RU2685096C1

RU2685096C1 - Mixing device

Info

Publication number: RU2685096C1
Application number: RU2018100224A
Authority: RU
Inventors: Александр Андреевич Никитин
Original assignee: Александр Андреевич Никитин
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2019-04-16

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to chemical industry and can be used in food and pharmaceutical industries. Mixing device comprises vessel 1, a mixer formed by permanent magnet 11, shaft 7 and blades 8 installed in several tiers, electromagnets 13 of the drive mounted in the grooves of bottom 12. Shaft 7 is connected to rotary cover 2 by flexible link formed by crosswise springs 5. Tiers of blades 8 are also interconnected by flexible connection from installed cross-wise springs 9.

EFFECT: invention provides reduced dimensions.

3 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к химическому машиностроению и может быть использовано в пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности, где требуется интенсивное перемешивание во всем объеме аппарата и высокая чистота продукта.The present invention relates to chemical engineering and can be used in food, pharmaceutical and other industries that require intensive mixing in the entire volume of the apparatus and high purity of the product.

Известно перемешивающее устройство, содержащее корпус, вал с перемешивающим средством на свободном конце, шарнирно соединенный с вращающимся приводным валом, ограничитель углового отклонения вала, состоящий из двух взаимодействующих между собой элементов, один из которых выполнен в форме тора и установлен концентрично валу на стенке корпуса, а другой элемент выполнен в виде упругих прутков, закрепленных на конце вала и взаимодействующих с тором (1).A mixing device is known, comprising a housing, a shaft with a mixing means at the free end, pivotally connected to a rotating drive shaft, a shaft angular deflection limiter consisting of two interacting elements, one of which is in the shape of a torus and mounted concentric to the shaft on the wall of the housing, and the other element is made in the form of elastic rods attached to the end of the shaft and interacting with the torus (1).

Такое выполнение аппарата позволяет резко интенсифицировать процесс перемешивания, так как мешалка с шарнирным креплением вала вращается не только вокруг своей оси, но и совершает конусообразное прецессионное движение, обеспечивая равномерное интенсивное перемешивание реакционной среды во всем объеме аппарата. Это является необходимым условием увеличения производительности аппарата.Such an embodiment of the apparatus allows to sharply intensify the mixing process, since the mixer with hinged shaft fastening rotates not only around its axis, but also performs a cone-shaped precessional movement, ensuring uniform intensive mixing of the reaction medium in the entire volume of the apparatus. This is a necessary condition for increasing the productivity of the device.

Однако, известному устройству присущи следующие недостатки. Во-первых, конструкция используемого привода затрудняет герметизацию реакционного объема от окружающей среды, приводит к загрязнению получаемого продукта. Отрицательно влияет на чистоту продукта наличие пары трения (шарнир), так как при ее работе выделяются продукты износа, попадающие в зону реакции. Во-вторых, эффективность известного перемешивающего устройства падает с повышением вязкости среды. Чем больше вязкость, тем на меньший угол отклоняется вал.However, the known device has the following disadvantages. First, the design of the drive used makes it difficult to seal the reaction volume from the environment, leading to contamination of the resulting product. The presence of a friction pair (hinge) has a negative effect on the purity of the product, since its operation produces wear products that fall into the reaction zone. Secondly, the effectiveness of the known mixing device decreases with increasing viscosity of the medium. The greater the viscosity, the smaller the angle of the shaft.

