Устройство для смешивания жидкостей и порошков с жидкостью

Изобретение относится к металлургии, строительной, лакокрасочной и другим отраслям промышленности. Устройство для смешивания жидкостей и порошков с жидкостью в резервуаре содержит стержень с закрепленным на одном конце рабочим органом с возможностью его вращения и продольного колебательного перемещения. Рабочий орган выполнен в виде трех дисков, жестко закрепленных на стержне на одинаковом расстоянии друг от друга. По периферии поверхностей крайних дисков соосно установлено n цилиндрических штифтов, направленных свободными концами в сторону центрального диска и смещенных относительно друг друга по поверхности диска на одинаковый угол α=360°/n. На каждой из поверхностей центрального диска установлено соосно n цилиндрических штифтов, смещенных относительно штифтов крайних дисков на угол α/2. На каждом из дисков выполнены сквозные отверстия, равномерно расположенные по их поверхности. Скорость вращения стержня составляет (500÷2700) об/мин, частота его продольных колебаний составляет (5÷30) Гц, а амплитуда колебаний составляет не менее 0.8 см. Расстояние между дисками, высота и диаметр штифтов, суммарная площадь отверстий в диске и их диаметр определяются алгебраическими соотношениями. Изобретение обеспечивает наиболее полное смешивание разных жидкостей и порошков в жидкости для получения однородного состава и равномерного по объему распределения твердых частиц. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к металлургии, строительной, лакокрасочной и другим отраслям промышленности.

Известен гидродинамический смеситель [1]. Он содержит проточную камеру с установленным в ней кавитатором в виде усеченного конуса, обращенного большим основанием в сторону входной части камеры. Кавитатор имеет прорези пирамидальной формы, расположенные под острым углом к его оси и направленные вершиной по ходу потока. Жидкость, попадая в прорези, закручивается и за счет сужения увеличивает скорость потока до образования кавитационного режима течения.

Известно устройство для смешивания частиц вещества с жидкостью, которое содержит контейнер, входное отверстие для помещения частиц вещества в контейнер, средство для распыления жидкости над частицами вещества в контейнере, мешалку, расположенную в контейнере, и выходное отверстие для выпуска вещества, смешанного с жидкостью, из контейнера [2]. Внутри контейнера расположен в наклонном положении вал с набором дисков, имеющих эллиптическую форму и наклоненных к валу под углом (45÷80) градусов. Устройство сложно в изготовлении и недостаточно эффективно в работе.

Известен смеситель наночастиц с жидкостями [3]. Он содержит цилиндрический корпус, патрубок подвода жидкости, подлежащий смешиванию с наночастицами, на другой стороне корпуса завихритель, выполненный в виде радиальных лопаток, установленных внутри корпуса под углом к его оси на этой же стороне корпуса. Внутри корпуса на его оси напротив завихрителя жидкости установлена пневматическая или механическая форсунка, подача наночастиц и улиткообразный патрубок вывода смеси жидкости с наночастицами из смесителя.

Известно устройство для обработки, в частности для очистки или дегазации, расплавленного металла, которое содержит элемент, открытый воздействию обрабатываемого расплавленного металла и средства, придающего металлу вращательное движение вокруг практически вертикальной оси, чтобы отделить примеси центробежной или гравитационной силой [4].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является выбранная в качестве прототипа мешалка, которая содержит стержень и закрепленный на одном его конце в опорах рабочий орган, образованный изогнутыми лопастями [5]. Рабочий орган состоит из двух частей, лопасти каждой части образуют купол с отбортовкой по максимальному диаметру, дополнительно изогнуты в продольном направлении и повернуты относительно своих продольных осей, при этом купола отбортовками соединены между собой. Лопасти одного купола могут быть смещены в радиальном направлении относительно лопастей другого на угол 90° включительно, а в частном случае на угол 20°. Оба купола могут быть одинаковыми. Недостатком прототипа является сложность конструкции.

Техническим результатом настоящего изобретения является наиболее полное смешивание разных жидкостей, замешивание твердых микрочастиц в жидкость для получения однородного состава и равномерного по объему распределения твердых частиц.

