рециркуляционный смеситель

Формула изобретения

1. Рециркуляционный смеситель, содержащий горизонтально установленные камеры с загрузочными и разгрузочным патрубками и расположенные в камерах валы, отличающийся тем, что камеры образуют два расположенных в вертикальной плоскости смесительных блока, верхний из которых состоит из одной камеры, вал которой оснащен однозаходными винтовыми лопастями длиной, равной 0,3-0,6 шага винта, и повернутыми относительно друг друга на угол 170-190°, а нижний блок состоит из двух преимущественно параллельно расположенных в горизонтальной плоскости камер меньших диаметров, чем диаметр верхней камеры, и сообщенных с ней патрубками, при этом валы нижних камер оснащены двухзаходными винтовыми лопастями длиной, равной 0,2-0,4 шага винта, и повернутыми относительно друг друга на угол 80-95°, кроме того, однозаходные и двухзаходные винтовые лопасти выполнены с прерывистой поверхностью и имеют разное направление винта: для нечетных лопастей со стороны загрузки материала направление винта совпадает с направлением вращения вала, а для четных направление винта противоположно направлению вращения вала, при этом загрузочные патрубки установлены в верхней камере и каждая из нижних камер имеет разгрузочный патрубок.

2. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что винтовые линии однозаходных лопастей расположены под углом ₁=10-35° к горизонтальной оси, а винтовые линии двухзаходных лопастей расположены под углом ₂=5-20° также к горизонтальной оси.

3. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что каждая из двух камер нижнего смесительного блока установлена относительно вертикальной оси под углом =30-45°.

4. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что для верхнего и нижнего смесительного блоков возможно соблюдение следующих соотношений D₁/D ₂=D₁/D₃=(1,1-1,5) и n₁/n₂=n ₁/n₃=(0,2-0,7), где D ₁ - диаметр верхней камеры; D₂ и D₃ - диаметры нижних камер; n ₁ - частота вращения вала верхней камеры; n ₂ и n₃ - частота вращения валов нижних камер.

5. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что однозаходные и двухзаходные винтовые лопасти выполнены из прутков, составляющих винтовые поверхности, и установлены относительно друг друга на расстоянии L=(0,15-0,4)S, где S - шаг винта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к смесительной технике, обеспечивающей получение многокомпонентных смесей, и может быть использовано в различных отраслях промышленности строительных материалов: керамической, огнеупорной и др., а также может быть использовано в химической, металлургической и др. отраслях промышленности, применяющих смешивание сыпучих компонентов.

Известен двухвальный смеситель с Z-образными лопастями (Рябинин Д.Д., Лукач Ю.Е. Смесительные машины для пластмасс и резиновых смесей. М.: Машиностроение, 1972, с.22, рис.3), содержащий корыто смесителя, Z-образные лопасти, торцовые стенки, крышку, механизм опрокидывания корыта. Недостатки смесителя - ограниченность в применении, периодичность действия и повышенные энергозатраты.

Наиболее близким к заявляемому решению является смеситель [RU 2188064 С1 В01F 7/02], в котором имеется три последовательно расположенные камеры, в первой из которых установлен быстроходный вал с двумя спиралями разного диаметра, а во второй и третьей камерах установлен тихоходный вал, снабженный конусообразными лопастями во второй камере и однозаходным шнеком с очищающей лопастью в третьей. На внутренней поверхности нижней части второй камеры смонтированы вращающиеся трапецеидальные рамные лопасти, имеющие пирамидальные каналы, меньшие основания которых обращены в сторону вращения, а в верхней части второй камеры установлены форсунки для подачи жидких и вязких компонентов, при этом нижняя часть второй камеры имеет конусообразную форму.

Недостатком смесителя является то, что его конструкция не обеспечивает равномерное перемешивание, имеет большие габаритные размеры и застойные зоны.

Задачей изобретения является достижение равномерного перемешивания смеси уменьшение габаритных размеров смесителя и устранение застойных зон. Это достигается за счет создания турбулентного режима движения слоев смешиваемых материалов, а также за счет вертикального расположения смесительных блоков.

