ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СМЕСИТЕЛЬ Российский патент 2003 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 центробежный смеситель [1], содержащий вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого расположен ротор в виде диска с закрепленными на нем тремя полыми усеченными конусами, у которых высота и угол наклона образующих к основанию увеличивается 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. 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 снизу вверх поток материала в момент схода с нижней кромки окна имеет скорость, направленную по касательной к поверхности конуса. Это приводит к тому, что часть потока материала, сошедшего с кромки окна, вновь попадает на поверхность конуса выше окна. При этом для частот вращения, различающихся на 20-30% (в пределах допустимых значений), коэффициент перетока, равный процентному соотношению количества материала, прошедшего через окна, к количеству материала, поданного на конус, различается в 1,5-2 раза. Также коэффициент перетока неодинаков для материалов с различными свойствами. Кроме этого, следует отметить, что сход материала с поверхности отражателя происходит не по окружности, а по спиралевидной линии, что приводит к неравномерному распределению материала по поверхности каждого конуса. Помимо этого, в процессе смешивания не задействованы нижние поверхности среднего и внешнего конусов.

Цель изобретения - устранение неблагоприятного вентиляционного эффекта, возникающего при вращении ротора, а также создание в смесителе внешней рециркуляции смеси, что позволит повысить качество смешивания сыпучих материалов.

Достижение поставленной цели осуществляется за счет того, что вместо окон, расположенных на поверхности внутреннего и среднего конусов и имеющих козырьки, для перехода материала с конуса на конус предлагается выполнить окна на поверхности отражателей, расположенных над внутренним и внешним конусами ротора. При этом необходимость установки козырьков над окнами отпадает в силу конструктивной особенности отражателей, имеющих торовую поверхность. Контур внешней рециркуляции смеси создается благодаря тому, что на поверхности приемно-направляющего устройства смесителя над верхней кромкой внешнего конуса ротора выполнены отверстия, через которые часть материала, сходящего с внешнего конуса, попадает в приемно-направляющее устройство и далее (вместе с вновь поступающим материалом) в центр ротора.

На фиг. 1 изображен общий вид центробежного смесителя непрерывного действия; на фиг.2 показана схема распределения входного потока по поверхности диска ротора по конусам, на фиг.3 схематично изображена внешняя рециркуляция смеси.

Смеситель состоит из следующих элементов: вертикального цилиндрического корпуса 1, в котором расположено приемно-направляющее устройство 2 конической формы; 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 концентрично установленными на нем тремя полыми усеченными тонкостенными конусами 10, 11, 12 (внутренний, средний и внешний), которые обращены меньшими основаниями вниз. Высота и угол наклона образующих конусов к их основаниям увеличивается от центральной части к периферии. На поверхностях внутреннего 10 и среднего 11 конусов имеются окна 13, ограниченные снизу поверхностью диска ротора. Над внутреннем и среднем конусами расположены отражатели 14, имеющие торовую поверхность с окнами 15. Отражатели крепятся к нижней поверхности приемно-направляющего устройства. Над внешним конусом 12 в приемно-направляющем устройстве 2 выполнены отверстия 16. Приводной вал 7 крепится в подшипниковых узлах 17 и 18 и приводится во вращение посредством клиноременной передачи 19 от электродвигателя 20.

Работа центробежного смесителя осуществляется следующим образом.

Сыпучие компоненты дозаторами подаются через входные 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 приводным валом 7. 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 (фиг.2). В силу того, что окна 13 снизу ограничены поверхностью диска, только часть потока переходит на поверхность внутреннего конуса 10, а другая (60-70%) через окна движется к среднему конусу 11. Дошедший до него поток материала опять разделяется на две части. Одна из них (40-50%) проходит через окна 13, расположенные таким же образом, как и на внутреннем конусе, и движется дальше, а другая переходит на поверхность среднего конуса (фиг.2).

Так как окна 13 снизу ограничены поверхностью диска, то удается добиться почти постоянной их пропускной способности (в процентном соотношении), практически не зависящей от частоты вращения ротора и от физико-механических свойств материалов. Часть входного потока, перешедшая на поверхность внутреннего конуса, движется по ней снизу вверх, при этом происходит смешивание компонентов в тонком разреженном слое. Далее сыпучая смесь сбрасывается с поверхности внутреннего конуса и попадает на торовую поверхность отражателя 14, который обеспечивает внутреннюю рециркуляцию.

