Гравитационный способ смешивания сыпучих материалов и устройство для его осуществления
Владельцы патента RU 2603670:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Ставропольский ГАУ) (RU)
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. Устройство для осуществления гравитационного способа смешивания сыпучих материалов состоит из вертикального загрузочного бункера в виде усеченного осесимметричного конуса с шибером и выпускной трубы, организующей поток, в которой закреплен вертикальный вал смесителя с приводными лопастями, установленными с возможностью преобразования кинетической энергии свободного падения смешиваемых материалов в энергию вращения, причем полость бункера снабжена вертикальными перегородками, выполненными с возможностью регулирования их положения, а приводные лопасти могут иметь более одного ярусов. Изобретение обеспечивает смешивание сыпучих материалов без привлечения внешних источников энергии. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Гравитационный способ смешивания сыпучих материалов и устройство для его осуществления относится к организации процессов и оборудования для смешивания материалов и может использоваться в различных отраслях народного хозяйства.
Уровень техники
Известен способ приготовления смеси сыпучих материалов [см. кн. Технологическое оборудование предприятий по хранению и переработке зерна / Под ред. А.Я. Соколова. - М: Колос, 1984, с. 207]. Данный способ заключается в том, что все компоненты поднимают и загружают в смеситель через загрузочное отверстие, затем следует принудительный рабочий процесс - смешивание, при котором лопасти многократно перемещает компоненты внутри смесителя. За счет циркуляции компоненты равномерно распределяются по всему объему, после чего смесь выгружается.
Известен способ приготовления смеси порошкообразных и мелкозернистых сыпучих материалов в лопастном смесителе, включающий загрузку компонентов и их принудительное смешивание за счет организации «поршневого» и сдвигового перемещения частиц компонентов смеси лопастями и выгрузку готовой смеси, причем выгрузка готовой смеси осуществляют через разгрузочное отверстие в одной из крайних частей смесителя, для чего организуют поворот лопаток, находящихся диаметрально противоположно в одном ряду рабочих органов, на различный угол: одних на угол от 0° до α=180°-αк, где αк - критический угол поворота, равный 60-70°, а противоположных им лопаток на угол от 0° до αк [см. патент №2398622 (РФ), кл. B01F 7/04, (РФ), 10.09.2010].
Наиболее близким по технической сущности к предлагаему способу является гравитационный способ смешивания сыпучих материалов, извлекаемый из работы гравитационного бетоносмесителя, включающий подъем компонентов. При вращении барабана компоненты подхватываются лопастями и сбрасываются вниз с перемешиванием при вращении [см. Д.П. Волков и др. Строительные машины. - М. Высшая школа, 1988, с. 240 рис. 7.1 и 7.2].
Известен смеситель для перемешивания сыпучих материалов, содержащий цилиндрический барабан, внутри которого консольно расположен вал с закрепленными на нем лопастями, ось вала смещена относительно оси барабана, причем на внутренней поверхности барабана закреплен трехзаходный винтовой шнек, имеющий разрывы в плоскостях вращения лопастей вертикального вала, оси барабана смесителя и лопастного вала расположены под углом к горизонту, лопасти, расположенные в верхнем ряду вала, имеют обратный угол установки относительно лопастей нижних рядов [см. патент №112643 (РФ), кл. B01F 9/00, (РФ), 20.01.2012].
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству являются паровая турбина или гидротурбина, которые приводятся во вращательное движение за счет воздействия на лопасти из вне жидкости, пара, воды [см. Физические основы механики / С.Э. Хайкин. - М.: Физматгиз, 1663, с. 540-541, рис. 309.310].
Раскрытие изобретения
Гравитационный способ смешивания сыпучих материалов, включающий 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 хаотичное вращение материалов при смешивании происходит за счет вращения лопастей.
