СМЕСИТЕЛЬ Советский патент 1997 года по МПК B01F5/00 

Изобретение относится к технике перемешивания в гидродинамическом кавитационном поле и может быть использовано в химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности, где требуется осуществлять процесс перемешивания.

Целью изобретения является повышение эффективности перемешивания.

На фиг.1 приведен общий вид смесителя, разрез; на фиг.2 выполнение привода перемещения накладок; на фиг.3 формы накладок при перемещении их задних и средних частей.

Смеситель содержит корпус 1 с установленными внутри кавитаторами, выполненными в виде лопастей с клиновидной формой сечения и острой передней кромкой. Лопасти 2 имеют накладки 3 и 4, задние части которых соединены с приводом 5 поперечного перемещения, выполненным в виде штока 6, на наружной поверхности которого имеются разнонаправленные винтовые нарезки 7 и 8, контактирующие с втулками 9 и 10, соединенные с накладками 3 и 4 соответственно. Смеситель снабжен дополнительным приводом 11 поперечного перемещения накладок 3 и 4, выполненным в виде штока 12, на наружной поверхности которого имеются разнонаправленные винтовые нарезки 13 и 14, контактирующие с втулками 15 и 16, соединенными со средними частями накладок 3 и 4 соответственно. Накладки 3 и 4 выполнены гибкими. Винтовые нарезки 7 и 13, соединенные с накладкой 3, и винтовые нарезки 8 и 14, соединенные с накладкой 4, выполнены разнонаправленными.

Смеситель работает следующим образом.

Смешиваемые компоненты поступают в патрубок подачи 17. При обтекании лопастей 2 с накладками 3 и 4 за счет сужения проходного сечения и закручивания потока скорость потока возрастает, а давление понижается. В месте наибольшего сужения потока давление понижается до величины давления насыщенных паров, и на задних кромках накладок образуются кавитационные микропузырьки, заполненные парогазовой смесью, которые смыкаются в каверну.

По мере движения кавитационные пузырьки увеличиваются в размерах и, попадая в область повышенного давления, микропузырьки, достигнув критических размеров, схлопываются с образованием кумулятивных микроструй со скоростями порядка 10⁵ м/с и ударными давлениями порядка 10⁴-10⁵ кгс/см². Эти микроструи оказывают интенсивное размалывающее и перемешивающее воздействия на обрабатываемую смесь.

Далее обработанная смесь поступает через патрубок отвода 18 в технологический трубопровод, по которому она транспортируется со скоростью 1-2 м/с.

Схлопывание кавитационных микропузырьков происходит в хвостовой части каверны и интенсивность воздействия микроструй определяется количеством образующихся микропузырьков и размерами, которых достигают пузырьки перед схлопыванием.

Относительная длина каверны зависит от размера кавитирующего элемента и его положения относительно оси потока.

Перемещение накладок 3 и 4 относительно лопасти 2 изменяет кривизну поверхностей, обтекаемых потоком, что вызывает интенсивную закрутку потока.

Одновременное перемещение средних и задних частей накладок 3 и 4 в направлении от лопасти 2 к корпусу 1 приводит к интенсификации закрутки потока.

При этом потоки смеси, закрученные соседними лопастями 2 с их соответствующими накладками, взаимодействуют между собой с образованием микровихрей, которые, срываясь с задних кромок накладок 3 и 4, вызывают генерирование дополнительного количества кавитационных микропузырьков.

Если средние части накладок 3 и 4 отведены от лопасти 2, а задние части их приближены к лопасти 2, то происходит перемещение места образования кавитационных пузырьков в направлении к средней части накладок 3 и 4. Это приводит к увеличению времени существования микропузырьков и, следовательно, к увеличению размеров пузырьков в момент их схлопывания, что повышает интенсивность воздействия. На накладках 3 и 4 за местами образования пузырьков по ходу потока образуются так называемые "мертвые зоны", в которых наблюдается вихреобразование. В этих вихрях давление дополнительно понижается, причем это является причиной возникновения дополнительного количества кавитационных пузырьков.

Кроме того, эти вихри взаимодействуют с кавитационными пузырьками, образованными вблизи средних частей накладок 3 и 4, разрушают их, дробя на более мелкие, что резко увеличивает количество пузырьков и интенсивность обработки.

