RU2698892C1

RU2698892C1 - Mixing head

Info

Publication number: RU2698892C1
Application number: RU2018131694A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Александрович Юсов; Дмитрий Сергеевич Захаров
Original assignee: Слагаев Владимир Иванович
Priority date: 2018-09-03
Filing date: 2018-09-03
Publication date: 2019-08-30

Abstract

FIELD: manufacturing technology.SUBSTANCE: invention relates to design of a mixing head intended for production of filling compositions of fast-reacting components, particularly polyurethane components, and can be used in chemical, light and other industries. Mixing head includes a housing and a mixing cup, inside which there is a rotor, consisting of a set of discs, each of which has an ellipse shape, before a set of sections having an ellipse shape, additionally set of sections consisting of cylindrical discs with perimeter teeth, wherein each of the following cylindrical discs is installed with angular displacement of teeth relative to previous one with possibility of changing angular displacement and ratio of lengths of sets of sections from 2/1 to 1/2.EFFECT: providing the required quality of the composition by increasing the efficiency of mixing, dispersing and homogenizing the components.1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к конструкции смесительной головки, предназначенной для получения заливочных композиций быстрореагирующих компонентов, в частности полиуретановых, и может быть использовано в химической, легкой и других отраслях промышленности.The invention relates to the design of a mixing head, designed to obtain casting compositions of fast-reacting components, in particular polyurethane, and can be used in chemical, light and other industries.

Известно смесительное устройство для получения пеноматериалов (см. авторское свидетельство СССР №806450, М. кл.³ B26D 27/02, 26.12.78, опубл. 23.02.81, Бюл. №7), выполненную в виде цилиндра с лопастями по наружной поверхности, со штоком и выполненной в верхней части цилиндра замкнутой полостью, соединенной посредством прорези в стенке цилиндра со смесительной камерой, образованной внутренней поверхностью корпуса и поверхностью мешалки, штуцеры для подачи компонентов.A mixing device for producing foams is known (see USSR author's certificate No. 806450, M. cl. ³ B26D 27/02, 26.12.78, publ. 23.02.81, Bull. No. 7), made in the form of a cylinder with blades on the outer surface , with a rod and a closed cavity made in the upper part of the cylinder, connected by a slot in the cylinder wall with a mixing chamber formed by the inner surface of the housing and the surface of the mixer, fittings for supplying components.

Однако данное устройство обладает неэффективным перемешиванием из-за малой деформации компонентов смеси, сложной и малоэффективной промывкой растворителем смесительной камеры после работы с реакционно-способными олигомерами, в том числе, полиуретанами.However, this device has inefficient mixing due to the small deformation of the components of the mixture, complex and ineffective solvent washing of the mixing chamber after working with reactive oligomers, including polyurethanes.

Известен смеситель для полимерных материалов (см. авторское свидетельство СССР №1303427, М. кл. В29В 7/40, 31.05.85, опубл. 15.04.87, Бюл. №14), содержащий цилиндрический корпус с входным и выходным отверстиями, соосно смонтированный в нем шнек, вал с приводом его вращения и диски с каналами, входные и выходные отверстия которых расположены на окружностях равного диаметра, причем диски поочередно жестко закреплены на валу и в корпусе.A known mixer for polymeric materials (see USSR author's certificate No. 1303427, M. class. B29B 7/40, 05/31/85, publ. 15.04.87, Bull. No. 14), containing a cylindrical body with inlet and outlet openings, coaxially mounted it contains a screw, a shaft with a drive for its rotation, and disks with channels, the inlet and outlet openings of which are located on circles of equal diameter, the disks being alternately rigidly mounted on the shaft and in the housing.

Недостатками указанного смесителя являются также малая эффективность смешивания и более усложненная промывка, для которой требуется полная разборка.The disadvantages of this mixer are also low mixing efficiency and more complicated washing, which requires complete disassembly.

Известен смеситель для вязких композиций (см. авторское свидетельство СССР №1136945, М. кл. В29В 7/06, 10.08.83, опубл. 30.01.85), содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, установленную в корпусе мешалку с приводом вращения, выполненную в виде перемешивающих элементов, каждый из которых закреплен на рабочем участке вала.A known mixer for viscous compositions (see USSR author's certificate No. 1136945, M. cl. B29B 7/06, 08/10/83, publ. 30.01.85), comprising a housing with input and output fittings, a stirrer with a rotary drive installed in the housing, made in the form of mixing elements, each of which is fixed on the working section of the shaft.

