Устройство для перемешивания жидкостей



Устройство для перемешивания жидкостей
Устройство для перемешивания жидкостей

 


Владельцы патента RU 2633902:

Мудров Александр Григорьевич (RU)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" КГАСУ (RU)

Изобретение относится к перемешивающим устройствам для смешивания жидкостей и может быть использовано, например, для интенсификации химических, тепловых и массообменных процессов, а также для приготовления растворов, эмульсий и суспензий. Устройство для перемешивания жидкостей снабжено двумя одинаковыми кривошипами и одним шатуном, у которых особое, пространственное расположение геометрических осей шарниров обоих кривошипов и шатуна, закреплением лопастей на рабочем валу под углом. Так, угол скрещивания осей шарниров кривошипом расположен в пределах от 10 до 55°, а угол скрещивания валов вращения кривошипов и осей шатуна - в пределах от 30 до 90°, параметры кривошипов и шатуна связаны соотношением и рабочие лопасти закреплены на валу под углом β в пределах 30-60°. Технический результат изобретения заключается в упрощении конструкции устройства и значительном повышении интенсификации перемешивания, однородности смеси и производительности перемешивания. 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к перемешивающим устройствам для смешивания жидкостей и может быть использовано во многих технологических процессах. Например, для интенсификации химических, тепловых и массообменных процессов, а также для приготовления растворов, эмульсий и суспензий.

Наиболее распространенным является механическое перемешивание жидких сред.

Известны конструкции перемешивающих устройств, включающие мешающий орган, например лопасти, которые приводятся во вращательное движение рычажным механизмом.

Известное устройство (патент США №3602485, кл. 259-110, 1971) включает резервуар, внутри которого размещены лопасти, которые приводятся во вращательное движение посредством шарнирно-рычажного механизма и поворотного рычага, качающегося вокруг точки опоры, один конец рычага связан с кривошипом механизма, а другой - с лопастями мешалки.

Недостаток устройства заключается в незначительной строго ограниченной по величине степени неравномерности вращения, что не обеспечивает высокой эффективности перемешивания компонентов, а также сложностью и ненадежностью конструкции привода (привод содержит 20 наименований деталей).

В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбрано устройство для перемешивания жидкостей (авт. св. №617058 СССР. Устройство для перемешивания жидкостей. Заявл. 25.12.1975, опубл. 30.07.1978, БИ №28).

Это устройство состоит из резервуара, источника привода, рабочего органа, например вала с лопастями, и передаточного рычажного механизма, состоящего из двух пространственных кривошипов и двух шатунов, при этом длина одного шатуна больше длины другого на длину ведомого кривошипа, который соединен с рабочим валом.

К недостаткам этого устройства-прототипа относятся сложность передаточного рычажного механизма, ограниченная возможность регулирования степени неравномерности вращения рабочего вала с лопастями, следовательно, низкая степень интенсификации процесса перемешивания компонентов.

Цель изобретения - упрощение конструкции устройства, увеличение регулирования степени неравномерности вращения рабочего вала с лопастями в широких пределах, следовательно, увеличение интенсификации процесса перемешивания.

Указанная цель достигается тем, что устройство для перемешивания жидкостей, содержащее резервуар, источник привода, рабочий вал с лопастями, два пространственных кривошипа, снабжено одним шатуном, связанным шарнирно с ведущим и ведомым кривошипами, при этом угол скрещивания геометрических осей шарниров шатуна и геометрических осей валов вращения кривошипов расположен в пределах от 30 до 90°, а угол скрещивания геометрических осей шарниров кривошипов расположен в пределах от 10 до 55°, и кратчайшие расстояния между геометрическими осями шарниров кривошипов и шатуна связаны соотношением а лопасти закреплены на рабочем валу под углом β к его оси в пределах от 30 до 60°.

Общими признаками прототипа и предложенного устройства для перемешивания жидкостей являются наличие резервуара, источника привода, рабочего вала с лопастями и двух кривошипов со скрещенными геометрическими осями шарниров.

Отличительными признаками предложенного устройства для перемешивания жидкостей от устройства прототипа являются следующие:

- наличие одного шатуна, в прототипе два шатуна;

- в предложенном устройстве ведущий и ведомый кривошипы имеют одинаковые параметры: углы скрещивания геометрических осей шарниров и кратчайшие расстояния между их осями шарниров равны, у прототипа нет сведений о значениях углов и кратчайших расстояний;

- в предложенном устройстве параметры шатуна имеют конкретные значения угла скрещивания геометрических осей его шарниров и кратчайшее расстояние между осями, в прототипе таких параметров у шатунов нет;

- в предложенном устройстве параметры кривошипов и шатуна связаны соотношением , у прототипа связи между параметрами кривошипов и шатунов не указаны;

- в предложенном устройстве приведены значения степени неравномерности вращения рабочего вала в зависимости от параметров кривошипов и шатуна, у прототипа таких данных не указано;

- в предложенном устройстве лопасти закреплены под углом β в пределах 30-60°, в прототипе таких сведений нет.

