Смеситель для вязких материалов

 

Изобретение относится к оборудованию для приготовления кремнийорганических вазелинов, паст, уплотнительных и разделительных смазок и может быть использовано во всех отраслях производства, где требуется получение пастообразных композиционных материалов, высококонцентрированных эмульсий, суспензий, лаков, красок. Технической задачей изобретения является повышение эффективности устройства, а также качества получаемого в нем материала. Устройство содержит корпус, средства для загрузки и выгрузки, крышку-поршень, перемешивающую лопасть, вал, установленный в корпусе по оси с возможностью вертикального перемещения, при этом он дополнительно снабжен штоком, имеющим кольцевое сечение и установленным снаружи вала коаксиально с ним, на нижнем конце вала закреплена скоба, на нижнем конце штока закреплена лопасть, установленная с возможностью взаимодействия при повороте вала с внутренней поверхностью скобы. Наружная поверхность лопасти и внутренняя поверхность скобы выполнены в виде чередующихся прямоугольных выступов и впадин с расположением выступов скобы напротив впадин лопасти при их взаимодействии, с уменьшающимся зазором между собой и лопастью от центра к периферии и длиной выступа скобы и лопасти, определяемой из соотношения L - C (a-b), где L - длина выступа скобы или лопасти; C - коэффициент, выбираемый в пределах 5,5 - 7,0; a - расстояние между ветвями скобы; b - толщина лопасти. 3 ил., 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к оборудованию для приготовления кремнийорганических вазелинов, паст, уплотнительных и разделительных смазок и может быть использовано во всех отраслях производства, где требуется получение пастообразных композиционных материалов, высококонцентрированных эмульсий, суспензий, лаков, красок.

Известны смесители для вязких материалов, снабженные двумя Z-образными мешалками, шнековым выгрузочным устройством, установленным в нижней части смесителя (Авторское свидетельство СССР N 490491 от 30.01.75).

Однако, как правило, материалы типы кремнийорганических вазелинов, паст, разделительных смазок и т.п., не обладающие достаточной текучестью, зависают в камере смешения, налипают на стенках аппарата и не выгружаются без дополнительных внешних воздействий.

Известны также смесители с многолопастными мешалками (Авторское свидетельство СССР N 453311 от 04.04.75), лопасти которых установлены ступенями на вертикальном или горизонтальном валу.

Использование таких смесителей не решат проблему выгрузки и качества смеси.

Известны смесители периодического действия с планетарными, а также лопастными мешалками, в которых к вышеперечисленным недостаткам прибавляются эффекты образования прямых и обратных воронок, нарушающих стабильность качества получаемой продукции и работы важнейших узлов аппарата (Авторское свидетельство СССР N 218825 от 30.08.68).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является смеситель для вязких материалов, содержащий корпус, средства для загрузки и выгрузки, крышку-поршень, перемешивающую лопасть, в корпусе по оси с возможностью вертикального перемещения установлен вал, на котором закреплен поршень, в котором выполнены пазы для взаимодействия с перемешивающей лопастью, выполненной в виде рамки, которая закреплена на кольце с фиксатором, установленным на подшипниках (Авторское свидетельство СССР N 481298 от 15.12.75).

Основным недостатком описанного устройства является относительно невысокая его эффективность, обусловленная тем, что в нем при перемешивании материалов с повышенной вязкостью образуются застойные зоны, при смешении со связующим сыпучих компонентов их перераспределение в общей массе происходит неинтенсивно, неравномерно, дробление агломератов сыпучих компонентов и их перераспределение в общей массе смешиваемого материала будет резко снижаться с ростом общей вязкости получаемого продукта, чтобы добиться достаточной однородности продукта требуется значительное время.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности устройства, а также качества получаемого в нем материала.

Указанный технический результат достигается тем, что предложен смеситель для вязких материалов, содержащий корпус, в котором по оси с возможностью вертикального перемещения установлены шток, имеющий кольцевое поперечное сечение, и внутри него коаксиально вал, на нижнем конце вала закреплена скоба (одна или несколько), на нижнем конце штока закреплена лопасть (одна или несколько), установленная с возможностью взаимодействия при повороте вала с внутренней поверхностью скобы, наружная поверхность лопасти и внутренняя поверхность скобы выполнены в виде чередующихся прямоугольных выступов и впадин, с расположением выступов скобы напротив впадин лопасти при их взаимодействии с уменьшающимся зазором между скобой и лопастью от центра к периферии и длиной выступа скобы и лопасти, определяемой из соотношения L = C·(a-b) где L - длина выступа скобы или лопасти; C - коэффициент, выбираемый в пределах - 4,5 - 7,0; a - расстояние между ветвями скобы; b - толщина лопасти.

Величины a и b определяются в месте рассчитываемого выступа скобы (при этом берется разница в расстояниях между ветвями скобы в месте данного выступа и толщиной лопасти в месте соответствующей впадины) или лопасти (при этом берется разница в расстояниях между ветвями скобы в месте ее впадин, соответствующих рассчитываемому выступу лопасти, и толщиной лопасти в месте ее рассчитываемого выступа). При этом величина зазора между скобой и лопастью уменьшается от выступа к выступу в направлении от центра к периферии. Ширина зазора между внутренней поверхностью корпуса и скобой преимущественно не должна быть меньше величины, необходимой для сборки устройства и не должна значительно превышать размеры агломератов перемешиваемых компонентов.

На фиг. 1 изображен общий вид смесителя; на фиг. 2 - рабочий орган смесителя, состоящий из штока со скобой и вала с лопастью; на фиг. 3 изображен вид А на фиг. 2.

