение А-А на фиг.1; на фиг.5 сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.6 вид В на фиг;1; на фиг.7 схема работы рабочего органа смесителя; на фиг.8 сечение Г-Г на фиг.7.

Рабочий орган смесителя (фиг.1) состоит из двух параллельно расположенных валов 1 и 2. Расстояние L между валами 1 и 2 составляет (1,1-1,2)D_л, где D_л наибольший размер лопасти в плоскости, перпендикулярной оси вала.

На валах 1 и 2 закреплены лопасти 3 и 4, выполненные в виде односторонних поверхностей типа листа Мебиуса. Развертка листа лопасти 3 на плоскость, перпендикулярную оси вала (фиг.2), представляет собой S-образный элемент 5. Торцы Т, Т₁ элемента 5 закреплены на нижнем конце К вала 1 так, что точка а соединена с точкой с, точка b соединена с точкой d. При этом элемент 5 посажен на вал 1 своим центром 6 и закреплен на нем.

Развертка листа лопасти 4 на плоскость, перпендикулярную оси вала (фиг. 3), представляет собой элемент 7, являющийся зеркальным отображением элемента 5. Элемент 7 закреплен торцами Т^I и Т₁^I на нижнем конце И вала 2 так, что точка е соединена с точкой g, точка f соединена с точкой h. При этом элемент 7 посажен на вал 2 своим центром 8 и закреплен на нем.

Торцы Т, Т₁, Т^I и Т₁^I элементов 5 и 7 расположены под углами α,α₁,α^Iиα₁^I к продольным осям х и х^I соответственно.

Углы α,α₁,α^I,α₁^I равны между собой и находятся в пределах 45-60^о. Вершины углов расположены в центрах Ц, Ц₁, Ц^I и Ц₁^I.

В верхних точках крепления лопастей 3 и 4 к валам 1 и 2 (фиг. 4) плоскости лопастей ПВ пеpпендикуляpны осям валов 1 и 2.

В нижних точках крепления лопастей 3 и 4 к валам 1 и 2 (фиг.5) плоскости лопастей ПН параллельны осям валов 1 и 2.

Каждая лопасть в пространстве при ее креплении на валу представляет собой винтовую линию.

Продольные оси А и В лопастей 3 и 4 перпендикулярны друг другу.

Рабочий орган смесителя работает следующим обpазом.

Pабочий оpган помещается в емкость 9, в котоpой находятся ингредиенты 10, предназначенные для смешивания (фиг.7 и 8).

Валы 1 и 2 вращают синхронно навстречу друг другу с угловой скоростью ω(-ω)в направлении НВ.

Ингредиенты с верхних частей емкости перемещаются в нижнюю часть лопастями 3 и 4 рабочего органа при их вращении, проходя последовательно заборную и сливную часть органа. За сливной частью перемешиваемые ингредиенты перемещаются в виде осевых потоков 11 и вихревых структур 12 и 13. Вихри за сливной частью имеют вид шнуров 12 и колец 13, которые последовательно перемещаются во все части углы емкости, сталкиваются между собой, частично разрушаются, а затем потоком 14 перемещаются в верх емкости 3, где в виде потока 15 вновь попадают на заборную часть рабочего органа. Забор ингредиентов происходит в верхней части полусферы рабочего органа с потоком 15.

При работе смесителя каждая его лопасть 3 и 4 создает вокруг себя сильно закрученный моновихрь, направленный от поверхности жидкости по дну емкости. При вращении двух лопастей 3 и 4 эти вихри сталкиваются и образуют новые вихревые структуры, которые в виде маленьких смерчей или шнуров, возникающих на кромках лопастей 12, перемещаются по емкости 9, описывая конические поверхности с вершиной в точках О и О₁ и основанием на дне емкости 9. Вихревые потоки располагаются в различных взаимно перпендикулярных плоскостях по отношению к оси вала чем создают мелкодисперсную структуру перемешиваемой жидкости и охватывая весь объем жидкости значительно повышают эффективность смешивания. При этом вследствие расположения большинства поперечных сечений 16 и 16^I лопастей 3 и 4 рабочего органа (фиг.8) под малыми углами γиγ^I к набегающему потоку 17 и 17^I, сопротивление лопастей в перемешиваемой среде очень мало, а в то же время сила воздействия на жидкость большая, что обусловлено большой площадью поверхности воздействия поверхностью листа Мебиуса, т. е. налицо еще и энергетический эффект получение больших перемешивающих сил при малом сопротивлении в среде.

Предлагаемый рабочий орган прошел испытания в Киевском научно-производственном объединении "Веста" в марте 1992 года. Испытания проводились со штатными рабочими органами и с внештатными, при этом рабочий орган состоял из одного вала с лопастью из листа Мебиуса и с двумя валами с лопастями из листов Мебиуса (предлагаемый рабочий орган).

Сравнительные функциональные испытания рабочих органов смесителей показали, что предлагаемый рабочий орган весьма эффективен для взбивания белков при приготовлении майонеза и жидкого теста, а также дает хорошее качество переработки продуктов и экономичен по потреблению электроэнергии.

Сущность изобретения: рабочий орган смесителя содержит два вертикальных вала 1 и 2, на которых закреплены лопасти 3 и 4. Лопасти выполнены в виде замкнутых односторонних поверхностей типа листов Мебиуса. Развертки листов на плоскость, перпендикулярную осям валов, представляют собой зеркально отображенные S-образные элементы, насаженные своими центрами на оси валов 1 и 2. Продольные оси элементов перпендикулярны друг другу. 8 ил.

РАБОЧИЙ ОРГАН СМЕСИТЕЛЯ, содержащий вертикальный вал с лопастью в виде замкнутой односторонней поверхности типа листа Мебиуса, при этом развертка листа на плоскость, перпендикулярную к оси вала, выполнена в виде S-образного элемента, насаженного на вал своим центром, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным вертикальным валом с лопастью в виде замкнутой односторонней поверхности типа листа Мебиуса, причем развертка листа на плоскость, перпендикулярную к оси вала, выполнена в виде элемента, являющегося зеркальным отображением развертки первой лопасти, а продольные оси лопастей перпендикулярны одна к другой.