RU2056921C1

RU2056921C1 - Mixer working head

Info

Publication number: RU2056921C1
Application number: RU93033283A
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Арутюнов; Л.А. Гориславская
Original assignee: Арутюнов Юрий Артемович
Priority date: 1993-06-25
Filing date: 1993-06-25
Publication date: 1996-03-27

Abstract

FIELD: chemical, construction industries. SUBSTANCE: mixer working head has vertical shaft 1 with fixed on it blades 2 and 3. Blades are made in the form of Moebius sheets and are located on shaft as mirror images of each other. Space between blades is 2 - 4 diameters of blade. EFFECT: improved design. 10 dwg

Description

Изобретение относится к конструкции устройств для смешения двух и более ингредиентов, например жидкостей, сыпучих веществ и их комбинаций. The invention relates to the design of devices for mixing two or more ingredients, for example liquids, solids and their combinations.

Известен рабочий орган смесителя, содержащий вертикальный вал с закрепленным на нем основным перемешивающим органом в виде замкнутой односторонней поверхности типа листа Мебиуса и по крайней мере одним дополнительным перемешивающим органом, изогнутым по винтовой линии и закрепленным на валу со смещением относительно основного по фазе. Каждая поверхность типа листа Мебиуса соединена с валом по диаметральным образующим [1]
Недостатками рабочего органа смесителя являются низкая эффективность перемешивания обрабатываемых ингредиентов и повышенные затраты энергии и времени на перемешивание.Known working body of the mixer, containing a vertical shaft fixed to it with the main mixing body in the form of a closed one-sided surface such as a Moebius sheet and at least one additional mixing body, curved along a helical line and mounted on the shaft with an offset relative to the main phase. Each surface of a Mobius strip type is connected to the shaft by diametrical generators [1]
The disadvantages of the working body of the mixer are the low efficiency of mixing the processed ingredients and the increased cost of energy and time for mixing.

Известен рабочий орган смесителя, содержащий лопасти, прикрепленные своими торцами в двух местах к центральному несущему элементу типа вала рабочего колеса. Лопасти имеют арочную конструкцию и закручены на 90^о по своим торцам. Развертка лопастей, выполненных заодно друг с другом (т.е. двух лопастей на плоскости), представляет собой S-образную фигуру с прямолинейным участком у места крепления лопастей к валу и закругленными участками по концам фигуры. Т.е. средняя линии S-образной фигуры выполнена в виде прямой линии у оси вала. В этом месте лопасти прикреплены к валу перпендикулярно его оси. Угол же средней линии одной лопасти равен 180^о, т.е. крайние точки фигуры соединены прямой линией, проходящей через ось вала. Модифицированная лопасть рабочего органа имеет раздельные детали, прикрепленные к трубчатому несущему элементу валу [2]
Недостаток приведенного рабочего органа заключается в низкой эффективности смешения. Это объясняется тем, что при больших скоростях вращения n ≈ 5000 8000 об/мин, на которых работают современные смесители, эффект перемешивания вдоль оси вала исчезает, так как составляющая скорости в этом направлении по сравнению с окружными скоростями очень малы. Любые смешиваемые ингредиенты в этом случае только сильно закручиваются в емкости, а не смешиваются, т.е. частицы ингредиентов вращаются параллельно друг другу.Known working body of the mixer, containing blades attached at their ends in two places to the Central bearing element such as the shaft of the impeller. The blades have an arched design and twisted at ⁹⁰ on their ends. The development of the blades made at the same time with each other (i.e., two blades on the plane) is an S-shaped figure with a straight section at the place of attachment of the blades to the shaft and rounded sections at the ends of the figure. Those. the middle line of the S-shaped figure is made in the form of a straight line at the axis of the shaft. At this point, the blades are attached to the shaft perpendicular to its axis. The angle of the midline of one blade is 180 ^° , i.e. the extreme points of the figure are connected by a straight line passing through the axis of the shaft. The modified blade of the working body has separate parts attached to the tubular bearing element of the shaft [2]
The disadvantage of this working body is the low mixing efficiency. This is explained by the fact that at high rotation speeds n ≈ 5000 8000 rpm, at which modern mixers operate, the mixing effect along the shaft axis disappears, since the velocity component in this direction is very small compared to peripheral speeds. In this case, any mixed ingredients only twist strongly in the container, and do not mix, i.e. particles of ingredients rotate parallel to each other.

Задача изобретения повышение эффективности смешения ингредиентов. The objective of the invention is to increase the efficiency of mixing the ingredients.

Задача достигается тем, что рабочий орган смесителя содержит вал с двумя закрепленными на нем лопастями. Каждая лопасть выполнена в виде замкнутой односторонней поверхности листа Мебиуса. Развертка лопасти на плоскость, перпендикулярную оси вала, имеет форму восьмерки. Лопасти на валу расположены в виде зеркального отображения друг друга, а расстояние между ними составляет (2-4) D_л, где D_л диаметр лопасти.The task is achieved in that the working body of the mixer contains a shaft with two blades fixed to it. Each blade is made in the form of a closed one-sided surface of the Mobius strip. The sweep of the blade on a plane perpendicular to the axis of the shaft, has the shape of a figure eight. The blades on the shaft are arranged in the form of a mirror image of each other, and the distance between them is (2-4) D _l , where D _{l the} diameter of the blade.