Изменение кривизны поверхности, обтекаемой потоком, позволяет в широких пределах изменять интенсивность кавитационного воздействия.

Выполнение лопастей 2 клиновидной формы с острой передней кромкой позволяет снизить сопротивление потоку смеси и предотвращает возникновение кавитационных пузырьков на лопастях и их кавитационный износ.

Пусть в начальный момент времени задние и средние части накладок максимально прижаты к лопастям. При движении потока смеси через смеситель с постоянным расходом, обеспечиваемым, например, автоматической системой стабилизации расхода, за кавитатором образуется каверна с относительной длиной , что соответствует интенсивности кавитационного воздействия E₁, которая удовлетворяет требованиям к качеству конечного продукта.

При необходимости повысить интенсивность кавитационного воздействия включают привод 5 вращательного действия, крутящий момент от которого передается штоку 6 привода втулок 9 и 10, соединенных с накладками 3 и 4.

Наружные винтовые нарезки 7 и 8 штока 6 привода задних частей накладок 3 и 4 и внутренние винтовые поверхности соответствующих втулок 9 и 10 могут быть выполнены однонаправленными либо разнонаправленными. Хотя и при однонаправленности и при разнонаправленности винтовых поверхностей втулок 9 и 10 происходит изменение закрутки потока, но при разнонаправленности диапазон изменений шире.

Для дальнейшей интенсификации воздействия включают привод 11 вращательного действия, который передает крутящий момент штоку 12 привода втулок 15 и 16, соединенных со средними частями накладок 3 и 4.

Вращательное движение штока 12 привода средних частей накладок 3 и 4 преобразуется в поступательное движение втулок 15 и 16, которое передается средним частям накладок 3 и 4. Винтовые нарезки 13 и 14 штока 12 привода средних частей накладок 3 и 4 могут быть выполнены однонаправленными или разнонаправленными. Проведенные испытания показали, что при разнонаправленности перемещения средних частей накладок 3 и 4 достигается большая закрутка потока и, следовательно, происходит генерирование большего количества кавитационных микропузырьков, чем при однонаправленности перемещения средних частей накладок 3 и 4. Поэтому разнонаправленность перемещения средних частей накладок 3 и 4 предпочтительнее.

Изобретение позволяет за счет расширения диапазона управления интенсивностью смещения добиваться оптимальной интенсивности кавитационного воздействия для проведения смешения как гомогенных, так и гетерогенных потоков при одновременном снижении энергозатрат на 10-15% Применение изобретения при производстве смазочно-охлаждающих жидкостей позволяет интенсифицировать процесс смешения и диспергирования жидкостей с вязкостью 10-100 сСт.

Изобретение относится к технике перемешивания в гидродинамическом кавитационном поле и может быть использовано в химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности, где требуется осуществлять процесс перемешивания. Целью изобретения является повышение эффективности перемешивания. Смеситель содержит корпус с установленными внутри кавитаторами, выполненными в виде лопастей с клиновидной формой сечения и острой передней кромкой. Лопасти имеют накладки, задние части которых соединены с приводом поперечного перемещения, выполненным в виде штока, на наружной поверхности которого имеются разнонаправленные винтовые нарезки, контактирующие с втулками, соединенными с накладками. Смеситель снабжен дополнительным приводом поперечного перемещения накладок, выполненным в виде штока, на наружной поверхности которого имеются разнонаправленные винтовые нарезки, контактирующие с втулками, соединенными со средними частями накладок. Накладки выполнены гибкими. Наружные поверхности штоков основного и дополнительного приводов, соединенные с одной и той же накладкой, имеют разнонаправленные винтовые нарезки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Смеситель, содержащий корпус с установленными внутри кавитаторами, выполненными в виде лопастей с клиновидной формой сечения и острой передней кромкой, имеющих накладки, задние части которых соединены с приводом поперечного перемещения, выполненным в виде штока, на наружной поверхности которого имеются разнонаправленные винтовые нарезки, соединенные с накладками, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности перемешивания, он снабжен дополнительным приводом поперечного перемещения накладок, выполненным в виде штока, на наружной поверхности которого имеются разнонаправленные винтовые нарезки, соединенные со средними частями накладок, при этом накладки выполнены гибкими. 2. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что наружные поверхности штоков основного и дополнительного приводов, соединенные с одной и той же накладкой, имеют разнонаправленные винтовые нарезки.