Устройство для перемешивания жидкостей Советский патент 1981 года по МПК C25D21/10 

Изобретение относится к области гальванической и химической обработк деталей, в частности к устройствам для перемешивания жидкостей в емкостях, например в прямоугольных ваннах По основному авт.св.К 768862 извес но устройство для перемешивания жидкостей, содержащее воздухоподводящую магистраль и перфорированную трубумешалку, шарнирно соединенную своей центральной частью с воздухоподводя- щей магистралью и имекнцей лопасти, шарнирно установленные на ее концах. В известном устройстве труба-мешалка выполнена в виде направлякмцей для поступательного и вращательного движений, устройство снабжено втулками, расположенными на трубе-мешалке с возможностью поворота вокруг ее оси и поступательного перемещения вдоль оси трубы-мешалки, на втулках под положительным углом атаки жестко закреплены пластины, плоскости которых параллельны оси трубы-мешалки ИЛИ проходят через нее, а втулки зафиксированы в одном из положений на направляюяр х с помощью стопоров, например винтовых, при этом величина полоэвительного угла атаки не превьшгает 18 . Величина подъемной сипы, возникаю щая на пластинах, расположенных под положительным углом атаки к набегакщему потоку перемешиваемой жидкости, зависит от многих факторов: площади и формы в плане пластин их профш я (т.е формы их поперечного сечения) массовой плотности жидкости, угла атаки и ., а также скорости тру бы,мешалки) и соответственно от скорости пластин, расположенных на определенном расстоянии от центра врацения трубы-мешалки. В свою очередь, скорость вращения труйл-мешалки зависит От реактивной силы, приложенной к трубе-мешалке, создающей при истечении воздуха из отверстий в перфорированной трубе-мешалке и зависящей

от давлегмя в воздухоподводящей магистрали, плотности воздуха (газа, диаметра отверстий, из которых выходит воздух, количества этих отверстий и т.д. Г .

Недостатком известной конструкции является то, что расположенные с определенным шагом на трубе-мешалке отверстия для выхода воздуха могут быть при регулировании положения втулок частично или полностью перекрыты втулками, что приводит к снижению надежности устройства, к снижению ег эффективности, т еньшению скорости вращеш-1я трубы-мешалки, увеличению времени перемепшвания жидкости (и соответственно к снижению производительности устройства).

Цель изобретения повышение производительности.

Поставленная даль достигается тем что втулка с пластинами выполнена в виде нескольких колец, расположенных на трубе-мешалке с шагом, неравным шагу перфорации на трубе-мешалке а ширина колец меньше расстояния между двумя соседними отверстиями перфор&.ции.

На фиг,1 изображено устройство, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг,1; на фиг.З - вид Б на фиг.25 на фиг.4 - разрез В-В на фнг.З; на фиг.З - сечение Г-Г на фиг.З.

Устройство для перемешивания лсидкостей содержит воздухоподводящую магистрдоь 1, перфорированную трубуMejiianKy 2 с допастямн 3,. шарнирно установленными на ее концах.

Места установки лопастей 3 могут, быть снабжены, например, пружинящими шарнирными соединениями 4.Перфорированная труба-мешалка 2 с помощью шарнирного соединения 5 взаимодействует с воздухоподводяш:ей магистралью 1.

Перфорированная труба-мешалка 2 имеет в плоскости вращения отверстиясопла б, причем-, эти отверстия-сопла в каждой половине перфорированной трубы-мешалки 2 направлены в противоположные стороны от направления вра- ш;ения. .

Труба-мешалка 2 выполнена,например в виде циливдрических направляющих 7 и 8 (фиг.3,4 и 5).Устройство снабжено втулками 9 и 10, расположенньми на трубе-мешалке 2 с возможностью поворота вокруг ее оси, поступательного перемещения вдоль оси трубы-мешалки

2 и фиксации в одном из положений на направляющих 7 и 8. Фиксация вту- лок 9 и 10 на направляющих 7 и 8 осуществляется с помощью .стопоров,

например винтовых, после смещения в необходимое положение втулок 9 и 10 вдоль оси трубы-мешалки 2 или после поворота втулок вокруг оси трубы-мешалки (причем указанные смещения и поворот могут быть произведены одновременно).

