PL219375B1 - Mieszalnik wieloślimakowy - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest mieszalnik wieloślimakowy przeznaczony do mieszania płynów, szczególnie o dużej lepkości. Urządzenie może być również stosowane do realizacji procesów kinetycznych.

Znane jest z opisu patentowego GB 1210829 urządzenie mieszające zawierające cylindryczny zbiornik oraz dwa mieszadła umieszone na wale wyposażonym w układ łożyskowania na obu końcach umożliwiający obrót mieszadeł. Mieszadła, w postaci przymocowanych bezpośrednio do wałów wstęg, są umieszczone jedno nad drugim oraz wykonują obroty w jedną stronę, przy czym mieszadło górne jest obrócone o kąt 180° względem mieszadła dolnego. Taka konfiguracja zespołu mieszającego zapewnia mały prześwit pomiędzy wstęgami, co zapewnia efektywniejsze mieszanie. Z japońskiego opisu zgłoszenia patentowego JP 61046232 znane jest urządzenie mieszające wyposażone w przekładnię obiegową z czterema zębatkami nieposiadającymi ustalonej osi obrotu. W wynalazku koło zębate centralne napędza dwie pary zębatek obiegowych zamocowanych w jarzmie. Do zębatek obiegowych przymocowane są cztery wały na końcach, których przymocowano wstęgi. Do pojedynczego wału przymocowane są trzy poprzeczki stanowiące rusztowanie podtrzymujące dla dwóch wstęg wykonanych z elementów pierścieniowych, które przecięto w jednym miejscu oraz rozciągnięto na wymaganą długość. Każde mieszadło mieszalnika składało się z dwóch wstęg przymocowanych do przeciwnych stron poprzeczek w ten sposób, żeby nie kontaktowały się ze sobą. Konfiguracja geometryczna układu mieszającego charakteryzuje się tym, że każde mieszadło jest przesunięte o taki kąt względem drugiego, aby zapewnić minimalną szczelinę pomiędzy poszczególnymi wstęgami mieszadeł. W opisie zgłoszenia patentowego SU 1452679, przedstawiającym urządzenie mieszające, zastosowano układ sześciu mieszadeł ślimakowych, przy czym są one podzielone na trzy współpracujące ze sobą moduły mieszające. Aparat posiada napęd umieszczony na pokrywie górnej mieszalnika oraz system przekładni pozwalających na wprawieniu trzech par mieszadeł w ruch obrotowy względem osi mieszalnika. Poszczególne zespoły mieszające wykonują ruch ekscentryczny oraz są umieszone względem siebie w taki sposób, aby zespoły mieszające wykonywały względem osi mieszalnika ruch obrotowy, zataczając coraz to mniejsze kręgi. Przedstawiony w chińskim opisie wzoru użytkowego CN 201140050 mieszalnik zawierał dwie pary mieszadeł o ślimakach nawiniętych w jednym kierunku oraz umieszonych w obudowie w postaci odwróconego i ściętego stożka. Osie mieszadeł były umieszone równolegle do krawędzi pobocznicy stożkowej oraz rozmieszone w taki sposób, aby szczelina pomiędzy tą krawędzią a zewnętrzną krawędzią wstęgi mieszającej była jak najmniejsza. Układ mieszający zawiera jedną parę mieszadeł dłuższych, sięgających praktycznie do dna zbiornika oraz drugą parę mieszadeł, których długość stanowiła dwie trzecie długości dłuższych mieszadeł. Zestawy mieszadeł były obrócone względem siebie o kąt 90°. W urządzeniu mieszającym zastosowano dwa napędy oraz rozwiązanie znane, jako przekładnia planetarna umożliwiające realizację ruchu obrotowego czterech mieszadeł wstęgowych względem osi aparatu oraz względem osi poszczególnych mieszadeł.

