ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СМЕСИТЕЛЬ Российский патент 2002 года по МПК B01F7/26 

Изобретение относится к устройствам для непрерывного приготовления смесей сыпучих материалов и может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Известен смеситель [1] , содержащий корпус с размещенным в нем на вертикальном валу ротором, выполненным в виде концентрических усеченных конусов с рабочими поверхностями и основанием, при этом высота и угол наклона их образующей к основанию ротора увеличиваются от центральной части к периферии. Смешивание в указанном смесителе происходит в результате последовательного прохождения материала по поверхностям трех конусов под действием центробежных сил. Однако недостаточная разряженность потоков и отсутствие рециркуляции не позволяют получать качественные смеси.

Наиболее близким к предлагаемому смесителю является смеситель [2] , содержащий три конуса, у которых высота и угол наклона образующих к основанию увеличиваются от центральной части к периферии, при этом на поверхностях внутреннего и среднего конусов имеются окна, через которые часть материала, движущегося по внутренней конической поверхности, опережающим потоком попадает на поверхность следующего конуса [1] . Кроме этого, над конусами установлен отражатель в виде объемной спирали Архимеда, который осуществляет частичный возврат материала, сходящего с конуса, обратно.

При исследовании работы этого смесителя выяснились его недостатки. Так, перепускные окна внутреннего и среднего конусов расположены таким образом, что со всех сторон ограничены конической поверхностью. В силу этого, как установлено при эксперименте, движущийся по конусу снизу вверх поток материала в момент схода с нижней кромки окна имеет скорость, направленную по касательной к его поверхности. Это приводит к тому, что часть потока материала, сошедшего с кромки окна, вновь попадает на вышерасположенную поверхность конуса. При этом для частот вращения, различающихся на 20-30% (в пределах допустимых значений), пропускная способность окон различается в 1,5-2,5 раза. Пропускная способность окон неодинакова также и для разных материалов. Помимо этого, не уточняется какова должна быть пропускная способность окон конусов, а это, как оказалось, имеет немаловажное значение. Экспериментально установлено, что через окна должно проходить порядка 65% и 50% количества материала, поданного соответственно на внутренний и средний конуса. Также следует отметить, что сход материала с поверхности отражателя происходит не по окружности, а по спиральной линии, что приводит к неравномерному распределению материала по поверхности каждого конуса.

Перечисленных недостатков лишен предлагаемый нами смеситель.

Цель изобретения - интенсификация процесса смешивания, увеличение сглаживающей способности смесителя и, как следствие, повышение качества смеси.

Достижение поставленной цели осуществляется за счет наличия в нижней части поверхностей внутреннего и среднего конусов перепускных окон, ограниченных снизу поверхностью диска ротора, размеры и место расположения которых строго оговариваются и способствуют равномерному перераспределению входного потока по всем трем конусам. Также цель достигается в силу наличия над конусами отражателей, позволяющих создавать пересекающиеся потоки материала и направлять сыпучую смесь, сходящую с конуса, к основанию следующего. Все это дает возможность полностью использовать длину образующей каждого конуса в отличие от прототипа [2] и аналога [1] и как следствие получать смесь более высокого качества.

На фиг. 1 изображен общий вид центробежного смесителя непрерывного действия; на фиг. 2 показана схема распределения входного потока, растекающегося по поверхности диска, по конусам; на фиг. 3 представлена схема движения потока, сходящего с конуса.

Смеситель состоит из следующих элементов: вертикального цилиндрического корпуса 1, в котором расположено приемно-направляющее устройство конической формы 2; крышки 3 с входными патрубками 4; днища 5 с разгрузочным патрубком 6; приводного вала 7, на котором крепятся разгрузочные лопасти 8 и ротор 9. Ротор представляет собой диск с укрепленными на нем тремя полыми тонкостенными усеченными конусами 10, 11, 12, обращенными меньшими основаниями вниз. Высота и угол наклона образующих конусов к их основаниям увеличиваются от центральной части к периферии. На поверхностях внутреннего и среднего конусов имеются окна 13, ограниченные снизу поверхностью диска. Над конусами расположены отражатели в виде колец: сплошных 14 и с окнами 15. Они крепятся к нижней поверхности приемно-направляющего устройства.

Вал крепится в подшипниковых узлах 16 и 17 и приводится во вращение посредством клиноременной передачи 18 от двигателя 19.

Работа центробежного смесителя осуществляется следующим образом.

