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

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

Известен рабочий орган смесителя, содержащий два вала, расположенные в вертикальной плоскости и отстоящие 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 некоторый угол вокруг оси вращения вала по часовой стрелке, а на другом валу против часовой стрелки. Верхние и нижние стороны рамок, равные по ширине, выполнены прямолинейными [1]
Недостаток приведенного рабочего органа невысокая эффективность смешения, выраженная в том, что недостаточно полно реализуются скоростные характеристики рабочего органа при повышенных скоростях вращения.

Известен рабочий орган смесителя, содержащий два вала, расположенные в вертикальной плоскости и отстоящие 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 [2]
Недостатком рабочего органа смесителя является низкая эффективность перемешивания обрабатываемых ингредиентов и повышенные затраты энергии и времени на перемешивание.

Задача изобретения повышение эффективности смешения ингредиентов.

Задача решается тем, что рабочий орган смесителя содержит два параллельных симметрично расположенных коленчатых вала, отстоящие на некотором расстоянии друг от друга. На каждом из валов закреплены две рамки, верхние и нижние стороны которых ортогональны друг к другу. Верхние стороны рамок на одном валу имеют форму сопряженных между собой дуг, выпуклости которых направлены в противоположные стороны, а нижние прямолинейные, причем длина верхней стороны рамки больше длины ее нижней стороны. Верхние стороны рамок на другом валу выполнены прямолинейными, а нижние стороны в виде сопряженных между собой дуг, выпуклости которых направлены в противоположные стороны, причем длина верхней стороны рамки меньше длины ее нижней стороны. Верхние стороны всех рамок повернуты относительно нижних сторон по часовой стрелке, боковые стороны рамок выполнены винтообразными.

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 схема работы рабочего органа смесителя; на фиг.6 профили вертикальной составляющей скорости по высоте рамок; на фиг.7 механизм взаимодействия боковых сторон рамок на одном валу с частицей ингредиента; на фиг. 8 механизм взаимодействия боковых сторон рамок на другом валу с частицей ингредиента.

Рабочий орган смесителя состоит из двух коленчатых ┌┘ -образных параллельных, симметрично расположенных валов 1 и 2 с рамками: на валу 1 закреплена пара рамок 3 и 4, а на валу 2 пара рамок 5 и 6. Вал 1 имеет две оси 7 и 8 (ось 7 ось вращения вала 1), расстояние между которыми е, а вал 2 имеет две оси 9 и 10 (ось 9 ось вращения вала 2), расстояние между которыми е₂. Расстояние между осями валов 7 и 9 а. Верхние ортогонально расположенные стороны рамок 3, 4 и 5, 6 повернуты относительно нижних ортогонально расположенных сторон рамок 3, 4 и 5, 6 по часовой стрелке на угол α, где αfπ (f действительное число f ( 0; + ∞[ ). Высота рамок 3 6 b. Длины верхних сторон рамок 3, 4 и нижних сторон рамок 5, 6 с, длины нижних сторон рамок 3, 4 и верхних сторон рамок 5, 6 с₁, причем выполняется условие и > и + <a.

Боковые стороны l₁, l₂, l₃, l₄, l₅, l₆, l₇, l₈, соединяющие верхние и нижние стороны рамок 3 6, выполнены винтообразными. Верхние стороны рамок 3 6 приведены в сечении Б-Б (фиг.3), а нижние стороны рамок 3 6 в сечении В-В (фиг.4), причем верхние стороны рамок 3 и 4 имеют вид сопряженных между собой дуг, выпуклости которых направлены в противоположные стороны фигуры S, а нижние стороны выполнены прямолинейными; верхние стороны рамок 5 и 6 выполнены прямолинейными, а нижние стороны имеют вид фигуры S сопряженных между собой дуг, выпуклости которых направлены в противоположные стороны.

Рабочий орган смесителя функционирует следующим образом.