Цель изобретения достигается благодаря тому, что устройство для перемешивания жидкостей снабжено двумя одинаковыми кривошипами и одним шатуном, особым, пространственным расположением геометрических осей шарниров двух кривошипов и шатуна, закреплением лопастей на рабочем вале под углом β.

Такая совокупность признаков обеспечивает движение рабочего вал с лопастями с переменной за оборот угловой скоростью. Рабочие лопасти охватывают движением жидкости по всему объему корпуса резервуара, обеспечивая турбулентный процесс.

Дополнительный эффект интенсификации возникает еще от инерционного силового воздействия лопастей, имеющих переменную угловую скорость движения.

Все это позволяет производить смесеобразование любых жидкостей за короткий промежуток времени с высоким качеством (однородностью).

Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются чертежами, где на фиг. 1 показана кинематическая схема мешалки с углом скрещивания геометрических осей шатуна, равным 90° (на схеме углы скрещивания и кратчайшие расстояния показаны с некоторым искажением, так как точно изобразить пространственное (трехмерное) расположение элементов мешалки на плоскости затруднительно); на фиг. 2 - фото лабораторного устройства с углом скрещивания геометрических осей шарниров шатуна, равного 45°.

Устройство для перемешивания жидкостей (фиг. 1) содержит ведущий кривошип 1, шарнирно соединенный с шатуном 2, последний шарнирно связан с ведомым кривошипом 3. Валы вращения валов кривошипов 1 и 3 шарнирно установлены в корпусе стойки 4. Ведомый кривошип 3 соединен с рабочим валом 5, на котором закреплены под углом β лопасти 6. Стойка 4 закреплена болтами на корпусе резервуара 7 и служит крышкой резервуара.

Вал ведущего кривошипа 1 посредством муфты 8 соединен с валом источника привода 9 (мотор-редуктор).

Особенность кривошипов и шатуна заключается в значении их параметров: углов скрещивания (скрещивающиеся оси - это оси, которые не параллельны и нигде не пересекаются между собой) геометрических осей шарниров и кратчайших расстояний между этими геометрическими осями (кратчайшие расстояния измеряются не по телу, а находятся вне тела и подсчитываются с учетом размеров шарниров).

Параметры кривошипов и шатуна имеют следующие значения.

У ведущего кривошипа 1 геометрические оси шарниров скрещены под углом α1 и отстоят друг от друга на кратчайшем расстоянии Значение угла может находиться в пределах от 10 до 55°. Точно такие же параметры имеет и ведомый кривошип 3, т.е. α13 и

Кратчайшее расстояние определяется из отношений кратчайших расстояний между геометрическими осями шарниров ведущего (ведомого) кривошипа и шатуна и синусов углов скрещивания геометрических осей их шарниров, т.е.

Шатун 2 имеет угол α2 скрещивания геометрических осей шарниров, который может принимать значения от 30 до 90°, наиболее приемлемые по условию изготовления и по значению степени неравномерности вращения рабочего вала.

Кратчайшее расстояние между геометрическими осями шарниров шатуна 2 выбирается конструктивно, исходя из размеров резервуара, кривошипов, источника привода и соотношения

Геометрические оси валов ведущего и ведомого кривошипов скрещены под углом α4, равным углу α2 скрещивания геометрических осей шарниров шатуна 2, т.е. α42.

На фиг. 2 показано лабораторное устройство для перемешивания жидкостей, у которого угол α42=45°.

Кратчайшее расстояние между геометрическими осями валов кривошипов равно кратчайшему расстоянию между геометрическими осями шарниров шатуна 2, т.е.

Параметры кривошипов и шатуна связаны соотношением

В устройстве все шарнирные соединения кривошипов и шатуна оформлены на стандартных подшипниках качения, которые имеют высокий КПД (пара подшипников порядка 0,98-0,99). Следовательно, устройство имеет и малые энергозатраты.

Устройство для перемешивания жидкостей работает следующим образом.

