рабочий орган смесителя (варианты)

Формула изобретения

1. Рабочий орган смесителя, содержащий два параллельно расположенных вала, на каждом из которых закреплены две рамки, ортогонально ориентированные одна к другой, верхние стороны которых прямолинейны, отличающийся тем, что каждая боковая сторона рамок, закрепленных на первом валу, выполнена в виде двух оппозитно расположенных дуг, выпуклости которых направлены в разные стороны, каждая нижняя их сторона выполнена в виде двух оппозитно расположенных дуг, выпуклости которых направлены в разные стороны, при этом нижняя сторона каждой рамки повернута относительно ее верхней стороны на угол , каждая боковая сторона рамок, закрепленных на втором валу, выполнена в виде двух оппозитно расположенных дуг, выпуклости которых направлены в разные стороны, являющихся зеркальным отображением боковых сторон рамок первого вала, каждая нижняя их сторона выполнена в виде двух оппозитно расположенных дуг, выпуклости которых направлены в разные стороны, являющихся зеркальным отображением боковых сторон рамок первого вала, каждая нижняя их сторона выполнена в виде двух оппозитно расположенных дуг, выпуклости которых направлены в разные стороны, являющихся зеркальным отображением нижних сторон рамок первого вала, при этом нижняя сторона каждой рамки повернута относительно ее верхней стороны на угол и длина верхней стороны накидной рамки меньше длины ее нижней стороны.

2. Рабочий орган смесителя, содержащий два параллельно расположенных вала, на каждом из которых закреплены две рамки, ортогонально ориентированные одна к другой, верхние стороны рамок прямолинейны, отличающийся тем, что каждая боковая сторона рамок, закрепленных на первом валу, выполнена в виде дуги, каждая нижняя их сторона выполнена в виде двух оппозитно расположенных дуг, выпуклости которых направлены в разные стороны, при этом нижняя сторона каждой рамки повернута относительно ее верхней стороны на угол g, каждая боковая сторона рамок, закрепленных на втором валу, выполнена в виде дуги, являющейся зеркальным отображением боковой стороны рамок первого вала, каждая нижняя их сторона выполнена в виде двух оппозитно расположенных дуг, выпуклости которых направлены в разные стороны, являющихся зеркальным отображением нижних сторон рамок первого вала, при этом нижняя сторона каждой рамки повернута относительно ее верхней стороны на угол и длина верхней стороны каждой рамки меньше длины ее нижней стороны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к конструкции устройств для смешения двух или более ингредиентов, например жидкостей, сыпучих веществ или их комбинаций, в частности для производства теста, кремов, паст, а также для производства бетона.

Известен рабочий орган смесителя, содержащий два вала, расположенные в вертикальной плоскости и отстоящие друг от друга на некотором расстоянии, на каждом из которых закреплена одна рамка. Причем на одном из валов нижняя сторона рамки повернута относительно верхней стороны на 90^о вокруг оси вращения вала по часовой стрелке, а на другом валу против часовой стрелки. При этом боковые стороны рамок представляют собой пространственные винтовые линии, а верхние и нижние стороны рамок, равные по ширине, выполнены прямолинейными. Валы с рамками вращаются синхронно навстречу друг другу [1]

Недостаток этого рабочего органа заключается в невысокой эффективности смещения, выраженной в том, что недостаточно полно реализуются скоростные характеристики рабочего органа при повышенных скоростях вращения (n 5000-8000 об/мин), на которых работают современные смесители.

Известен рабочий орган смесителя, содержащий два вала, расположенные в вертикальной плоскости и отстоящие на некотором расстоянии друг от друга, на каждом из которых закреплены две плоские рамки, ортогонально ориентированные друг к другу. Боковые стороны рамок в направлении вращения имеют заостренную кромку. Валы с рамками вращаются синхронно навстречу друг другу [2]

Недостатками этого рабочего органа смесителя являются низкая эффективность перемешивания обрабатываемых ингредиентов и повышенные затраты энергии и времени на перемешивание.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности смешения ингредиентов и снижение энергозатрат.

Для этого рабочий орган смесителя содержит два параллельно расположенных вала, отстоящих на некотором расстоянии друг от друга, на каждом из которых закреплены две рамки, ортогонально ориентированные друг к другу. Верхние стороны рамок прямолинейные, а длина каждой из них меньше длины нижней стороны.