В емкость 10 (фиг.5) помещают смешиваемые ингредиенты 11 и рабочий орган смесителя. Рамки вращаются вокруг осей 7 и 9 синхронно навстречу друг другу по направлению вращения (Н.В.) с условными скоростями ω и -ω и совершают радиальные плоскопараллельные движения. Под действием вращающихся пар рамок 3, 4 и 5, 6 смешиваемые ингредиенты 11 сначала образуют две локальные вращающиеся навстречу друг другу зоны смешения 12 и 13, которые впоследствии инициируют за счет вязкости среды движения по всему объему емкости. За счет центробежных сил ингредиенты перемещаются от осей вращения рамок в стороны. Боковые стороны l₁, l₂, l₃, l₄, l₅, l₆, l₇, l₈ рамок 3, 4 и 5, 6 от верхних до нижних сторон воздействуют на частицы ингредиентов, перемещая их не только в горизонтальной плоскости S_г, но и в вертикальной S _в как вниз вдоль рамок 3, 4, так и вверх вдоль рамок 5 и 6, т.е. по высоте емкости 10. Геометрия боковых сторон в немалой степени определяет характер изменения вертикальной составляющей скорости V_в течения смешиваемых ингредиентов и, кроме того, увеличивает длительность взаимодействия с рабочим органом, дополнительно измельчая и перемешивая ингредиенты. Но так как происходит приращение линейной скорости при движении от нижних сторон к верхним у рамок 3 и 4 и от верхних сторон к нижним у рамок 5 и 6, то в среде организуются дополнительные вертикальные течения, направленные как снизу вверх, так и сверху вниз, способствуя более интенсивному перемешиванию. А так как при вращении валов 1 и 2 вокруг соей 7, 9 расстояние между рамками 3, 4 и 5, 6 периодически изменяется от величины а на величину ±(l₁ + l₂), то создается вибрация локальных вихревых зон 12 и 13, которая приводит к периодической вибрации среды в зоне 14, особенно если достигается условие резонанса, который позволяет эффективно использовать динамические свойства нелинейной колебательной системы. Виброускорение, а следовательно, и давление в жидкости в этой зоне при этом возрастают во много раз, что позволяет при незначительных энергозатратах и сравнительно быстро осуществлять перемешивание в многофазных средах.

Как следует из описания конструкции рабочих органов смесителя и их работы, предлагаемые рабочие органы позволяют эффективно смешивать различные по вязкости ингредиенты.

Работа органов смесителя приводит к уменьшению времени смешения и количества потребляемой электроэнергии, а также к получению смеси с более мелкодисперсной структурой, а значит, и более однородной по качеству.

Сущность изобретения: рабочий орган смесителя содержит два параллельных, симметрично расположенных коленчатых вала, отстоящих на некотором расстоянии друг от друга, на каждом из которых закреплены две рамки. Верхние и нижние стороны рамок ортогональны друг к другу. Верхние стороны рамок на одном валу имеют вид фигуры , а нижние - прямолинейные, причем длина верхней стороны рамки больше длины ее нижней стороны. Верхние стороны рамок на другом валу выполнены прямолинейными, а нижние стороны имеют вид фигуры S причем длина верхней стороны рамки меньше длины ее нижней стороны. Кроме того, верхние стороны двух рамок повернуты относительно нижних сторон по часовой стрелке, а боковые стороны выполнены винтообразными. 8 ил.

РАБОЧИЙ ОРГАН СМЕСИТЕЛЯ, содержащий два вала, расположенных параллельно, на каждом из которых закреплены две рамки, отличающийся тем, что каждый вал выполнен коленчатым, валы расположены симметрично, верхние и нижние стороны рамок ортогональны друг другу, верхние стороны рамок на первом валу имеют форму сопряженных между собой дуг, выпуклости которых направлены в противоположные стороны, а нижние выполнены прямолинейными, причем длина верхней стороны рамки больше длины ее нижней стороны, верхние стороны рамок на втором валу выполнены прямолинейными, а нижние имеют форму сопряженных между собой дуг, выпуклости которых направлены в противоположные стороны и являются зеркальным отображением верхних сторон рамок первого вала, причем длина верхней стороны рамки меньше длины ее нижней стороны, верхние стороны всех рамок повернуты относительно нижних сторон по часовой стрелке, а боковые стороны рамок выполнены винтообразными.