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

Изобретение относится к конструкции устройств для смешения двух и более ингредиентов жидкостей и сыпучих веществ в различных комбинациях.

Известен рабочий орган смесителя, содержащий вал с закрепленным на нем основным перемешивающим органом в виде замкнутой односторонней поверхности и по крайней мере одним дополнительным перемешивающим органом, изогнутым по винтовой линии и закрепленным на валу со смещением относительно основного по фазе. Каждый такой лист Мебиуса соединен с валом по диаметрально противоположным образующим [1]
Недостатками такого рабочего органа смесителя являются низкая эффективность перемешивания ингредиентов и повышенные затраты энергии и времени на перемешивание.

Известен рабочий орган смесителя, содержащий лопасти, прикрепленные своими торцами в двух местах к центральному валу. Лопасти арочной конструкции закручены на 90^о по своим торцам и образуют одностороннюю поверхность (типа листа Мебиуса). Развертка лопастей, выполненных заодно друг с другом, 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 прямой у оси вала.

В этом месте лопасти прикреплены к валу перпендикулярно его оси. Угол 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 валу [2]
Недостаток приведенного рабочего органа заключается в низкой эффективности смешения при больших скоростях вращения, так как эффект перемешивания вдоль оси вала исчезает, потому что составляющая скорости в этом направлении по сравнению с окружной составляющей очень мала и ингредиенты только сильно закручиваются, а не смешиваются.

Задача изобретения повышение эффективности смешения ингредиентов.

Задача во всех вариантах выполняется за счет того, что рабочий орган смесителя содержит вал с оппозитно закрепленными на нем лопастями в виде односторонних поверхностей (листов Мебиуса). Развертка лопастей на плоскость имеет форму x, причем плоскость развертки перпендикулярна оси вала, а лопасти прикреплены к валу центральной своей частью.

Кроме того, в первом варианте углы между плоскостью, перпендикулярной оси вала, и плоскостями лопастей по размаху, равноудаленные от оси вала, одинаковы и имеют один и тот же знак.

Во втором варианте углы между плоскостью, перпендикулярной оси вала, и плоскостями лопастей по размаху, равноудаленные от оси вала, одинаковы и имеют разные знаки.

На фиг.1 показана конструктивная схема рабочего органа смесителя первого варианта; на фиг.2 вид А на фиг.1; на фиг.3 развертка лопастей на плоскость чертежа; на фиг.4 и 5 технология свертки концов развертки на фиг.3 (узлы I и II на фиг. 3); на фиг.6 свернутая поверхность лопастей рабочего органа на фиг. 3; на фиг. 7 и 8 углы между плоскостью, перпендикулярной оси вала и плоскостями лопастей (разрезы Б-Б и В-В на фиг.6); на фиг.9 конструктивная схема рабочего органа смесителя второго варианта; на фиг.10 вид Г на фиг.9; на фиг.11 развертка лопастей на плоскость чертежа; на фиг.12 и 13 технология свертки концов развертки на фиг.11 (узлы III и IV на фиг.11); на фиг.14 свернутая поверхность лопастей рабочего органа на фиг.11; на фиг.15 и 16 углы между плоскостью, перпендикулярной оси вала и плоскостями лопастей (разрезы Д-Д и Е-Е на фиг.14); на фиг.17 замкнутая вихревая система на лопастях рабочего органа; на фиг.18 схема работы рабочего органа смесителя первого варианта; на фиг.19 схема работы рабочего органа смесителя второго варианта.

