Роторный смеситель

 

Изобретение относится к перемешиванию жидкостей и газов и может быть использовано в пищевой, химической и других областях промышленности для активации химических процессов, а также получения эмульсий, суспензий и т.п. Цель изобретения - упрощение конструкции и снижение энергозатрат. Смеситель содержит корпус с подводящим патрубком и перемешивающий орган в виде шара, свободно помещенный в диффузор, расположенный между корпусом и подводящим патрубком. Шар может быть дополнительно снабжен перемешивающим органом в виде спирали или пропеллера. Шар также может быть снабжен дисбалансом. 6 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к перемешиванию жидкостей и газов и может быть использовано в пищевой, химической и других областях промышленности для активации химических процессов, а также получения эмульсий, суспензий и т.п. Известен смеситель непрерывного действия, содержащий корпус с загрузочным и регулировочным патрубками. Внутри корпуса расположен перемешивающий орган, выполненный в виде наружной и внутренней коаксиально расположенных спиралей с противоположным направлением подъема витков. Вращение спиралей производится от электропривода через муфту перемешивающего органа. Недостатком этого смесителя является конструктивная сложность и высокие энергозатраты, связанные с наличием электропривода. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является роторный смеситель, содержащий корпус, внутри которого коаксиально установлены ротор и статор, снабженные прорезями. Между ротором и статором в прорезях свободно помещены инертные тела, наружная поверхность которых соответствует внутренней поверхности прорезей. Инертные тела свободно перемещаются по высоте прорезей и при движении обрабатываемой жидкости через прорези совершают движение сложного характера, особенности и интенсивность которых зависят от физико-механических свойств обрабатываемой среды и инертных тел, конструктивных параметров прорезей и инертных тел. Наличие в прорезях тел приводит к существенному увеличению кавитационных явлений, повышает турбулентность и вихреобразование потока, что интенсифицирует процесс перемешивания. Недостатком этого смесителя также является конструктивная сложность, нетехнологичность и энергозатраты на вращение ротора. Целью изобретения является упрощение конструкции и снижение энергозатрат. Для этого в роторном смесителе, содержащем корпус с подводящим патрубком и перемешивающий орган в виде шара, имеется диффузор, основание которого по периметру соединено с корпусом, вершина - с подводящим патрубком, а шар свободно помещен внутри диффузора. При этом смеситель может быть снабжен дополнительно перемешивающим органом в виде круглой спирали, один торец которой кинематически связан с шаром. Это позволяет интенсифицировать процесс перемешивания. Также смеситель дополнительно может быть снабжен перемешивающим органом в виде пропеллера, вал которого кинематически связан с шаром. Шар может быть снабжен дисбалансом. Дисбалансом может служить коническое отверстие, центральная ось которого смещена относительно центральной оси шара; или коническая втулка, запрессованная в это отверстие. Материалы втулки и шара могут иметь разную плотность. Также ось симметрии дополнительного перемешивающего органа может быть смещена относительно оси шара. На фиг.1-3 показаны смесители с различными вариантами выполнения перемешивающего органа; на фиг.4 и 5 - варианты выполнения шара с дисбалансом. Роторный смеситель содержит корпус 1, к которому прикреплено основание диффузора 2. К вершине диффузора прикреплен подводящий патрубок 3, отводящим патрубком может служить корпус 1. В диффузоре 2 свободно размещен шар 4. На границе основания диффузора 2 и корпуса 1 может быть установлен ограничитель 5, выполненный, например, в виде нескольких радиально размещенных отрезков проволоки. Шар 4 дополнительно может быть связан с перемешивающим органом, например, спиралью 6, один торец 7 которой запрессован в тело шара 4 (фиг.2); или пропеллером 8, соединенным с шаром 4 валом 9 (фиг.3). Кроме того, шар 4 может быть снабжен дисбалансом, например, в виде конического отверстия 10, ось которого О-О не проходит через центр тяжести С шара, или установленного в отверстие конического штифта 11 из материала, плотность которого отличается от плотности шара. В случае выполнения шара с дополнительным перемешивающим органом дисбаланс может осуществляться за счет установки торца 7 спирали 6 (фиг.2) или вала 9 (фиг.3) и тело шара 4 по оси, не проходящей через центр тяжести шара С. Сущность изобретения основана на эффекте вращения шара в состоянии гидродинамического равновесия в потоке жидкости или газа в диффузоре. При подаче в диффузор с находящимся в нем шаром жидкости или газа по мере выхода потока из диффузора происходит падение его скорости и согласно закону Бернулли нарастание давления. Одновременное проявление эффекта Эйфеля (падение лобового сопротивления шара) приводит к стабилизации шара в состоянии гидродинамического равновесия на некотором удалении от стенок диффузора (чем больше скорость потока, тем ближе к стенкам диффузора стабилизируется шарик). В то же время случайные пульсации потока жидкости (незначительные неравномерности расхода жидкости или давления в магистрали) являются толчком для возникновения спонтанной вибрации шара с частотой, прямо пропорциональной скорости потока и обратно пропорциональной диаметру шара. Однако вибрация шара, требующая больших энергетических затрат, крайне неустойчива, и при любом случайном завихрении потока мгновенно переходит во вращение шара вокруг оси потока с частотой, равной частоте колебаний. При наличии во вращающемся шаре дисбаланса происходят одновременно с вращением шара колебания его оси вращения с той же частотой. В результате шар начинает совершать сложные колебательно-вращательные движения в состоянии гидродинамического равновесия, способствуя возникновению турбулентных вихрей. Предлагаемое устройство работает следующим образом. При подаче через патрубок 3 в диффузор 2 смеси жидкостей и т.п. шар 4 совершает вертикальные движения с частотой 10-500 Гц и выше и активно перемешивает подаваемую жидкость, а связанный с шаром 4 дополнительный перемешивающий орган 6 или 8 продолжает перемешивание в корпусе 3. Ограничители 5 позволяют избежать выхода шара из состояния гидродинамического равновесия в начальный момент при ручной подаче жидкости или при прекращении подачи (для наклонных или перевернутых аппаратов с подачей жидкости сверху, сбоку и т.п.). Наличие дисбаланса в шаре способствует возникновению с вращением колебательных движений с той же частотой, что еще более активизирует турбулизацию потока. Использование предлагаемого изобретения позволяет отказаться от внешнего привода: снизить энергозатраты благодаря тому, что лобовое сопротивление шара очень мало; получить простые и технологичные конструкции; дешевые смесители, активаторы и т.д.

Формула изобретения

1. РОТОРНЫЙ СМЕСИТЕЛЬ, содержащий корпус с подводящим патрубком и перемешивающий орган в виде шара, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и снижения энергозатрат, он снабжен диффузором, основание которого по периметру соединено с корпусом, а вершина - с подводящим патрубком, при этом шар свободно помещен внутри диффузора. 2. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса перемешивания, он дополнительно снабжен перемешивающим органом в виде круглой спирали, один торец которой кинематически связан с шаром. 3. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса перемешивания, он дополнительно снабжен перемешивающим органом в виде пропеллера, вал которого кинематически связан с шаром. 4. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса перемешивания, шар снабжен дисбалансом. 5. Смеситель по п.4, отличающийся тем, что дисбаланс выполнен в виде конических отверстий, центральная ось которых смещена относительно центральной оси шара. 6. Смеситель по п.5, отличающийся тем, что дисбаланс выполнен в виде конической втулки, запрессованной в отверстие, причем материалы шара и втулки имеют разную плотность. 7. Смеситель по пп.2 и 3, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса перемешивания, ось симметрии дополнительного перемешивающего органа смещена относительно центральной оси шара.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5