Центробежный смеситель порошкообразных материалов

 

Область применения - техника смешивания порошкообразных и гранулированных сыпучих материалов. Смеситель содержит корпус с размещенным в нем на вертикальном валу полым ротором, внутренняя полость которого в сечении, проходящем через его ось вращения, выполнена в виде параболы, обращенной вершиной книзу и отсеченной плоским основанием, на котором вершиной вверх установлена парабола меньшего размера. Смеситель включает устройства для загрузки и выгрузки материалов и привод ротора. Указанная парабола меньшего размера сопряжена с параболой ротора посредством двух расположенных по бокам вершиной вниз таких же парабол, а верхние торцы параболы ротора закруглены посредством неполных парабол, установленных вершиной вверх и имеющих те же размеры, что и параболы на плоском основании. Последнее имеет опору на вершины расположенных по бокам парабол, при этом в уравнении параболы ротора у = aх² коэффициент a имеет значение 0,10 ... 0,15. Технический результат - повышение эксплуатационно-технологических показателей. 4 ил.

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

Известно устройство для перемешивания жидких компонентов [1], содержащее корпус с размещенным на вертикальном валу ротором, выполненным в различных модификациях, в частности в виде последовательно установленных нескольких усеченных конусов, соединенных между собой малыми основаниями, при этом внутренние полости конусов закрыты для флюидов; предусмотрены также устройства для принудительной подачи флюидов.

Технический недостаток данного устройства: ограниченные области применения, в том числе невозможность смешивания порошкообразных материалов; сложность конструкции.

Известен смеситель порошкообразных материалов [2], состоящий из корпуса и ротора, выполненного в виде обращенного малым основанием книзу усеченного полого конуса.

Технический недостаток смесителя: недостаточно высокое качество перемешивания порошков разной сыпучести из-за неоптимальной траектории перемещения частиц материалов по внутренней поверхности конуса-ротора.

Известен центробежный смеситель порошкообразных материалов [3], содержащий корпус с размещенным в нем на вертикальном валу ротором в виде полого усеченного конусовидного образования, состоящего из двух или трех полых конусов с различными углами наклона образующих, установленных концентрично и обращенных малым основанием книзу, включающим также устройства для загрузки и выгрузки материалов и привод ротора.

Технический недостаток центробежного смесителя: усложнение конструкции и наличие застойных зон в центре ротора и между конусами, что сказывается на качестве перемешивания материалов и эксплуатации устройства.

Известен также центробежный смеситель порошкообразных материалов [4], содержащий корпус с размещенным в нем на вертикальном валу полым ротором, внутренняя полость которого - в сечении, проходящем через его ось вращения, выполнена в виде параболы уравнения y = ax², где a = 0,05 - 0,20, обращенной вершиной книзу и отсеченной плоским основанием, на котором вершиной вверх установлена парабола меньшего размера, включающий устройства для загрузки и выгрузки материала и привод ротора.

Техническим недостатком данного центробежного смесителя является наличие неплавных переходов между параболами и плоским основанием и острой кромки на верхнем торце параболы, что сказывается на эксплуатационно-технологических показателях смесителя и процесса смешивания, в частности образуется небольшие застойные зоны и происходит ненормируемый срыв частиц с верхнего торца параболы.

Техническая задача - повышение эксплуатационно-технических показателей.

Сущность изобретения заключается в том, что центробежный смеситель порошкообразных материалов содержит корпус с размещенным в нем на вертикальном валу полым ротором, внутренняя полость которого в сечении, проходящем через его ось вращения, выполнена в виде параболы уравнения y = ax², где коэффициент "a" имеет значение 0,10...0,15, обращенной вершиной книзу и отсеченной плоским основанием, на котором вершиной вверх установлена парабола меньшего размера, устройства для загрузки и выгрузки материалов и привод ротора. Согласно изобретению указанная парабола меньшего размера сопряжена с параболой ротора посредством двух расположенных по бокам вершиной вниз таких же парабол, а верхние торцы параболы ротора закруглены посредством неполных парабол, установленных вершиной вверх и имеющих те же размеры, что и параболы на плоском основании, которое имеет опору на вершины расположенных по бокам парабол.