Mieszalnik wieloślimakowy, według wynalazku, do mieszania płynów zawierający obudowę, przekładnię napędową z kołami zębatymi oraz mieszadła ze ślimakami, charakteryzuje się tym, że zawiera dwa współosiowe moduły mieszające, szerszy i węższy. Każdy z modułów ma układ mieszadeł na zewnętrznym wale napędowym połączonym z korpusem przekładni napędowej zamkniętej pokrywą, w której znajdują się panewki do łożyskowania wałów. Zewnętrzny wał napędowy jest wałem rurowym. Korpus przekładni napędowej obraca się dokoła osi wieloślimakowego mieszalnika. Wał ma nawiniętą taśmę, co stanowi pojedyncze mieszadło. Każdy wał z jednej strony połączony jest z biernym kołem zębatym, którego wieniec połączony jest ze środkowym czynnym napędowym kołem zębatym osadzonym na wewnętrznym wale napędowym, co stanowi przekładnię planetarną. Każdy z wałów, pod wpływem napędu z przekładni planetarnej, obraca się wokół własnej osi. Po drugiej stronie każdy wał pojedynczego mieszadła osadzony jest w mocującym pierścieniu. Każdy moduł umieszczony jest w cylindrycznej obudowie wyposażonej, w co najmniej jeden króciec oraz zakończonej kołnierzem, który jest połączony z korpusem łożyskowania wyposażonym w łożyska zewnętrznego wału napędowego. Wewnętrzna średnica modułu mieszającego szerszego jest większa od zewnętrznej średnicy modułu węższego. Konstrukcja taka pozwala na swobodne wnikanie modułu węższego wewnątrz modułu szerszego, co intensyfikuje proces mieszania. Głębokość wnikania jest regulowana odrębnym sterowanym napędem przesuwającym jeden z modułów mieszających wzdłuż osi mieszalnika. Wnikanie układów mieszadeł względem siebie można zatrzymać na dowolnej głębokości, głęboPL 219 375 B1 kość ta może być zmieniana płynnie w trakcie trwania procesu mieszania. Mocujący pierścień modułu węższego znajduje się wewnątrz mocującego pierścienia modułu szerszego. Obrotowe umocowanie swobodnych końców wałów poszczególnych mieszadeł ślimakowych każdego układu mieszającego w pierścieniach mocujących zapewnia bezkolizyjne wzajemne wnikanie jednego obracającego się układu mieszającego w jednym module mieszającym w głąb układu mieszającego w drugim module mieszającym.

Korzystnie, pierścień mocujący pierwszego modułu mieszającego ma średnice otworu wewnętrznego większą od średnicy zewnętrznej pierścienia mocującego drugiego modułu mieszającego. Konstrukcja taka pozwala na swobodne wnikanie jednego układu mieszającego z pierścieniem mocującym w głąb drugiego układu mieszającego z własnym pierścieniem mocującym. Pierścień mocujący wyposażony jest w usztywniające pręty, które łączą pierścień z pokrywą korpusu przekładni napędowej. Pierścienie te są sztywnie połączone za pomocą wzdłużnych prętów z obracającym się korpusem planetarnej przekładni napędowej. Połączenie takie powoduje ruch obrotowy pierścienia mocującego dokoła osi mieszalnika wraz ze sztywnie połączonym układem mieszadeł ślimakowych synchronicznie obracających się dokoła własnych osi. Co najmniej jeden moduł mieszający wyposażony jest w płaszcz grzejno-chłodzący, korzystnie oba moduły mają takie płaszcze. Z obu stron wał zakończony jest zabezpieczeniem sprężynowym, które zapobiega wysunięciu się z panewek w pierścieniu i w pokrywie korpusu przekładni napędowej. Zabezpieczenie sprężynowe stanowi pierścień sprężynujący. Wewnętrzny wał napędowy ma łożyska. W module mieszającym kolejne mieszadła mają nawinięte taśmy w przeciwnych kierunkach.

