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

Изобретение относится к конструкции устройств для смешения двух и более ингредиентов, например жидкостей, сыпучих веществ и 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]
Недостатком рабочего органа смесителя является низкая эффективность перемешивания обрабатываемых ингредиентов и повышенные затраты энергии и времени на перемешивание.

Известен рабочий орган смесителя, содержащий прикрепленные своими торцами в двух местах к центральному несущему элементу типа вала рабочего органа. Лопасти имеют арочную конструкцию и закручены на 90^о по своим торцам. 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 в виде прямой линии у оси вала. В этом месте лопасти прикреплены к валу перпендикулярно его оси. Угол на 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 этого рабочего органа низкая эффективность смешения. Это объясняется тем, что при больших скоростях вращения, на которых работают современные смесители, эффект перемешивания вдоль оси вала исчезает, так как составляющая скорсти в этом направлении по сравнению с окружными скоростями очень малы. Смешиваемые ингредиенты в таких случаях только сильно закручиваются в емкости, а не смешиваются, т.е. частицы ингредиентов вращаются параллельно друг другу в одной плоскости.

Задачей изобретения является повышение эффективности смешивания ингредиентов и уменьшение энергетических затрат.

Задача достигается тем, что рабочий орган смесителя содержит два параллельно расположенных вала. На каждом из валов закреплено по одной лопасти в виде замкнутых односторонних поверхностей типа листа Мебиуса. Развертка одной из лопастей на плоскость, перпендикулярную оси вала, выполнена в виде S-образного элемента с центральным участком, закрепленным на верхнем конце вала перпендикулярно его оси и торцами, закрепленными на нижнем конце вала параллельно его оси. Развертка листа другой лопасти выполнена в виде -образного элемента, являющегося зеркальным отображением первого, причем центральный участок для закрепления расположен на нижнем конце вала и перпендикулярно его оси, а его торцы закрепляются на верхнем конце вала параллельно его оси.

Помимо расположения лопастей на одном уровне, возможно их смещение относительно друг друга на расстояние Н (1-3)Д_л, где Д_л наибольший размер лопасти в плоскости, перпендикулярной оси вала.

На фиг. 1 приведена конструктивная схема рабочего органа смесителя; на фиг. 2 и 3 развертки лопастей на плоскость чертежа; на фиг.4 сечение В-В на фиг.1; на фиг.5 сечение Г-Г на фиг.1; на фиг.6 сечение Е-Е на фиг.1; на фиг. 7 сечение Ж-Ж на фиг.1; на фиг.8 вид М на фиг.1; на фиг.9 расположение лопастей на разном уровне; на фиг.10 представлена схема работы рабочего органа смесителя; на фиг.11 сечение Л-Л на фиг.10.

Рабочий орган смесителя (фиг. 1) состоит из двух параллельно расположенных валов 1 и 2. Расстояние L между валами составляет (1,1-1,2)Д_л, где Д_л наибольший размер лопасти в плоскости, перпендикулярной оси вала. На валах 1 и 2 закреплены лопасти 3 и 4, выполненные в виде односторонних поверхностей (листов Мебиуса). Развертка листа лопасти 3 на плоскость, перпендикулярную оси вала (фиг.2), представляет собой S-образный элемент 5. Торцы Т и Т₁ элемента 5 закреплены параллельно оси O₁ на нижнем конце К вала 1 так, что точка а соединена с точкой с, точка b соединена с точкой d. Элемент 5 посажен на вал 1 своим центром 6 и закреплен на нем, причем центр 6 находится сверху над торцами Т и Т₁ на расстоянии h₁. Развертка листа лопасти 4 на плоскость, перпендикулярную оси O₂ вала 2 (фиг.3), представляет собой S-образный элемент 7, являющийся зеркальным отображением элемента 5. Элемент 7 закреплен торцами Т и Т₁ на валу 2 параллельно его оси O₂так, что точка с соединена с точкой g, точка f соединена с точкой h. Элемент 7 посажен на вал 2 своим центром так, что плоскость центра 8, перпендикулярна оси вала, и закреплен на нижнем конце Н вала на расстоянии h₂ от торцев Т и Т₁, находящихся на верхнем конце И вала 2.

Торцы Т, Т₁, Т' и Т₁' элементов 5,7 расположены под углами α,α₁, α' и α₁' к продольным осям Х и X' соответственно. Углы α, α₁ и α' и α₁' равны между собой и находятся в пределах 100-115^о, вершины углов расположены в центрах Ц, Ц₁, Ц' и Ц₁'.

В верхней точке крепления лопасти 3 к валу 1 (фиг.4) плоскости лопасти ПВ перпендикулярны оси O₁ вала 1. В нижней точке крепления лопасти 3 к валу 1 (фиг.5) плоскости лопасти ПН параллельны оси O₁ вала 1.

В верхней точке крепления лопасти 4 к валу 2 (фиг.6) плоскости лопасти ПВ параллельны оси O₂ вала 2. В нижней точке крепления лопасти 4 плоскости лопастей ПН перпендикулярны оси O₂ вала 2 (фиг.7).