На фиг. 1 изображен центробежный смеситель порошкообразных материалов с разрезом по корпусу и ротору, вид сбоку; на фиг. 2-4 - схемы, иллюстрирующие очертания внутренней полости ротора с различным коэффициентом в уравнении параболы.

Центробежный смеситель порошкообразных материалов состоит из конического корпуса 1, закрепленного на раме 2. Внутри корпуса размещен полый ротор 3 (фиг. 1 - 4), внутренняя полость которого в сечении, проходящем через его вертикальную ось I - I вращения, выполнена в виде параболы 4, обращенной вершиной книзу и отсеченной плоским основанием 5, перпендикулярным оси вращения. На основании вершиной вверх установлена парабола 6 меньшего размера (без разреза - полый эллиптический параболоид). Парабола 6 сопряжена с параболой 4 ротора посредством двух расположенных по бокам вершиной вниз таких же парабол 7 и 8 (конструктивно между параболой 4 ротора и параболой 6 меньшего размера образован цилиндрический параболический желоб). Верхние торцы параболы 4 ротора закруглены посредством неполных парабол 9 и 10, установленных вершиной вверх и имеющих те же размеры, что и параболы 6-8 на плоском основании 5 (конструктивно верхний торец параболы ротора отбуртован плавной цилиндрической параболической окантовкой). Основание 5 имеет опору на вершины расположенных на бокам парабол 7 и 8. Парабола 4 ротора может иметь несколько очертаний (фиг. 2 - 4) - в упрощении параболы y = ax² коэффициент а имеет значение 0,10. . .0,15 (установлено экспериментально). Парабола, как кривая второго порядка, может описываться несколькими уравнениями; здесь приведено наиболее простое уравнение, удобное для инженерной практики (см. Кочетков B.C. и др. Алгебра и элементарные функции: Учебник. - М.: Просвещение, 1967, с. 129- 130). Кривые 4', 4'' и 4''' означают очертание параболы 4 ротора ("большой" параболы) при коэффициентах a = 0,10 (фиг. 2); a = 0,125 (фиг. 3); a = 0,15 (фиг. 4), если ось oy направлена вертикально вверх, а начало o координат совпадает с предполагаемой (отсеченной) вершиной параболы. При различных очертаниях параболы ротора во всех вариантах (фиг. 2 - 4) размеры "малых" парабол 6 - 10 остаются неизменными.

Ротор закреплен на валу 11 (фиг. 1), установленном в подшипниках 12. Вал 11 через клиноременную передачу 13 приводится во вращение от электродвигателя 14. Корпус 1 имеет выгрузной патрубок 15. У днища корпуса на валу 11 закреплены лопасти 16 для выгрузки смеси через патрубок 15. На корпусе 1 установлена крышка 17, через которую проходит загрузочная течка 18 со штуцерами 19 и питателями 20.

Центробежный смеситель порошкообразных материалов работает следующим образом. Компоненты смеси непрерывно подаются посредством питателей 20 штуцеры 19 в загрузочную течку 18, где частично перемешиваются и далее попадают во внутреннюю полость ротора 3. При вращении ротора посредством двигателя 14, ременной передачи 13 и вала 11 компоненты смеси начинают ускоренно перемещаться по сложным траекториям. Первоначально поступающие из загрузочной течки компоненты разбиваются о вершину эллиптического параболоида (в сечении парабола 6) и в сочетании с вращением ротора под действием центробежных сил отбрасываются в стороны от оси вращения I - I, попадая частично в цилиндрический параболоидный желоб, образованный параболами 7 и 8, частично на стенки параболы 4 ротора. При наличии центрального выступа в виде параболоида и плавных параболических переходов (с помощью парабол 7 и 8) к параболе 4 ротора, отсутствуют застойные зоны в центре ротора и в местах перехода от парабол 6 - 7 к параболе 4. В этом случае радиус-вектор R расположения частицы в роторе сразу принимает сравнительно большое значение, вследствие чего центробежная сила F_y = m ω² R, как функция радиуса-вектора (m - масса частицы, ω - угловая скорость ротора), незамедлительно без образования застойных зон перебрасывает частицы на параболическую поверхность ротора 3. Этому способствуют и пологие кривые параболы, примыкающие к параболе 4 ротора.