Технический результат изобретения достигается тем, что разработано устройство для смешивания жидкостей и порошков с жидкостью в резервуаре, содержащее стержень с закрепленным на одном конце рабочим органом с возможностью его вращения и продольного колебательного перемещения. Рабочий орган выполнен в виде трех дисков, жестко закрепленных на стержне на одинаковом расстоянии друг от друга. По периферии поверхностей крайних дисков соосно установлено n цилиндрических штифтов, направленных свободными концами в сторону центрального диска и смещенных относительно друг друга по поверхности диска на одинаковый угол α=360°/n. На каждой из поверхностей центрального диска установлено соосно n цилиндрических штифтов, смещенных относительно штифтов крайних дисков на угол α/2. На каждом из дисков выполнены сквозные отверстия, равномерно расположенные по их поверхности. Скорость вращения стержня составляет (500÷2700) об/мин, частота его продольных колебаний составляет (5÷30) Гц, а амплитуда колебаний составляет не менее 0.8 см. Расстояние между дисками, высота и диаметр штифтов, суммарная площадь отверстий в диске и их диаметр определяются соотношениями

H=(0.3÷0.4)D,

h1=(0.8÷0.9)H,

h2=(0.45÷0.55)H,

d=(0.07÷0.08)D,

Sотв=(0.2÷0.3)πD2/4,

dотв=(0.1÷0.2)D,

где Н - расстояние между дисками; D - диаметр дисков; h1 - высота штифтов, установленных на крайних дисках; h2 - высота штифтов, установленных на центральном диске; d - диаметр штифтов; Sотв - суммарная площадь отверстий в диске; dотв - диаметр отверстий.

Стержень с рабочим органом выполнен с возможностью перемещения в резервуаре в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

Фиг. 1 - общий вид рабочего органа.

Фиг. 2 - схема рабочего органа.

Фиг. 3 - общий вид устройства.

Фиг. 4 - видеокадры процесса распространения стеклянных шариков в резервуаре.

Фиг. 5 - структура образца сплава, полученного без использования устройства (Фиг. 5а) и с использованием устройства (Фиг. 5б).

Положительный эффект изобретения обусловлен следующими факторами.

1. Рабочий орган, выполненный в виде трех перфорированных дисков с размещенными на них штифтами, обеспечивает эффективное смешивание жидкостей и порошков с жидкостью за счет образования объемного вихревого потока в резервуаре при вращении и продольном колебательном перемещении рабочего органа. Объемный вихревой поток жидкости создает «воронку», нижним концом которой является рабочий орган устройства. Закрученный поток жидкости способствует равномерному смешиванию жидкостей или порошков с жидкостью.

2. Выбор скорости вращения (500÷2700) об/мин, частоты (5÷30) Гц и амплитуды не менее 0.8 см продольных колебаний стержня с рабочим органом проведен на основании экспериментов. При указанных параметрах образуются две зоны с интенсивным перемешиванием между дисками рабочего органа. За счет разрыва жидкости на микроструйки, которые с большими скоростями соударяются, взаимно проникая друг в друга, происходит интенсификация процесса смешивания микроструек с захваченными частицами порошка. Возможен также кавитационный механизм, при котором в потоке жидкости образуются каверны. При схлопывании каверн формируются микропузырьки, что также способствует интенсивности перемешивания жидкости.

3. Угловое смещение штифтов крайних дисков на угол α/2 α=360°/n определено экспериментально из условия интенсивного вихреобразования в резервуаре и равномерного перемешивания жидкостей и порошков с жидкостью.

4. Соотношения для выбора геометрических характеристик устройства

H=(0.3÷0.4)D,

h1=(0.8÷0.9)H,

h2=(0.45÷0.55)H,

d=(0.07÷0.08)D,

Sотв=(0.2÷0.3)πD2/4,

dотв=(0.1÷0.2)D

определены экспериментально из условия обеспечения наилучшего перемешивания жидкостей и порошков с жидкостью.

5. Выполнение стержня с рабочим органом с возможностью перемещения в резервуаре в горизонтальном и вертикальном направлениях обеспечивает равномерное перемешивание жидкостей или порошков с жидкостью в резервуаре большого объема.

Пример реализации изобретения

Предлагаемое устройство (Фиг. 2, Фиг. 3) состоит из трех перфорированных дисков 2-4, изготовленных из нержавеющей стали толщиной 3 мм, закрепленных с помощью сварки на стержень 1 по центрам дисков. Расстояние между дисками 30 мм, от нижнего конца стержня до нижнего диска 30 мм. В каждом диске выполнены отверстия диаметром 10 мм. По периферии дисков через угол 90° приварены четыре штифта диаметром 6 мм и высотой 25 мм. Центральный диск такой же конструкции укреплен на стержне со смещением штифтов на угол 45°. Верхний диск подобной конструкции закреплен на стержне 4 со смещением на угол 45° штифтов относительно центрального диска. Длина стержня устройства (500÷600) мм. В качестве источника вращения и продольных колебаний стержня использовался перфоратор марки ДУ-750 ЭР.