На фиг. 1 приведена конструктивная схема рабочего органа смесителя; на фиг. 2 и 3 развертки лопастей на плоскость чертежа; на фиг.4 сечение А-А на фиг. 1; на фиг.5 вид Б на фиг.1; на фиг.6 сечение В-В на фиг.5; на фиг.7 вид Г на фиг.1; на фиг.8 вид Д на фиг.1. на фиг.9 схема работы рабочего органа смесителя; на фиг. 10 дано сечение Е-Е на фиг.9. Рабочий орган смесителя (фиг. 1) состоит из вертикального вала 1, на котором на расстоянии L друг от друга закреплены криволинейные лопасти 2 и 3 с диаметром D_л, выполненные в виде винтообразных односторонних поверхностей типа ленты Мебиуса. Расстояние L (2-4) D_л. Развертка лопасти 2 на плоскость, перпендикулярную оси вала (фиг. 2), представляет собой ленточный

-образный элемент 4 с радиусом R и шириной t·R 2t. Торцы Т₁ и Т₂ элемента 4 закреплены на валу в месте Е₂ так, что точка а₁ соединена с точкой b₁, а точка а₂ соединена с точкой b₂. При этом элемент 4 посажен на вал 1 своим центром 5 и закреплен в месте Е₁на валу на расстоянии от торцов l (3-4)t.In FIG. 1 shows a structural diagram of the working body of the mixer; in FIG. 2 and 3 sweep blades on the plane of the drawing; FIG. 4, section AA in FIG. 1; figure 5 view B in figure 1; figure 6 section bb in figure 5; in Fig.7 view G in Fig.1; in Fig.8 view D in Fig.1. figure 9 diagram of the working body of the mixer; in FIG. 10 shows a cross-section EE in Fig.9. The working body of the mixer (Fig. 1) consists of a vertical shaft 1, on which at a distance L from each other, curved blades 2 and 3 are fixed with a diameter of D _l , made in the form of spiral-shaped one-sided surfaces such as Mobius strip. Distance L (2-4) D _l . The development of the blade 2 on a plane perpendicular to the axis of the shaft (Fig. 2), is a tape

-shaped element 4 with radius R and width t · R 2t. The ends T ₁ and T _{2 of the} element 4 are fixed on the shaft in place E ₂ so that the point a _{1 is} connected to the point b ₁ , and the point a _{2 is} connected to the point b ₂ . In this case, the element 4 is planted on the shaft 1 with its center 5 and fixed in place E ₁ on the shaft at a distance from the ends l (3-4) t.

Развертка лопасти 3 на плоскость, перпендикулярную оси вала (фиг.3), представляет собой

-образный элемент 6, являющийся зеркальным отображением элемента 4. Торцы Т₃ и Т₄ элемента 6 закреплены на валу в месте Е₃ так, что точка а₃ соединена с точкой b₃, а точка а₄соединена с точкой b₄, при этом элемент 6 посажен на вал своим центром 7 и закреплен на валу в месте Е₄ на расстоянии l от торцов. Расстояние l (3-4)t. Торцы Т₁, Т₂, Т₃, Т₄ элементов 4 и 6 расположены перпендикулярно к осям Х и Х₁ элементов 4 и 6 соответственно.The scan of the blade 3 on a plane perpendicular to the axis of the shaft (figure 3), represents

-shaped element 6, which is a mirror image of element 4. The ends T ₃ and T _{4 of} element 6 are fixed on the shaft in place E ₃ so that point a _{3 is} connected to point b ₃ , and point a _{4 is} connected to point b ₄ , while the element 6 is planted on the shaft with its center 7 and mounted on the shaft in place E ₄ at a distance l from the ends. Distance l (3-4) t. The ends T ₁ , T ₂ , T ₃ , T _{4 of} elements 4 and 6 are located perpendicular to the axes X and X _{1 of} elements 4 and 6, respectively.

В точках Е₁ и Е₄ крепления лопастей 2 и 3 к валу 1 (фиг.1) плоскости лопастей ПН перпендикулярны оси вала (фиг.4).At the points E ₁ and E _{4 of the} fastening of the blades 2 and 3 to the shaft 1 (Fig. 1), the plane of the blades ПН are perpendicular to the axis of the shaft (Fig. 4).

В точках Е₂ и Е₃ (фиг.1) крепления лопастей 2 и 3 к валу плоскости лопастей ПВ параллельны оси вала (фиг.5 и 6).At points E ₂ and E ₃ (FIG. 1), the fastening of the blades 2 and 3 to the shaft of the plane of the blades of the PV are parallel to the axis of the shaft (FIGS. 5 and 6).

На виду сверху (фиг.7) и снизу (фиг.8) рабочий орган имеет форму восьмерки, а в пространстве каждая лопасть (после ее закрепления на валу) представляет собой винтообразную ленточную фигуру. In view from above (Fig. 7) and from below (Fig. 8), the working body has the shape of a figure eight, and in space each blade (after it is fixed on the shaft) is a spiral-shaped ribbon figure.

