ВОГНУТЫЙ ДЕФЛЕКТОР Российский патент 2003 года по МПК B01F7/16 

Изобретение относится к вогнутым дефлекторам для использования в резервуарах для смешивания жидкостей, особенно, когда, по меньшей мере, одна из сред является жидкостью.

Использование вращающихся мешалок в резервуарах, особенно в цилиндрических резервуарах, при отсутствии каких-либо дефлекторов, приводит к завихрению жидкости в резервуаре. Такое завихрение обычно является ламинарным и не имеет ни одной из турбулентных характеристик потока, требуемых для смешивания жидкостей с низкой вязкостью. Вихревое движение также обладает очень маленьким вертикальным перемещением жидкости, необходимым для эффективного перемешивания.

Известно, что дефлектор, размещенный внутри резервуара для разрушения вихревого движения, создает турбулентность, которая значительно повышает эффективность смешивания. Такие дефлекторы обычно выполнены в виде удлиненных плоских пластин, размещенных так, чтобы их продольная ось была параллельна стенке резервуара, а ширина пластины соответствовала диаметру резервуара. Обычно дефлектор расположен на небольшом расстоянии от стенки резервуара, чтобы предотвратить накопление материала между дефлектором и стенкой резервуара.

Наиболее эффективной в настоящее время является дефлекторная система, выполненная из четырех, установленных на боковой стенке дефлекторов.

Недостатком таких дефлекторов является невозможность их использования в емкостях, облицованных коррозионно-устойчивым материалом, таким как стекло, пластик или некоторые химически стойкие сплавы, поскольку их трудно прикрепить на опоре к боковой стенке резервуара без нарушения целостности коррозионно-устойчивого покрытия. Кроме того, конфигурация таких прямоугольных дефлекторов обычно не подходит для покрытий с коррозионно-устойчивым слоем из-за прямых углов, имеющихся у четырехугольной пластины.

Известно также закрепление коррозионно-устойчивых, т.е. покрытых стеклом дефлекторов, от верхней части или от основания резервуара. Такие дефлекторы должны иметь размер, соответствующий размеру смотрового лаза резервуара.

Таким образом, известные дефлекторы, включая дефлекторы реберного типа и прямоугольные дефлекторы, являются недостаточно эффективными, как необходимо для этой цели. Кроме того, прямоугольные дефлекторы не подходят для закрепления, так как ширина дефлектора ограничена размером смотрового лаза, а для закрепления ближайших четырех боковых стенок потребовалось бы четыре смотровых лаза.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности дефлектора, достигаемой посредством видимой площади поверхностного контакта, особенно по сравнению с теми дефлекторами, которые могут размещаться только через смотровой лаз в торцевой стенке резервуара. Кроме того, дефлектор согласно изобретению легко производить, его также легко выполнять в конфигурации, подходящей для покрытия стойким к коррозии материалом, особенно стеклом.

Технический результат достигается тем, что вогнутый дефлектор для размещения в резервуаре имеет вогнутую поверхность, определяемую двумя, по существу параллельными отрезками, соединенными друг с другом на концах смежными отрезками, сходящимися под углом, при этом дефлектор дополнительно включает средства для закрепления дефлектора так, чтобы отрезки, по существу, были параллельны к боковой стенке резервуара и отстояли от боковой стенки резервуара.

Средства для закрепления являются средствами для размещения дефлектора на первой торцевой стенке резервуара на небольшом расстоянии от боковой стороны резервуара, при этом вогнутая поверхность является криволинейной вогнутой поверхностью и отрезки, сходящиеся под углом, выполнены в форме дуги. Причем хорды, соединяющие концы каждой дуги, меньше одной четвертой диаметра резервуара.

Предпочтительно, дефлектор выполнен таких размеров, чтобы проходить через отверстие в первой торцевой стенке, которое меньше одной четвертой диаметра резервуара.

Целесообразно, чтобы средствами для размещения являлись средства для вертикального размещения от первой торцевой стенки, которая является верхней частью резервуара.

Дефлектор может быть покрыт стойким к коррозии материалом, например стеклом.

Дефлектор присоединен относительно окружности отверстия при помощи средств присоединения к фланцу, который прикреплен вокруг окружности и закрывает отверстие.

Дефлектор имеет скругленные углы и ребра, а также двойные криволинейные поверхности, присоединенные в месте размещения параллельных сегментных линий.

