Рабочий орган смесителя (варианты)

 

Сущность изобретения: рабочий орган содержит во всех вариантах вал с оппозитно закрепленными на нем лопастями в виде односторонних поверхностей типа листа Мебиуса. Развертка лопастей имеет форму X. В первом варианте углы между плоскостью, перпендикулярной оси вала, и плоскостями лопастей по размаху одинаковы и имеют один и тот же знак. Во втором варианте эти же углы одинаковы, но имеют разные знаки. 2 с. п. ф-лы, 19 ил.

Изобретение относится к конструкции устройств для смешения двух и более ингредиентов жидкостей и сыпучих веществ в различных комбинациях.

Известен рабочий орган смесителя, содержащий вал с закрепленным на нем основным перемешивающим органом в виде замкнутой односторонней поверхности и по крайней мере одним дополнительным перемешивающим органом, изогнутым по винтовой линии и закрепленным на валу со смещением относительно основного по фазе. Каждый такой лист Мебиуса соединен с валом по диаметрально противоположным образующим [1] Недостатками такого рабочего органа смесителя являются низкая эффективность перемешивания ингредиентов и повышенные затраты энергии и времени на перемешивание.

Известен рабочий орган смесителя, содержащий лопасти, прикрепленные своими торцами в двух местах к центральному валу. Лопасти арочной конструкции закручены на 90^о по своим торцам и образуют одностороннюю поверхность (типа листа Мебиуса). Развертка лопастей, выполненных заодно друг с другом, представляет собой S-образную фигуру с прямолинейным участком у места крепления лопастей к валу и закругленными участками по концам фигуры. Таким образом, средняя линия S-образной фигуры выполнена прямой у оси вала.

В этом месте лопасти прикреплены к валу перпендикулярно его оси. Угол средней линии одной лопасти равен 180^о, т.е. крайние точки фигуры соединены прямой линией, проходящей через ось вала. Модифицированная лопасть рабочего органа имеет раздельные детали, прикрепленные к трубчатому валу [2] Недостаток приведенного рабочего органа заключается в низкой эффективности смешения при больших скоростях вращения, так как эффект перемешивания вдоль оси вала исчезает, потому что составляющая скорости в этом направлении по сравнению с окружной составляющей очень мала и ингредиенты только сильно закручиваются, а не смешиваются.

Задача изобретения повышение эффективности смешения ингредиентов.

Задача во всех вариантах выполняется за счет того, что рабочий орган смесителя содержит вал с оппозитно закрепленными на нем лопастями в виде односторонних поверхностей (листов Мебиуса). Развертка лопастей на плоскость имеет форму x, причем плоскость развертки перпендикулярна оси вала, а лопасти прикреплены к валу центральной своей частью.

Кроме того, в первом варианте углы между плоскостью, перпендикулярной оси вала, и плоскостями лопастей по размаху, равноудаленные от оси вала, одинаковы и имеют один и тот же знак.

Во втором варианте углы между плоскостью, перпендикулярной оси вала, и плоскостями лопастей по размаху, равноудаленные от оси вала, одинаковы и имеют разные знаки.

На фиг.1 показана конструктивная схема рабочего органа смесителя первого варианта; на фиг.2 вид А на фиг.1; на фиг.3 развертка лопастей на плоскость чертежа; на фиг.4 и 5 технология свертки концов развертки на фиг.3 (узлы I и II на фиг. 3); на фиг.6 свернутая поверхность лопастей рабочего органа на фиг. 3; на фиг. 7 и 8 углы между плоскостью, перпендикулярной оси вала и плоскостями лопастей (разрезы Б-Б и В-В на фиг.6); на фиг.9 конструктивная схема рабочего органа смесителя второго варианта; на фиг.10 вид Г на фиг.9; на фиг.11 развертка лопастей на плоскость чертежа; на фиг.12 и 13 технология свертки концов развертки на фиг.11 (узлы III и IV на фиг.11); на фиг.14 свернутая поверхность лопастей рабочего органа на фиг.11; на фиг.15 и 16 углы между плоскостью, перпендикулярной оси вала и плоскостями лопастей (разрезы Д-Д и Е-Е на фиг.14); на фиг.17 замкнутая вихревая система на лопастях рабочего органа; на фиг.18 схема работы рабочего органа смесителя первого варианта; на фиг.19 схема работы рабочего органа смесителя второго варианта.