Устройство для осуществления гравитационного способа смешивания различных сыпучих материалов состоит из вертикального загрузочного бункера, выполненного в виде усеченного осесимметричного конуса, причем к нижней части бункера жестко закреплен переходной патрубок квадратного поперечного сечения, снабженный шибером, а к патрубку жестко закреплена организующая поток выпускная труба, в которой осесимметрично размещен вертикальный вал смесителя, выполненный с возможностью вращения и с закрепленными на валу лопастями и с возможностью преобразования кинетической энергии свободного падения организованного потока смешиваемых материалов на лопасти в энергию вращения вертикального вала смесителя, причем полость бункера снабжена вертикальными перегородками, выполненными с возможностью регулирования их положения путем поворота перегородок относительно вертикальной оси бункера и временного закрепления.
Приводные лопасти, закрепленные на оси вращения смесителя, могут иметь несколько ярусов, причем лопасти, расположенные ниже приводных лопастей, могут иметь другую геометрию.
Смешивание сыпучих материалов происходит следующим образом.
В вертикальном загрузочном бункере устанавливаются и закрепляются вертикальные перегородки, образуя отсеки, исходя из требуемых соотношений смешиваемых материалов и скорости истечения каждого компонента из отверстий в бункере. Размеры отверстий определяются сохранением пропорций при одновременном истечении всех компонентов из бункера. При закрытом шибере каждый отсек заполняется одним компонентом из числа смешиваемых. Затем открывается шибер и поток смешиваемых материалов под действием гравитации падает по организующей поток выпускной трубе вниз, попадая на приводные лопасти. При взаимодействии потока с приводными лопастями на каждой из них возникает горизонтальная составляющая, образующая крутящий момент, приводящий к вращению вала смесителя с закрепленными на нем лопастями, которые вместе с приводными лопастями и осуществляют перемешивание.
Скорость вращения лопастей (производительность смесителя) определяется высотой падения сыпучих материалов и геометрией приводных лопастей, а число ярусов и форма лопастей определяет качество достигаемого результата.
Предлагаемое изобретение экономично, так как не требует привлечения внешних источников энергии и может быть использовано в сельскохозяйственном производстве, в том числе в фермерских хозяйствах.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематично показано устройство.
На фиг. 2 представлены приводные лопасти.
На фиг. 3 представлен вариант лопасти перемешивания.
На фиг. 4 представлена вертикальная перегородка.
На фиг. 5 показан вариант размещения перегородок в плане.
Осуществление изобретения
Гравитационный способ смешивания сыпучих материалов, включающий 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, организации потока тока и свободном падении потока на приводные лопасти, а хаотичное вращение материалов при смешивании происходит за счет вращения лопастей.
Устройство для осуществления гравитационного способа смешивания различных сыпучих материалов (фиг. 1) состоит из вертикального загрузочного бункера 1, выполненного в виде усеченного осесимметричного конуса, к нижней части которого жестко закреплен переходный патрубок квадратного поперечного сечения 2, снабженный шибером 3, а к патрубку закреплена организующая поток выпускная труба 4, в которой болтами 5 закреплены две разнесенными по высоте направляющие опоры 6 и 7 с осевыми отверстиями, в которых размещен вертикальный вал смесителя 8 с жестко закрепленным на нем вверху шайбой 9, исключающей выпадение вала вниз, на который надеты и закреплены к валу болтами 10 с контргайками 11 полые цилиндрические элементы 12 с жестко закрепленными к ним, например сваркой, пластинами 13, образующие приводные лопасти и лопасти перемешивания, причем вверху вала размещены приводные лопасти 14, с наклоном пластин 13, выполненных для вращения при взаимодействии пластин 13 с падающим потоком сыпучих материалов, а лопасти перемешивания 15 выполнены с противоположным направлением пластин 13 и размещены на валу под лопастями 14, лопасти перемешивания 16 с вертикальным положением пластин 13 размещены на валу ниже лопастей 15, причем в полости бункера 1 размещены вертикальные перегородки 17 трапецеидальной формы, сопрягаемые с геометрией загрузочного бункера, снабженные проушинами 18, надетыми на осевой вертикальный стержень 19 с ограничителями вверху и внизу, например, верхней 20 и нижней 21 гайками, а на периферии верхних кромок перегородок размещены жестко соединенными с ними стопорные устройствами 22 с винтами 23.