Кроме того, в первом варианте каждая боковая и нижняя сторона рамок, закрепленных на одном валу, выполнена в виде двух оппозитно расположенных дуг, выпуклости которых направлены в разные стороны. При этом нижняя сторона каждой рамки повернута относительно ее верхней стороны на угол . Стороны рамок на втором валу являются зеркальным отображением сторон рамок на первом валу. При этом нижняя сторона каждой рамки повернута относительно ее верхней стороны на угол .

Во втором варианте каждая боковая сторона рамок, закрепленных на одном валу, выполнена в виде дуги, а каждая нижняя в виде двух других дуг, оппозитно расположенных на одном валу, выпуклости которых направлены в разные стороны. При этом нижняя сторона каждой рамки повернута относительно ее верхней стороны на угол . Стороны рамок на втором валу являются зеркальным отображением сторон рамок на первом валу. При этом нижняя сторона каждой рамки повернута относительно ее верхней стороны на угол .

На фиг. 1 показана конструктивная схема рабочего органа смесителя первого варианта; на фиг. 2 вид А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 5 боковая сторона рамок 3 и 4; на фиг. 6 вид Г на фиг. 5; на фиг. 7 боковая сторона рамок 5 и 6; на фиг. 8 вид Д на фиг. 7; на фиг. 9 проекционный рисунок вала 1 с рамками 3 и 4; на фиг. 10 проекционный рисунок вала 2 с рамками 5 и 6; на фиг. 11 изображена схема работы рабочего органа смесителя; на фиг. 12 график вертикальной составляющей скорости по высоте рамок 3, 4 и 5, 6; на фиг. 13 механизм взаимодействия боковой стороны рамки с частицей ингредиента; на фиг. 14 конструктивная схема рабочего органа смесителя второго варианта; на фиг. 15 вид Е на фиг. 15; на фиг. 16 сечение Ж-Ж на фиг. 14; на фиг. 17 сечение И-И на фиг. 14; на фиг. 18 боковая сторона рамок 3 и 4; на фиг. 19 вид К на фиг. 18; на фиг. 20 боковая сторона рамок 5 и 6; на фиг. 21 вид Л на фиг. 20; на фиг. 22 проекционный рисунок вала 1 с рамками 3 и 4; на фиг. 23 проекционный рисунок вала 2 с рамками 5 и 6; на фиг. 24 схема работы рабочего органа смесителя; на фиг. 25 график вертикальной составляющей скорости по высоте рамок 3, 4 и 4, и 5, 6; на фиг. 26 механизм взаимодействия боковой стороны рамки с частицей ингредиента; на фиг. 27 другая конструктивная схема рабочего органа смесителя второго варианта; на фиг. 28 вид М на фиг. 27; на фиг. 29 сечение Н-Н на фиг. 27; на фиг. 30 сечение П-П на фиг. 27; на фиг. 31 боковая сторона рамок 3 и 4; на фиг. 32 вид Р на фиг. 31; на фиг. 33 боковая сторона рамок 5 и 6; на фиг. 34 вид С на фиг. 33; на фиг. 35 проекционный рисунок вала 1 с рамками 3 и 4; на фиг. 36 проекционный рисунок вала 2 с рамками 5 и 6; на фиг. 37 схема работы рабочего органа смесителя; на фиг. 38 график вертикальной составляющей скорости по высоте рамок 3, 4 и 5, 6; на фиг. 39 механизм взаимодействия боковой стороны рамки с частицей ингредиента.