Известно перемешивающее устройство, обеспечивающее чистоту продукта, получаемого за счет устранения трущихся деталей в жидкости и изоляции внутреннего объема от окружающей среды. Это устройство содержит емкость с крышкой, магнитный привод, образованный постоянным магнитом, установленным с возможностью вращения под дном емкости, мешалку, выполненную в виде шарообразного поплавка с вмонтированным внутри него в нижней части стержнем из ферромагнитного материала и стержня с лопастями и коническим опорным хвостовиком в верхней части, упирающимся в крышку (2). Этому перемешивающему устройству присуща низкая надежность, обусловленная тем, что при отклонении оси мешалки от вертикали подъемная сила поплавка может вывернуть опорный хвостовик из опоры в крышке и мешалка выйдет из строя.A mixing device is known that ensures the purity of the product obtained by eliminating rubbing parts in a liquid and isolating the internal volume from the environment. This device contains a container with a lid, a magnetic drive formed by a permanent magnet mounted rotatably under the bottom of the tank, a stirrer made in the form of a spherical float with a rod of ferromagnetic material mounted inside it in the lower part and a rod with blades and a conical bearing shank in the upper part parts resting on the cover (2). Low reliability is inherent in this mixing device, due to the fact that when the axis of the agitator deviates from the vertical, the lifting force of the float can turn the support shaft out of the support in the lid and the agitator will fail.

Наиболее близким к заявляемому решению по технической сущности и достигаемому результату является перемешивающее устройство, содержащее сосуд, внутри которого установлена с возможностью свободного вращения мешалка из магнитного материала, а снаружи пары магнитов с сердечниками, продольные оси которых размещены в плоскости вращения мешалки, причем сами сердечники замкнуты магнитным ярмом и соединены с радиально расположенными полюсными наконечниками (3).The closest to the claimed solution to the technical essence and the achieved result is a mixing device containing a vessel inside which the mixer is installed with the possibility of free rotation of magnetic material, and outside the pair of magnets with cores, whose longitudinal axes are placed in the plane of rotation of the mixer, and the cores themselves are closed magnetic yoke and are connected with radially located pole tips (3).

Установка магнитов снаружи сосуда и радиальное расположение сердечников в плоскости вращения мешалки приводит к резкому увеличению габаритов перемешивающего устройства. Кроме этого, в прототипе для повышения эффективности перемешивания увеличены размеры лопастей мешалки, которые практически перекрывают по своей высоте сечение сосуда. Большие размеры лопастей обуславливают большое сопротивление вращения, особенно в начальный момент перемешивания, что делает необходимым использование мощных электромагнитов, приводящих к увеличению габаритов устройства.The installation of magnets outside the vessel and the radial arrangement of the cores in the plane of rotation of the mixer leads to a sharp increase in the dimensions of the mixing device. In addition, in the prototype to improve the efficiency of mixing, the dimensions of the blades of the agitator, which virtually cover the height of the vessel section, are increased. The large dimensions of the blades cause a high rotational resistance, especially at the initial moment of mixing, which makes it necessary to use powerful electromagnets, which lead to an increase in the dimensions of the device.

Целью изобретения является уменьшение габаритов.The aim of the invention is to reduce the size.

Поставленная цель достигается тем, что в известном перемешивающем устройстве, содержащем сосуд, мешалку, включающую постоянный магнит и лопасти, образованный электромагнитами привод, согласно изобретению электромагниты привода вмонтированы в днище сосуда по концентрическим окружностям, мешалка снабжена дополнительными лопастями, а сами лопасти расположены в несколько соединенных между собой гибкой связью ярусов и закреплены на валу, соединенном посредством гибкой связи с закрывающей сосуд и имеющей возможность вращения крышкой.This goal is achieved by the fact that in the known mixing device containing a vessel, a mixer, including a permanent magnet and blades, a drive formed by electromagnets, according to the invention, the drive electromagnets are mounted in the bottom of the vessel in concentric circles, the mixer is equipped with additional blades, and the blades are arranged in several connected between each other by a flexible coupling of the tiers and fixed on the shaft connected by means of flexible coupling to the closing vessel and having the lid rotatable.

Предложено также гибкие связи выполнять из пар, установленных крест-накрест пружин, а пружины смежных пар сориентировать взаимоперпендикулярно.It is also proposed to make flexible connections from the pairs installed in cross-wise springs, and orient the springs of adjacent pairs mutually perpendicularly.

Кроме того, согласно изобретению между крышкой и торцевой стенкой сосуда помещен подшипник качения.In addition, according to the invention, a rolling bearing is placed between the lid and the end wall of the vessel.

