Центробежный смеситель

 

Изобретение предназначено для непрерывного приготовления смесей сыпучих материалов и может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности. Центробежный смеситель содержит вертикальный цилиндрический корпус, приводной вал с закрепленным на нем ротором в виде диска, с концентрично установленными на нем полыми усеченными тонкостенными конусами, у которых высота и угол наклона образующей к основанию увеличиваются от центральной части к периферии. Для равномерного распределения потока материала по всем конусам к имеющемуся ряду окон добавлен еще один ряд окон с козырьками. Для создания контура обратной рециркуляции отражатели выполнены с торовой поверхностью. В устройстве интенсифицируется процесс смешивания, повышается качество смеси. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

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

Известен смеситель [1], содержащий корпус с размещенным в нем на вертикальном валу ротором, выполненным в виде концентрических усеченных конусов с рабочими поверхностями и основанием, при этом высота и угол наклона их образующей к основанию ротора увеличиваются от центральной части к периферии. Смешивание в указанном смесителе происходит в результате последовательного прохождения материала по поверхностям трех конусов под действием центробежных сил. Однако недостаточная разряженность потоков и отсутствие рециркуляции не позволяют получать качественные смеси.

Известен смеситель [2], содержащий три конуса, у которых высота и угол наклона образующих к основанию увеличиваются от центральной части к периферии, при этом на поверхностях внутреннего и среднего конусов имеются окна, через которые часть материала, движущегося по внутренней конической поверхности, опережающим потоком попадает на поверхность следующего конуса. Кроме этого, над конусами установлен отражатель в виде объемной спирали Архимеда, который осуществляет частичный возврат материала, сходящего с конуса, обратно.

При исследовании работы этого смесителя выяснились его недостатки. Так, перепускные окна внутреннего и среднего конусов расположены таким образом, что со всех сторон ограничены конической поверхностью. В силу этого, как установлено при эксперименте, движущийся снизу вверх поток материала в момент схода с нижней кромки окна имеет скорость, направленную по касательной к поверхности конуса. Это приводит к тому, что часть потока материала, сошедшего с кромки окна, вновь попадает на поверхность конуса выше окна. При этом для частот вращения, различающихся на 20-30% (в пределах допустимых значений), коэффициент перетока, равный процентному соотношению количества материала, прошедшего через окна, к общему количеству материала, поданного на конус, различается в 1,5-2 раза. Также коэффициент перетока неодинаков для материалов с различными свойствами. Кроме этого, следует отметить, что сход материала с поверхности отражателя происходит не по окружности, а по спиралевидной линии, что приводит к неравномерному распределению материала по поверхности каждого конуса. Помимо этого, в процессе смешивания не задействованы нижние части поверхностей среднего и внешнего конусов.

Цель изобретения - интенсификация процесса смешивания, увеличение сглаживающей способности смесителя и, как следствие, повышение качества смеси. Достижение поставленной цели осуществляется за счет наличия на поверхностях внутреннего и среднего конусов двух рядов окон: нижнего и верхнего. При этом нижний ряд окон способствует распределению входного потока сразу по всем конусам, а верхний ряд окон с установленными над ними козырьками обеспечивает стабильный переток материала с внутреннего конуса на средний и со среднего на внешний. Также цель достигается благодаря наличию над внутренним и среднем конусами отражателей, имеющих торовую поверхность, которые обеспечивают возврат материала, сошедшего с верхней кромки конуса, обратно к его основанию, т.е. обратную рециркуляцию.

На фиг. 1 изображен общий вид центробежного смесителя непрерывного действия; на фиг. 2 показана схема распределения входного потока по поверхности диска, по конусам; на фиг. 3 приведена принципиальная конструкция внутреннего и среднего конусов в аксонометрическом изображении.

Смеситель состоит из следующих элементов: вертикального цилиндрического корпуса 1, в котором расположено приемно-направляющее устройство 2 конической формы, крышки 3 с входными патрубками 4, днища 5 с разгрузочным патрубком 6, приводного вала 7, на котором крепятся разгрузочные лопасти 8 и ротор 9. Ротор представляет собой диск с концентрично установленными на нем тремя полыми усеченными тонкостенными конусами 10, 11, 12, которые обращены меньшими основаниями вниз. Высота и угол наклона образующих конусов к их основаниям увеличиваются от центральной части к периферии. На поверхностях внутреннего 10 и среднего 11 конусов имеются окна: нижние 13 и верхние 14. Окна 13 снизу ограничены поверхностью диска ротора, а окна 14 со всех сторон ограничены конической поверхностью, причем сверху над ними установлены козырьки 15. Над внутренним и средним конусами расположены отражатели 16, имеющие торовую поверхность. Они крепятся к нижней поверхности приемно-направляющего устройства. Приводной вал 7 крепится в подшипниковых узлах 17 и 18 и приводится во вращение посредством клиноременной передачи 19 от двигателя 20.