Устройство содержит корпус 1, крышку-поршень 2, загрузочный патрубок 3, расположенный в днище корпуса патрубок 4 для выгрузки смеси, шток 5, установленный по оси камеры, на нижнем конце которого закреплена лопасть 6, коаксиально установленный внутри штока 5 вал 7, на конце которого закреплена скоба 8, крышка-поршень 2 снабжена стопором 9, шток 5, установленный с возможностью перемещения вдоль оси, снабжен стопором 10 и стопорной канавкой 11, в нижней части крышки-поршня 2 выполнен паз 13 для размещения скобы 8 и лопасти 6.

Шток 5 с лопастью 6 и вал 7 со скобой 8 составляют рабочий орган смесителя, соединенный с приводами их вертикального перемещения и вращения вала со скобой (на чертеже не показаны).

Крышка-поршень 2 снабжена кольцевым ограничителем 14 ее перемещения вверх, установленным в верхней части корпуса 1.

Устройство работает следующим образом.

Загрузка исходных компонентов в смеситель производится через патрубок 3, при этом крышка-поршень 2 устанавливается в крайнем верхнем положении и с помощью стопора 9 жестко связывается с кольцевым ограничителем 14, а шток 5 рабочего органа не закреплен стопором 10. С включением приводных устройств рабочего органа смесителя он начинает одновременно совершать вращательное и возвратно-поступательное движения в объеме камеры смешения. В процессе такого перемещения скоба 8 многократно пропускает через свои пазы и щели перемешиваемую массу, создавая строго направленные токи вверх-вниз и в радиальном направлении от центра к периферии и обратно. При этом в зазорах между лопастью и скобой происходит непрерывное разрушение комков сыпучих, жидковязких компонентов и др. агломератов и их взаимное перераспределение. Интенсификация процесса идет от центра к периферии в радиальном направлении. Центробежные силы, создаваемые вращающейся скобой, интенсифицируют перемешивание и измельчение агломератов. Невращающиеся лопасти, кроме непрерывного очищения пространства между ветвями скобы, препятствуют образованию прямых и обратных воронок, а также проворачиванию смешиваемой массы относительно стенки камеры смешения. Общая картина сохраняется во всем объеме камеры смесителя, т.к. рабочий орган перемещается сам в вертикальном направлении по всей высоте камеры.

После завершения смешения отключаются приводные устройства рабочего органа, скоба 8 совмещается с лопастью 6, рабочий орган перемещается в крайнее верхнее положение до размещения скобы с лопастью в пазу 13 крышки-поршня 2 и фиксируется в этом положении с помощью стопора 10. Затем крышка-поршень 2 освобождается от стопора 9 кольцевого ограничителя 14 и выдавливает массу через разгрузочный патрубок 4.

С поднятием крышки-поршня 2 в исходную позицию и ее фиксацией к кольцевому ограничителю 14 с помощью стопора 9 начинается новый цикл работы аппарата.

С помощью смесителя были приготовлены и испытаны различные массы: вазелин КВ-3/10Э - путем смешивания кремнийорганической жидкости ПМС-400, аэросила и кристаллической борной кислоты; а также паста КПД - путем смешения кремнийорганической жидкости ПМС-400 и аэросила.

При этом оценивалось качество получаемых смесей в зависимости от величин a и b, коэффициента C при различном времени смешения τ. . Определялась величина пенетрации П (по ГОСТ 15975 - 70) по величине перемещения стандартного конуса, погружаемого в перемешанную массу. Результат оценивался в мм · 10. Для испытываемых материалов величина пенетрации по ГОСТу должна быть равна ≈ 215.

Для сравнения испытывался аппарат типа "Бекен" и смеситель-прототип. Результаты испытаний приведены в таблице 1.

Результаты показывают, что при использовании смесителя предложенной конструкции качество получаемых смесей достигается сравнительно быстро. При выходе за рамки заявляемых пределов значения коэффициента "C" требуемое качество не достигается даже при двукратном увеличении времени перемешивания. При соблюдении заявляемых пределов время перемешивания составляет 17 - 20 минут.

Автору не известны решения, содержащие признаки, отличающие заявленное устройство, с обеспечением указанного технического результата. Поэтому предложенное решение следует считать соответствующим критерию изобретения "Изобретательский уровень".

Литература 1. Авторское свидетельство СССР N 490491 от 30.01.75.

2. Авторское свидетельство СССР N 453311 от 04.04.75.

3. Авторское свидетельство СССР N 218825 от 30.08.68.

4. Авторское свидетельство СССР N 481298 от 15.12.75.

Формула изобретения

Смеситель для вязких материалов, содержащий корпус, средства для загрузки и выгрузки, крышку-поршень, перемешивающую лопасть, вал, установленный в корпусе по оси с возможностью вертикального перемещения, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен штоком, имеющим кольцевое сечение и установленным снаружи вала коаксиально с ним, на нижнем конце вала закреплена скоба, на нижнем конце штока закреплена лопасть, установленная с возможностью взаимодействия при повороте вала с внутренней поверхностью скобы, наружная поверхность лопасти и внутренняя поверхность скобы выполнены в виде чередующихся прямоугольных выступов и впадин с расположением выступов скобы напротив впадин лопасти при их взаимодействии, с уменьшающимся зазором между скобой и лопастью от центра к периферии и длиной выступа скобы и лопасти, определяемой из соотношения L - C (a - b),
где
L - длина выступа скобы или лопасти;
C - коэффициент, выбираемый в пределах 4,5 - 7,0;
a - расстояние между ветвями скобы;
b - толщина лопасти.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4