Отличительные от прототипа признаки являются существенными, так как каждый из них необходим, а все вместе с ограничительными достаточны для достижения поставленной цели. Так установка электромагнитов в днище сосуда исключает рассеивание электромагнитной энергии в окружающее пространство. Благодаря этому отпадает необходимость в ярме и металлической оболочке, которые существенно увеличивают габариты перемешивающего устройства.Distinctive features of the prototype are essential, since each of them is necessary, and all together with the restrictive are sufficient to achieve the goal. So the installation of electromagnets in the bottom of the vessel eliminates the dissipation of electromagnetic energy into the surrounding space. This eliminates the need for a yoke and a metal sheath, which significantly increase the dimensions of the mixing device.

Установка электромагнитов по концентрическим окружностям позволяет снизить мощность электромагнитов а, как следствие, уменьшить их габариты. Действительно, в прототипе в начальный момент вращения необходимо прикладывать большие усилия, чем в заявляемом перемешивающем устройстве. Это обусловлено следующим. В прототипе из-за больших размеров лопастей мешалки, практически перекрывающих по своей высоте поперечное сечение сосуда, в начальных момент вращения необходимо сдвигать с места сразу значительную массу перемешиваемой среды, что требует больших усилий. В заявляемом же решении сначала приходят в движение только те слои перемешиваемой среды, которые непосредственно примыкают к лопастям. Объемы и масса перемешиваемой среды в этих слоях невелики, так как в первый момент вращения работают электромагниты центрального самого маленького кольца, и мешалка вращается вокруг своей оси. По мере увеличения скорости мешалки последовательно включаются в работу электромагниты колец больших диаметров. Вращение мешалки переходит в конусообразное прецессионное движение, обеспечивающее интенсивное перемешивание. Введение дополнительных лопастей и расположение их в несколько ярусов направлено на повышение интенсивности перемешивания. Дополнительные лопасти увеличивают суммарную площадь лопастей. Однако, усилие, необходимое для вращения мешалки, возрастает не пропорционально увеличению суммарной площади лопастей, а в меньшей степени. Это обусловлено тем, что, как уже отмечалось, максимальное усилие, прикладываемое к мешалке, определяется усилием сдвига ее с места. А в заявляемом решении благодаря гибкой связи между ярусами лопасти приходят в движение поочередно, начиная с нижнего яруса, соединенного с постоянным магнитом, следовательно, усилия сдвига лопастей ярусов не суммируются, так как они распределены повремени.The installation of electromagnets in concentric circles allows to reduce the power of electromagnets and, as a consequence, to reduce their dimensions. Indeed, in the prototype at the initial moment of rotation it is necessary to exert greater efforts than in the inventive mixing device. This is due to the following. In the prototype, due to the large size of the blades of the agitator, which practically overlap the cross-section of the vessel at its height, at the initial moment of rotation it is necessary to move a lot of the stirred medium at once, which requires great effort. In the inventive solution, only those layers of the stirred medium, which immediately adjoin the blades, start to move. The volumes and mass of the mixed medium in these layers are small, since at the first moment of rotation the electromagnets of the central smallest ring work, and the mixer rotates around its axis. As the speed of the stirrer increases, the electromagnets of large-diameter rings are successively put into operation. The rotation of the agitator turns into a cone-shaped precessional movement, providing intensive mixing. The introduction of additional blades and their arrangement in several tiers is aimed at increasing the intensity of mixing. Additional blades increase the total area of the blades. However, the force required to rotate the mixer does not increase in proportion to the total area of the blades, but to a lesser extent. This is due to the fact that, as already noted, the maximum force applied to the mixer, is determined by the force of its shift from the place. And in the claimed solution, due to the flexible connection between the tiers, the blades start to move alternately, starting from the lower tier connected to the permanent magnet, therefore, the efforts of the tiers of the blades are not summed, as they are distributed in time.