Поставленная задача достигается тем, что в смесителе, содержащем горизонтально установленные камеры с загрузочными и разгрузочным патрубками и расположенные в камерах валы, новым является то, что камеры образуют два расположенных в вертикальной плоскости смесительных блока. Верхний из блоков состоит из одной камеры, вал которой оснащен однозаходными винтовыми лопастями длиной, равной 0,3-0,6 шага винта, и повернутыми относительно друг друга на угол 170°-190°, а нижний блок состоит из двух преимущественно параллельно расположенных в горизонтальной плоскости камер меньших диаметров, чем диаметр верхней камеры и сообщенных с ней патрубками. Валы нижних камер оснащены двухзаходными винтовыми лопастями длиной, равной 0,2-0,4 шага винта, и повернутыми относительно друг друга на угол 80°-95°, причем однозаходные и двухзаходные винтовые лопасти выполнены с прерывистой поверхностью и имеют разное направление винта: для нечетных лопастей со стороны загрузки материала направление винта совпадает с направлением вращения вала, а для четных направление винта противоположно направлению вращения вала, при этом загрузочные патрубки установлены в верхней камере и каждая из нижних камер имеет разгрузочный патрубок.

Винтовые линии однозаходных лопастей могут быть расположены под углом ₁=10-35° к горизонтальной оси, а винтовые линии двухзаходных лопастей могут быть расположены под углом ₂=5-20° также к горизонтальной оси.

Каждая из двух камер нижнего смесительного блока может быть установлена относительно вертикальной оси под углом =30-45°.

Для верхнего и нижнего смесительного блоков желательно соблюдение следующих соотношений: D ₁/D₂=D₁/D ₃=(1,1-1,5) и n₁/n ₂=n₁/n₃=(0,2-07),

где D₁ - диаметр верхней камеры,

D₂ и D₃ - диаметры нижних камер,

n₁ - частота вращения вала верхней камеры,

n₂ и n ₃ - частота вращения валов нижних камер.

Однозаходные и двухзаходные винтовые лопасти могут быть выполнены из прутков, составляющих винтовые поверхности и установлены относительно друг друга на расстоянии L=(0,15-0,4)S,

где S - шаг винта.

На фиг.1 показан общий вид смесителя. На фиг.2 показан поперечный разрез смесителя.

Смеситель (фиг.1) содержит, 2 расположенных в вертикальной плоскости смесительных блока, верхний из которых состоит из одной верхней камеры, а нижний блок состоит из двух расположенных преимущественно параллельно в горизонтальной плоскости нижних камер. Все камеры расположены горизонтально. Диаметры нижних камер 2 и 3 меньше диаметра верхней камеры 1. Это необходимо для создания в нижних камерах турбулентного движения компонентов. В верхней камере 1 установлены загрузочные патрубки 4, нижние камеры 2 и 3 соединены с верхней камерой 1 патрубками 5 и 6, нижние камеры 2 и 3 содержат разгрузочные патрубки 7 и 8. Верхняя камера 1 содержит вал 9, который имеет отдельный привод (не показан). Вал 9 верхней камеры 1 оснащен однозаходными винтовыми лопастями 10, 11, 12 и 13; длина лопастей составляет 0,3-0,6 шага винта. Все лопасти повернуты относительно друг друга на угол, составляющий 170°-190°. В рассматриваемом случае длина лопасти составляет 0,5 шага винта, а угол поворота лопасти составляет 180°. Если длина лопасти превышает 0,6 шага винта, то наблюдается излишняя турбулизация смешиваемых компонентов, а если длина лопасти меньше 0,3 шага винта, то это приводит к уменьшению продольного воздействия лопастей на смешиваемые компоненты и снижению интенсивности смешивания. Если лопасти повернуты относительно друг друга на угол меньше 170°, то образуются застойные зоны, а при повороте лопастей относительно друг друга на угол больше 190° дестабилизируется процесс смешивания и возникают ударные нагрузки.

