РАБОЧИЙ ОРГАН СМЕСИТЕЛЯ Российский патент 1996 года по МПК B01F7/24 

Изобретение относится к аэрогидродинамике и может быть использовано в устройствах для смешения двух и более ингредиентов.

Известен рабочий орган смесителя, содержащий лопасти, прикрепленные своими торцами в двух местах к центральному валу. Лопасти имеют арочную конструкцию и закручены на 90^о по своим торцам, образуя одностороннюю поверхность (типа листа Мебиуса). 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. 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 несущему элементу валу.

Недостаток рабочего органа смесителя 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 в емкости, а не смешиваются.

Задача изобретения повышение эффективности смешения ингредиентов.

Задача решается за счет создания системы парных замкнутых пространственных вихревых шнуров с разными направлениями вращения на рабочем органе, вращения вихревых шнуров, образующих в смеси пространственные вихревые шнуры типа "восьмерки", перемещения смеси вверх и в сторону, а также вниз и в сторону от рабочего органа смесителя одновременно, а также за счет образования зон разрежения в смеси сверху и снизу рабочего органа смесителя одновременно и зоны подпора в смеси в верхней и в нижней частях боковых сторон рабочего органа смесителя одновременно.

Кроме того, задача в рабочем органе смесителя решается за счет того, что орган содержит вал с закрепленными на нем лопастями в виде односторонних поверхностей (листов Мебиуса). Развертка лопастей на плоскость имеет форму х, причем плоскость развертки совпадает с осью вала, а лопасти прикреплены к валу центральной своей частью.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема рабочего органа для эффективного смешения ингредиентов; 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; на фиг.6 свернутая поверхность лопастей рабочего органа на фиг. 3; на фиг.7 и 8 углы установки сечений вдоль передней линии лопасти; на фиг.9 и 10 система парных замкнутых пространственных вихревых шнуров на лопастях рабочего органа; на фиг.11 вихревые системы при вращении рабочего органа; на фиг.12 "мгновенный срез" вихревой системы без рабочего органа.

Рабочий орган смесителя (фиг.1) содержит вертикальный 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 (фиг.2) рабочий орган имеет вид восьмерки. Развертка лопастей 4 и 5 на плоскость, совпадающую с осью вала (фиг.3), представляет собой х-образную фигуру с центральным участком для закрепления на валу 1. Вокруг средней линии 8 торец Т₁ элемента 9 лопасти 4 (фиг.4) скручивается против часовой стрелки на 90^о и соединяется с торцом Т₂ элемента 10 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 8 (фиг.5) торец Т₃ элемента 11 лопасти 5 скручивается по часовой стрелке на 90^о и соединяется с торцом Т₄ элемента 12 лопасти 5, повернутым против часовой стрелки на 90^о вокруг средней линии 8, так что точки b₃ и а₁, а также точки а₃ и b₄ соединяются друг с другом. В плоскости 3 (фиг. 6) получается переход с верхней поверхности элемента 9 лопасти 4 на нижнюю поверхность элемента 10 лопасти 4 и наоборот; внешняя кромка 13 переходит во внутреннюю кромку 14, а внутренняя кромка 15 переходит во внешнюю кромку 16, а также получается переход с верхней поверхности элемента 11 лопасти 5 на нижнюю поверхность элемента 12 лопасти 5 и наоборот; внешняя кромка 17 переходит во внутреннюю кромку 18, а внутренняя кромка 19 переходит во внешнюю кромку 20. Таким образом, угол Φ установки сечений лопастей 4 и 5 (фиг.7 и 8) возрастает от 0^о у оси 2 до 90^о в плоскости 3, а затем убывает от 90^о до 0^о у оси 2.

Рабочий орган работает следующим образом.