Каждая лопасть между нижней и верхней точками крепления в пространстве представляет собой винтовую линию (зеркального отображения).

Рабочий орган (фиг.8) представляет собой 8-образные фигуры с продольными осями А и Б, перпендикулярными друг к другу.

Помимо расположения лопастей на одном уровне, возможно их смещение относительно друг друга на расстояние Н (1-3)Д_л.

Принцип работы рабочего органа смесителя заключается в следующем.

Рабочий орган помещается в емкость 9, в которой находятся ингредиенты 10, предназначенные для смешивания (фиг.10).

Валы 1 и 2 вращают синхронно с угловыми скоростями ω и (-ω ) в направлении НВ.

Ингредиенты перемещаются лопастью 3 рабочего органа с верхних частей емкости 9 в нижнюю часть осевым потоком 11, проходя последовательно заборную 12 и сливную 13 часть органа. За сливной частью ингредиенты перемещаются в виде осевых потоков 11 и вихревых структур 14 и 15. Вихри за сливной частью имеют вид шнуров 14 и колец 15, которые перемещаются по емкости, сталкиваются между собой, частично разрушаются, а частично возвращаются по стенкам емкости на заборную часть лопасти 3. Лопасть 4 при вращении создает осевой поток 16, противоположный осевому потоку 11 от лопасти 3. Поток 11, изменяя свое направление, подсасывается к потоку 16, попадая на заборную часть 17 лопасти 4 и потом на сливную часть 18. Пройдя сливную часть 18, ингредиенты тут же попадают на заборную часть 12 лопасти 3 и далее цикл смешения повторяется. Таким образом, образуется мощный циркуляционный поток 19 между двумя лопастями рабочего органа, который способен поднимать даже самые тяжелые частицы ингредиентов со дна емкости до его верха.

В зависимости от расположения лопастей 3 и 4 на валах 1 и 2 и от расстояния Н между лопастями. Таким рабочим органом можно решать самые разнообразные задачи смешивания как технического, так и бытового значения, меняя направление вращения ω и (-ω) и направление осевых потоков 11 и 16. На валах 1 и 2 можно создавать потоки для смешивания, как, например, исходящие от центра емкости вверх и вниз, и наоборот направлять циркуляционные потоки к центру емкости от расставленных на некотором расстоянии Н рабочих лопастей (фиг.9).

Вследствие расположения большинства поперечных сечений 20 и 20' лопастей 3 и 4 рабочего органа (фиг.11) под малыми углами γ и γ ' к набегающему потоку 21 и 22, гидродинамическое сопротивление лопастей в перемешиваемой среде очень мало, а сила воздействия на среду большая, что обусловлено большой площадью поверхности взаимодействия поверхностью листа Мебиуса.

Как показали лабораторные исследования, такой рабочий орган при одинаковой частоте вращения позволяет получить более высокое качество смешения за минимальное время по сравнению с традиционными рабочими органами смесителей, такими, например, как рабочий орган "Рама" и "Турбина". Момент гидродинамического сопротивления такого рабочего органа в 3 раза меньше, чем у рабочего органа "Турбина" и в 10 раз меньше, чем у рабочего органа "Рама".

Изобретение относится к устройствам для смешения двух и более ингредиентов и позволяет повысить эффективность смешивания ингредиентов. Рабочий орган смесителя состоит из двух параллельно расположенных валов, на которых закреплены лопасти. Лопасти выполнены в виде замкнутых односторонних поверхностей листов Мебиуса. Развертки листов на плоскость, перпендикулярную осям валов, представляют собой зеркально отраженные S образные элементы, причем один элемент закреплен центральным участком на верхнем конце вала перпендикулярно его оси, а торцы его на нижнем конце вала параллельно его оси, другой элемент закреплен центральным участком на нижнем конце вала перпендикулярно его оси, а торцы его на верхнем конце вала параллельно его оси. Лопасти на валах могут располагаться со смещением H=(1-3)Д_л относительно друг друга, где Д_л наибольший размер лопасти в плоскости, перпендикулярной оси вала. 1 з. п. ф-лы, 11 ил.

1. РАБОЧИЙ ОРГАН СМЕСИТЕЛЯ, содержащий 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 с центральным участком, закрепленным на верхнем конце вала перпендикулярно к его оси, и торцами, закрепленными на нижнем конце вала параллельно его оси, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным валом с лопастью в виде замкнутой односторонней поверхности типа листа Мебиуса, причем развертка листа на плоскость, перпендикулярную к оси вала, имеет S-образную форму, являющуюся зеркальным отображением имеющейся лопасти на другом валу, и закреплена центральным участком на нижнем конце вала перпендикулярно к его оси, и торцами, закрепленными на верхнем конце вала параллельно его оси. 2. Рабочий орган по п. 1, отличающийся тем, что лопасти на валах расположены относительно одна другой со смещением H (1 3) D_л, где D_л наибольший размер лопасти в плоскости, перпендикулярной к оси вала.