От источника привода 9 вращение передается ведущему кривошипу 1, который передает движение шатуну 2, и ведомому кривошипу 3. Ведущий кривошип 1 вращается с постоянной угловой скоростью за счет пространственного расположения геометрических осей шарниров кривошипов и шатуна, ведомый кривошип и рабочий вал 5 с лопастями 6 имеют переменную угловую скорость. Лопасти 6, закрепленные на рабочем валу 5, охватывают движением весь объем корпуса резервуара 7. Жидкость в результате получает турбулентное движение по всему объему резервуара с дополнительным инерционным воздействием, обеспечивая наивысшую интенсификацию перемешивания жидких компонентов.

Угловая скорость ω3 рабочего вала с лопастями определяется выражением

где ω - угловая скорость ведущего кривошипа 1 (вала источника привода).

Максимальное значение угловой скорости будет при угле поворота ведущего кривошипа, равном 0°,

Минимальное значение будет при угле поворота, равном 180°,

Степень неравномерности вращения рабочего вала с лопастями определится выражением

Интенсивность перемешивания регулируется частотой вращения кривошипов, а также параметрами кривошипов и шатуна (см. таблицу).

Технико-экономическая эффективность устройства выражается в упрощении конструкции устройства и значительном повышении однородности смеси и повышении производительности перемешивания.

Пример конструктивного воплощения устройства

При практическом проектировании устройства можно использовать два варианта. В первом случае, по конструктивным соображениям, назначают удобные для пользователя параметры, например угол скрещивания α42 геометрических осей валов вращения кривошипов, кратчайшее расстояние между ними и угол α13 скрещивания геометрических осей шарниров кривошипов, а недостающий параметр определяют из соотношения

Можно задаться любыми тремя параметрами, например, α4, , и определить недостающий параметр α1 по формуле .

Пример 1. Примем угол α42 равным 45°, как показано на фиг. 2, кратчайшее расстояние равное 200 мм и угол α13 равным 20°. Тогда недостающий параметр кратчайшее расстояние определится

Степень неравномерности определится по выражению (4)

Пример 2. Примем угол α42 равным 45°, равным 200 мм и тогда угол α1 определится по выражению

Пример 3. Проектирование по заданной степени неравномерности δ. Руководствуясь конструктивными соображениями, назначим параметры шатуна: угол α42 равным 45° и кратчайшее расстояние равным 200 мм, неизвестный угол α1 скрещивания геометрических осей шарниров кривошипов определится по требуемой степени неравномерности δ вращения лопастей, которую примем равной 2,08 по формуле

и

кратчайшее расстояние из формулы взаимосвязи ,

Как видно из приведенных примеров, конструировать устройство для перемешивания жидкостей можно разными вариантами, которые дают достоверные результаты каждого из вариантов.

На стадии конструирования параметры устройства можно выбирать из данных таблицы.

Как видно из таблицы, чем меньше по величине отличаются углы α1 и α2, тем больше неравномерность вращения ведомого кривошипа. Отсюда следует, что неравномерность вращения ведомого кривошипа практически с любой степенью неравномерности можно с достаточной точностью обеспечивать при проектировании устройства на самой ранней стадии.

Устройство для перемешивания жидкостей, содержащее резервуар, источник привода, рабочий вал с лопастями, два пространственных кривошипа, отличающееся тем, что оно снабжено одним шатуном, связанным шарнирно с ведущим и ведомым кривошипами, при этом угол скрещивания геометрических осей шарниров шатуна и геометрических осей валов вращения кривошипов расположен в пределах от 30 до 90°, а угол скрещивания геометрических осей шарниров кривошипов расположен в пределах от 10 до 55°, и кратчайшие расстояния между геометрическими осями шарниров кривошипов и шатуна связаны соотношением , а лопасти закреплены на рабочем валу под углом β к его оси в пределах от 30 до 60°, где sinα1 - отношение катета противолежащего углу α1 к гипотенузе, a sinα2 - отношение катета противолежащего углу α2 к гипотенузе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к устройствам для приготовления кормов на животноводческих фермах и комплексах. Устройство для смешивания сыпучих кормов и добавок состоит из многосекционного бункера сыпучих кормов и добавок с многокомпонентным дозатором, у которого в трех-семи секциях на общем валу закреплены съемные лопастные барабаны в виде ступиц с плоскими радиальными лопастями в количестве 6…12 шт.

Изобретение относится к устройствам для перемешивания многокомпонентных смесей и может быть использовано преимущественно в химической и строительной отраслях промышленности, а также в других областях промышленной индустрии, где необходимо производство данного типа смесей.

Изобретение относится к устройствам для перемешивания многокомпонентных смесей и может быть использовано преимущественно в химической и строительной промышленности, а также в других областях промышленной индустрии, где необходимо производство данного типа смесей.