Однако устройство имеет низкую интенсивность процесса перемешивания и отсутствие возможности выбора взаимного расположения элементов смесительного ротора в зависимости от величин вязкости и соотношения компонентов.However, the device has a low intensity of the mixing process and the inability to choose the relative position of the elements of the mixing rotor, depending on the viscosity and the ratio of the components.

Наиболее близким по технической сущности из известных технических решения является смесительная головка (см. Пат. RU №2274548, МПК В29В 7/12, В29В 7/40, 07.06.2004, опубл. 20.04.2006, Бюл. №11), содержащая корпус и смесительный стакан, внутри которого расположен ротор, состоящий из секций, при этом секция ротора имеет форму эллипса, которые установлены с относительным угловым смещением.The closest in technical essence of the known technical solutions is the mixing head (see Pat. RU No. 2274548, IPC V29V 7/12, V29V 7/40, 06/07/2004, publ. 04/20/2006, Bull. No. 11), containing a housing and a mixing cup, inside which a rotor is located, consisting of sections, while the rotor section is in the form of an ellipse, which are installed with relative angular displacement.

Недостатком данного устройства является снижение качества смеси перемешиваемых компонентов при увеличении подачи компонентов в смесительную камеру в единицу времени.The disadvantage of this device is the decrease in the quality of the mixture of the mixed components with an increase in the supply of components to the mixing chamber per unit time.

Технической задачей изобретения является обеспечение требуемого качества композиции путем повышения эффективности смешивания, диспергирования и гомогенизации компонентов за счет введения дополнительных секций перемешивающего устройства при обеспечении возможности выбора взаимного расположения элементов смесительного ротора в зависимости от вязкости и соотношения компонентов.An object of the invention is to provide the required quality of the composition by increasing the efficiency of mixing, dispersing and homogenizing the components by introducing additional sections of the mixing device while making it possible to select the relative position of the elements of the mixing rotor depending on the viscosity and ratio of the components.

Поставленная задача достигается тем, что в смесительной головке, включающей корпус и смесительный стакан, внутри которого расположен ротор, состоящий из набора секций дисков, каждый из которых имеет форму эллипса, перед набором секций, имеющих форму эллипса, дополнительно установлен набор секций, состоящих из цилиндрических дисков с расположенными по периметру зубьями, при этом каждый из нижеследующих цилиндрических дисков установлен с угловым смещением зубьев относительно предыдущего с возможностью изменения углового смещения и соотношения длин наборов секций от 2/1 до 1/2.This object is achieved by the fact that in the mixing head, including the housing and the mixing cup, inside which is located the rotor, consisting of a set of disk sections, each of which has the shape of an ellipse, in addition to a set of sections having the shape of an ellipse, an additional set of sections consisting of cylindrical disks with teeth located around the perimeter, with each of the following cylindrical disks installed with an angular displacement of the teeth relative to the previous one with the possibility of changing the angular displacement and wearing lengths sets sections from 2/1 to 1/2.

При этом каждый из нижеследующих цилиндрических дисков имеет угловое смещение α относительно предыдущего в пределах ширины зуба. Данное угловое смещение может быть изменено в зависимости от вязкости перемешиваемых компонентов. Диаметральный зазор между вершинами зубьев, расположенных на цилиндрической поверхности дисков и корпусом смесительной камеры принимается в пределах 0,1…2,0 мм.Moreover, each of the following cylindrical disks has an angular displacement α relative to the previous one within the tooth width. This angular displacement can be changed depending on the viscosity of the components being mixed. The diametrical gap between the tops of the teeth located on the cylindrical surface of the disks and the housing of the mixing chamber is adopted within 0.1 ... 2.0 mm.