Работа центробежного смесителя осуществляется следующим образом.

Сыпучие компоненты дозаторами подаются через загрузочные патрубки 4 и попадают на поверхность приемно-направляющего устройства 2. Скользя по ней, они равномерно ссыпаются на диск ротора через кольцевой зазор между выходным отверстием устройства и приводным валом 7. Под действием сил инерции частицы материала растекаются по поверхности диска, при этом траектория потока относительно диска (а также конусов) закручена в сторону, противоположную направлению вращения (фиг. 2). В силу того, что окна 13 снизу ограничены поверхностью диска, только часть потока переходит на поверхность внутреннего конуса 10, а другая (60-70%) через окна движется к среднему конусу 11. Дошедший до него поток материала опять разделяется на две части. Одна из них (30-40%) проходит через окна 13, расположенные таким же образом, как и на внутреннем, и движется дальше, а другая переходит на поверхность среднего конуса (фиг. 2). Так как окна 13 снизу ограничены поверхностью диска, то удается добиться почти постоянной их пропускной способности. Поэтому коэффициент перетока практически не зависит от частоты вращения ротора и от физико-механических характеристик материалов. Часть входного потока, перешедшая на поверхность внутреннего конуса, движется по ней снизу вверх, при этом происходит смешивание компонентов. В силу наличия на поверхности внутреннего конуса верхних окон 14 часть материала переходит через них на поверхность среднего конуса 11. Благодаря наличию над окнами 14 козырьков 15 поток материала, сошедший с нижней кромки окна, почти полностью переходит на поверхность следующего конуса. Таким образом, пропускная способность верхних окон 14 также практически не зависит от частоты вращения ротора и свойств материалов. Часть потока, не прошедшая через окна, сбрасывается с поверхности конуса и отражателем 16 возвращается к нижнему его основанию, тем самым достигается обратная рециркуляция смеси.

На среднем конусе 11 происходит то же самое, что и на внутреннем 10. Смесь, попавшая на сплошной внешний конус 12 со среднего, двигаясь по нему снизу вверх сбрасывается по направлению к стенке корпуса и далее ссыпается на днище смесителя. Из смесителя смесь выгружается разгрузочными лопастями 8 через патрубок 6. Смеситель будет работать в оптимальном режиме, если через нижние окна 13 внутреннего конуса 10 будет проходить 60-70% входного потока, а через соответствующие окна среднего конуса 11 - 30-40% от количества материала, переходящего на него с диска ротора. Для этого необходимо, чтобы отношение ширины окон 13 к ширине перемычек между ними было в пределах 1,8-2,0 для внутреннего конуса и 0,3-0,4 для среднего. Относительная ширина верхних окон 14 внутреннего и среднего конусов будет определять величину коэффициента обратной рециркуляции на них, значение которого не целесообразно принимать более 20%. Поэтому отношение ширины верхних окон 14 к ширине перемычек между ними для внутреннего и среднего конусов должно быть в пределах 0,9-1,1. Количество нижних окон 13 на внутреннем и среднем конусах должно быть 3 или 4, а верхних окон 14, соответственно, 6 или 8. Высота окон должна составлять 30-40% их ширины.

Итак, можно сказать, что интенсификация процесса смешивания достигается за счет перераспределения входного потока по трем конусам. Хорошее сглаживание флуктуаций входных потоков достигается за счет перераспределения входного потока по трем конусам и применения прямой и обратной рециркуляции. Это, а также использование всей поверхности каждого конуса и движение материальных потоков разреженными слоями способствует улучшению качества смешивания компонентов.

Источники литературы 1. А.с. SU 1546120, A1, 1971, B 01 F 7/26.

2. А.С. RU 2132725, C1, 1999, B 01 F 7/26.

Формула изобретения

1. Центробежный смеситель сыпучих материалов, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, загрузочные и разгрузочные патрубки, приемно-направляющее устройство, отражатель, приводной вал с закрепленным на нем ротором в виде диска, с концентрично установленными на нем полыми усеченными тонкостенными конусами, у которых высота и угол наклона образующей к основанию увеличиваются от центральной части к периферии, при этом на поверхностях внутреннего и среднего конусов выполнены окна, отличающийся тем, что в нижней части внутреннего и среднего конусов сделано еще по одному ряду окон, снизу ограниченных поверхностью диска ротора, а над верхними окнами установлены козырьки.

2. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным отражателем, при этом отражатели имеют торовую поверхность.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3