Изобретение относится к устройствам для перемешивания многокомпонентных смесей и может быть использовано преимущественно в химической и строительной промышленности, а также в других областях промышленной индустрии, где необходимо производство данного типа смесей.

Изобретение относится к устройствам для перемешивания бетонной смеси и может быть использовано в промышленности строительных материалов, в строительстве и других областях строительной индустрии для производства многокомпонентных смесей.

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.

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.

Изобретение относится к устройству для выдачи смеси материалов для ухода за полостью рта. В одном аспекте изобретение может представлять собой выдачное устройство (400), содержащее корпус (410), имеющий первую резервуарную камеру (430), содержащую первый материал (431) для ухода за полостью рта, и вторую резервуарную камеру (440), содержащую второй отличающийся материал (441) для ухода за полостью рта; смесительную камеру (450), расположенную в корпусе, смесительный винт (470), расположенный в смесительной камере и имеющий приводное устройство (471) для вращения смесительного винта; первое подающее отверстие (434) для введения первого материала для ухода за полостью рта в смесительную камеру и второе подающее отверстие (444) для введения второго материала для ухода за полостью рта в смесительную камеру, выдачной наконечник (460) для выдачи смеси первого и второго материалов для ухода за полостью рта, при этом вращение смесительного винта затягивает первый и второй материалы для ухода за полостью рта в смесительную камеру и выталкивает смесь первого и второго материалов для ухода за полостью рта из наконечника.

Изобретение относится к гомогенизаторам высокого давления. Гомогенизатор включает в себя набор насосных поршней для подачи подлежащей гомогенизации жидкости к коллектору, при этом каждый поршень соединен с соответствующим масляно-гидравлическим цилиндром; гомогенизирующий клапан, расположенный ниже по потоку от указанных насосных поршней; и электронную систему для контроля и регулировки указанных насосных поршней, независимо обеспечивающую контроль закона движения каждого отдельного поршня.

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к устройствам для приготовления смесевого ракетного твердого топлива (СРТТ). Смеситель компонентов СРТТ содержит вращающийся корпус с днищами, загрузочный и разгрузочный люки, линию вакуумирования.

Изобретение относится к способу получения пленки (12), содержащему следующие этапы:(a) пластификация полимерного материала (10) и смешение с одним или несколькими красителями с получением формовочной массы (11, 11') посредством устройства желатинирования (2), выполненного с дозатором (6) для красителей; (b) необязательно временное хранение формовочной массы (11'), полученной на этапе (а); (c) загрузка формовочной массы (11') в формовочное устройство (4) и (d) получение пленки (12); причем отношение количества красителя к количеству полимерного материала (10) автоматически регулируется с помощью колориметра (7) и электронного блока управления (14), и на этапе (а) измеряют цветовые параметры формовочной массы (11), находящейся в устройстве желатинирования (2), и передают в виде сигнала на электронный блок управления (14), а на этапе (d) у пленки (12) с помощью дополнительного колориметра (8) измеряют дополнительные цветовые параметры и передают в качестве сигнала на электронный блок управления (14).

Изобретение относится к смесительной детали для статичного распылительного смесителя и может быть использовано для смешивания и распыления по меньшей мере двух текучих компонентов.

Изобретение принадлежит области машиностроения и относится к перемешивающим устройствам. Оно может быть применено в химической, строительной, пищевой промышленности как устройство, необходимое для интенсификации тепломассообменных процессов, для выравнивания концентраций и температур во всем объеме жидкости.

Настоящее изобретение относится к улавливающему устройству, которое улавливает порошкообразный добавляемый агент, выталкиваемый из напорного пластикатора закрытого типа для пластикации пластицируемого материала с высокой вязкостью, такого как каучук, пластик и керамика, и способу улавливания порошкообразного добавляемого агента, используя улавливающее устройство.

Изобретение относится, в общем, к септической емкости для расщепления экскрементов, но также другим вариантам применения, содержащим камеру и перемешивающее устройство.

Изобретение относится к направляющему переходнику для непроницаемого для текучей среды соединения перемешивающего агрегата с крышей септик-танка для размещения текучей среды, включающему первый элемент (12), который образует центральное отверстие и протяженную в осевом направлении центральную ось, и второй элемент (13), который образует центральное отверстие и протяженную в осевом направлении центральную ось, причем протяженность центральной оси второго элемента (13) может регулироваться относительно протяженности центральной оси первого элемента (12).

Изобретение относится к лопасти смесителя и может быть использовано в строительной, химической и других областях промышленности, где используется переработка зернистых или абразивных материалов.
Наверх