Рабочий орган смесителя по первому варианту (фиг.1 и 2) содержит вал 1 с осью 2 и условной миделевой плоскостью 3, на котором закреплены лопасти 4 и 5, выполненные в виде односторонних поверхностей. В лопастях 4 и 5, в их средней части, имеются отверстия 6 и 7. Плоскость 3 расположена в месте наибольшей ширины рабочего органа. Рабочий орган сверху имеет вид восьмерки. Развертка лопастей 4 и 5 на плоскость, перпендикулярную оси вала (фиг.3), представляет собой х-образную фигуру с центральным участком для закрепления на валу 1. Вокруг средней линии 8 торец Т₁ элемента 10 лопасти 4 (фиг.4) скручивается против часовой стрелки на 90^о и соединяется с торцом Т₂ элемента 11 лопасти 4, повернутым по часовой стрелке на 90^о вокруг средней линии 8, так что точки а₁ и b₂, а также точки b₁ и а₂ соединяются друг с другом. Вокруг средней линии 9 (фиг.5) торец Т₃ элемента 12 лопасти 5 скручивается против часовой стрелки на 90^о и соединяется с торцом Т₄ элемента 13 лопасти 5, повернутым по часовой стрелке на 90^о вокруг средней линии 9, так что точки b₃ и а₄, а также точки а₃ и b₄ соединяются друг с другом. В плоскости 3 (фиг. 6) получается переход с верхней поверхности элемента 10 лопасти 4 на нижнюю поверхность элемента 11 лопасти 4 и наоборот с нижней поверхности элемента 10 лопасти 4 на верхнюю поверхность элемента 11 лопасти 4; внешняя кромка 14 переходит во внутреннюю кромку 15, а внутренняя кромка 16 переходит во внешнюю кромку 17, а также получается переход с верхней поверхности элемента 12 лопасти 5 на нижнюю поверхность элемента 13 лопасти 5 и наоборот с нижней поверхности элемента 12 лопасти 5 на верхнюю поверхность элемента 13 лопасти 5; внешняя кромка 18 переходит во внутреннюю кромку 19, а внутренняя кромка 20 переходит во внешнюю кромку 21.

Таким образом углы ϕ между плоскостью, перпендикулярной оси вала и плоскостями лопастей 4 и 5 по размаху, равноудаленные от оси вала, одинаковы и имеют один и тот же знак возрастая от 0^о у оси 2 до 90^о в плоскости 3, а затем убывая от 90^о до 0^о у оси 2 (фиг.7 и 8).

Рабочий орган смесителя по второму варианту (фиг.9 и 10) содержит вал 1 с осью 2 и условной миделевой плоскостью 3, на котором закреплены лопасти 4 и 5, выполненные в виде односторонних поверхностей. В лопастях 4 и 5, в их средней части, имеются отверстия 6 и 7. Плоскость 3 расположена в месте наибольшей ширины рабочего органа. На виде сверху рабочий орган имеет вид восьмерки. Развертка лопастей 4 и 5 на плоскость, перпендикулярную оси вала (фиг. 11), представляет собой х-образную фигуру с центральным участком для закрепления на валу 1. Вокруг средней линии 8 торец Т₁ элемента 10 лопасти 4 (фиг. 12) скручивается против часовой стрелки на 90^о и соединяется с торцем Т₂ элемента 11 лопасти 4, повернутым по часовой стрелке на 90^о вокруг средней линии 8, так что точки b₁ и а₂, а также точки а₁ и b₂ соединяются друг с другом. Вокруг средней линии 9 (фиг.13) торец Т₃ элемента 12 лопасти 5 скручивается по часовой стрелке на 90^о и соединяется с торцом Т₄ элемента 13 лопасти 5, повернутым против часовой стрелки на 90^о вокруг средней линии 9, так что точки b₃ и а₁, а также точки а₃ и b₄ соединяются друг с другом.

