центробежный смеситель порошкообразных материалов

Формула изобретения

1. Центробежный смеситель порошкообразных материалов, содержащий корпус с размещенным в нем на вертикальном валу ротором, выполненным в виде концентричных усеченных конусов с рабочими поверхностями и основанием, при этом высота конусов и угол наклона их образующей к основанию увеличиваются от центральной части ротора к его периферии, отличающийся тем, что усеченные конусы выполнены из материалов, коэффициент трения которых уменьшается по мере удаления конусов от центральной части ротора.

2. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что центральный конус выполнен из стали, промежуточный - из сплава на основе меди, а периферийный - из антифрикционного полимерного материала, например, фторопласта.

3. Смеситель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что основание выполнено из двух расположенных с зазором слоев, а промежуточный и периферийный конусы снабжены горизонтальными кольцевыми участками, которые помещены в указанный зазор и жестко скреплены с обоими слоями основания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике смешивания порошкообразных и гранулированных материалов и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности, а также в сельскохозяйственном производстве для приготовления кормосмесей в животноводстве.

Известен центробежный смеситель порошкообразных материалов, содержащий корпус с расположенными в нем одна над другой конусными перегородками, вертикальный вал с установленными на нем конусными роторами, каждый из которых выполнен в виде нескольких концентрично расположенных конусов (SU 306864, МПК В 01 F 7/26, 23.07.1971).

Технический недостаток данного смесителя: сложность конструкции вследствие излишнего количества роторов.

Известен центробежный смеситель, содержащий корпус с вибрационным устройством, ротор, выполненный в виде нескольких концентрично расположенных полых усеченных конусов, при этом внутренняя поверхность каждого конуса снабжена рассекателями (SU 673308, МПК В 01 F 11/00, 15.07.1979).

Технический недостаток смесителя: наличие элементов (вибраторы, рассекатели и т.п.), не оказывающих существенного влияния на смешивание, но усложняющих конструкцию.

Известен также центробежный смеситель порошкообразных материалов, содержащий корпус с размещенным в нем на вертикальном валу ротором, выполненным в виде концентричных усеченных конусов с рабочими поверхностями и основанием, при этом высота конусов и угол наклона их образующей к основанию увеличиваются от центральной части ротора к его периферии (SU 1546120 A1, В 01 F 7/26, 28.02.1990).

Техническим недостатком данного центробежного смесителя является ограниченное время пребывания компонентов на рабочих поверхностях, что влияет на качество смешивания.

Техническая задача: повышение качества смешивания за счет увеличения времени пребывания компонентов на рабочих поверхностях смесителя.

Согласно изобретению усеченные конусы выполнены из материалов, коэффициент трения которых уменьшается по мере удаления конусов от центральной части ротора. Центральный конус может быть выполнен из стали, промежуточный - из сплава на основе меди, а периферийный - из антифрикционного полимерного материала, например фторопласта; основание выполнено из двух расположенных с зазором слоев, а промежуточный и периферийный конусы снабжены горизонтальными кольцевыми участками, которые помещены в указанный зазор и жестко скреплены с обоими слоями основания.

На фиг. 1 изображен центробежный смеситель порошкообразных материалов в разрезе; на фиг. 2 - ротор смесителя в разрезе; на фиг. 3 - выноска I из фиг. 2.

Смеситель состоит из конического корпуса 1, закрепленного на раме 2. Внутри корпуса размещен ротор, выполненный в виде концентрично расположенных полых усеченных конусов - центрального 3, промежуточного 4 и периферийного 5, прикрепленных к основанию 6 ротора. Конусы 3-5 выполнены разными по высоте и образуют каскады - высота конусов и угол наклона их образующей к основанию увеличиваются от центральной части ротора к его периферии (h₁< h₂< h₃; ₁< ₂< ₃ ). Усеченные конусы 3-5 выполнены из материалов, коэффициент трения которых уменьшается по мере удаления конусов от центральной части ротора. Например: центральный конус 3 выполнен из стали, промежуточный 4 - из сплава на основе меди (бронза, латунь), а периферийный 5 - из антифрикционного полимерного материала, например из фторопласта. Поскольку бронза (латунь) и полимерный материал по сварке не совместимы со сталью, то только центральный конус 3 соединен с основанием 6 посредством сварки. Для крепления остальных конусов 4 и 5 основание выполнено из двух расположенных с зазором слоев 7 и 8, промежуточный 4 и периферийный 5 конусы снабжены горизонтальными кольцевыми участками 9 и 10 соответственно. При этом кольцевой участок 9 конуса 4 имеет вырезы, а верхний слой 7 основания 6 - окна, куда заведены оставшиеся после вырезов "лепестки" кольцевого участка 9. В итоге кольцевые участки 9 и 10 конусов 4 и 5 помещены в зазор между слоями 7 и 8 основания 6 и жестко скреплены с обоими слоями посредством, например, заклепок 11.