Korzystnie mieszadła w szerszym module mieszającym mają taśmy nawinięte w przeciwnym kierunku niż taśmy w węższym module mieszającym. Korzystnie bierne koła zębate w module mieszającym mają jednakową liczbę zębów, co zapewnia, że wszystkie mieszadła w module obracają się z jednakową prędkością. Korzystnie bierne koła zębate i środkowe czynne napędowe koło zębate, w jednym module mieszającym, mają różną liczbę zębów niż bierne koła zębate i środkowe czynne napędowe koło zębate w drugim module, co daje dużą liczbę wariantów szybkości obrotów modułu i indywidualnych mieszadeł. Korzystnie moduły mieszające mają odrębne napędy silnikowe. Silniki mogą być wyposażone w układ sterowania częstości obrotowej oraz kierunkiem obrotów. Mieszalnik ma pomiędzy obudową modułu szerszego a obudową albo płaszczem grzejno-chłodzącym modułu węższego pierścieniowe uszczelnienie ślizgowe. Uszczelnienie jest zamontowane w przestrzeni pierścieniowej. Pozwala na przesuwanie się modułów względem siebie bez utraty szczelności połączenia, a co za tym idzie bez przeciekania płynów mieszanych. Mieszalnik ma pomiędzy wałem napędowym a korpusem łożyskowania obrotowe uszczelnienie ślizgowe. Zabezpieczają one mieszalnik przed przeciekaniem od strony elementów napędowych.

W procesie mieszania okresowego składniki przeznaczone do zmieszania mogą być doprowadzane króćcami umieszczonymi na obudowie przy jednym module mieszającym lub króćcami umieszczonymi na obudowach obu modułów mieszających. Przeciwstawny kierunek ruchu zestawu mieszadeł ślimakowych w wieloślimakowych układach mieszających w obu modułach mieszających powoduje wzajemne wnikanie strumieni składników, gwarantując w ten sposób wymagany stopień ujednorodnienia mieszaniny. Burzliwość wsadu mieszalnika w obszarach modułów mieszających reguluje się przez zmianę częstotliwości synchronicznego obrotu poszczególnych mieszadeł w zestawie mieszadeł ślimakowych, jak również przez niezależną zmianę częstości obrotowej wieloślimakowego układu mieszającego w każdym nodule mieszającym. Powstawanie w mieszanym płynie obszarów o zwiększonej burzliwości reguluje się również przez zmianę głębokości wniknięcia jednego modułu mieszającego w drugi moduł mieszający. Możliwość ustalenia głębokości wnikania jednego modułu mieszającego w drugi moduł mieszający pozwala kontrolować roboczą objętością mieszalnika. Ma to istotne znaczenie, jeżeli wymagane jest mechaniczne zmieszanie określonych mas składników lub przeprowadzenie jednokrotnego procesu kinetycznego w ograniczonej objętości.

W procesie mieszania ciągłego, gdy mieszalnik pracuje jako aparat przepływowy, rozsunięcie modułów mieszających powoduje zmianę objętości mieszalnika oraz zwiększenie czasu przebywania składników w przestrzeni mieszalnika. Jest to ważne w przypadku, gdy procesy kinetyczne są kontrolowane przez czas kontaktu reagentów. Przesunięcie modułów ku sobie powoduje skrócenie czasu kontaktu składników z równoczesnym zwiększeniem burzliwości. Zatem procesy kinetyczne mogą być kontrolowane przez czas przebywania reagentów w mieszalniku, który jest uwarunkowany stopniem rozsunięcia modułów mieszających. Możliwość płynnej regulacji głębokości wnikania jednego modułu

PL 219 375 B1 mieszającego w drugi moduł mieszający pozwala kontrolować procesy kinetyczne czasem przebywania reagentów w mieszalniku oraz generowaną burzliwość we wsadzie mieszalnika.

