СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ФОРМОВОЧНОЙ СМЕСИ Российский патент 2006 года по МПК B22C5/04 

Изобретение относится к смесителям периодического действия для перемешивания сыпучих материалов, в частности для приготовления формовочных смесей, используемых в литейном производстве.

Стремление максимально интенсифицировать процесс перемешивания компонентов формовочной смеси, обеспечить высокую однородность ее состава и исключить образование комьев привело к созданию смесителей с вихревыми головками, которые одновременно с перемешиванием компонентов смеси производят и ее аэрацию, способствуя приготовлению смеси высокого качества.

Известен, например, смеситель с неподвижными боковыми стенками чаши и вращающимся днищем (патент ФРГ, МПК В 22 С 5/04, DE 2828444 С2, оп. 23.06.83), в котором эксцентрично расположенная по отношению к центру чаши вихревая головка обрабатывает смесь, подаваемую к ней на вращающемся днище. Дополнительный эффект перемешивания достигается за счет отклонения массы смеси от центра чаши к ее периферии с помощью специального неподвижного плужка, расположенного в центре чаши.

Недостатком предложенной конструкции является затрудненный и относительно медленный массообмен между верхними слоями смеси и слоями, расположенными вблизи днища.

Для устранения этого недостатка в другом известном смесителе с вращающейся чашей фирмы «EIRICH» (Giesserei, 66 (1979), s.47-48) последняя выполнена с наклоном к горизонту, что обеспечивает необходимую циркуляцию между верхними и нижними слоями смеси. Кроме того, в смесителях указанной фирмы предусмотрен еще один дополнительный рабочий орган - роторная головка с медленно вращающимися плужками, которые осуществляют перемещение смеси от центра вращающейся чаши к ее боковым стенкам. Однако и эта конструкция не лишена недостатков - выпуск смеси из непрерывно вращающейся чаши смесителя возможен только через люк, расположенный в центральной части чаши, что создает большие неудобства для установки таких смесителей в литейных цехах взамен смесителей устаревших конструкций.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по конструкции и достигаемому техническому эффекту является турбовихревой смеситель по патенту фирмы BMD (МПК В 22 С 5/04, СН 572772, оп. 1.04.1974). Смеситель имеет неподвижную чашу с двумя типами рабочих органов. Первый из них представляет собой блок из трех вращающихся относительно центральной оси смесителя плужков, второй - эксцентрично расположенную относительно оси чаши вихревую головку, установленную с наклоном к днищу смесителя, рабочие лопатки которой, закрепленные на вихревой головке в один ряд и под углом 90° относительно друг друга, вращаются в противоположном направлении по отношению к вращению блока плужков. Если число устанавливаемых в смесителе вихревых головок больше одной, то они размещаются внутри чаши таким образом, чтобы плужки не подходили одновременно к двум и более из них. При работе смесителя рабочие лопатки вихревых головок захватывают верхние слои смеси, перемещаемой по днищу чаши. Чтобы обеспечить более интенсивное движение смеси внутри чаши, плужки смесителя от боковой поверхности чаши до центральной ступицы облицованы большим количеством вертикально расположенных пластин.

К числу недостатков этого смесителя можно отнести следующие:

1. Большое расстояние между лопатками вихревой головки и плужками обеспечивает захват лопатками только верхних слоев перемещающейся в чаше смеси, что существенно снижает эффективность работы смесителя, поскольку при прохождении плужков под вихревыми головками в каждом рабочем цикле не происходит перемешивания верхних слоев смеси со смесью, поднимаемой плужками с днища смесителя.

2. Расположение лопаток на вихревой головке в один ряд, большая площадь каждой лопатки и расположение их относительно друг друга под углом 90° не способствуют интенсификации процесса измельчения комьев поступающей в смеситель отработанной смеси, что существенно снижает эффективность процесса перемешивания смеси, уменьшает размеры рабочей зоны вихревой головки, а большая площадь лопаток и их взаимно перпендикулярное расположение вызывают, кроме того, возникновение при работе смесителя больших пиковых нагрузок на электродвигатель привода вихревой головки, приводя к необходимости использовать двигатели более высокой мощности.

Технической задачей изобретения является:

- обеспечение интенсивного перемешивания верхних слоев смеси со смесью, поднимаемой плужками с днища смесителя;

- интенсификация процесса измельчения комьев поступающей в смеситель отработанной смеси;

- снижение нагрузок на приводы блока плужков и вихревых головок.

Техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения является:

- повышение эффективности процессов массообмена и перемешивания компонентов формовочной смеси, сокращение длительности рабочего цикла;

- интенсификация процесса измельчения комьев смеси и обеспечение высокой структурной однородности смеси;

- снижение нагрузок на приводы блока плужков и вихревых головок.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в смесителе с неподвижной чашей и вращающимся относительно центральной оси чаши блоком из трех плужков, а также с эксцентрично расположенными относительно чаши одной или несколькими вихревыми головками, на каждой из которых закреплены лопатки, направление вращения которых противоположно направлению вращения блока плужков, лопатки вихревых головок расположены по спирали со смещением каждой последующей нижележащей лопатки относительно предыдущей на угол 45-60°. Этот эффект достигается также тем, что угол наклона рабочей поверхности плужков относительно плоскости днища чаши составляет 25-45°. Кроме того, достижению указанного результата способствует и то, что вихревая головка расположена внутри корпуса смесителя таким образом, что расстояние лопаток нижнего ряда вихревой головки от верхней кромки плужков составляет 10-15 мм.