Рабочий орган смесителя работает следующим образом. The working body of the mixer is as follows.

Рабочий орган смесителя помещается в емкость 8 (фиг.9), в которой находятся ингредиенты 9 для смешивания. Вал 1 вращается с угловой скоростью ω в направлении НВ. При вращении лопастей 2 и 3 в жидкости вокруг них возникают зоны сжатия ⊕ и разрежения ⊖, т.е. заборные 10 и сливные 11 зоны. Лопасти выполнены таким образом, что зоны сжатия возникают за наружными кромками лопастей Н рабочего органа и перемещаются к центру Ц емкости 8. От работы каждой вращающейся лопасти возникает направленный к центру Ц емкости поток жидкости. Ингредиенты с верхней части емкости перемещаются в нижнюю часть лопастью 2, проходя последовательно заборную 10 и сливную 11 зоны. Ингредиенты с нижней части емкости перемещаются в верхнюю лопастью 3, так же проходя заборную 10 и сливную 11 зоны. The working body of the mixer is placed in a container 8 (Fig.9), which contains the ingredients 9 for mixing. The shaft 1 rotates with an angular velocity ω in the direction of HB. When the blades 2 and 3 rotate in the fluid around them, compression zones ⊕ and rarefaction ⊖ arise, i.e. intake 10 and drain 11 zones. The blades are made in such a way that the compression zones arise behind the outer edges of the blades H of the working body and move to the center C of the tank 8. From the operation of each rotating blade, a liquid flow directed towards the center C of the tank appears. The ingredients from the upper part of the tank move to the lower part with the blade 2, passing successively the intake 10 and drain 11 zone. The ingredients from the bottom of the tank move to the upper blade 3, also passing the intake 10 and drain 11 zone.

За сливной зоной перемешиваемые ингредиенты перемещаются в виде расширяющегося конусообразного потока, структура которого представляет собой сложную картину результата взаимодействия лопасти с жидкостью. Behind the drainage zone, the mixed ingredients move in the form of an expanding cone-shaped stream, the structure of which is a complex picture of the result of the interaction of the blade with the liquid.

При работе смесителя каждая его лопасть 2 и 3 создает вокруг себя сильно закрученные моновихри 12 и 13, направленные от наружных границ Н лопастей к центру Ц емкости вдоль оси вращения и имеющие форму расширяющегося конуса. When the mixer is operating, each of its blades 2 and 3 creates strongly twisted monovortices 12 and 13 around itself, directed from the outer boundaries H of the blades to the center of the tank along the axis of rotation and having the shape of an expanding cone.

Эти два моновихря направлены навстречу друг другу и при столкновении взаимодействуют и образуют новые вихревые структуры 14, которые в виде маленьких смерчей или шнуров, возникающих на границах столкновения и на кромках лопастей, срываются и перемещаются по емкости 8 от периферии к центру Ц, и от центра вновь к периферии. Таким образом, лопасти рабочего органа, создавая перепады давлений на свих плоскостях, организуют встречные потоки жидкости. Жидкость непрерывно меняет скорость, создавая мощные турбулентные потоки, охватывающие весь объем смешиваемых ингредиентов, создают оптимальные условия качественного и мелкодисперсного смешивания. These two monovortices are directed towards each other and interact during the collision and form new vortex structures 14, which, in the form of small tornadoes or cords arising at the boundaries of the collision and at the edges of the blades, break down and move along the container 8 from the periphery to the center C, and from the center back to the periphery. Thus, the blades of the working body, creating pressure drops on their own planes, organize oncoming fluid flows. The fluid continuously changes speed, creating powerful turbulent flows covering the entire volume of the mixed ingredients, creating optimal conditions for high-quality and finely dispersed mixing.

При этом вследствие расположения поперечных сечений 15 и 16 лопастей 2 и 3 рабочего органа (фиг.10) под малыми углами γ и γ^l к набегающему потоку жидкости 17, сопротивление лопастей в среде очень мало, а сила воздействия их на жидкость большая, что обусловлено большой площадью поверхности листа Мебиуса.Moreover, due to the location of the cross sections 15 and 16 of the blades 2 and 3 of the working body (Fig. 10) at small angles γ and γ ^l to the incoming liquid flow 17, the resistance of the blades in the medium is very small, and their force on the liquid is large, due to large surface area of the Mobius strip.

Приведенный рабочий орган смесителя, кроме качественного смешивания, имеет преимущества в экономии энергии, расходуемой на смешивание. The above working body of the mixer, in addition to high-quality mixing, has advantages in saving energy spent on mixing.

Claims

A MIXING WORKING BODY containing a shaft with blades fixed on it, made in the form of closed one-sided surfaces - Moebius sheets, while each of them is scanned on a plane perpendicular to the axis of the shaft, S-shaped, characterized in that the blades are located on the shaft in a mirror image of each other, and the distance L between them is (2 - 4) D _l , where D _l is the diameter of the blade.