Рабочий орган смесителя по первому варианту (фиг. 1 и 2) состоит из двух валов с рамками из проволок. На валу 1 закреплена пара рамок 3 и 4, а на валу 2 пара рамок 5 и 6. Валы 1 и 2 имеют оси 7 и 8 соответственно, расстояние между которыми а. Рамки 3 и 4 развернуты относительно друг друга на ₁, а рамки 5, 6 на ₂, причем ₁= ₂ Рамки 5 и 6 повернуты относительно рамок 3 и 4 на , где ₁= ₂ по отношению к вертикальной плоскости 9, совпадающей с плоскостью чертежа. Высота рамок 3, 4, 5 и 6 b, длина верхних сторон рамок с, а нижних с", причем выполняется условие > и с">c. Верхние стороны рамок 3, 4, 5 и 6, приведенные в сечении Б-Б, выполнены прямолинейными. Нижние стороны рамок 3 и 4, приведенные в сечении В-В, выполнены в виде двух оппозитно расположенных дуг, направленных выпуклостями в разные стороны, а нижние стороны рамок 5 и 6, приведенные в том же сечении, являются их зеркальным отображением (фиг. 3 и 4). Верхние стороны рамок 3 и 4 соединены с их нижними сторонами боковыми. Каждая боковая сторона выполнена в виде двух оппозитно расположенных дуг, направленных выпуклостями в разные стороны криволинейной поверхности относительно линии m, проходящей через точку перегиба n (фиг. 5 и 6). Ширина стороны k определяет поворот по азимуту на относительно оси 7 нижних сторон рамок 3 и 4 в сечении В-В относительно сечения Б-Б. Верхние стороны рамок 5 и 6 соединены с их нижними сторонами боковыми. Каждая боковая сторона выполнена в виде двух оппозитно расположенных дуг, направленных выпуклостями в разные стороны по криволинейной поверхности относительно линии р, проходящей через точку перегиба q (фиг. 7 и 8). Ширина стороны k₂ определяет поворот по азимуту на относительно оси 8 нижних сторон рамок 5 и 6 в сечении В-В относительно сечения Б-Б. Причем значение k₁=k₂ для двух пар рамок. Таким образом, боковые стороны рамок 3, 4, 5 и 6 имеют пространственные винтоподобные линии правого и левого вращения (фиг. 9 и 10).

Рабочий орган смесителя по второму варианту (фиг. 14 и 15) состоит из двух валов с рамками из проволок. На валу 1 закреплена пара рамок 3 и 4, а на валу 2 пара рамок 5 и 6. Валы имеют оси 7 и 8 соответственно, расстояние между которыми а. Рамки 3 и 4 развернуты относительно друг друга на ₁, а рамки 5, 6 на ₂ по отношению к вертикальной плоскости 9, совпадающей с плоскостью чертежа. Высота рамок 3, 4, 5 и 6 b, длина верхних сторон рамок с, а нижних с", причем выполняется условие > и с">c. Верхние стороны рамок 3, 4, 5 и 6, приведенные в сечении Ж-Ж, выполнены прямолинейными. Каждая нижняя сторона рамок 3 и 4, приведенная в сечении И-И, выполнена в виде двух оппозитно расположенных дуг, направленных выпуклостями в разные стороны, а нижние стороны рамок 5 и 6, приведенные в том же сечении, являются их зеркальным отображением (фиг. 16 и 17). Верхние стороны рамок 3 и 4 соединены с их нижними сторонами боковыми. Каждая боковая сторона выполнена в виде дуги, которая выгнута по криволинейной поверхности относительно линии m, проходящей через середину боковой стороны (фиг. 18 и 19) на расстоянии от ее концов, где k₁ ширина стороны, определяющей поворот по азимуту на - относительно оси 7 нижних сторон рамок 3 и 4 в сечении И-И относительно сечения Ж-Ж. Верхние стороны рамок 5 и 6 соединены с их нижними сторонами боковыми сторонами. Каждая боковая сторона выполнена в виде дуги, которая выгнута по криволинейной поверхности относительно линии р, проходящей через середину боковой стороны (фиг. 20 и 21), на расстоянии от ее концов, ширина стороны k₂ определяет поворот по азимуту на относительно оси 8 нижних сторон рамок 5 и 6 в сечении И-И относительно сечения Ж-Ж. Причем значение k₁= k₂ для двух пар рамок. Таким образом, боковые стороны рамок 3, 4, 5 и 6 имеют пространственные винтоподобные линии правого и левого вращения (фиг. 22 и 23).

Рабочий орган смесителя по другому выполнению второго варианта (фиг. 27 и 28) состоит из двух валов с рамками из проволок. На валу 1 закреплена пара рамок 3 и 4, а на валу 2 пара рамок 5 и 6. Валы 1 и 2 имеют оси 7 и 8 соответственно, расстояние между которыми а. Рамки 3 и 4 развернуты относительно друг друга на ₁, а рамки 5, 6 на ₂, причем ₁=₂. Рамки 5 и 6 повернуты относительно рамок 3 и 4 на , где ₁= ₂, по отношению к вертикальной плоскости 9, совпадающей с плоскостью чертежа. Высота рамок 3, 4, 5 и 6 b, длина верхних сторон рамок с, а нижних с", причем выполняется условие > и с">с.