Валы 14 нижних камер 2 и 3 оснащены двухзаходными винтовыми лопастями 15, 16, 17 и 18, 19, 20 длиной, равной 0,2-0,4 шага винта, и повернуты относительно друг друга на угол 85°-95°. В рассматриваемом случае длина лопасти равна 0,25 шага винта, а угол поворота лопастей составляет 90°. Если длина лопасти превышает 0,4 шага винта, то наблюдается излишняя турбулизация смешиваемых компонентов, а если длина лопасти меньше 0,2 шага винта то это приводит к уменьшению продольного воздействия лопастей на смешиваемые компоненты и снижению интенсивности смешивания. Если лопасти повернуты относительно друг друга на угол меньше 85°, то образуются застойные зоны, а при повороте лопастей относительно друг друга на угол больше 95° дестабилизируется процесс смешивания и возникают ударные нагрузки. Однозаходные и двухзаходные винтовые лопасти выполнены с прерывистой поверхностью, образованной сквозными отверстиями или разрывами лопасти, это необходимо для равномерного прохода части компонентов сквозь лопасти а следовательно, для достижения равномерного перемешивания смеси. Прерывистая поверхность лопастей может быть выполнена из прутков, составляющих винтовые поверхности, при этом лопасти устанавливают на расстоянии L=(0,15-0,4)S, где S - шаг винта. В рассматриваемом случае лопасти установлены на расстоянии 0,2 шага винта. Установка лопастей на расстоянии меньшем, чем 0,15 шага винта ведет к ухудшению смешивающей способности и увеличению транспортирующей способности лопастей, а установка лопастей на расстоянии большем, чем 0,4 шага винта, приводит к возникновению застойных зон между лопастями. Выполнение лопастей из прутков позволяет упростить изготовление прерывистой поверхности лопастей. Однозаходные и двухзаходные лопасти имеют разное направление винта: для нечетных лопастей со стороны загрузки компонентов смеси направление винта совпадает с направлением вращения вала. Такое расположение лопастей необходимо для создания рециркуляции компонентов смеси.

Если угол наклона винтовой линии однозаходных лопастей к горизонтали выполнить в пределах ₁=10°-35°, а угол наклона винтовой линии двухзаходных лопастей выполнить в пределах ₂=5°-20°, то это обеспечит наиболее эффективное продольное перемещение смешиваемых компонентов к патрубкам. В рассматриваемом случае угол наклона составляет: для однозаходных лопастей ₁=10°, а для двухзаходных лопастей ₂=5°. При превышении указанных значений углов возрастает транспортирующая способность лопастей, а перемешивающая способность ухудшается. Выполнение лопастей с углами ₁ меньше 10° и ₂ меньше 5° ведет к ухудшению качества перемешивания и образованию застойных зон.

Если каждую из двух камер нижнего смесительного блока установить относительно вертикальной оси под углом =30°-45°, то это обеспечит наиболее эффективный проход компонентов смеси из верхнего блока в нижний. В рассматриваемом случае камеры нижнего смесительного блока установлены относительно вертикальной оси под углом =40°. При установке смесительных блоков не в вертикальной плоскости, увеличиваются габаритные размеры смесителя и ухудшается прохождение компонентов смеси из одного блока в другой. При установке камер нижнего смесительного блока на угол меньше 30° возрастает высота смесителя, а на угол больше 45° возможно забивание патрубков 5 и 6 компонентами смеси.

Если для верхнего и нижнего смесительных блоков соблюсти следующие соотношения: D ₁/D₂=D₁/D ₃=(1,1-1,5) и n₁/n ₂=n₁/n₃=(0,2-0,7),

где D₁ - диаметр верхней камеры,

D₂ и D₃ - диаметры нижних камер,

n₁ - частота вращения вала верхней камеры,

n₂ и n ₃ - частота вращения валов нижних камер,

то это позволит создать наиболее эффективные режимы работы верхнего и нижнего блоков. В рассматриваемом случае D₁/D ₂=D₁/D₃=1,3 а n₁/n₂=n ₁/n₃=0,4. При значениях D ₁/D₂=D₁/D ₃ меньших 1,1 и n₁/n ₂=n₁/n₃ меньших 0,2 нарушается режим работы нижнего смесительного блока, что приводит к расслоению компонентов смеси. При значениях D ₁/D₂=D₁/D ₃ больших 1,5 и n₁/n ₂=n₁/n₃ больших 0,7 нарушается режим работы верхнего смесительного блока, возможна излишняя турбулизация компонентов смеси, что может привести к сегрегации компонентов в нижнем блоке.

Смеситель работает следующим образом.