В силу наличия в отражателе окон 15 лишь часть сыпучей смеси, попавшей на поверхность отражателя, вновь направляется к основанию внутреннего конуса. Большая же часть смеси (примерно 80%) проходит через окна и ссыпается в нижнюю часть среднего конуса, где пересекается с потоком, прошедшим через окна 13 внутреннего конуса и перешедшим на поверхность среднего конуса 11. Далее движение суммарного потока аналогично тому, что описано для внутреннего конуса 10. Смесь, попавшая на сплошной внешний конус 12 со среднего, двигается по его поверхности снизу вверх и сбрасывается по направлению к нижней поверхности приемно-направляющего устройства. Благодаря наличию в нем отверстий 16, которые расположены над верхней кромкой внешнего конуса 12, часть сыпучей смеси, сбрасываемой с него, попадает в приемно-направляющее устройство 2, и далее (со вновь поступившими в смеситель компонентами) ссыпается в центральную часть ротора. Таким образом, происходит внешняя рециркуляция смеси. Большая часть смеси, сошедшей с внешнего конуса, ссыпается на днище смесителя 5 и разгрузочными лопастями 8 через разгрузочный патрубок 6 удаляется из смесителя, при этом происходит дополнительное перемешивание смеси, способствующее повышению ее однородности.

Наиболее рациональный режим работы смесителя обеспечивается, если через окна 13 внутреннего конуса 10 будет проходить 60-70% входного потока, а через соответствующие окна среднего конуса 11 40-50% от количества материала переходящего на него с диска ротора. Для этого необходимо, что бы отношение ширины окон 13 к ширине перемычек между ними было в пределах 1,8-2 для внутреннего конуса и 0,3-0,4 для среднего. Высота окон 13 должна составлять 30-40% их ширины. Количество окон 13 на каждом конусе - 4-6 штук. Относительная ширина окон 15 отражателя 14 будет определять величину коэффициента внутренней рециркуляции на внутреннем 10 и среднем 11 конусах, значение которого не целесообразно принимать более 20%. Поэтому отношение ширины окон 15 к ширине перемычек между ними должно быть в пределах 3-3,5. Высота окон 15 должна составлять 15-20% их ширины, а количество окон также 4-6 штук. Относительная ширина отверстий 16 в приемно-направляющем устройстве 2 будет определять коэффициент внешней рециркуляции, который также не целесообразно принимать более 20%. Поэтому отношение их ширины к ширине перемычек между ними должно быть в пределах 0,15-0,2 при количестве отверстий 6-8 штук.

Итак, благодаря устранению неблагоприятного вентиляционного эффекта, который вызывался козырьками верхнего ряда окон внутреннего и среднего конусов при вращении ротора, а также созданию контура внешней рециркуляции смеси удается избежать возможности сильного распыления ее мелкодисперсных компонентов по объему смесителя и повысить качество получаемой композиции.

Источники информации
1. Авт. св. RU 2132725 C1, В 01 F 7/26, 1999.

Центробежный смеситель сыпучих материалов, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, в котором расположено приемно-направляющее устройство конической формы; крышку с входными патрубками; днище с разгрузочным патрубком; приводной вал, на котором крепятся разгрузочные лопасти и ротор в виде диска с концентрично установленными на нем тремя полыми усеченными тонкостенными конусами, обращенными меньшими основаниями вниз, у которых высота и угол наклона образующей к основанию увеличиваются от центральной части к периферии, при этом внутренний и средний конусы имеют окна, ограниченные поверхностью диска ротора; отражатели с торовой поверхностью, имеющие окна и расположенные над внутренним и средним конусами и крепящиеся к нижней части приемно-направляющего устройства; кроме этого, в приемно-направляющем устройстве над верхней кромкой внешнего конуса выполнены отверстия. Хорошее качество смеси достигается благодаря тому, что поступающий в смеситель материал равномерно распределяется по конусам ротора из-за наличия в них окон, а также по причине организации контуров внутренней и внешней рециркуляции, для чего в смесителе предусмотрены отражатели с торовой поверхностью, имеющие окна для перехода материала с конуса на конус, и отверстия в приемно-направляющем устройстве. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Центробежный смеситель сыпучих материалов, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, в котором расположено приемно-направляющее устройство конической формы, крышку с входными патрубками, днище с разгрузочным патрубком, приводной вал, на котором крепятся разгрузочные лопасти и ротор в виде диска с концентрично установленными на нем тремя полыми усеченными тонкостенными конусами, обращенными меньшими основаниями вниз, у которых высота и угол наклона образующей к основанию увеличиваются от центральной части к периферии, при этом внутренний и средний конусы имеют окна, отражатели, отличающийся тем, что отражатели имеют торовую поверхность и крепятся к нижней части приемно-направляющего устройства над внутренним и средним конусами, а на их поверхности выполнены окна. 2. Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что в приемно-направляющем устройстве над верхней кромкой внешнего конуса ротора выполнены отверстия.