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

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

Известен рабочий орган смесителя, содержащий два вала, расположенных в вертикальной плоскости и отстоящих на некотором расстоянии друг от друга, на каждом из которых закреплены две тонкие рамки, ортогонально ориентированные друг к другу. Боковые стороны рамок в направлении вращения имеют заостренную кромку. Валы с роликами вращаются синхронно, навстречу друг другу [1]
Недостатком рабочего органа смесителя является низкая эффективность перемешивания обрабатываемых ингредиентов и повышенные затраты энергии и времени на перемешивание.

Известен рабочий орган смесителя, содержащий два вала, распложенных в вертикальной плоскости и отстоящих 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 из себя пространственные винтовые линии, а верхние и нижние стороны рамок, равные по ширине, выполнены прямолинейными. Валы с рамками вращаются синхронно, навстречу друг другу2]
Недостаток такого рабочего органа заключается в невысокой эффективности смешения, так как недостаточно полно реализуются скоростные характеристики рабочего органа при повышенных скоростях вращения (n≈5000 + 8000 об/мин), на которых работают современные смесители.

Задачей предлагаемого рабочего органа смесителя является повышение эффективности смешения ингредиентов.

Задача заключается в том, что рабочий орган смесителя содержит два параллельно расположенных вала, на каждом из которых закреплены две рамки, ортогонально ориентированные друг к другу, причем нижние стороны рамок повернуты относительно верхних сторон на некоторый угол γ: на одном валу против часовой стрелки, на другом по часовой стрелке. Нижние стороны рамок на одном валу выполнены в виде двух оппозитно расположенных дуг, выпуклости которых направлены в разные стороны, а на другом являются зеркальным отображением нижних сторон рамок первого вала, при этом верхние стороны рамок выполнены прямолинейными и длина верхней стороны каждой рамки меньше длины ее нижней стороны.

На фиг. 1 показана конструктивная схема рабочего органа смесителя; 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 и 6 проекционный рисунок валов с рамками; на фиг.7 схема работы рабочего органа смесителя; на фиг.8 механизм взаимодействия боковой стороны рамки с частицей ингредиента.

Рабочий орган смесителя (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 друг относительно друга на ∠ α₁, а рамки 5 и 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 3-6 b, длина верхних сторон рамок с, а нижних с′, причем выполняется условие > и c′ > С. Верхние стороны рамок 3-6, находящиеся в сечении Б-Б, выполнены прямолинейными. Нижние стороны рамок 3 и 4, находящиеся в сечении В-В, выполнены в виде двух оппозитно расположенных дуг, выпуклости которых направлены в разные стороны, а нижние стороны рамок 5 и 6 являются зеркальным отображением нижних сторон рамок первого вала (фиг.3 и 4). Рамки 3 и 4 скручены вдоль оси 7 на ∠ (-γ), достигающий в сечении В-В значения - gπ где g действительное число относительно сечения Б-Б. Рамки 5 и 6 скручены вдоль оси на ∠ γ достигающий в сечении В-В значения - gπ где g действительное число относительно сечения Б-Б. При этом боковые стороны 3 и 4 l₁,l₂,l₃,l₄ и боковые стороны рамок 5 и 6 l₅, l₆, l₇, l₈ образуют пространственные винтовые линии правого и левого вращения (фиг.5 и 6).

Рабочий орган смесителя функционирует следующим образом. В емкость 10 помещают смешиваемые ингредиенты 11 и в ней располагают рабочий орган смесителя. Рамки вращаются синхронно навстречу друг другу по направлению вращения (НВ) с угловыми скоростями [] и [-] (фиг.7). Под действием вращающихся пар рамок 3, 4 и 5, 6 смешиваемые ингредиенты 11 сначала образуют две локальные вращающиеся навстречу другу другу зоны смешения 12 и 13, которые затем за счет вязкости среды инициируют движение по всему объему емкости 10. Под действием центробежных сил ингредиенты от осей вращения рамок 7 и 8 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 вызывает процесс смешения. Боковые стороны l₁, l₂, l₃, l₄, l₅, l₆, l₇, l₈ пар рамок 3, 4 и 5, 6 от верхней до нижней сторон образуют пространственные винтовые линии, которые воздействуя на частицы ингредиентов, перемещают их не только в горизонтальной плоскости S_г, но и в вертикальной S_в вдоль пар рамок 3, 4 и 5, 6, а следовательно, и по высоте емкости 10 и, кроме того, удлиняют время взаимодействия с рабочим органом, дополнительно измельчая и перемешивая ингредиенты 11 (фиг.8). Так как по высоте рамок происходит приращение линейной скорости от верхней стороны к нижней, а также из-за увеличения длины сторон рамок, в среде организуется еще дополнительное вертикальное течение, направленно 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 пар рамок 3, 4 и 5, 6. Пространственная винтообразность боковых сторон пар рамок 3, 4 и 5, 6 приводит к тому, что поток вдоль них будет закрученным. Сход закрученного потока смешиваемых ингредиентов 11 будет с нижних сторон пар рамок, а подсос у верхних сторон пар рамок. Варьируя высоту рамок, угол поворота и длину нижних стоpон рамок 3, 4 и 5, 6, можно менять интенсивность перемешивания ингредиентов.

Как следует из описания конструкции и работы органа смесителя, имеется возможность расширить его экспериментальные возможности путем приспособления органа к различным по вязкости ингредиентам, а также путем регулирования интенсивности перемешивания при одних и тех же ингредиентах, т.е. орган смесителя может быть выбран оптимальным при одних и тех же размерах и параметрах его работы. Такой орган реализует два способа перемешивания (центробежный и пропеллерный), что ведет к уменьшению времени смешения и к уменьшению, в свою очередь, потребляемой электроэнергии, а также к более эффективному смешению ингредиентов, т.е. получению смеси с более мелкодисперсной структурой, а значит, и более однородной по качеству.

Сущность изобретения: рабочий орган смесителя состоит из двух валов 1 и 2, расположенных в вертикальной плоскости и отстоящих друг от друга на некотором расстоянии a, на каждом из которых закреплена пара рамок 3,4 и 5,6. Боковые стороны рамок 3,4 и 5,6 выполнены в виде пространственных винтовых линий. Длина верхней стороны каждой рамки меньше длины ее нижней стороны. Нижние стороны рамок на одном валу выполнены в виде двух оппозитно расположенных дуг, выпуклости которых направлены в разные стороны, а нижние стороны рамок на другом валу являются зеркальным отображением нижних сторон рамок первого вала. 8 ил.

РАБОЧИЙ ОРГАН СМЕСИТЕЛЯ, содержащий два параллельно расположенных вала, на каждом из которых закреплена одна рамка с боковыми сторонами в виде пространственных винтовых линий, отличающийся тем, что рабочий орган снабжен дополнительными двумя рамками, каждая из которых закреплена на одном из валов, длина верхней стороны рамки меньше ее нижней стороны, при этом нижние стороны рамок на первом валу выполнены в виде двух оппозитно расположенных дуг, выпуклости которых направлены в разные стороны, нижние стороны рамок на втором валу выполнены в виде двух оппозитно расположенных дуг, выпуклости которых направлены в разные стороны, являющихся зеркальным отображением нижних сторон рамок первого вала.