Zaletą proponowanego rozwiązania jest uzyskiwanie dużego stopnia burzliwości i intensywności procesu mieszania bez wzrostu zużycia energii oraz kosztów procesu mieszania, co było niezbędne w mieszalnikach znanych ze stanu techniki. Proponowana konstrukcja pozwala na osiągnięcie dużych sił ścinających, co jest niezbędne przy mieszaniu mediów cechujących się wysokim współczynnikiem lepkości. Konstrukcją i konfiguracją modułów mieszających w mieszalniku wieloślimakowym do mieszania płynów przedstawionym do opatentowania zapewnia odpowiednią intensywność mieszania w całej objętości aparatu. Regulacja obrotów i kierunku obrotów w układach mieszających pozwala osiągnąć odpowiedni stopnień burzliwości w mieszanym płynie zapewniając w ten sposób otrzymanie produktu w postaci mieszaniny o żądanej jakości. Mieszalnik według wynalazku pozwala na osiągnięcie zmiany burzliwości i naprężeń ścinających występujących w mieszanym płynie dzięki wnikaniu modułów w siebie. Proponowana konstrukcja pozwala również kontrolować czas przebywania składników przepływających przez mieszalnik oraz sterować przebiegiem procesów kinetycznych zachodzących w mieszalniku wieloślimakowym.

Mieszalnik według wynalazku może pracować w różnych wariantach, na przykład korzystnie jest mieszadła w module obracają się w jednym kierunku, który jest przeciwny do kierunku obrotu układu mieszadeł w tym module, a mieszadła i układ mieszadeł w poszczególnych modułach obracają się w przeciwnych kierunkach. Konstrukcja mieszalnika pozwala na jego pracę zarówno w pionie jak i w poziomie oraz w sposób ciągły lub okresowy.

Urządzenie według wynalazku przedstawione jest w przykładzie wykonania oraz na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia moduł mieszający w przekroju osiowym, fig. 2 przedstawia moduł mieszający w przekroju A-A z fig. 1, fig. 3 przedstawia moduł mieszający w przekroju B-B z fig. 1, fig. 4 przedstawia mieszalnik wieloślimakowy z modułami, z których każdy posiada własny płaszcz grzejnochłodzący w przekroju osiowy oraz fig. 5 - mieszalnik wieloślimakowy w trzech stadiach wzajemnego wnikania względem siebie modułów mieszających w widoku stereometrycznym.