Частицы (компоненты смеси), перемещаясь по внутренней поверхности параболы 4 и совершая спиралеобразное движение, поднимаются к верхней кромке ротора 3. Поскольку компоненты смеси состоят из частиц различной массы и имеют разные коэффициенты трения материала по внутренней поверхности ротора, то скорость и траектории их движения по параболе будут различны. В результате этого траектории движения отдельных частиц многократно перекрещиваются и смесь перемешивается. Выполнение внутренней поверхности по параболической кривой (в пространстве при вращении - эллиптический параболоид), в сочетании с указанными особенностями перехода параболоида 6 к параболе 4, способствует оптимальному разгону и оптимальной траектории движения частиц. В нижней части параболы 4, при меньшем радиусе-векторе частицы, движущая (центробежная) сила будет меньше, но из-за большего угла наклона параболы 4 к вертикали частицы будут совершать ускоренное движение (разгон). Траектория движения имеет форму спирали с различным шагом спирали и с различным (возрастающим) радиусом-вектором. По мере перемещения вверх по эллиптическому параболоиду ускорение движения частицы будет возрастать, но в меньшей степени из-за уменьшения угла наклона параболы 4 по вертикали и при постепенном, но теперь замедленном росте радиуса-вектора, т.е. автоматически регулируется режим движения и перемещения частиц. Этому способствует и подобранные значения коэффициента в уравнении параболы.

Приготовленная смесь плавно переходит с параболы 4 на отбуртовку торца ротора - параболическую окантовку, образованную неполными параболами 9 и 10. Благодаря этому исключается ненормированный срыв частиц с верхнего торца параболоида, компоненты дополнительно разгоняются из-за некоторого увеличения радиуса-вектора и возрастания угла наклона парабол 9 и 10 к вертикали. В итоге частицы плавно "стекают" с внутренней поверхности ротора 3 и поступают на днище корпуса 1. Далее смесь лопастями 16 выгружается из смесителя через патрубок 15.

Таким образом, при указанном сочетании шести параболических кривых и подобранных параметров "большой" параболы ротора предлагаемый смеситель повышает эксплуатационно-технологические показатели как самого устройства, так и приготавливаемой смеси из порошкообразных материалов. Простота и "логичность" ротора достигаются одинаковыми размерами пяти (из шести) парабол.

Источники информации 1. US N 4174907, МПК B 01 F 7/24, В 01 F 7/28, 1979.

2. SU N 1379006, МПК В 01 F 7/28, 1961.

3. SU N 1546120, МПК В 01 F 7/26, 1990.

4. RU N 2121870, МПК B 01 F 7/28, 1998.

Формула изобретения

Центробежный смеситель порошкообразных материалов, содержащий корпус с размещенным в нем на вертикальном валу полым ротором, внутренняя полость которого в сечении, проходящем через его ось вращения, выполнена в виде параболы уравнения y = ax², где коэффициент a имеет значение 0,10 ... 0,15, обращенной вершиной книзу и отсеченной плоским основанием, на котором вершиной вверх установлена парабола меньшего размера, устройства для загрузки и выгрузки материалов и привод ротора, отличающийся тем, что указанная парабола меньшего размера сопряжена с параболой ротора посредством двух расположенных по бокам вершиной вниз таких же парабол, при этом верхние торцы параболы ротора закруглены посредством неполных парабол, установленных вершиной вверх и имеющих те же размера, что и параболы на плоском основании, которое имеет опору на вершины расположенных по бокам парабол.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4