Винты 11 и 12 стопоров, расположенные на втулках-ползунах с помощью винтового перемещения, взаимоj действуют с соответствукяцими цилиндрическими направляющими 7 и 8 трубымешалки 2.

На втулках 9 и JO закреплены, например, с помощью сварки пластины 13 и 14, ПЛО.СКОСТИ которых параллельны оси трубы-мешалки 2 (фиг.З и 4), Плоскости, в которых расположены пластины 13 и 14 могут проходить через ось трубы-мешалки 2, т.е. ось трубы-мешалки 2 в этом находится в плоскости, в которой расположены пластины 13 и 14.

Каждая втулка выполнена в.виде двух или нескольких колец 15, установленных на направляющих,7 и 8 с шагом а, неравным шагу в отверстий перфорации на трубе-мешалке 2. Кольца 15 жестко связаны между собой, например, с помощью сварки, пластиной 13 или 14, расположенной под

5 положительным углом атаки о. к набегающему потоку пepe iЁшивaeмoй жидкости.

Ширина колец 15 меньше расстояния между двумя соседюти отверстиями

0 б перфорации.

Устройство работает следующим образом. ..

В процессе работы сжатый воздух через подводящую магистраль 1 и шарнирное соединение 5 поступает в свободно вращающуюся перфорированную трубу-мешалку 2,

Отверстия-сопла б в каждой половине перфорированной трубы-мешалки

0 направлеи. в противоположные стороны от направления вращения.