Предпочтительно, дефлектор выполнен из металлической трубы, имеющей противоположные внешние изогнутые наружу стороны, одна из изогнутых наружу сторон спрессована, чтобы инвертировать выпуклую кривую в вогнутую кривую, в соответствии с формой оставшейся противоположной выпуклой изогнутой стороны.

Описанные выше и другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут понятны для специалистов в этой отрасли из последующего описания со ссылкой на чертежи.

Фиг. 1 - схематический вид в разрезе резервуара, включающего предпочтительный вариант выполнения дефлектора согласно изобретению.

Фиг. 2 - вид верхней поддерживающей части дефлектора на фиг.1 в сечении по 2-2.

Фиг. 3 - вид дефлектора на фиг.1 в сечении по 3-3, показывающий дефлектор, образованный посредством сжатия трубы с вогнутым поперечным сечением, содержащим две криволинейные поверхности.

Фиг. 4 - альтернативный вариант поперечного сечения дефлектора согласно изобретению, показывающий вогнутое поперечное сечение, образованное пластинами, соединенными под углом "α".
Фиг. 5 - альтернативный вариант поперечного сечения дефлектора согласно изобретению, выполненного из пластин, соединенных под углом "α" с полой трубой.

Фиг. 6 - альтернативный вариант поперечного сечения дефлектора согласно изобретению, выполненного из пластины посредством сжатия с дугообразным поперечным сечением.

Фиг.7 - столбцовая диаграмма, показывающая дефлекторное действие различных конфигураций на нормированную мощность.

Под термином "дефлектор" понимается поверхность, используемая для прерывания потока жидкости в резервуаре, создаваемого вращающимися перемешивающими средствами. Такой дефлектор имеет длину (стороны) и ширину (края), определяющие поверхность, и обычно устанавливается в резервуаре так, чтобы длина была ориентирована в том же направлении, что и длина резервуара.

Под термином "резервуар" понимается, по существу, любой резервуар, который может содержать жидкость и вращающиеся перемешивающие средства. Резервуар может быть определен единственной боковой стеной, когда боковая стенка выполнена круглой формы, в виде цилиндра или может быть определен множеством боковых стенок, для формирования многоугольного поперечного сечения. Резервуары обычно имеют или круглое поперечное сечение с единственной изогнутой боковой стенкой, или прямоугольное поперечное сечение с четырьмя смежными боковыми стенками. Такие резервуары являются обычно резервуарами, имеющими круглое поперечное сечение. Основной корпус резервуара обычно выполнен цилиндрическим.

Под термином "вогнутая поверхность" понимается поверхность, имеющая ослабленную центральную часть. Главным образом, вогнутая поверхность определена двумя, по существу, параллельными линиями сегментов, соединенными друг с другом на их концах смежными сегментными линиями, сходящимися под углом. Параллельные линии и сегментные линии определяют поверхность дефлектора. Параллельные линии ориентированы по длине дефлектора. Кривые линии, соединяя параллельные сегментные линии, могут рассматриваться как бесконечное число смежных сегментных линий. Такие вогнутые поверхности могут быть выполнены разных видов, например в виде поверхности, выполненной из двух пластин, пересекающихся под углом, или поверхности, выполненной из пластин в форме полуэллипса, параболы или гиперболы.

Под выражением "видимая площадь поверхности" дефлектора понимается площадь, определяемая длиной дефлектора, помноженная на длину хорды, соединяющей концы параллельных сегментных линий. Хорда может также быть упомянута как "проектируемая ширина". Средства для установки в соответствии с изобретением могут быть опорами, поддерживающими дефлектор вдоль его длины, и боковой стенки резервуара, но в соответствии с изобретением обычно опора установлена на краю дефлектора для размещения дефлектора на краю стенки резервуара без установки на боковой стенке резервуара. Такая краевая опора может, например, быть присоединена болтами или приварена к крышке, которая прилегает к фланцу, окружающему смотровой лаз в верхней стенке резервуара. В таком случае смотровой лаз обычно меньше одной четвертой диаметра резервуара, и дефлектор имеет соответствующий размер для прохода через него.