Верхние стороны рамок 3, 4, 5 и 6, приведенные в сечение Н-Н, выполнены прямолинейными. Нижние стороны рамок 3 и 4, приведенные в сечении П-П, выполнены в виде двух оппозитно расположенных дуг, направленных выпуклостями в разные стороны, а нижние стороны рамок 5 и 6, приведенные в том же сечении, являются их зеркальными отображением (фиг. 29 и 30). Верхние стороны рамок 3 и 4 соединены с их нижними сторонами боковыми. Каждая боковая стороны выполнена в виде дуги, которая выгнута по криволинейной поверхности относительно линии m, проходящей через середину боковой стороны (фиг. 31 и 32), на расстоянии от ее концов, где k₁ ширина стороны, определяющей поворот по азимуту на - относительно оси 7 нижних сторон рамок 3 и 4 в сечении П-П относительно сечения Н-Н. Верхние стороны рамок 5 и 6 соединены с их нижними сторонами боковыми. Каждая боковая сторона рамки выполнена в виде дуги, выгнутой по криволинейной поверхности относительно линии р, проходящей через середину боковой стороны (фиг. 33 и 34), на расстоянии от ее концов, где ширина стороны k₂ определяет поворот по азимуту на относительно оси 8 нижних сторон рамок 5 и 6 в сечении П-П относительно сечения Н-Н. Причем значение k₁-k₂ для двух пар рамок. Таким образом, боковые стороны рамок 3, 4, 5 и 6 имеют пространственные винтоподобные линии правого и левого вращения (фиг. 35 и 36).

Работа органа смесителя по первому варианту заключается в следующем.

В емкость 10 (фиг. 11) помещают смешиваемые ингредиенты 11 и в ней располагают рабочий орган смесителя. Рамки вращаются синхронно навстречу друг другу по направлению вращения (Н.В.) с угловыми скоростями [] и [- Под действием вращающихся пар рамок 3, 4 и 5, 6 смешиваемые ингредиенты 11 сначала образуют две локальные вращающиеся навстречу друг другу зоны 12 и 13 смешения, которые впоследствии инициируют за счет вязкости среды движение по всему объему емкости 10. За счет центробежных сил ингредиенты от осей 7 и 8 вращения рамок перемещаются на периферию зоны вращения рамок 3, 4 и 5, 6, т. е. образуется плоскопараллельное движение, перпендикулярное осям 7 и 8. Направление выпуклостей на нижних сторонах пар рамок 3, 4 и 5, 6 против вращения способствует некоторому торможению частиц в нижней зоне рамок, что приводит к возникновению локальных зон противотечения типа "сдвига" частиц ингредиентов, что также способствует процессу смешения. Боковые стороны l₁-l₈ рамок 3, 4 и 5, 6 от верхних до нижних сторон воздействуют на частицы ингредиентов, перемещая их не только в горизонтальной плоскости S_г, но и в вертикальной S_в вдоль рамок 3, 4 и 5, 6, а следовательно, и по высоте емкости 10, потому что геометрия боковых сторон в немалой степени определяет характер изменения вертикальной составляющей скорости V_втечения смешиваемых ингредиентов (фиг. 12), и, кроме того, удлиняют время взаимодействия с рабочим органом, дополнительно измельчая и перемешивая ингредиенты 11 (фиг. 13). Так как по высоте рамок происходит приращение линейной скорости от верхней стороны к нижней из-за увеличения длины сторон рамок, то в среде организуется еще дополнительное вертикальное течение, направленное сверху вниз, что способствует еще более интенсивному перемешиванию. В межосевой зоне 14 происходит интенсивное перемешивание ингредиентов 11 за счет мощных локальных вихревых зон, которые образуются при вращении рамок 3, 4 и 5, 6. Пространственная винтоподобность боковых сторон рамок приводит к тому, что поток вдоль них будет закрученным. Сход закрученного потока смешиваемых ингредиентов 11 происходит с нижних сторон рамок, а подсос у верхних сторон рамок.

Работа органа смесителя по второму варианту заключается в следующем.