В плоскости 3 (фиг.14) получается переход с верхней поверхности элемента 10 лопасти 4 на нижнюю поверхность элемента 11 лопасти 4 и наоборот с нижней повер- хности элемента 10 лопасти 4 на верхнюю поверхность элемента 11 лопасти 4; внешняя кромка 14 переходит во внутреннюю кромку 15, а внутренняя кромка 16 переходит во внешнюю кромку 17, а также получается переход с верхней поверхности элемента 12 лопасти 5 на нижнюю поверхность элемента 13 лопасти 5 и наоборот с нижней поверхности элемента 12 лопасти 5 на верхнюю поверхность элемента 13 лопасти 5; внешняя кромка 18 переходит во внутреннюю кромку 19, а внутренняя кромка 20 переходит во внешнюю кромку 21.

Таким образом, углы ϕ между плоскостью, перпендикулярной оси вала и плоскостями лопастей 4 и 5 по размаху, равноудаленные от оси вала, одинаковы и имеют разные знаки возрастая от 0^о у оси 2 до 90^о в плоскости 3, а затем убывая от 90 до 0^о у оси 2 (фиг.15 и 16).

Работа органа смесителя по первому и второму варианту заключается в следующем.

В емкость 22 (фиг.17-19) помещают смешиваемые ингредиенты 23 и рабочий орган с валом 1 и лопастями 4 и 5. Рабочему органу сообщают вращение с соответствующей угловой скоростью ω в направлении вращения НВ относительно оси 2 вала 1. В первый момент времени работы на кромках 14-17 лопасти 4 и на кромках 18-21 лопасти 5 образуются локальные вихревые структуры, которые постепенно развиваясь, организуют одну общую вращающуюся парную замкнутую вихревую систему с интенсивностями Т₁ и Т₂, которая ориентирована вдоль односторонней поверхности рабочего органа; односторонняя поверхность способствует удержанию вихревой системы на себе. Таким образом, замкнутая вихревая система рабочего органа инициирует и осуществляет процесс смешения ингредиентов на самом рабочем органе точнее, на поверхностях лопастей 4 и 5. Но ввиду того, что лопасти 4 и 5 рабочего органа смесителя имеют крутку, то смешиваемые ингредиенты при сходе с них имеют составляющие скорости как вдоль лопастей, так и поперек них, т.е. будут закручены в виде пространственных вихрей, которые генерируют вторичные вихревые структуры, распространяющиеся по всему объему емкости. Сверху и снизу у вала, относительно рабочего органа смесителя, одновременно образуются зоны разрежения 24 и 25, а в верхних боковых частях лопастей 4,5 одновременно образуются зоны подпора 26 и 27.

По п е р в о м у варианту (фиг.18): сверху и снизу у вала (относительно рабочего органа смесителя) одновременно образуются зоны разрежения 24 и 25, а в верхних боковых частях лопастей 4 и 5 одновременно образуются зоны подпора 26 и 27.

По в т о р о м у варианту (фиг.19): сверху и снизу у вала (относительно рабочего органа смесителя) одновременно образуются зоны разрежения 24 и 25, также и сверху и снизу, в боковых частях лопастей 4 и 5, образуются зоны подпора 26 и 27.

Как следует из описания конструкции рабочих органов смесителя и их работы, предлагаемые рабочие органы позволяют эффективно смешивать различные по вязкости ингредиенты, получая смеси с более мелкодисперсной структурой.

Формула изобретения

1 Рабочий орган смесителя, содержащий вал с оппозитно закрепленными на нем лопастями, выполненными в виде односторонних поверхностей типа листа Мебиуса, отличающийся тем, что углы между плоскостью, перпендикулярной оси вала, и плоскостями лопастей по размаху одинаковы и имеют один и тот же знак, развертка лопастей на плоскость X -образную форму, причем плоскость развертки перпендикулярна оси вала, лопасти прикреплены к валу центральной своей частью.

2. Рабочий орган смесителя, содержащий вал с оппозитно закрепленными на нем лопастями, выполненными в виде односторонних поверхностей типа листа Мебиуса, отличающийся тем, что углы между плоскостью, перпендикулярной оси вала, и плоскостями лопастей по размаху одинаковы и имеют разные знаки, развертка лопостей на плоскость имеет X -образную форму, причем плоскость развертки перпендикулярна оси вала, лопасти прикреплены к валу центральной своей частью.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19