Сыпучие компоненты дозаторами подаются через загрузочные патрубки 4 и попадают на поверхность приемно-направляющего устройства 2. Скользя по ней, они равномерно ссыпаются на диск ротора через кольцевой зазор между выходным отверстием устройства и валом. Под действием сил инерции частицы материала растекаются по поверхности диска, при этом траектория потока относительно диска (а также конусов) закручена в сторону, противоположную направлению вращения (см. фиг. 2). Перепускные окна 13, расположенные на внутреннем и среднем конусах, снизу ограничиваются поверхностью диска. Вследствие этого поток разделяется на две части, одна из которых проходит через окна, другая движется по поверхности конуса. На внутреннем диске примерно 65% материала проходит через перепускные окна и попадает на средний конус, остальная часть (35%) движется по поверхности конуса вверх. Попадая на средний конус, поток также разделяется на две части. Одна из них (примерно 50%) проходит через окна, расположенные таким же образом, как и на первом конусе, и попадает на третий конус, а другая, перемещаясь по поверхности конуса, также переходит на поверхность третьего конуса (см. фиг. 2). Так как перепускные окна внутреннего и среднего конусов ограничены снизу поверхностью диска, удается добиться практически постоянной их пропускной способности. Таким образом, коэффициент перетока, равный отношению количеств материала, прошедшего через окна и поданных к ним, практически не зависит от частоты вращения ротора и от физико-механических характеристик компонентов смеси.

Часть входного потока, перешедшая на поверхность внутреннего конуса, движется по ней снизу вверх, при этом происходит смешивание компонентов. Сбрасываемый с конуса поток материала имеет скорость, направленную по касательной к его поверхности, и (относительно неподвижной системы координат) закручен по направлению вращения ротора. Часть потока, дошедшего до первого отражательного кольца 15, в котором есть окна, начинает скользить по его поверхности. Через некоторое время она сбрасывается с нее и пересекается с той частью потока, которая через окна в отражателе направляется ко второму (сплошному) кольцу 14 (см. фиг. 3). Таким образом, пересечение потоков создает дополнительное смешивание компонентов. Материал, дошедший до сплошного отражательного кольца 14, скользит по нему и равномерно ссыпается на нижнюю часть последующего конуса. Здесь он внедряется в поток, перешедший на этот конус с диска. Так как потоки материалов являются разреженными, это способствует более эффективному смешиванию компонентов и улучшению сглаживающей способности смесителя. Далее суммарный поток движется по поверхности среднего конуса и повторяется тот же процесс, что происходил на внутреннем конусе. То же самое наблюдается на третьем конусе, после чего готовая смесь попадает на днище смесителя, где разгрузочными лопастями через патрубок 6 выводится из смесителя.

Для достижения необходимой пропускной способности окон конусов они должны иметь определенные размеры. Так, отношение ширины окна (длина дуги АВ на фиг. 2) к ширине перемычки (длина дуги ВС на фиг. 2) для внутреннего конуса должно быть равным 2,0-2,1, а для второго 0,55-0,6. В этом случае через окна первого конуса будет проходить 65-70% входного потока, а через окна среднего 50-55% потока, прошедшего через окна внутреннего конуса. Это позволяет разделить входной поток на три примерно равные части. Оптимальное количество окон - шесть. Высота окон h₁ и h₂ (см. фиг. 1) должна составлять 30-40% от их ширины по дуге окружности (большие значения для внутреннего конуса, меньшие для среднего).

Первые отражательные кольца 15 также имеют окна, ширина которых по дуге окружности равна ширине перемычек между ними. Количество окон - 12 штук. Нижняя кромка окон должна быть на уровне верхнего основания соответствующего конуса, а верхняя не ниже линии, на которой лежит его образующая. Диаметры верхнего основания конуса и отражательных колец на каждой ступени должны находиться в соотношении, примерно равном 10: 11: 12.

Таким образом, интенсификация процесса смешивания достигается за счет разделения входного потока на три части с последующим их пересечением, а также созданием пересекающихся потоков над конусами с помощью отражательных колец с окнами и за счет движения потоков разреженными слоями, что способствует лучшему взаимопроникновению частиц компонентов. Все это позволяет сглаживать пульсации входных потоков, получать смеси высокого качества, а также перерабатывать сыпучие материалы с различными физико-механическими характеристиками.

ЛИТЕРАТУРА
1. A. c. SU 1546120, A1, 1971, В 01 F 7/26.

2. А. с. RU 2132725, С1, 1999, В 01 F 7/26.

Изобретение предназначено для непрерывного приготовления смесей сыпучих материалов и может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности. Центробежный смеситель содержит вертикальный цилиндрический корпус, приводной вал с закрепленными на нем тремя полыми усеченными, концентрично расположенными конусами, у которых высота и угол наклона образующей к основанию увеличиваются от центральной части к периферии. На внутреннем и среднем конусах в их нижней части расположены окна, позволяющие полностью использовать всю длину образующей каждого конуса и имеющие практически постоянную пропускную способность. Над конусами находятся отражательные кольца, способствующие образованию пересекающихся потоков материала. В устройстве обеспечивается интенсификация процесса смешивания, повышается качество смеси. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Центробежный смеситель сыпучих материалов, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, загрузочные и разгрузочные патрубки, приемно-направляющее устройство, приводной вал с закрепленными на нем тремя полыми усеченными, концентрично расположенными конусами с окнами на среднем и внутреннем из них, при этом высота и угол наклона образующих конусов к их основанию увеличиваются от центральной части к периферии, отличающийся тем, что окна выполнены в нижней части внутреннего и среднего конусов и ограничены снизу поверхностью диска ротора. 2. Центробежный смеситель по п. 1, отличающийся тем, что над конусами установлены отражатели в виде колец сплошных и с окнами.