Гибкая связь вала с крышкой и установка крышки на подшипнике вращения обеспечивают возможность прецессионного вращения мешалки, чем достигается повышение интенсивности перемешивания без увеличения суммарной площади лопастей мешалки.The flexible coupling of the shaft with the lid and the installation of the lid on the rotational bearing provide the precessional rotation of the agitator, which results in an increase in the intensity of mixing without increasing the total area of the agitator blades.

Из отличительных от прототипа признаков известными являются введение дополнительных лопастей и установка лопастей в несколько ярусов (а.с. СССР №175039).Of the distinctive features of the prototype, the introduction of additional blades and the installation of blades in several tiers (as of the USSR No. 175039) are well known.

Остальные же отличительные признаки в исследованных аналогах не обнаружены, следовательно, заявляемое перемешивающее устройство отвечает критерию «существенные отличия».The rest of the distinctive features in the studied analogues are not detected, therefore, the claimed mixing device meets the criterion of "significant differences".

На чертеже изображен продольный разрез заявляемого устройства.The drawing shows a longitudinal section of the claimed device.

Перемешивающее устройство содержит металлический сосуд 1, закрываемый крышкой 2, которая установлена на подшипнике вращения 3. Крышка 2 выполнена с крепежным выступом 4, к которому посредством гибкой связи, образованной двумя парами установленных крест-накрест пружин 5 и промежуточным крепежным элементом 6, присоединен вал 7 мешалки. Пружины 5 разных пар сориентированы взаимоперпендикулярно. На нижнем конце вала 7 установлены расположенные в три яруса лопасти 8 мешалки. Верхний ярус лопастей 8 жестко закреплен на валу 7. Нижние два яруса лопастей 8 связаны с валом 7 гибкой связью, образованной двумя парами установленных крест-накрест пружин 9 и промежуточным элементом 10. Причем пружины 9 верхней пары сориентированы перпендикулярно к пружинам нижней пары. Нижний ярус лопастей 8 жестко связан с постоянным магнитом 11. В днище 12 корпуса 1 проточены концентрические канавки, в которых установлены электромагниты 13, покрытые неметаллическим изолирующим материалом. Днище 12 изготовлено из металла. Электромагниты электрически подключены к управляющему устройству (на чертеже не показано).The mixing device contains a metal vessel 1, closed by a lid 2, which is mounted on a rotation bearing 3. The lid 2 is made with a fastening protrusion 4, to which a shaft 7 is attached by means of a flexible connection formed by two pairs of springs 5 installed cross-wise and an intermediate fastening element 6 stirrers. The springs of 5 different pairs are oriented perpendicularly. At the lower end of the shaft 7 there are mounted agitators 8 arranged in three tiers of the blade. The upper tier of the blades 8 is rigidly fixed on the shaft 7. The lower two tiers of the blades 8 are connected to the shaft 7 by a flexible coupling formed by two pairs of springs 9 installed crosswise and an intermediate element 10. Moreover, the springs 9 of the upper pair are oriented perpendicular to the springs of the lower pair. The lower tier of the blades 8 is rigidly connected with the permanent magnet 11. In the bottom 12 of the housing 1 are machined concentric grooves in which electromagnets 13 are installed, covered with non-metallic insulating material. Bottom 12 is made of metal. Electromagnets are electrically connected to the control device (not shown).

Работает перемешивающее устройство следующим образом.Works mixing device as follows.