Все соприкасающиеся поверхности вращения снабжены антифрикционными покрытиями, антифрикционными шайбами, прокладками, например, из тефлона.
Количество ярусов с приводными лопастями может быть больше одного (не показано).
На фиг. показана схема смесителя с тремя ярусами лопастей, верхний ярус содержит приводные лопасти 14, обеспечивающие вращение вертикального вала 8, два нижних яруса с лопастями перемешивания 15 и 16 - предназначенными только для смешивания компонентов.
Смешивание сыпучих материалов происходит следующим образом.
Смеситель устанавливается и закрепляется на жестком стержневом каркасе 25 (фиг. 1). В вертикальном загрузочном бункере 1 устанавливаются перегородки 17, образуя отсеки, исходя из требуемых соотношений смешиваемых материалов и скорости истечения каждого компонента из отверстий в бункере. Положение этих перегородок фиксируется стопорными устройствами 22 и винтами 23, закручиванием их до упора со стенкой бункера (фиг. 5). Предварительно размеры отсеков определяются площадью выпускных отверстий, образующихся после установки перегородок 17 с сохранением требуемых пропорций при одновременном истечении всех компонентов из отсеков бункера. При закрытом шибере 3 каждый отсек заполняется одним компонентом из числа смешиваемых. Затем открывается шибер 3 и поток смешиваемых материалов под действием гравитации падает по организующей поток выпускной трубе 4 вниз, попадая на приводные лопасти 14. При взаимодействии потока с приводными лопастями 14 возникает горизонтальная составляющая, образующая крутящий момент, приводящий к вращению вертикального вала смесителя 8 с закрепленными на нем лопастями перемешивания 15 и 16, которые вместе с приводными лопастями 14 и осуществляют перемешивание.
Перемешанный продукт 24 поступает из выпускной трубы 4 в тару (мешок) 26. Перемешивание может осуществляется порционно и непрерывно. В первом случае после опорожнения загруженного бункера шибер 3 закрывается и операция по загрузке бункера исходными компонентами и их перемешиванию повторяется. Во втором - загрузка отсеков (подсыпка компонентов) осуществляется без прекращения работы.
Скорость вращения лопастей (производительность смесителя) определяется высотой падения сыпучих материалов и геометрией приводных лопастей, а число ярусов и форма лопастей каждого яруса определяет качество достигаемого результата.
Предлагаемое изобретение экономично, так как не требует привлечения внешних источников энергии и может быть использовано в сельскохозяйственном производстве, в том числе в фермерских хозяйствах.
1. Гравитационный способ смешивания сыпучих материалов, включающий их подъем на заданную высоту и размещение в загрузочном бункере, отличающийся тем, что 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 смешиваемых материалов и свободном падении потока на приводные лопасти, а хаотичные движения материалов, при смешивании происходят за счет вращения лопастей.
2. Устройство для осуществления гравитационного способа смешивания различных сыпучих материалов, включающее вертикальный вал, вертикальный загрузочный бункер, выполненный в виде усеченного осесимметричного конуса с шибером и закрепленных на вертикальном валу лопастей, отличающееся тем, что к нижней части бункера жестко закреплен переходной патрубок квадратного поперечного сечения, снабженный шибером, к патрубку жестко закреплена организующая поток выпускная труба, в которой осесимметрично закреплен вертикальный вал смесителя с закрепленными к нему приводными лопастями, выполненными с возможностью преобразования кинетической энергии свободного падения организованного потока смешиваемых материалов на приводные лопасти в энергию вращения вертикального вала, причем полость бункера снабжена вертикальными перегородками, выполненными с возможностью регулирования их положения путем поворота перегородок относительно вертикальной оси бункера и временного закрепления.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что на вертикальном валу смесителя может быть размещено более одного, например, два яруса приводных лопастей.