Расположение лопаток вихревой головки по спирали обеспечивает более равномерную обработку смеси, подаваемой к вихревой головке. В результате уменьшается объем смеси, захватываемый каждой лопаткой, а при прохождении волны смеси через вихревую головку с интервалами времени, соответствующими углам смещения лопаток 45-60°, в объеме обрабатываемой смеси создается большое количество площадок сдвига, на которых наиболее интенсивно идут процессы массообмена и перемешивания компонентов смеси. С другой стороны, при постепенном внедрении в волну смеси все большего числа лопаток вихревой головки достигается плавное нарастание нагрузок на привод вихревой головки, снижаются пиковые нагрузки, возникающие при каждом прохождении плужков. В зависимости от объема перемешиваемой смеси на вихревой головке может быть установлено от 6 до 12 рядов лопаток.

Взаимное смещение лопаток, последовательно расположенных относительно друг друга от 45 до 60°, является оптимальным, так как обеспечивает одновременное вхождение в поток формовочной смеси не более 50% лопаток от их общего числа в вихревой головке, что способствует снижению действующих на вихревую головку нагрузок.

Выбор угла наклона рабочей поверхности плужков к днищу чаши смесителя в пределах 25-45°, с одной стороны, обеспечивает снижение лобового сопротивления движению плужков в смеси и соответствующее снижение нагрузок на привод блока плужков, а с другой стороны, позволяет осуществить технологически необходимый подъем смеси с днища смесителя на высоту, соответствующую рабочей высоте вихревой головки.

При меньшем угле наклона плужков уменьшается скорость кругового движения верхних слоев смеси внутри чаши смесителя, что ведет к сокращению массообмена между слоями смеси, расположенными на разном расстоянии от днища смесителя. При увеличении угла наклона плужков выше 45° происходит резкое возрастание лобового сопротивление плужков с соответствующим увеличением потребляемой мощности их привода.

Если расстояние от нижней лопатки вихревой головки до верхней кромки плужков составляет 10-15 мм, обеспечивается наиболее полное перемешивание всех слоев смеси, поданной плужками к вихревой головке, а, соответственно, возрастает и эффективность процесса. При этом минимальный зазор между верхней кромкой плужка и вихревой головкой определяется точностью изготовления и монтажа вихревой головки на корпусе смесителя.

На фиг.1 представлен разрез смесителя, на фиг.2 - вид смесителя в плане, на фиг.3 - схема обработки потока смеси вихревой головкой со спиральным расположением лопаток, где: 1 - чаша смесителя; 2 - блок плужков; 3 - вихревая головка; 4 - рабочие лопатки вихревой головки; 5 - люк для выгрузки смеси.

Процесс перемешивания компонентов смеси в предлагаемом смесителе осуществляется двумя типами рабочих органов: лопатками 4 вихревых головок 3 и плужками блока плужков 2. При своем вращении плужки периодически, поднимают смесь с днища смесителя и переворачивают ее, а при подходе к вихревой головке поднимают смесь и подают ее на быстровращающиеся лопатки последней. Лопатки внедряются в смесь, сжимают ее и, подхватывая часть смеси своей рабочей поверхностью, отбрасывают к противолежащей стенке смесителя, разрыхляя и перемешивая ее. Под действием плужков смесь постоянно циркулирует в объеме чаши 1. В ходе каждого оборота она многократно подвергается силовому воздействию и плужков, и лопаток, что способствует качественному перемешиванию всех составляющих компонентов смеси. После окончания рабочего цикла перемешивания производится выгрузка готовой смеси через люк 5.

При обработке большой массы смеси с целью интенсификации процесса перемешивания в смесителе может быть установлена не одна вихревая головка, а две или более. Наиболее целесообразно осуществлять установку нескольких вихревых головок при возрастании диаметра рабочей чаши, что позволит производить обработку смеси одновременно на нескольких участках ее площади.

Изобретение может быть использовано для приготовления формовочных смесей, используемых в литейном производстве. Смеситель содержит неподвижную чашу, в которой расположены вращающийся относительно центральной оси чаши блок из трех плужков и одна или несколько вихревых головок. На каждой из вихревых головок закреплены лопатки, направление вращения которых противоположно направлению вращения блока плужков. Лопатки вихревых головок расположены по спирали со смещением каждой последующей нижележащей лопатки относительно предыдущей на угол 45-60°. Обеспечивается равномерная обработка и структурная однородность смеси. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Смеситель для приготовления формовочной смеси, содержащий неподвижную чашу, расположенные внутри чаши вращающийся относительно центральной оси чаши блок из трех плужков и эксцентрично установленные одну или несколько вихревых головок, на каждой из которых закреплены лопатки, направление вращения которых противоположно направлению вращения блока плужков, отличающийся тем, что лопатки вихревых головок расположены по спирали со смещением каждой последующей нижележащей лопатки относительно предыдущей на угол 45-60°.2. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что угол наклона рабочей поверхности плужков относительно плоскости днища чаши составляет 25-45°.3. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что вихревые головки установлены таким образом, что расстояние лопаток нижнего ряда вихревых головок от верхней кромки плужков составляет 10-15 мм.