Сначала управляющее устройство попеременно включает электромагниты 13 центральной канавки днища 12, создавая в ней направленное вращение магнитного поля. Причем частота вращения направленного магнитного поля должна быть заведомо меньше частоты срыва вращения мешалки. Вместе с магнитным полем электромагнитов 13 вращается постоянный магнит 11. При этом, в первую очередь, вместе в магнитом 11 в движение приходят лопасти 8 нижнего яруса. Затем начинают двигаться лопасти 8 среднего яруса и, в последнюю очередь, лопасти верхнего яруса вместе с валом 7. Время задержки вращения лопастей 8 среднего и верхнего ярусов определяется временем деформации пружин 9, соединяющих ярусы лопастей между собой. После набора мешалкой скорости устройство управления автоматически включает электромагниты 13 канавки, имеющей больший диаметр, и одновременно отмечает электромагниты, стоящие в центральной канавке. Постоянный магнит 11 переходит на ту канавку, электромагниты 13 которой включены, и начинает двигаться вдоль этой канавки вслед за изменяющимся магнитным полем. При этом вал 7 отклоняется от вертикальной оси и начинает совершать прецессионные движения. Угол прецессии регулируют подключением электромагнитов 13 необходимой канавки. Отклонение вала 7 от вертикали обеспечивается деформированием пружин 5 верхней гибкой связи.First, the control device alternately turns on the electromagnets 13 of the central groove of the bottom 12, creating in it a directional rotation of the magnetic field. Moreover, the frequency of rotation of the directional magnetic field must be certainly less than the frequency of breakdown of the rotation of the mixer. Together with the magnetic field of the electromagnets 13, the permanent magnet 11 rotates. In this case, first of all, the blades 8 of the lower tier come into motion together in the magnet 11. Then the blades 8 of the middle tier begin to move, and, last of all, the blades of the upper tier together with the shaft 7. The delay time for rotating the blades 8 of the middle and upper tiers is determined by the deformation time of the springs 9 connecting the tiers of the blades to each other. After the speed has been set by the stirrer, the control device automatically turns on the electromagnets 13 of the groove, which has a larger diameter, and at the same time marks the electromagnets standing in the central groove. The permanent magnet 11 transfers to that groove, the electromagnets 13 of which are turned on, and begins to move along this groove following the changing magnetic field. In this case, the shaft 7 deviates from the vertical axis and begins to make precessional movements. The precession angle is controlled by connecting the electromagnets 13 of the necessary groove. The deviation of the shaft 7 from the vertical is provided by the deformation of the springs 5 upper flexible connection.

Благодаря исключению из конструкции ярма и металлической оболочки и благодаря снижению мощности электромагнитов заявляемое решение по сравнению с прототипом имеет, примерно в два раза меньшие габариты. При одинаковых объемах перемешиваемой среды.Due to the exclusion from the design of the yoke and the metal shell and due to the reduced power of the electromagnets, the proposed solution, compared with the prototype, has approximately two times smaller dimensions. With the same volumes of mixed medium.

Возможность регулирования угла прецессии повышает универсальность перемешивающего устройства за счет использования его для перемешивания сред с различной вязкостью. Кроме того, предлагаемое решение по сравнению с прототипом обеспечивает более стерильные условия перемешивания, так как в отличие от прототипа не имеет пар трения, помещенных в перемешиваемую среду.The ability to control the precession angle increases the versatility of the mixing device by using it for mixing media with different viscosities. In addition, the proposed solution compared with the prototype provides a more sterile mixing conditions, since, unlike the prototype, it does not have friction pairs placed in a mixed medium.

Источники информации:Information sources:

1. А.с. СССР №1327948, М. кл. B01F 13/04, 1986 г.1. A.S. USSR №1327948, M. class. B01F 13/04, 1986

2. А.с. СССР №175039, М. кл. B01F 13/04, 1964 г.2. A.S. USSR №175039, M. class. B01F 13/04, 1964

3. А.с. СССР №1389831, М. кл. B01F 13/04, 1986 г.3. A.S. USSR №1389831, M. class. B01F 13/04, 1986

Claims

1. A mixing device containing a vessel, a mixer, including a permanent magnet and blades, a drive formed by electromagnets, characterized in that in order to reduce the dimensions of the drive electromagnets are mounted in the bottom of the vessel in concentric circles, the mixer is equipped with additional blades, and the blades are arranged in several tiers interconnected by a flexible coupling, and fixed on the shaft, also connected by means of a flexible coupling to a lid closing the vessel, which is rotatable.

2. Mixing device according to Claim. 1, characterized in that the flexible connections are formed by pairs of springs installed crosswise, and the springs of adjacent pairs are oriented perpendicularly.

3. A mixing device according to Claim. 1, characterized in that a rolling bearing is installed between the lid and the end wall of the housing.