Для выбора конструктивных и режимных характеристик устройства была проведена серия экспериментов по перемешиванию стеклянных шариков диаметром 1 мм в резервуаре с водой емкостью 5 л с использованием заявляемого устройства. При оптимальном выборе характеристик достигалось равномерное перемешивание шариков в резервуаре в течение времени не более 10 с (Фиг. 4).

Аналогичные эксперименты были проведены для наночастиц нитрида алюминия диаметром 50 нм, введенных в раствор электролита. При оптимальных характеристиках устройства полное перемешивание достигалось в течение времени не более 35 с.

Эффективность заявляемого устройства подтверждена проведением экспериментов по перемешиванию наночастиц нитрида алюминия в расплаве магниевого сплава МЛ 12 в разливочном резервуаре (ковше) объемом 10 л. Металлографический анализ полученного композиционного материала показал равномерное распределение упрочняющих частиц по всему объему металла матрицы (Фиг. 5).

Таким образом, из приведенного примера следует, что предлагаемое устройство обеспечивает достижение технического результата изобретения - наиболее полное смешивание разных жидкостей и порошков в жидкости для получения однородного состава и равномерного по объему распределения твердых частиц.

Источники информации

1. Патент №1349057 РФ, МПК B01F 5/00. Гидродинамический смеситель / Пищенко Л.И., опубл. 10.10.1997.

2. Патент №2137535 РФ, МПК B01F 3/12, B01F 13/02. Устройство для смешивания частиц вещества с жидкостью / Охман С., Брингфорс Н., Йоханссон Л.; опубл. 20.09.1999.

3. Патент №2342984 РФ, МПК B01F 3/12, В82В 3/00. Смеситель наночастиц с жидкостями / Шелудяков Е.П.; опубл. 10.01.2009.

4. Патент №2247289 РФ, МПК F27D 23/04, F27D 1/16, С22В 9/05, С21С 1/00, С21С 7/00, С21С 5/46. Способ защиты от эрозии, окисления и коррозии поверхности, устройство для обработки расплавленного металла, вращающаяся мешалка устройства для очистки расплавленного металла и способ обработки расплавленного металла / Хольц К. Жаклин, Дюрю Жан-Жак; опубл. 27.02.2005.

5. Патент №2288029 РФ, МПК B01F 7/18, A47J 43/04. Мешалка / Бабаев А.К., Терентьев С.А.; опубл. 27.11.2006.

1. Устройство для смешивания жидкостей и порошков с жидкостью в резервуаре, содержащее стержень с закрепленным на одном конце рабочим органом с возможностью его вращения и продольного колебательного перемещения, отличающееся тем, что рабочий орган выполнен в виде трех дисков, жестко закрепленных на стержне на одинаковом расстоянии друг от друга, причем по периферии поверхностей крайних дисков соосно установлено n цилиндрических штифтов, направленных свободными концами в сторону центрального диска и смещенных относительно друг друга по поверхности диска на одинаковый угол α=360°/n, а на каждой из поверхностей центрального диска установлено соосно n цилиндрических штифтов, смещенных относительно штифтов крайних дисков на угол α/2, а также на каждом из дисков выполнены сквозные отверстия, равномерно расположенные по их поверхности, при этом скорость вращения стержня составляет (500÷2700) об/мин, частота его продольных колебаний составляет (5÷30) Гц, а амплитуда колебаний составляет не менее 0.8 см, причем расстояние между дисками, высота и диаметр штифтов, суммарная площадь отверстий в диске и их диаметр определяются соотношениями:

H=(0.3÷0.4)D, d=(0.07÷0.08)D,
h1=(0.8÷0.9)H, Sотв=(0.2÷0.3)πD2/4,
h2=(0.45÷0.55)H, dотв=(0.1÷0.2)D,

где Н - расстояние между дисками; D - диаметр дисков; h1 - высота штифтов, установленных на крайних дисках; h2 - высота штифтов, установленных на центральном диске; d - диаметр штифтов; Sотв - суммарная площадь отверстий в диске; dотв - диаметр отверстий.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что стержень с рабочим органом выполнен с возможностью перемещения в резервуаре в горизонтальном и вертикальном направлениях.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам непрерывного действия для приготовления смесей сыпучих материалов и может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к устройствам непрерывного действия для приготовления смесей сыпучих материалов, может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к аппаратам емкостного типа, предназначенным для проведения различных тепло- и массообменных процессов химической технологии, в которых требуется создание однородного поля концентраций и температур во всем объеме перемешиваемой среды при рациональных затратах мощности.