Нижняя часть перемешивающего устройства представляет собой набор секций, при этом каждая секция имеет форму эллипса, описываемого уравнением x²/a²-t-y²/b²=1 с соотношением большой секции к малой (2а/2b) в пределах 1,5…2. При этом большие оси секций расположены под углом β друг относительно друга с возможностью его изменения в пределах от 5° до 45° в зависимости от вязкости перемешиваемых компонентов. Диаметральный зазор между крайней точкой эллипса и корпусом смесительной камеры принимается в пределах 0,1…2,0 мм.The lower part of the mixing device is a set of sections, with each section having the shape of an ellipse described by the equation x ² / a ² -ty ² / b ² = 1 with a ratio of large to small sections (2a / 2b) within 1.5 ... 2 . Moreover, the large axis of the sections are located at an angle β relative to each other with the possibility of its change in the range from 5 ° to 45 ° depending on the viscosity of the components being mixed. The diametrical gap between the extreme point of the ellipse and the housing of the mixing chamber is taken within 0.1 ... 2.0 mm.

Отношение длин верхней и нижней частей перемешивающего устройства c/d лежит в от 2/1 до 1/2. Данное соотношение может быть изменено в указанном пределе в зависимости от вязкости перемешиваемых компонентов.The ratio of the lengths of the upper and lower parts of the mixing device c / d lies in from 2/1 to 1/2. This ratio can be changed in the specified limit depending on the viscosity of the mixed components.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг 1 изображена смесительная головка, продольный разрез; на фиг. 2, 3, 4 - разрезы соответственно А-А, Б-Б, В-В фиг. 1; на фиг. 5 - общий вид смесительной головки.The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a mixing head, a longitudinal section; in FIG. 2, 3, 4 - sections aa, bb, bb respectively one; in FIG. 5 is a general view of the mixing head.

Смесительная головка для получения заливочных композиций содержит корпус 1 со смесительным стаканом 2. Внутри смесительного стакана 2 расположено перемешивающее устройство, состоящее из 2-х частей. Верхняя часть перемешивающего устройства с представляет собой набор дисков 3 с расположенными на цилиндрической поверхности зубьями (лопатками). Нижняя часть перемешивающего устройства d представляет собой набор секций 4 эллиптической формы. Перемешивающее устройство установлено на приводном валу 7.The mixing head for receiving the filling compositions comprises a housing 1 with a mixing cup 2. Inside the mixing cup 2 there is a mixing device consisting of 2 parts. The upper part of the mixing device c is a set of discs 3 with teeth (blades) located on a cylindrical surface. The lower part of the mixing device d is a set of sections 4 of an elliptical shape. A mixing device is mounted on the drive shaft 7.

Для подачи компонентов в смесительную камеру заливочной головки имеются штуцеры 10, 11. Для подачи воздуха и промывочной жидкости в смесительную камеру заливочной головки имеются штуцеры 9. Приводной вал 7 в верхней части уплотняется сальником 6, поджимаемым гайкой 8. В нижней части смесительной камеры заливочной головки имеется штуцер 5, предназначенный для выхода композиции перемешанных компонентов, а также выброса воздуха и слива промывочной жидкости при проведении процедуры промывки.For supplying components to the mixing chamber of the casting head, there are fittings 10, 11. For supplying air and flushing fluid to the mixing chamber of the casting head, there are fittings 9. The drive shaft 7 in the upper part is sealed with a stuffing box 6, pressed by nut 8. At the bottom of the mixing chamber of the casting head there is a nozzle 5, designed to exit the composition of the mixed components, as well as the release of air and draining the flushing liquid during the washing procedure.

Устройство работает следующим образом. В определенном строго заданным технологическим регламентом соотношении компоненты через штуцеры 10 и 11 подаются в смесительную камеру, образованную корпусом 1 и стаканом 2 в зону вращения перемешивающего устройства, откуда выходят в виде гомогенной смеси через штуцер 5. В перерывах между заливочными операциями через штуцеры 9 в смесительную камеру заливочной головки подается сжатый воздух и промывочная жидкость для промывки и продувки камеры смешения от остатков смеси быстрореагирующих компонентов.The device operates as follows. In a ratio strictly defined by the technological regulations, the components through the nozzles 10 and 11 are fed into the mixing chamber formed by the housing 1 and the glass 2 into the rotation zone of the mixing device, from where they exit as a homogeneous mixture through the nozzle 5. In the intervals between pouring operations through the nozzles 9 into the mixing the chamber of the filling head is supplied with compressed air and flushing liquid for flushing and purging the mixing chamber from the remnants of the mixture of quick-reacting components.

