СМЕСИТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК B01F11/00 

Изобретение относится к смешиванию веществ и может быть использовано в смесителях для перемешивания и приготовления смесей, преимущественно сыпучих веществ, в том числе порошков, а также порошков с жидкостями. Смесители могут быть использованы в химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известен смеситель [1] содержащий установленный на станине шарнирно-рычажный приводной механизм с вращательными парами и консольно закрепленным на валу барабаном, при этом шарнино-рычажный механизм выполнен в виде замкнутого пространственного четырехзвенника с равновеликими противолежащими звеньями, оси которых расположены под заданными углами, а расстояния между осями пропорциональны синусам соответствующих углов.

Недостатком этого смесителя является низкая эффективность его работы из-за малых амплитуд осевого перемещения барабана, ограничиваемых консольным креплением барабана.

Известен также и смеситель [2] содержащий барабан с приводом, выполненным в виде пространственного шарнирно-рычажного механизма, который снабжен балансиром, выполненным в виде качающейся рамы, при этом барабан установлен на раме.

При таком исполнении происходит интенсификация смешения за счет улучшения динамических характеристик при установке барабана на двух опорах. Но недостатком этого смесителя является сложность и ограниченность траекторий смешиваемых частиц в барабане только вращением барабана вокруг его горизонтальной оси и качанием в вертикальной плоскости.

Эти недостатки устранены в конструкции смесителя "Турбула" швейцарской фирмы "Вили А. Бахофен" [3] использующей шестизвенный механизм с двойным пространственным (карданным) шарниром, в котором функцию промежуточного вала выполняет барабан. Смеситель содержит станину, ведущий и ведомый валы, укрепленные на одной плоскости на станине и связанные двойным пространственным шарниром, в котором функцию промежуточного вала выполняет барабан, укрепленный в вилках шарнира на диаметральных взаимно-перпендикулярных геометрических осях.

При этом расстояние между диаметральными взаимно-перпендикулярными осями барабана равно расстоянию между осями каждой из вилок шарнира, а валы в станине укреплены параллельно друг другу на расстоянии где l - расстояние между осями каждой из вилок, или барабана. Сложное движение барабана обеспечивает смешиваемым частицам все степени свободы и способствует хорошему перемешиванию. Однако при равенстве расстояний между осями вилок и барабана получается низкий коэффициент неравномерности угловых скоростей при переходе барабана через точки траектории, соответствующие крайним положениям. Из-за этого данной конструкцией не достигается эффект встряхивания и, как следствие, не обеспечивается высокая интенсивность перемешивания частиц в барабане.

Попытки интенсификации процесса перемешивания на смесителях данного типа предпринимались уже неоднократно. Предложена конструкция смесителя, в котором эффект встряхивания достигается установкой на вход ведущего и выход ведомого вала электромагнитных муфт, которые резко увеличивают тормозные моменты с заданной периодичностью в пределах одного оборота ведущего вала. Швейцарская фирма "Биоинжиниринг" запатентовала смеситель [4] в котором оба вала подсоединены к автономным электроприводам на базе электродвигателей постоянного тока. Регулируя по заданной программе обороты каждого двигателя, авторы этого изобретения достигают тот же эффект управления тормозными моментами.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является смеситель "Турбула" [3] поэтому он и выбран за прототип.

Заявляемое изобретение решает проблему интенсификации процесса смешивания веществ в смесителях указанного типа за счет увеличения амплитуды колебаний барабана при переходе его при вращении из одного крайнего положения в другое с одновременным увеличением угла поворота.

Поставленная цель достигается тем, что в известном смесителе, содержащем станину, ведущий и ведомый валы, укрепленные в одной плоскости на станине и связанные двойным пространственным шарниром, функцию промежуточного вала в котором выполняет барабан, укрепленный в вилках шарнира на диаметральных взаимно-перпедикулярных геометрических осях, расстояние между осями крепления барабана превышает расстояние между геометрическими осями каждой вилки, а ведомый вал укреплен в станине с возможностью вращения его относительно оси, перпендикулярной плоскости, проходящей через ведущий и ведомый валы.

Для обеспечения вращения в указанной плоскости ведомый вал размещен в подшипниковой опоре, выполняющей функцию укрепленного на станине коромысла. При этом расстояние от оси вращения коромысла до оси вращения вилки шарнира на ведомом валу меньше одной трети расстояния между осями крепления барабана.

Чем больше расстояние "K" между осями крепления барабана превышает расстояние "l" между осями каждой вилки, тем больше амплитуда колебаний барабана из одного крайнего положения в другое. Однако, учитывая ограничения, накладываемые физическими размерами деталей механизма и геометрическими закономерностями, расстояние "K" не может превышать удвоенное расстояние "2l" между осями вилки. Ограничение расстояния от оси вращения коромысла до оси вращения вилки диктуется теми же причинами.