Рабочий орган смесителя по первому варианту (фиг.1 и 2) содержит вал 1 с осью 2 и условной миделевой плоскостью 3, на котором закреплены лопасти 4 и 5, выполненные в виде односторонних поверхностей. В лопастях 4 и 5, в их средней части, имеются отверстия 6 и 7. Плоскость 3 расположена в месте наибольшей ширины рабочего органа. Рабочий орган сверху имеет вид восьмерки. Развертка лопастей 4 и 5 на плоскость, перпендикулярную оси вала (фиг.3), представляет собой х-образную фигуру с центральным участком для закрепления на валу 1. Вокруг средней линии 8 торец Т₁ элемента 10 лопасти 4 (фиг.4) скручивается против часовой стрелки на 90^о и соединяется с торцом Т₂ элемента 11 лопасти 4, повернутым по часовой стрелке на 90^о вокруг средней линии 8, так что точки а₁ и b₂, а также точки b₁ и а₂ соединяются друг с другом. Вокруг средней линии 9 (фиг.5) торец Т₃ элемента 12 лопасти 5 скручивается против часовой стрелки на 90^о и соединяется с торцом Т₄ элемента 13 лопасти 5, повернутым по часовой стрелке на 90^о вокруг средней линии 9, так что точки b₃ и а₄, а также точки а₃ и b₄ соединяются друг с другом. В плоскости 3 (фиг. 6) получается переход с верхней поверхности элемента 10 лопасти 4 на нижнюю поверхность элемента 11 лопасти 4 и наоборот с нижней поверхности элемента 10 лопасти 4 на верхнюю поверхность элемента 11 лопасти 4; внешняя кромка 14 переходит во внутреннюю кромку 15, а внутренняя кромка 16 переходит во внешнюю кромку 17, а также получается переход с верхней поверхности элемента 12 лопасти 5 на нижнюю поверхность элемента 13 лопасти 5 и наоборот с нижней поверхности элемента 12 лопасти 5 на верхнюю поверхность элемента 13 лопасти 5; внешняя кромка 18 переходит во внутреннюю кромку 19, а внутренняя кромка 20 переходит во внешнюю кромку 21.

Таким образом углы ϕ между плоскостью, перпендикулярной оси вала и плоскостями лопастей 4 и 5 по размаху, равноудаленные от оси вала, одинаковы и имеют один и тот же знак возрастая от 0^о у оси 2 до 90^о в плоскости 3, а затем убывая от 90^о до 0^о у оси 2 (фиг.7 и 8).

Рабочий орган смесителя по второму варианту (фиг.9 и 10) содержит вал 1 с осью 2 и условной миделевой плоскостью 3, на котором закреплены лопасти 4 и 5, выполненные в виде односторонних поверхностей. В лопастях 4 и 5, в их средней части, имеются отверстия 6 и 7. Плоскость 3 расположена в месте наибольшей ширины рабочего органа. На виде сверху рабочий орган имеет вид восьмерки. Развертка лопастей 4 и 5 на плоскость, перпендикулярную оси вала (фиг. 11), представляет собой х-образную фигуру с центральным участком для закрепления на валу 1. Вокруг средней линии 8 торец Т₁ элемента 10 лопасти 4 (фиг. 12) скручивается против часовой стрелки на 90^о и соединяется с торцем Т₂ элемента 11 лопасти 4, повернутым по часовой стрелке на 90^о вокруг средней линии 8, так что точки b₁ и а₂, а также точки а₁ и b₂ соединяются друг с другом. Вокруг средней линии 9 (фиг.13) торец Т₃ элемента 12 лопасти 5 скручивается по часовой стрелке на 90^о и соединяется с торцом Т₄ элемента 13 лопасти 5, повернутым против часовой стрелки на 90^о вокруг средней линии 9, так что точки b₃ и а₁, а также точки а₃ и b₄ соединяются друг с другом.

В плоскости 3 (фиг.14) получается переход с верхней поверхности элемента 10 лопасти 4 на нижнюю поверхность элемента 11 лопасти 4 и наоборот с нижней повер- хности элемента 10 лопасти 4 на верхнюю поверхность элемента 11 лопасти 4; внешняя кромка 14 переходит во внутреннюю кромку 15, а внутренняя кромка 16 переходит во внешнюю кромку 17, а также получается переход с верхней поверхности элемента 12 лопасти 5 на нижнюю поверхность элемента 13 лопасти 5 и наоборот с нижней поверхности элемента 12 лопасти 5 на верхнюю поверхность элемента 13 лопасти 5; внешняя кромка 18 переходит во внутреннюю кромку 19, а внутренняя кромка 20 переходит во внешнюю кромку 21.