Расположенные под углом α друг относительно друга диски с расположенными на их цилиндрической поверхности зубьями (лопатками) образуют винтовую спираль, обеспечивающую обратный поток компонентов в камере смешения, что позволяет оказывать многократное динамическое воздействие рабочей поверхности зуба (лопатки) на перемешиваемую смесь компонентов.Disks located at an angle α relative to each other with teeth (blades) located on their cylindrical surface form a helical spiral that provides a reverse flow of components in the mixing chamber, which makes it possible to exert multiple dynamic effects of the working surface of the tooth (blades) on the mixed mixture of components.

В нижней части перемешивающего устройства расположенные под углом β друг относительно друга эллиптические секции также образуют винтовую спираль. Направление винтовой линии данной спирали противоположно направлению вращения перемешивающего устройства. За счет этого перемешиваемая композиция задерживается во внутренней полости смесительной камеры. Кроме того, высокая частота вращения порождают в малых зазорах между вершинами эллиптических секций и внутренней стенкой смесительного стакана высокие значения скоростей сдвига за счет чего происходит тщательное перемешивание и гомогенизация смеси.In the lower part of the mixing device, elliptical sections located at an angle β relative to each other also form a helical spiral. The direction of the helix of this spiral is opposite to the direction of rotation of the mixing device. Due to this, the mixed composition is retained in the internal cavity of the mixing chamber. In addition, high rotational speeds generate high shear rates in small gaps between the vertices of the elliptical sections and the inner wall of the mixing bowl, due to which the mixture is thoroughly mixed and homogenized.

Изменение зазора между вершинами зубьев (лопаток) и внутренней стенкой смесительного стакана в верхней части перемешивающего устройства и зазора между вершинами эллиптических секций и внутренней стенкой смесительного стакана в нижней части перемешивающего устройства инициируют возникновение потоков различной направленности, что благоприятно сказывается на качестве перемешивания компонентов различной вязкости.Changing the gap between the vertices of the teeth (blades) and the inner wall of the mixing cup in the upper part of the mixing device and the gap between the vertices of the elliptical sections and the inner wall of the mixing cup in the lower part of the mixing device initiate the formation of flows of different directions, which favorably affects the quality of mixing of components of different viscosities.

Совместное периодическое высокоскоростное воздействие рабочих поверхностей зубьев, расположенных на цилиндрических поверхностях дисков, в верхней части перемешивающего устройства, периодическое воздействие изменения зазора между вершинами эллиптических секций и внутренней стенкой смесительного стакана в нижней части перемешивающего устройства, а также многократное прохождение всего объема смеси через малые зазоры интенсифицирует процесс перемешивания компонентов существенно повышая эффективность смешивания, диспергирования и гомогенизации компонентов.The combined periodic high-speed impact of the working surfaces of the teeth located on the cylindrical surfaces of the disks in the upper part of the mixing device, the periodic effect of changing the gap between the vertices of the elliptical sections and the inner wall of the mixing cup in the lower part of the mixing device, as well as the multiple passage of the entire mixture through small gaps intensifies the process of mixing the components significantly increasing the efficiency of mixing, dispersion homogenizing the components.

Натурные исследования, промышленная эксплуатация предложенной смесительной головки (фиг. 5) показали существенное повышение качества перемешивания компонентов. Для снижения себестоимости смесительной головки в качестве цилиндрических дисков использовались дисковые фрезы.Field studies, industrial operation of the proposed mixing head (Fig. 5) showed a significant increase in the quality of mixing of the components. To reduce the cost of the mixing head, disk cutters were used as cylindrical disks.

Claims

A mixing head, comprising a housing and a mixing cup, inside which a rotor is located, consisting of a set of disc sections, each of which has an ellipse shape, characterized in that before the set of sections having an ellipse shape, an additional set of sections consisting of cylindrical disks with located along the perimeter of the teeth, with each of the following cylindrical disks installed with an angular displacement of the teeth relative to the previous one with the possibility of changing the angular displacement and the ratio of the lengths of the sets sections from 2/1 to 1/2.