Абсолютные величины указанных расстояний между осями крепления барабана и между геометрическими осями каждой вилки определяются расчетным путем и зависят от физических свойств смешиваемых веществ хрупкости, твердости, размеров частиц и т.п. Указанные факторы определяют геометрические размеры барабана и других элементов и расстояния между ними, но для любых вариантов смесителей для получения высокоэффективного смешения необходимо соблюдать вышеуказанные условия. Выбранное соотношение размеров и крепление ведомого вала с возможностью его вращения относительно оси, перпендикулярной плоскости, проходящей через ведущий и ведомый валы, обеспечивает эффективное смешивание веществ за счет получения сложного вращения барабана для смешивания с одновременным качанием совместно с ведомым валом и встряхиванием в моменты смены направления дополнительного вращения.

На фиг. 1 и 2 изображен смеситель (вид сверху) согласно изобретению в двух крайних положениях барабана.

Смеситель содержит станину 1, размещенные в ней привод 2, ведущий 3 и ведомый 4 валы, которые могут быть укреплены, например, с помощью подшипников в опорах, соответственно, 5 и 6, при этом ведущий вал 3 установлен в неподвижной опоре 5, а ведомый вал 4 установлен в подшипниковой опоре 6 с возможностью их совместного вращения вокруг оси 7, перпендикулярной плоскости, проходящей через ведущий и ведомый валы. Подшипниковая опора 6 выполняет в этом случае еще и функцию коромысла. Ведущий 3 и ведомый 4 валы шарнирно соединены вторыми концами с вилками 8 и 9 соответственно, диаметральные взаимно-перпендикулярные оси которых 10 и 11 являются осями крепления барабана 12. Расстояние между осями каждой вилки 8 и 9 обозначено на чертеже "l", расстояние между осями крепления 10 и 11 барабана 12 "K", а расстояние между осью подшипниковой опоры 6 и осью 11 вращения вилки 9 обозначено "m", причем k>l, а m<1/3 K. Крепление валов может быть реализовано в ином любом известном варианте, нежели приведенный выше.

Смеситель работает следующим образом. При включении привода 2, размещенного на станине 1, вращение передается на ведущий вал 3, установленный в неподвижной опоре 5, и вращающий вилку 8, которая через ось 10 вращает барабан 12. Вращательное движение барабана 12 передается через ось 11 на вилку 9. Одновременно вилка 9 с ведомым валом 4 и опорой 6, которая выполняет функцию коромысла, совершает качательное движение вокруг оси 7 в плоскости, которая проходит через ведущий и ведомый валы. При подходе к первому крайнему положению (фиг. 1) движение барабана замедляется, а при выходе из него резко ускоряется (за счет действия сил тяжести), при этом частицы смешиваемого вещества интенсивно встряхиваются, что способствует их смешиванию. Далее барабан движется в обратном направлении к другому крайнему положению (фиг. 2), описанный выше процесс повторяется периодически и тем самым обеспечивается эффективное смешивание веществ. Амплитуда качания ведомого вала вокруг оси 7 зависит от выбранных геометрических размеров барабана и других элементов системы и расстояний между ними, которые определяются расчетным путем для различных типов смешиваемых веществ.

Предлагаемая конструкция позволяет получить высокую эффективность смешивания веществ при одновременном упрощении расчетов элементов системы и их изготовления.

Кроме этого смеситель данной конструкции позволяет с особо высокой эффективностью смешивать малые дозы жидкости с порошкообразными и гранулированными веществами.

Использование изобретения, перемешивание и приготовление смеси в химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: смеситель для сыпучих и жидких веществ, содержит станину, ведущий и ведомый валы, укрепленные в одной плоскости на станине и связан с двойным посредственным шарниром, в котором функцию промежуточного вала выполняет барабан. Барабан укреплен в вилках шарнира на диаметрально-перпендикулярных геометрических осях. Расстояние между осями крепления барабана превышает расстояние между геометрическими осями каждой вилки. Ведомый вал установлен в станине с возможностью вращения его относительно оси, перпендикулярной плоскости, проходящей через ведущий и ведомый валы. При этом ведомый вал может быть размещен в подшипниковой опоре, выполняющий функцию укрепленного на станине коромысла. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Смеситель для сыпучих и жидких веществ, содержащий станину, ведущий и ведомый валы, укрепленные в одной плоскости на станине и связанные двойным пространственным шарниром, в котором функцию промежуточного вала выполняет барабан, укрепленный в вилках шарнира на диаметральных взаимно перпендикулярных геометрических осях, отличающийся тем, что расстояние между осями крепления барабана превышает расстояние между геометрическими осями каждой вилки, а ведомый вал укреплен в станине с возможностью вращения его относительно оси, перпендикулярной плоскости, проходящей через ведущий и ведомый валы. 2. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что ведомый вал размещен в подшипниковой опоре, выполняющей функцию укрепленного на станине коромысла, при этом расстояние от оси вращения коромысла до оси вращения вилки шарнира на ведомом валу меньше одной трети расстояния между осями крепления барабана.