Таким образом, углы ϕ между плоскостью, перпендикулярной оси вала и плоскостями лопастей 4 и 5 по размаху, равноудаленные от оси вала, одинаковы и имеют разные знаки возрастая от 0^о у оси 2 до 90^о в плоскости 3, а затем убывая от 90 до 0^о у оси 2 (фиг.15 и 16).

Работа органа смесителя по первому и второму варианту заключается в следующем.

В емкость 22 (фиг.17-19) помещают смешиваемые ингредиенты 23 и рабочий орган с валом 1 и лопастями 4 и 5. Рабочему органу сообщают вращение с соответствующей угловой скоростью ω в направлении вращения НВ относительно оси 2 вала 1. В первый момент времени работы на кромках 14-17 лопасти 4 и на кромках 18-21 лопасти 5 образуются локальные вихревые структуры, которые постепенно развиваясь, организуют одну общую вращающуюся парную замкнутую вихревую систему с интенсивностями Т₁ и Т₂, которая ориентирована вдоль односторонней поверхности рабочего органа; односторонняя поверхность способствует удержанию вихревой системы на себе. Таким образом, замкнутая вихревая система рабочего органа инициирует и осуществляет процесс смешения ингредиентов на самом рабочем органе точнее, на поверхностях лопастей 4 и 5. Но ввиду того, что лопасти 4 и 5 рабочего органа смесителя имеют крутку, то смешиваемые ингредиенты при сходе с них имеют составляющие скорости как вдоль лопастей, так и поперек них, т.е. будут закручены в виде пространственных вихрей, которые генерируют вторичные вихревые структуры, распространяющиеся по всему объему емкости. Сверху и снизу у вала, относительно рабочего органа смесителя, одновременно образуются зоны разрежения 24 и 25, а в верхних боковых частях лопастей 4,5 одновременно образуются зоны подпора 26 и 27.

По п е р в о м у варианту (фиг.18): сверху и снизу у вала (относительно рабочего органа смесителя) одновременно образуются зоны разрежения 24 и 25, а в верхних боковых частях лопастей 4 и 5 одновременно образуются зоны подпора 26 и 27.

По в т о р о м у варианту (фиг.19): сверху и снизу у вала (относительно рабочего органа смесителя) одновременно образуются зоны разрежения 24 и 25, также и сверху и снизу, в боковых частях лопастей 4 и 5, образуются зоны подпора 26 и 27.

Как следует из описания конструкции рабочих органов смесителя и их работы, предлагаемые рабочие органы позволяют эффективно смешивать различные по вязкости ингредиенты, получая смеси с более мелкодисперсной структурой.

Сущность изобретения: рабочий орган содержит во всех вариантах вал с оппозитно закрепленными на нем лопастями в виде односторонних поверхностей типа листа Мебиуса. Развертка лопастей имеет форму X. В первом варианте углы между плоскостью, перпендикулярной оси вала, и плоскостями лопастей по размаху одинаковы и имеют один и тот же знак. Во втором варианте эти же углы одинаковы, но имеют разные знаки. 2 с. п. ф-лы, 19 ил.

1 Рабочий орган смесителя, содержащий вал с оппозитно закрепленными на нем лопастями, выполненными в виде односторонних поверхностей типа листа Мебиуса, отличающийся тем, что углы между плоскостью, перпендикулярной оси вала, и плоскостями лопастей по размаху одинаковы и имеют один и тот же знак, развертка лопастей на плоскость X -образную форму, причем плоскость развертки перпендикулярна оси вала, лопасти прикреплены к валу центральной своей частью.