Предпочтительно, дефлектор согласно изобретению покрыт стойким к коррозии материалом. Такими материалами могут быть пластмассы, керамика, стекло и стойкие к коррозии металлические сплавы. Предпочтительно стойким к коррозии покрытием является стекло. Под термином "стекло" понимается любая прилегающая неорганическая поверхность, выполненная из сплава водонерастворимых неорганических материалов. Такие стекла обычно некристаллические и выполнены из сплава оплавленного стекла. Примерами таких стекол являются различные силикатные стекла. Чтобы обеспечить "стеклование", дефлектор согласно изобретению обычно имеет скругленные углы и ребра. Такой дефлектор имеет изогнутые ребра, выполненные прессованием цилиндра, или трубы, имеющие противолежащие выпуклые изогнутые стороны, в деталь, чтобы привести в соответствие одну сторону вполовину) цилиндра или трубы, по существу, кривой другой половине цилиндра или трубы, чтобы выполнить вогнутую поверхность. В таком случае дефлектор принимает форму двойной криволинейной поверхности, присоединенной в местоположении параллельных сегментных линий.

Вогнутый дефлектор согласно изобретению может рассматриваться как определенный вид размещаемых дефлекторов, подходящих для использования в покрытых стеклом сосудах для смешивания. Такие размещаемые дефлекторы в предпочтительном исполнении расположены на расстоянии радиуса (r), который составляет 72-82% от полного радиуса сосуда (R), с проектируемой шириной (b), которая составляет 9-13% от диаметра сосуда (Т), и полной длиной, которая обеспечивает расположение по сосуду выпрямленной длиной 28, как показано на фиг. 1. По выбору может использоваться больше одного такого размещаемого дефлектора.

Как показано на фиг.1, дефлектор 10, в соответствии с изобретением, определенный параллельными сегментами линиями 30, 32 и прилегающими сегментными линиями 34, сходящимися под углом (фиг.3-6), может быть закреплен от горлового отверстия 12 или верхнего края 14, или донного края 18 сосуда для смешивания 16. Такое закрепление от верхнего края показано на фиг.1. Дефлектор также может быть установлен из отверстия в боковой стенке сосуда, хотя такая конфигурация является нетипичной. Дефлектор ориентируется так, чтобы вогнутая часть 20 дефлектора 10 была обращена к направлению потока 22, создаваемого вращающимся рабочим колесом 24 таким, какой обычно используется в сосудах для смешивания. В этой ориентации вогнутый дефлектор 10 согласно изобретению полностью прерывает неэффективный циркулирующий поток и преобразовывает его в эффективный трехмерный турбулентный поток.

В предпочтительном варианте изобретения, показанного на фиг.1, дефлектор 10 закреплен от горлышка 12 верхней части 14, сосуд 16 имеет полукруглое поперечное сечение, как показано на фиг.3. Это поперечное сечение предпочтительно полукруглое с полной хордой приблизительно 180^o. Этот профиль имеет необходимый высокий коэффициент натяжения, приблизительно 2, 3. Это значительно выше, чем коэффициенты натяжения для известных поперечных сечений, использованных для размещенных дефлекторов, и выше, чем у плоских дефлекторов, когда они используются в таком же количестве, как размещенные дефлекторы. Верхний край 26 дефлектора 10 может иметь круглое поперечное сечение для облегчения закрепления. Дефлектор может иметь другие вогнутые сечения, например, как показано на фиг. 4, 5 и 6. Другие вогнутые сечения в соответствии с изобретением также имеют высокие коэффициенты растяжения.

Вогнутый дефлектор согласно изобретению обеспечивает существенное улучшение эффективности дефлектора по сравнению с другими проектами размещаемых дефлекторов, потому что он может прерывать циркулирующий поток, вызванный рабочим колесом, в большей степени, с тем же числом элементов дефлектора и той же самой проектируемой шириной.

Эффективность дефлектора обозначена отличительным числом мощности системы рабочего колеса, используемой в соединении с данной системой дефлекторов. Для данного вида рабочего колеса с размахом (D), используемого на скорости (N) в полном сосуде, числом мощности рабочего колеса будет функция числа Рейнольдса (то есть режим потока) и вид дефлектора. Когда используются дефлекторы с четырьмя боковыми стенками, сосуд обеспечивает полное перегораживание с максимальным числом мощности. Когда используется менее чем четыре размещенных дефлектора, (в обычном случае), число мощности в данных числа Рейнольдса снижается. Чем больше эффективность дефлектора, тем меньше снижение числа мощности. Сравнение эффективности дефлектора показано на фиг.7, где один и второй вогнутые дефлекторы согласно изобретению по сравнению с полными дефлекторами (4 стандартных дефлектора), один и второй стандартные (то есть, закрепленные на стенке) дефлекторы, и один, и второй тонкие дефлекторы, которые рассматривались как наиболее эффективный вид размещаемых дефлекторов до настоящего изобретения. На фиг.7 ИЛТ означает "Изогнутое Лезвие Турбины" (рабочее колесо, обычно используемое в покрытых стеклом сосудах для смешивания); Re>100,000 определяет диапазон числа Рейнольдса (Re) для показанных данных и говорит о том, что поток полностью турбулентный и НМ "Нормированная Мощность" со всеми величинами, присущими числу мощности для случая полной дефлекции (4 стандартных дефлектора). На фиг.7 показано, что вогнутый дефлектор настоящего изобретения более эффективен, чем равное количество стандартного, размещенного на стенке или традиционного тонкого вида дефлекторов, и также эффективен, как четырехплоскостный дефлектор, когда используются только два вогнутых дефлектора.