Изобретение относится к аппаратам емкостного типа, предназначенным для проведения различных тепло- и массообменных процессов химической технологии, в которых требуется создание однородного поля концентраций и температур во всем объеме перемешиваемой среды при рациональных затратах мощности.

Изобретение относится к устройствам для обработки зернистого материала жидкостью и может быть использовано для гидрофобизации семян сельскохозяйственных культур, а также для нанесения на частицы зернистых материалов небольшого количества связующей или пленкообразующей жидкости в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к устройствам непрерывного действия для приготовления смесей сыпучих материалов и может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к устройствам для перемешивания маловязких суспензий и эмульсий в осесимметричных емкостях. Устройство для перемешивания жидкостей включает емкость, спаренные диски и соосное с ними кольцо, установленные на валу с зазором, между которыми образуются верхние и нижние щели и полости, соединенные с верхними и нижними каналами.

Изобретение относится к устройствам непрерывного действия для приготовления смесей сыпучих материалов и может быть использовано в пищевой, химической, строительной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к центробежному турбонасосу для нагнетания двух различных текучих сред и может использоваться для получения смеси двух различных сред, для отделения дисперсных частиц от газов после их смешивания с жидкостью с последующим отделением ее от последних и т.п.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности, агропромышленном комплексе, производстве строительных материалов и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к переработке зернистых материалов, а именно к устройствам для усреднения партий сыпучих материалов и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к переработке техногенных материалов и может быть использовано в различных отраслях промышленности: химической, энергетической, топливной, а также в промышленности строительных материалов для приготовления композиционных смесей с тонкоизмельченными волокнистыми материалами.

Изобретение относится к устройствам для смешения жидких материалов и может быть использовано в химической, пищевой, микробиологической и других отраслях промышленности, а также при водоподготовке для очистки природных и сточных вод.

Мешалка // 2611865
Изобретение относится к устройствам для перемешивания жидких сред и может быть использовано в пищевой, химической промышленности. В мешалке, содержащей вращающийся стержень с закрепленными на нем лопастями, стержень имеет, по меньшей мере, один продольный желоб, а вокруг стержня по винтовой линии закреплен электронагревательный элемент, конец которого проложен в желобе.

Мешалка // 2611863
Изобретение относится к устройствам для перемешивания жидких сред и может быть использовано в пищевой, химической отраслях промышленности, а также при выполнении научных, лабораторных работ.

Мешалка // 2604212
Изобретение относится к устройствам для перемешивания жидких сред. В мешалке, содержащей вращающийся полый с проложенным электрическим кабелем стержень с закрепленными на нем лопастями, по меньшей мере одна лопасть выполнена в виде спиралевидного электронагревательного элемента.

Мешалка // 2604031
Изобретение относится к перемешивающим устройствам. В мешалке, содержащей вращающийся полый стержень с закрепленными на нем лопастями, по меньшей мере, одна из которых снабжена электронагревательным элементом, в полости стержня размещен аккумулятор электрического тока, соединенный электрическим кабелем с электронагревательным элементом.

Изобретение относится к организации процессов смешивания материалов и может использоваться в различных отраслях народного хозяйства. Гравитационный способ смешивания сыпучих материалов включает их подъем на заданную высоту и размещение в загрузочном бункере, причем каждый из смешиваемых материалов размещается в отдельном отсеке бункера, а смешивание происходит при одновременном истечении из бункера смешиваемых материалов с сохранением заданных пропорций, организацией потока и свободном падении потока на приводные лопасти, а хаотичные вращения материалов при смешивании происходят за счет вращения лопастей.

Изобретение относится к технологическим устройствам для смешивания жидких масел с термоплавкими противокоррозионными присадками, различающихся по плотности и вязкости, может быть использовано в промышленности и сельскохозяйственной отрасли в процессе получения консервационных смазок для защиты металлоизделий от коррозии.

Изобретение относится к перемешивающим устройствам и может быть использовано для перемешивания жидкостей различной вязкости на предприятиях химической, фармацевтической, пищевой и в других отраслях промышленности, а также в учебных заведениях.
Наверх