Исходные сыпучие компоненты, например цемент, песок и пластифицирующая добавка, загружаются в смеситель через загрузочные патрубки 4. Часть компонентов захватывается лопастью 10 и подается к винтовой лопасти 11 в течение времени, за которое вал смесителя 9 поворачивается на угол от 0° до 180°, а другая часть компонентов за счет подпора материала проходит сквозь разрывы лопасти 10 и попадает к винтовой лопасти 11. При повороте от 180° до 360° винтовая лопасть 11 обеспечивает обратный импульс части компонентов в направлении лопасти 10. Этот внутренний рецикл обеспечивается различным направлением винта лопастей 10 и 11. Смешиваемые компоненты за счет подпора материала и за счет вращения лопастей 10, 11 продвигаются через разрывы поверхностей лопастей 10 и 11 к лопасти 12. Часть компонентов захватывается лопастью 12 и подается при повороте вала 9 от 0° до 180° к винтовой лопасти 13, а другая часть компонентов за счет подпора материала проходит сквозь разрывы лопасти 12 и попадает к винтовой лопасти 13. Направление винта лопастей 10 и 12 совпадает с направлением вращения вала 9, а направление лопастей 11 и 13 - противоположно, это необходимо для того, чтобы создать рециркуляцию материала. При повороте от 180° до 360° винтовая лопасть 13 заходом винта возвращает часть компонентов к лопасти 12. Компоненты по мере смешивания, за счет подпора материала, вращения вала 9 и за счет разрывов поверхности лопасти 12 проходят через разрывы поверхности винтовой лопасти 13 и через патрубки 5 и 6 подаются во вторую ступень. Часть компонентов захватывается первым заходом винтовой лопасти 15 и подается к двухзаходной винтовой лопасти 16 в течение времени, за которое вал 14 поворачивается на угол от 0° до 90°, а другая часть компонентов за счет подпора материала проходит сквозь разрывы лопасти 15 и попадает к винтовой лопасти 16. Двухзаходная винтовая лопасть 16 первым заходом ее винта захватывает часть смешиваемых компонентов и в течение времени, за которое вал поворачивается на угол от 90° до 180°, возвращает их к винтовой лопасти 15. При повороте вала 14 на угол от 180° до 270° двухзаходная винтовая лопасть 15 вторым заходом ее винта подает часть компонентов к винтовой лопасти 16, которая возвращает их при повороте вала 14 на угол от 270° до 360° вторым заходом винта в направлении к винтовой лопасти 15, а другая часть компонентов за счет подпора материала проходит сквозь разрывы лопасти 15 и попадает к винтовой лопасти 16. Направление вращения винта лопасти 15 совпадает с направлением вращения вала. Такое перемещение материала необходимо для наиболее эффективного смешивания.

Компоненты по мере смешивания, за счет подпора материала и вращения вала проходят через разрывы в поверхности винтовой лопасти 16, захватываются первым заходом винта двухзаходной винтовой лопасти 17 и подаются при повороте вала 14 на угол от 0° до 90° к двухзаходной винтовой лопасти 18. Лопасть 18 первым заходом винта возвращает часть компонентов к лопасти 17 при повороте вала 14 на угол от 90° до 180°, при повороте вала 14 на углы от 180° до 270° и от 270° до 360° рецикл повторяется. По мере смешивания исходные компоненты за счет подпора материала и вращения вала проходят через разрывы в поверхности винтовой лопасти 18 и захватываются первым заходом винта лопасти 19 и рецикл повторяется. Компоненты по мере смешивания за счет подпора материала и вращения вала 14 проходят через разрывы в поверхности винтовой лопасти 20 и через патрубки 7 и 8 выводятся из смесителя. Направление винтов лопастей 15, 17 и 19 совпадает с направлением вращения вала 14, а лопастей 16, 18 и 20 противоположно. Это необходимо для создания рециркуляции материала. Исходные компоненты подвергаются интенсивному смешиванию винтовыми лопастями. Двукратный внутренний рецикл в первой ступени и четырехкратный во второй позволяют полностью разрушать застойные зоны в смешиваемой среде.

Таким образом, предлагаемая конструкция смесителя позволяет достичь равномерного перемешивания материалов, устранения застойных зон и уменьшения габаритных размеров смесителя.