Изобретение предназначено для использования при смешении. Дефлектор имеет вогнутую поверхность, определяемую двумя, по существу, параллельными отрезками, соединенными друг с другом на концах смежными отрезками, сходящимися под углом. Дефлектор дополнительно включает средства для закрепления так, чтобы отрезки были, по существу, параллельны к боковой стенке резервуара и отстояли от боковой стенки резервуара. Предпочтительно, средствами для закрепления являются средства для размещения дефлектора от одного края стенки резервуара без присоединения к боковой стенке резервуара. Вогнутая поверхность, предпочтительно криволинейная вогнутая поверхность, и смежные отрезки, сходящиеся под углом, выполнены в виде дуги. Дефлектор предпочтительно покрыт стеклом и выполнен такого размера, чтобы пройти через отверстие в первом крае стенки резервуара. Технической задачей является повышение эффективности работы дефлектора. 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Вогнутый дефлектор для размещения в резервуаре, характеризующийся тем, что он имеет вогнутую поверхность, определяемую двумя, по существу, параллельными отрезками, соединенными друг с другом на концах смежными отрезками, сходящимися под углом, при этом дефлектор дополнительно включает средства для закрепления дефлектора так, чтобы отрезки, по существу, были параллельны к боковой стенке резервуара и отстояли от боковой стенки резервуара. 2. Дефлектор по п.1, характеризующийся тем, что средства для закрепления являются средствами для размещения дефлектора на первой торцевой стенке резервуара на небольшом расстоянии от боковой стороны резервуара, при этом вогнутая поверхность является криволинейной вогнутой поверхностью и отрезки, сходящиеся под углом, выполнены в форме дуги. 3. Дефлектор по п.2, характеризующийся тем, что хорды, соединяющие концы каждой дуги, меньше одной четвертой диаметра резервуара. 4. Дефлектор по п.2 или 3, характеризующийся тем, что он выполнен таких размеров, чтобы проходить через отверстие в первой торцевой стенке, которое меньше одной четвертой диаметра резервуара. 5. Дефлектор по п.2, характеризующийся тем, что средствами для размещения являются средства для вертикального размещения от первой торцевой стенки, которая является верхней частью резервуара. 6. Дефлектор по п.1 или 2, характеризующийся тем, что дефлектор покрыт стойким к коррозии материалом. 7. Дефлектор по любому из пп.1-6, характеризующийся тем, что дефлектор покрыт стеклом. 8. Дефлектор по п.4, характеризующийся тем, что дефлектор присоединен относительно окружности отверстия при помощи средств присоединения к фланцу, который прикреплен вокруг окружности и закрывает отверстие. 9. Дефлектор по п.7, характеризующийся тем, что дефлектор имеет скругленные углы и ребра. 10. Дефлектор по п.2, характеризующийся тем, что дефлектор имеет двойные криволинейные поверхности, присоединенные в месте размещения параллельных сегментных линий. 11. Дефлектор по п.10, характеризующийся тем, что дефлектор имеет скругленные углы и ребра. 12. Дефлектор по п. 10 или 11, характеризующийся тем, что дефлектор покрыт стеклом. 13. Дефлектор по п.10, характеризующийся тем, что он выполнен из металлической трубы, имеющей противоположные внешние изогнутые наружу стороны, одна из изогнутых наружу сторон спрессована, чтобы инвертировать выпуклую кривую в вогнутую кривую, в соответствии с формой оставшейся противоположной выпуклой изогнутой стороны. 14. Дефлектор по п. 13, характеризующийся тем, что дефлектор покрыт стеклом.