РАБОЧИЙ ОРГАН СМЕСИТЕЛЯ Российский патент 1996 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]
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 арочную конструкцию и закручены на 90^о по своим торцам. Развертка лопастей, выполненных заодно друг с другом (т.е. двух лопастей на плоскости), представляет собой S-образную фигуру с прямолинейным участком у места крепления лопастей к валу и закругленными участками по концам фигуры. Т.е. средняя линии 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 ≈ 5000 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 малы. 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 смешения ингредиентов.

Задача достигается тем, что рабочий орган смесителя содержит вал с двумя закрепленными на нем лопастями. Каждая лопасть выполнена в виде замкнутой односторонней поверхности листа Мебиуса. Развертка лопасти на плоскость, перпендикулярную оси вала, имеет форму восьмерки. Лопасти на валу расположены в виде зеркального отображения друг друга, а расстояние между ними составляет (2-4) D_л, где D_л диаметр лопасти.

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 вид Б на фиг.1; на фиг.6 сечение В-В на фиг.5; на фиг.7 вид Г на фиг.1; на фиг.8 вид Д на фиг.1. на фиг.9 схема работы рабочего органа смесителя; на фиг. 10 дано сечение Е-Е на фиг.9. Рабочий орган смесителя (фиг. 1) состоит из вертикального вала 1, на котором на расстоянии L друг от друга закреплены криволинейные лопасти 2 и 3 с диаметром D_л, выполненные в виде винтообразных односторонних поверхностей типа ленты Мебиуса. Расстояние L (2-4) D_л. Развертка лопасти 2 на плоскость, перпендикулярную оси вала (фиг. 2), представляет собой ленточный -образный элемент 4 с радиусом R и шириной t·R 2t. Торцы Т₁ и Т₂ элемента 4 закреплены на валу в месте Е₂ так, что точка а₁ соединена с точкой b₁, а точка а₂ соединена с точкой b₂. При этом элемент 4 посажен на вал 1 своим центром 5 и закреплен в месте Е₁на валу на расстоянии от торцов l (3-4)t.

Развертка лопасти 3 на плоскость, перпендикулярную оси вала (фиг.3), представляет собой -образный элемент 6, являющийся зеркальным отображением элемента 4. Торцы Т₃ и Т₄ элемента 6 закреплены на валу в месте Е₃ так, что точка а₃ соединена с точкой b₃, а точка а₄соединена с точкой b₄, при этом элемент 6 посажен на вал своим центром 7 и закреплен на валу в месте Е₄ на расстоянии l от торцов. Расстояние l (3-4)t. Торцы Т₁, Т₂, Т₃, Т₄ элементов 4 и 6 расположены перпендикулярно к осям Х и Х₁ элементов 4 и 6 соответственно.

В точках Е₁ и Е₄ крепления лопастей 2 и 3 к валу 1 (фиг.1) плоскости лопастей ПН перпендикулярны оси вала (фиг.4).

В точках Е₂ и Е₃ (фиг.1) крепления лопастей 2 и 3 к валу плоскости лопастей ПВ параллельны оси вала (фиг.5 и 6).

На виду сверху (фиг.7) и снизу (фиг.8) рабочий орган имеет форму восьмерки, а в пространстве каждая лопасть (после ее закрепления на валу) представляет собой винтообразную ленточную фигуру.

Рабочий орган смесителя работает следующим образом.

Рабочий орган смесителя помещается в емкость 8 (фиг.9), в которой находятся ингредиенты 9 для смешивания. Вал 1 вращается с угловой скоростью ω в направлении НВ. При вращении лопастей 2 и 3 в жидкости вокруг них возникают зоны сжатия ⊕ и разрежения ⊖, т.е. заборные 10 и сливные 11 зоны. Лопасти выполнены таким образом, что зоны сжатия возникают за наружными кромками лопастей Н рабочего органа и перемещаются к центру Ц емкости 8. От работы каждой вращающейся лопасти возникает направленный к центру Ц емкости поток жидкости. Ингредиенты с верхней части емкости перемещаются в нижнюю часть лопастью 2, проходя последовательно заборную 10 и сливную 11 зоны. Ингредиенты с нижней части емкости перемещаются в верхнюю лопастью 3, так же проходя заборную 10 и сливную 11 зоны.

За сливной зоной перемешиваемые ингредиенты перемещаются в виде расширяющегося конусообразного потока, структура которого представляет собой сложную картину результата взаимодействия лопасти с жидкостью.

При работе смесителя каждая его лопасть 2 и 3 создает вокруг себя сильно закрученные моновихри 12 и 13, направленные от наружных границ Н лопастей к центру Ц емкости вдоль оси вращения и имеющие форму расширяющегося конуса.

Эти два моновихря направлены навстречу друг другу и при столкновении взаимодействуют и образуют новые вихревые структуры 14, которые в виде маленьких смерчей или шнуров, возникающих на границах столкновения и на кромках лопастей, срываются и перемещаются по емкости 8 от периферии к центру Ц, и от центра вновь к периферии. Таким образом, лопасти рабочего органа, создавая перепады давлений на свих плоскостях, организуют встречные потоки жидкости. Жидкость непрерывно меняет скорость, создавая мощные турбулентные потоки, охватывающие весь объем смешиваемых ингредиентов, создают оптимальные условия качественного и мелкодисперсного смешивания.

При этом вследствие расположения поперечных сечений 15 и 16 лопастей 2 и 3 рабочего органа (фиг.10) под малыми углами γ и γ^l к набегающему потоку жидкости 17, сопротивление лопастей в среде очень мало, а сила воздействия их на жидкость большая, что обусловлено большой площадью поверхности листа Мебиуса.

Приведенный рабочий орган смесителя, кроме качественного смешивания, имеет преимущества в экономии энергии, расходуемой на смешивание.

Сущность изобретения: рабочий орган содержит вертикальный вал 1 с закрепленными на нем лопастями 2 и 3. Лопасти выполнены в виде листов Мебиуса и расположены на валу в виде зеркального отображения друг друга. Расстояние между лопастями составляет 2 - 4 диаметра лопасти. 10 ил.

РАБОЧИЙ ОРГАН СМЕСИТЕЛЯ, содержащий вал с закрепленными на нем лопастями, выполненными в виде замкнутых односторонних поверхностей - листов Мебиуса, при этом развертка каждой из них на плоскость, перпендикулярную оси вала, имеет S-образную форму, отличающийся тем, что лопасти расположены на валу в виде зеркального отображения друг друга, а расстояние L между ними составляет (2 - 4)D_л, где D_л - диаметр лопасти.