ПРОПЕЛЛЕРНАЯ МЕШАЛКА КОНСТРУКЦИИ ЗЕМЛЯКОВА Н.В. ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ЖИДКИХ СРЕД Российский патент 2005 года по МПК B01F7/22 B01F7/16 

Изобретение относится к технике машин и аппаратов для перемешивания жидких сред, а более конкретно к устройствам механических пропеллерных мешалок, и может быть использовано в машинах и аппаратах для перемешивания жидких сред в пищевой, химической, биологической и других отраслях промышленности.

Известны устройства винтовых пропеллерных механических мешалок с крыловидным профилем лопастей [1], [2], [3]. Каждая такая мешалка выполнена из цилиндрической ступицы, к поверхности которой жестко прикреплены три профильные или плоскопрофильные лопасти, имеющие скругленные или прямолинейные кромки торцевых гребней. При этом плоскости всех лопастей мешалки относительно плоскости ее вращения повернуты на определенный острый угол, что позволяет каждой лопасти, как наклонной поверхности внедряться передней кромкой в массу жидкой среды и передвигать ее с определенной скоростью вдоль оси вращения, обеспечивая заданную интенсификацию перемешивания жидкой среды.

Недостатком устройства такой механической мешалки является то, что при ее вращении, жидкая среда не только смещается рабочими наклонными поверхностями лопастей вдоль оси вращения мешалки, но и за счет создаваемой при вращении центробежной силы часть массы жидкой среды устремляется в радиальном направлении вдоль лопастей. А затем эта масса срывается с концов лопастей и вдавливается в окружающую винт неподвижную массу жидкой среды, передавая ей всю кинетическую энергию, полученную при радиальном движении большой массы жидкой среды вдоль лопастей винтовой мешалки. В связи с этим снижается массоперенос вдоль оси мешалки и замедляется процесс перемешивания.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является трехлопастная мешалка [4], которая выполнена из цилиндрической ступицы, к поверхности которой жестко прикреплены три плоскопрофильные лопасти, имеющие прямолинейные кромки торцевых гребней. При этом плоскости всех лопастей мешалки относительно плоскости ее вращения повернуты на определенный острый угол, что позволяет каждой лопасти, как наклонной поверхности внедряться передней кромкой в массу жидкой среды и передвигать ее с определенной скоростью вдоль оси вращения, обеспечивая заданную интенсификацию перемешивания. Плоскопрофильность передней и задней кромки каждой лопасти позволяет более полно реализовать физические свойства наклонной поверхности лопасти при перемещении массы жидкой среды вдоль оси вращения.

Недостатком известного технического решения - прототипа, так же как и аналогов [1], [2] и [3] является то, что при вращении трехлопастной мешалки, жидкая среда не только смещается ее рабочими наклонными поверхностями лопастей вдоль оси вращения мешалки, но и за счет создаваемой при вращении центробежной силы часть массы жидкой среды с большой скоростью устремляется в радиальном направлении вдоль лопастей и затем срывается с торцевых гребней лопастей, вдавливаясь в окружающую винт неподвижную массу жидкой среды, передавая ей всю кинетическую энергию, полученную при радиальном движении большой массы жидкой среды вдоль лопастей винтовой мешалки. В связи с этим обстоятельством снижается массоперенос вдоль оси мешалки и замедляется процесс перемешивания жидкой среды.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в том, чтобы увеличить массоперенос вдоль оси вращения мешалки и увеличить интенсификацию процесса перемешивания.

Такое техническое решение достигается тем, что винтовая мешалка для перемешивания жидких сред, выполненная в виде сбалансированных и совмещенных на цилиндрической или эллипсоидной поверхности втулки нескольких лопастей, имеющих передние и задние кромки, и торцевые гребни которых составляют диаметр винта, а одна из двух поверхностей каждой лопасти является рабочей и составляет с плоскостью вращения острый угол, при этом торцевой гребень каждой лопасти загнут в сторону рабочей поверхности на угол β, имеющий интервал от 85° до 175°, а высота отогнутого гребня относительно рабочей поверхности составляет от 1% до 15% от величины диаметра винта, и радиус плавного перехода между рабочей поверхностью лопасти и рабочей поверхностью торцевого гребня составляет 1/3-1/15 часть от радиуса лопасти.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид мешалки. На фиг.2 изображен вид мешалки по стрелке А. На фиг.3 изображен вырыв концевой части лопасти по стрелке Б.

Устройство мешалки состоит из втулки 1, лопастей 2, имеющих передние кромки 3 и задние кромки 4, а также торцевые гребни 5. Каждая лопасть 2 имеет рабочую поверхность 6, которая наклонена к плоскости вращения на острый угол α. Торцевой гребень 5 имеет рабочую поверхность 7, которая наклонена к рабочей поверхности 6 на угол β. Втулка 1 жестко соединена с валом 8.