Ротор закреплен на вертикальном валу 12, установленном в опоре 13 на подшипниках. Вал через клиноременную передачу 14 приводится во вращение электродвигателем 15. Корпус 1 имеет выгрузной патрубок 16, у днища корпуса на валу 12 закреплены лопасти 17 для выгрузки смеси через патрубок 16. На корпусе 1 установлена крышка 18, через которую проходит загрузочная течка 19 со штуцерами 20. Конусы 3-5 имеют рабочие поверхности 21-23, смещенные по высоте.

Центробежный смеситель порошкообразных материалов работает следующим образом.

Компоненты смеси в заданном соотношении непрерывно подаются через штуцеры 20 в загрузочную течку 19, где частично перемешиваются и далее поступают в центральный конус 3 ротора с наименьшим углом ₁ наклона образующей к основанию 6. Электродвигатель 15 посредством клиноременной передачи 14 приводит во вращение вал 12, который, вращаясь на подшипниках в опоре 13, сообщает вращение с заранее подобранной угловой скоростью, ротор - его полые усеченные конусы 3-5 и закрепленные на валу 12 лопасти. Компоненты смеси частично попадают на верхний слой 7 основания - ту часть, которая ограничена малым основанием усеченного конуса 3, и частично - на рабочую поверхность 21 этого конуса. Под действием центробежных сил компоненты отбрасываются от центра основания 6 на рабочую поверхность 21, вследствие чего частицы начинают ускоренно двигаться по спиралеобразной траектории по поверхности 21, поднимаясь к верхней кромке конуса 3. Так как компоненты смеси состоят из частиц различной массы и имеют разный коэффициент трения по материалу (в данном случае стали) конуса 3, то скорость и траектория их движения на рабочей поверхности 21 будет различна. В результате этого траектории движения отдельных частиц перекрещиваются и смесь в непрерывном потоке перемешивается. Траектории движения частиц зависят также от угла наклона ₁ образующей к основанию 6, угловой скорости ротора, высоты h₁ конуса 3, коэффициента трения по рабочей поверхности 21 и имеют форму спиралей с различным шагом. Более высокий коэффициент трения материала конуса 3 (по сравнению с соответствующими показателями конусов 4 и 5) способствует повышенному сцеплению частиц с рабочей поверхностью 21 и, как следствие, увеличению шага спиралей.

Пройдя первый каскад - центральный конус 3, частицы смеси под действием центробежной силы и силы инерции перемещаются к второму каскаду - промежуточному конусу 4, при этом компоненты смеси продолжают непрерывно перемешиваться. Вследствие того, что отрыв частиц смеси с поверхности 21 первого каскада - центрального конуса 3 идет по ходу вращения под острым углом к касательной окружности основания конуса, под острым углом по ходу вращения происходит и соприкосновение частиц с рабочей поверхностью 22 второго каскада - промежуточного конуса 4. Это позволяет сохранить процесс перемешивания компонентов смеси, начатый в первом каскаде, так как частицы смеси продолжают движение по рабочей поверхности 22 второго каскада по траекториям, близким к траекториям движения на первом каскаде. Но поскольку коэффициент трения материала (бронза, латунь) конуса 4 меньше соответствующего коэффициента конуса 3, то сцепление частиц с рабочей поверхностью 22 второго каскада несколько ослабевает и по этой причине шаг спиралей и скорость перемещения частиц уменьшаются. Это приводит к увеличению времени пребывания компонентов смеси в промежуточном конусе 4, что положительно сказывается на качестве смешивания. При этом компоненты смеси не отбрасываются внутрь центрального конуса 3, а продолжают ускоренно двигаться по рабочей поверхности 22 промежуточного конуса 4 (второго каскада) и интенсивно перемешиваются. Для уменьшения угла подъема спиралей и дальнейшего увеличения интенсивности перемешивания промежуточный конус имеет больший угол ₂ наклона образующей к основанию по сравнению с центральным конусом и большую высоту h₂. Вследствие этого слой смеси на рабочей поверхности 22 конуса 4 становится тоньше и повышается качество перемешивания.

Процесс отрыва частиц смеси с промежуточного конуса 4 (второго каскада) и их соприкосновение с рабочей поверхностью 23 периферийного конуса 5 (третьего каскада) аналогичен описанному. Для уменьшения угла подъема и шага спиралей и, следовательно, увеличения продолжительности пребывания частиц на наибольшей рабочей поверхности 23 предусмотрено: дальнейшее увеличение угла ₃ образующей конуса 5 к основанию, увеличение высоты h₃ конуса, уменьшение коэффициента трения материала периферийного конуса, выполненного из антифрикционного полимерного материала, например фторопласта. Все это в комплексе способствует качественному перемешиванию компонентов смеси на завершающем этапе технологического цикла. Приготовленная смесь под действием центробежной силы сбрасывается с кромки периферийного конуса 5, поступает на днище корпуса 1 и лопастями 17 выгружается через патрубок 16 из смесителя.

Применение предлагаемого смесителя улучшает качество смешивания за счет последовательного прохождения компонентов всех трех конусов ротора, при этом за счет уменьшения коэффициента трения материалов конусов по мере их удаления от центральной части ротора увеличивается время пребывания компонентов на рабочих поверхностях, что положительно влияет на качество приготовленной смеси.