В емкость 10 (фиг. 24) помещают смешиваемые ингредиенты 11, и в ней располагают рабочий орган смесителя. Рамки вращаются синхронно навстречу друг другу по направлению вращения (Н.В.) с угловыми скоростями [] и [-] Под действием вращающихся рамок 3, 4 и 5, 6 смешиваемые ингредиенты 11 сначала образуют две локальные вращающиеся навстречу друг другу зоны 12 и 13 смешения, которые впоследствии инициируют за счет вязкости среды движение по всему объему емкости 10. За счет центробежных сил ингредиенты осей вращения рамок перемещаются на периферию зоны вращения рамок 3, 4 и 5, 6, т.е. образуется плоскопараллельное движение, перпендикулярное осям 7 и 8. Направление выпуклостей на нижних сторонах рамок 3, 4 и 5, 6 против вращения способствует некоторому торможению частиц в нижней зоне рамок, что приводит к возникновению локальных зон противотечения типа "сдвига" частиц ингредиентов, что также способствует процессу смешения. Боковые стороны l₁-l₈ рамок 3, 4 и 5, 6 от верхних до нижних сторон воздействуют на частицы ингредиентов, перемещая их не только в горизонтальной плоскости S_г, но и в вертикальной S_в вдоль рамок 3, 4 и 5, 6, а следовательно, и по высоте емкости 10, потому что геометрия боковых сторон в немалой степени определяет характер изменения вертикальной составляющей скорости V_в течения смешиваемых ингредиентов (фиг. 25), и, кроме того, удлиняют время взаимодействия с рабочим органом, дополнительно измельчая и перемешивая ингредиенты 11 (фиг. 26). Так как по высоте рамок происходит приращение линейной скорости от верхней стороны к нижней из-за увеличения длины сторон рамок, то в среде организуется еще дополнительное вертикальное течение, направленное сверху вниз, что способствует еще более интенсивному перемешиванию.

В межосевой зоне 14 происходит интенсивное перемешивание ингредиентов 11 за счет мощных локальных вихревых зон, которые образуются при вращении рамок 3, 4 и 5, 6. Пространственная винтоподобность боковых сторон рамок 3, 4 и 5, 6 приводит к тому, что поток вдоль них будет закрученным. Сход закрученного потока смешиваемых ингредиентов 11 происходит с нижних сторон рамок, а подсос у верхних сторон рамок.

Работа органа смесителя по другому выполнению второго варианта заключается в следующем.

В емкость 10 (фиг. 37) помещают смешиваемые ингредиенты 11 и в ней располагают рабочий орган смесителя. Рамки вращаются синхронно навстречу друг другу по направлению вращения (Н.В.) с угловыми скоростями [] и [-] Под действием вращающихся рамок 3, 4 и 5, 6 смешиваемые ингредиенты 11 сначала образуют две локальные вращающиеся навстречу друг другу зоны 12 и 13 смешения, которые впоследствии инициируют за счет вязкости среды движение по всему объему емкости 10. За счет центробежных сил ингредиенты от осей 7 и 8 вращения рамок перемещаются на периферию зоны вращения рамок 3, 4 и 5, 6 и т. е. образуется плоскопараллельное движение, перпендикулярное осям 7 и 8. Направление выпуклостей на нижних сторонах рамок 3, 4 и 5, 6 против вращения способствует некоторому торможению частиц в нижней зоне рамок, что приводит к возникновению локальных зон противотечения типа "сдвига" частиц ингредиентов, что также способствует процессу смешения. Боковые стороны l₁-l₈ рамок 3, 4 и 5, 6 от верхних до нижних сторон воздействуют на частицы ингредиентов, перемещая их не только в горизонтальной плоскости S_г, но и в вертикальной S_в вдоль рамок 3, 4 и 5, 6, а следовательно, и по высоте емкости 10, потому что геометрия боковых сторон в немалой степени определяет характер изменения вертикальной составляющей скорости V_втечения смешиваемых ингредиентов (фиг. 38), и, кроме того, удлиняют время взаимодействия с рабочим органом, дополнительно измельчая и перемешивая ингредиенты 11 (фиг. 39). Так как по высоте рамок происходит приращение линейной скорости от верхней стороны к нижней из-за увеличения длины сторон рамок, то в среде организуется еще дополнительное вертикальное течение, направленное сверху вниз, что способствует еще более интенсивному перемешиванию. В межосевой зоне 14 происходит интенсивное перемешивание ингредиентов 11 за счет мощных локальных вихревых зон, которые образуются при вращении рамок 3, 4 и 5, 6. Пространственная винтоподобность боковых сторон рамок приводит к тому, что поток вдоль них будет закрученным. Сход закрученного потока смешиваемых ингредиентов 11 происходит с нижних сторон рамок, а подсос у верхних сторон.

Предлагаемые рабочие органы позволяют эффективно смешивать различные по вязкости ингредиенты.

Работа органов смесителя, основанная на использовании центробежного и пропеллерного принципов, приводит к уменьшению времени смешения и к уменьшению потребляемой электроэнергии, а также к получению смеси с более мелкодисперсной структурой, а значит, и более однородной по качеству.