Мешалка работает следующим образом.

При вращении вала 8 каждая лопасть 2 врезается своей передней кромкой 3 в толщу перемешиваемой жидкой среды, и тогда за счет рабочей поверхности 6 каждой лопасти жидкость начинает смещаться вдоль рабочей поверхности 6 от передней кромки 3 к задней кромке 4. Это смещение жидкости от всех лопастей суммируется и направляется вдоль оси вращения 9. Но, поскольку при вращении мешалки, с помощью лопастей 2 жидкая среда закручивается вокруг оси 9, то в этой закрученной массе жидкости создается центробежная сила, которая направлена по радиусу вращения к периферии, то есть вдоль рабочей поверхности 6 каждой лопасти 2. А так как торцевые гребни 5 всех лопастей 2 загнуты на угол β, то жидкость, перемещаемая под действием центробежной силы, изменяет свое направление движения за счет радиуса плавного перехода R и рабочей поверхности 7 каждого гребня 5 и направляется далее вдоль оси вращения 9, то есть суммируясь с потоком жидкости, который перемещался вдоль оси 9 от действия рабочих поверхностей 6 каждой лопасти 2. При этом каждый гребень 5 загнут в сторону рабочей поверхности 6 и составляет относительно этой поверхности 6 высоту величиной h, которая относительно диаметра лопасти D может составлять интервал значений от 1% до 15%. Таким интервалом высоты гребня 5 можно регулировать интенсивность перемешивания. Интервал возможного угла β составляет от 85° до 175°, которым также в широком интервале можно регулировать интенсивность перемешивания жидких сред. Интервал радиуса плавного перехода R составляет величину от 1/3 до 1/15 относительно радиуса лопасти 2. Эта величина интервала позволяет выбрать для различных жидкостей минимальный коэффициент гидравлического сопротивления.

Такое устройство механической пропеллерной мешалки позволяет увеличить объем перемещаемой вдоль оси вращения жидкой массы за счет увеличения скорости осевого потока, а значит и увеличения безразмерного критерия Рейнольдса, что в целом увеличивает интенсификацию процесса перемешивания жидкой среды. Кроме того, для реализации некоторых технологических процессов перемешивания отпадает необходимость использования в перемешивающих аппаратах циркуляционной трубы, так как выброс жидкости за пределы диаметра такой мешалки не происходит.

Экспериментальные исследования подтвердили технологическую эффективность заявляемого устройства.

Источники информации

1. М.Я. Дикис, А.Н. Мальский. Технологическое оборудование консервных заводов. - М.: “Пищевая промышленность”, 1969. - 776 с.

2. В.Н. Стабников, В.Д. Попов, В.М. Лысянский. Процессы и аппараты пищевых производств. - М.: Пищевая промышленность, 1976. - 662 с.

3. Н.И. Гельперин. Основные процессы и аппараты химической технологии. Книга первая. - М.: Химия, 1981. - 383 с.

4. Э.А. Васильцов, В.Г. Ушаков. Аппараты для перемешивания жидких сред: Справочное пособие. - Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1979. - 272 с.

Изобретение относится к технике машин и аппаратов для перемешивания жидких сред с помощью механических пропеллерных мешалок и может быть использовано в машинах и аппаратах для перемешивания жидких сред в пищевой, химической, биологической и других отраслях промышленности. Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в том, чтобы увеличить массоперенос вдоль оси вращения мешалки и увеличить интенсификацию процесса перемешивания. Такое техническое решение достигается тем, что торцевой гребень каждой лопасти загнут в сторону рабочей поверхности на угол β, имеющий интервал от 85 до 175°, а высота отогнутого гребня относительно рабочей поверхности составляет от 1 до 15% от величины диаметра винта, и радиус плавного перехода между рабочей поверхностью лопасти и рабочей поверхностью торцевого гребня составляет 1/3-1/15 часть от радиуса лопасти. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Пропеллерная мешалка для перемешивания жидких сред, выполненная в виде сбалансированных и совмещенных на цилиндрической или эллипсоидной поверхности втулки нескольких лопастей, имеющих передние и задние кромки, и торцевые гребни которых составляют диаметр винта, а одна из двух поверхностей каждой лопасти является рабочей и составляет с плоскостью вращения острый угол, отличающаяся тем, что торцевой гребень каждой лопасти загнут в сторону рабочей поверхности на угол β, имеющий интервал от 85 до 175°, а высота отогнутого гребня относительно рабочей поверхности составляет от 1 до 15% от величины диаметра винта.2. Пропеллерная мешалка по п.1, отличающаяся тем, что радиус плавного перехода между рабочей поверхностью лопасти и рабочей поверхностью торцевого гребня составляет 1/3-1/15 радиуса лопасти.