Сжатый воздух, выходя из отверстия каждого сопла б создает реактйв1в 1е сиша, с помощью которых перфорированной трубе-мешалке 2 сообщается определенный момент и она начинает вращаться вокруг поперечной оси. Вращаясь, перфорированная труба-ме5|шалка 2 с. установленными на ее конца лопастями 3, перемешивает жидкость в технологической ванне. При этом лонасти 3 при взаимодейс вии со стенками ванны складываются, что обеспечивает беспрепятственное вращение перфорированной трубе-мешал ке 2, размер которой вместе с лопаст ми больше минимального расстояния между стенками ванны. Для придания перфорированной трубе-мешалке 2 нулевой плавучести при определенной скорости перемешивания жидкости создают подъемную силу на пластинах, которые располагают под необходимым положительным углом атаки et . Угол атаки считается положительным, когда поток жидкости (или газа) набегает на нижнюю поверхность пластины. При вращении перфорированной трубы-мешалки 2 под действием реактивных сил, создаваемых при выходе воздуха из сопел 6, на пластинах 13 и 14, расположенных под необходимым положительным углом атаки с(, т.е. при несимметричном обтекании профиля потоком жидкости, над каждой пластиной создается область пониженного давления, обозначенная значком -, а под пластиной - область повышенног давления, обозначенная значком +. В этом случае в результате образовавшейся разности давлений, возникае полная аэродинамическая (гидродинамическая) сила R, направленная под некоторым углом к набегающему потоку иондкости газа). При этом величина полной аэродинамической силы и ее отклонение от направления потока зав сит от . Величина угла А не превьш1ает 18°, т.е. 18, причем при угле oL 18 ° подъемная сила резко падает, возрастает турбулен ность потока и лобовое сопротивление Полную аэродинамическую .силу R можно условно разложить для данного случая на две составляющие: подъемну силу У, действующую перпендикулярно направлению набегающего потока жидко ти, и силу лобового сопротивления X, действующую по направлению набегающего потока жидкости. Указанные аэродинамические (гидро динамические) силы математически определяются по следующим формулам с 6 - а ( -7; 6 у и Cj - соответственно безразмерные коэффициенты полной аэродинамической силы R, подъемной силы ,V и силы лобового сопротивления X, зависящие от формы профиля и формы пластины в плане, состояния поверхно- сти пластины положения ее относи- тельно набегшощего потока жидкости и т.д. S - площадь пластины в плане: . Р - массовая плотность жидкости f скорость движения жидкости относительно пластины или пластины относительно жидкости} - скоростной напор рса физирси известно, что линейость при вращении точки вокруг жается формулой Rn , линейная скорость при вращении; - расстояние (радиус точки от оси вращения; - число оборотов в секунду, ейная скорость при вращеш-ш ональна числу оборотов в едимени и радиусу, на котором ена вращающаяся точка, авляя вьфажение линейной сков формулу для R,Y и X полу ft U rc,,±:.21Ein. V r f g p ttx1) вательно, указанные величим числе и подъемная сила Y от угла атаки ot , входящего мерные коэффициенты, от квадиуса, на котором находится яся точка, и от квадрата чистов в единицу време1да. / Поэтому, перемещая втулки 9 и 10, например, вдоль цилиндрических направляющих 7 и 8, увеличивают или уменьшают радиус, на котором эти пла тины находятся, тем самым увеличивая или уменьшая при одних и тех же оборотах и одном и том же угле атаки .пластин их линейную скорость и соответственно подъемную силу, которая пропорциональна квадрату радиуса, на котором расположены указанные пластины. Возможность изменения места расположения втулок с пластинами на направляющих (т.е. возможность изменения точки приложения подъемной силы), позволяет рационально подобрать место расположения втулок-ползунов и обеспечить тем самым минимальные изгибные деформации трубымешалки. При повороте втулок 9 и 10, а вместе с ними и пластин 13 и 14, изменяется угол атаки dL , что, в конечном счете,приводит к изменению величины подъемной силы Y И разгруз ке шарнира 5. Втулки 9 и 10 выполнены в виде двух или нескольких колец 13, установленных на направляющих 7 и 8 с шагом а, неравным шагу в перфора ции на трубе-мешалке 2, а ширина колец меньше расстояния между двумя соседними отверстиями перфорации. Это дает возможность устанавливать кольца 15 между отверстиями-соплами не закрывая их и обеспечивая свободный выход воздуха из трубы-мешалки 2. Фиксация в необходимом положении втулок 9 и 10 на направляющих осущес вляется с помощью стопорных винтов и и 12. Предложенное устройство позволяет также изменять плавучесть трубы-меша ки непосредственно во время ее движения, увеличивая или уменьшая величину подъемной силы путем изменения скорости вращения трубы-мешалки при увеличении или уменьшении реактивной силь струй сжатого воздуха, выходящего из сопел 6, т.е. путем изменения давления воздуха (и соответствен но его расхода) в воздухоподводящей магистрали . Таким образом, предложенное устройство универсально, так как позволяет, варьируя углом атаки пластин. их месторасположением и скоростью вращения, оптимально подобрать величины подъемной силы и лобового сопротивления V такие, которые обеспечивают нулевую плавучесть трубе-мешалке и минимальные ее деформации изгиба от собственного веса при минималь- энергозатратах. Все это позволяет эффективно разгрузить шарнир, соединяющий перфорированную трубу-мешалку 2 с. воздухоподводящей магистралью, что приводат к увеличению долговечности шарнира, а также к уменьшению момента сопротивления от сил трения в этом шарнире. Кроме того, устранение изгибных деформаций от собственного веса перфорированной трубы-мешалки позволяет уменьшить зазоры в шарнире, что в свою очередь уменьшает утечку воздуха и повьпиает КПД установки. Вьшолнение втулок в виде двух или нескольких колец,установленных на направляющих с шагом, неравшлм шагу перфорации на трубе-мешалке и жестко связанных между собой пластиной, с шириной колец меньшей расстояния между двумя соседними отверстиями перфорации позволяет разместить втулки на направляющих так, чтобы кольца, из которых состоят эти втулкиползуны, установились между отверс- .тиямн, что обеспечивает беспрепятственный выход воздуха из отверстийсопел, т.е. такое выполнение втулок позволяет при регулировании их места расположения на направляющих не закрывать отверстия-сопла в месте усг тановкй втулок, обеспечивает работу всех отверстий-сопел, что повьшает также надежность устройства. Формула изобретеш я Устройство для перемешивания жидкостей по авт.св. № 768862, отличающееся тем, что, с целью повьшгения производительности, втулка с пластинами вьшолнена в виде нескольких колец, расположенных на трубе-мешалке с шагом, неравным шагу перфорации на трубе-мешалке, а ширина колец меньше расстояния мезвду двумя соседними отверстиями перфорации. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 768862, кл. С 2515 21/10, 1978. Сжатый воздух Фиг, 2 11 Ю

Bi/96

- S -I --I

r

Фиг.З

If

/

ФигЛ

Фиг. 5