Рабочему органу с валом 1 и лопастями 2, 5 сообщают вращение (с соответствующей угловой скоростью ω ) относительно оси 2 вала 1. В первый момент времени работы на кромках 13 16 лопасти 4 и кромках 17 20 лопасти 5 образуется система парных вихрей с одинаковыми интенсивностями, но противоположных по направлению вращения, т.е. Г₁ -Г₂ и Г₃ -Г₄ (фиг.9 и 10). Но вихревой шнур не может оканчиваться внутри среды: он либо замкнут, либо оканчивается на твердой поверхности. Так как лопасти рабочего органа смесителя односторонние, то шнуры замыкаются на себя, образуя систему парных замкнутых пространственных вихревых шнуров, ориентированных вдоль односторонней поверхности рабочего органа, которая также способствует удержанию вихревых шнуров на себе. Вихревые шнуры, имея разные направления вращения, движутся навстречу друг другу вдоль односторонней поверхности, вовлекая в движение все новые и новые смеси 21. Таким образом, система парных замкнутых пространственных вихревых шнуров инициирует и осуществляет процесс смешения смеси на самом рабочем органе, точнее на поверхностях лопастей 4 и 5.

Части лопастей, которые набегают на смесь 21, условно назовем заборными, а остальные сливными.

Смесь 21 из зоны 22 (фиг.11) под действием заборной части 23 лопасти 4 перемещается, смешиваясь, через отверстие 6 к сливной части 24 лопасти 4, откуда попадает в зону 25 и далее в зону 26. При этом создается перепад давления между частями 23 и 24 лопасти 4.

Смесь 21 из зоны 26 под действием заборной части 27 лопасти 4 перемещается, смешиваясь, в сливную зону 28 и далее в зону 22, а другая часть смеси 21 из зоны 26, под действием заборной части 27 лопасти 4 через отверстие 6 перемещается, смешиваясь, к сливной части 24, откуда попадает в зону 25 и далее в зону 26, создавая перепад давления между частями 27 и 24 лопасти 4, частью 27 лопасти 4 и зоной 28.

Смесь 21 из зоны 26 под действием заборной части 29 лопасти 5 перемещается, смешиваясь, через отверстие 7 на сливной части 30 лопасти 5, откуда попадает в зону 31 и далее в зону 22, создавая перепад давления между частями 29 и 30 лопасти 5.

Смесь 21 из зоны 22 под действием заборной части 32 лопасти 5 перемещается, смешиваясь, в сливную зону 33 и далее в зону 26, а другая часть смеси 21 из зоны 22 под действием заборной части 32 лопасти 5 перемещается через отверстие 7, смешиваясь, к сливной части 30 лопасти 5, откуда попадает в зону 31 и далее в зону 22, создавая перепад давления между частями 32 и 30 лопасти 5, частью 32 лопасти 5 и зоной 33.

Таким образом, одновременно образуются зоны разрежения 26 и 22 сверху и снизу относительно рабочего органа смесителя, а также зоны подпора в смеси в верхней 25 и 33 и в нижней 28 и 31 частях боковых сторон рабочего органа смесителя одновременно.

Но ввиду того, что лопасти 4 и 5 рабочего органа смесителя имеют крутку, то смесь 21 при сходе с них имеет составляющие скорости как вдоль лопастей, так и поперек них, т.е. будет иметь место закручивание смеси в виде пространственных вихревых шнуров типа "восьмерки" (фиг.12). Эти вихревые шнуры индуцируют в смеси вторичные кольцевые (тороидальные) вихри. Вся эта вихревая система способствует более эффективному смешению ингредиентов.

Как следует из описания рабочего органа, имеется возможность, помимо зон подпора, иметь еще и зоны разрежения. Образование вихрей позволяет использовать рабочий орган для смешения (эмульгирования), гомогенизации сред и т.п.

Сущность изобретения: рабочий орган смесителя состоит из вала с закрепленными на нем лопастями, выполненными в виде замкнутых односторонних поверхностей (листов Мебиуса). Развертка лопастей на плоскость, содержащую ось вала, имеет форму X. 12 ил.

РАБОЧИЙ ОРГАН СМЕСИТЕЛЯ, содержащий вал с закрепленными на нем лопастями, выполненными в виде односторонних поверхностей типа листа Мебиуса, отличающийся тем, что развертка лопастей на плоскость, в которой расположена ось вала, имеет форму X, а лопасти прикреплены к валу центральной своей частью.