Mieszalnik wieloślimakowy do mieszania płynów zawiera dwa moduły mieszające, węższy i szerszy. Moduł mieszający ma cylindryczną obudowę 1, wewnątrz której umieszczony jest korpus 2 przekładni napędowej 3. Z jednej strony w przekładni napędowej 3 a z drugiej strony w pierścieniu mocującym 4 osadzone są pojedyncze mieszadła ślimakowe 5, które stanowią układ mieszadeł. Moduły mieszające ustawione są względem siebie tak, że pierścień mocujący 4' modułu węższego znajduje się wewnątrz pierścienia mocującego 4 modułu szerszego. W module mieszającym cylindryczna obudowa 1 jest połączona z korpusem łożyskowania 6 wewnętrznego wału napędowego 7 i zewnętrznego, rurowego wału napędowego 8 za pomocą kołnierza 9. Wewnątrz w cylindrycznej obudowie 1 modułu mieszającego w ruchomym korpusie 2 przekładni napędowej znajduje się zębaty układ planetarny - przekładnia napędowa 3 łącząca pojedyncze mieszadła ślimakowe 5 w wieloślimakowy układ mieszający. Mieszadło ślimakowe 5 składa się z wału 10 oraz taśmy 11 nawiniętej bezpośrednio na wale. Układ planetarny zbudowany jest z wieńca biernych kół zębatych 12 ze środkowym czynnym napędowym kołem zębatym 13 wprawiającym w ruch obrotowy poszczególne mieszadła ślimakowe 5 dokoła własnych osi. Środkowe czynne napędowe koło zębate 13 osadzone jest na wewnętrznym wale napędowym 7 połączonym z silnikiem napędowym zaopatrzonym w układ sterowania częstości obrotowej. Wewnętrzny wał napędowy 7 przechodzi wewnątrz rurowego zewnętrznego wału napędowego 8 korpusu 2 przekładni planetarnej 3. Rurowy zewnętrzny wał napędowy 8 jest napędzany dodatkowym silnikiem z odrębnym układem sterowania częstości obrotowej. Tak zorganizowany napęd zapewnia obrót każdego mieszadła ślimakowego 5 dokoła własnej osi z równoczesnym obrotem wieloślimakowego układu mieszającego dokoła osi mieszalnika, w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu mieszadeł 5. Na obu końcach rurowego zewnętrznego wału napędowego 8 w przestrzeni pierścieniowej zamontowane są łożyska 14 wewnętrznego wału napędowego 7 wraz z uszczelnieniem dławnicowym. W korpusie łożyskowania 6 na rurowym zewnętrznym wale napędowym 8 zamontowane są łożyska 15 wraz z obrotowym uszczelnieniem ślizgowym 16. Korpus 2 przekładni planetarnej 3 zamykany jest od góry szczelną pokrywą 17. W pokrywie tej znajdują się otwory z panewkami 18 do łożyskowania wałów 10 mieszadeł ślimakowych 5 oraz otwory do mocowania prętów 19 łączących ze sobą pokrywę 17 obudowy korpusu 2 oraz pierścień 4 mocujący pojedyncze mieszadła ślimakowe 5 w wieloślimakowy układ mieszający. Wał 10 mieszadła 5 od góry nad pierścieniem 4 i od dołu pod biernym kołem zębatym 12 osadzonym na wale 10 ma wycięcia do mocowania zabezpieczona sprężynowego 20 utrzymującego obracający się wał 10 w obracającym się pierścieniu 4 oraz pokrywie 17

PL 219 375 B1 obracającego się korpusu 2 przekładni planetarnej 3. Obudowa 1 modułu mieszającego posiada króćce 21 doprowadzające mieszane składniki i odprowadzające sporządzoną mieszaninę i otoczone jest zewnętrznym płaszczem 22 grzejno-chłodzącym z króćcami 23 doprowadzającymi do przestrzeni pierścieniowej płaszcza 22 czynnik obróbki termicznej. Konstrukcja mieszalnika wieloślimakowego zapewnia wnikanie jednego modułu mieszającego z płaszcze 22 w drugi moduł mieszający. Szczelność wnętrza mieszalnika zapewniają uszczelnienie ślizgowe 24 zamontowane w przestrzeni pierścieniowej pomiędzy obudowami 1 modułów mieszających-węższego i szerszego, stanowiących konstrukcję mieszalnika wieloślimakowego do mieszania płynów.

Claims (13)

1. Mieszalnik wieloślimakowy do mieszania płynów zawierający obudowę, przekładnię napędową z kołami zębatymi oraz mieszadła ze ślimakami, znamienny tym, że zawiera dwa współosiowe moduły mieszające, szerszy i węższy, przy czym każdy z modułów ma układ mieszadeł na zewnętrznym wale napędowym (8) połączonym z korpusem (2) przekładni napędowej (3) zamkniętej pokrywą (17). w której znajdują się panewki (18) do łożyskowania wałów (10), które mają nawinięte taśmy (11), zaś każdy wał (10) z jednej strony połączony jest z biernym kołem zębatym (12), którego wieniec połączony jest ze środkowym czynnym napędowym kołem zębatym (13) osadzonym na wewnętrznym wale napędowym (7) co stanowi przekładnię planetarną, natomiast po drugiej stronie każdy wał (10) osadzony jest w mocującym pierścieniu (4), przy czym każdy moduł umieszczony jest w cylindrycznej obudowie (1) wyposażonej w co najmniej jeden króciec (21) oraz zakończonej kołnierzem (9), który jest połączony z korpusem łożyskowania (6) wyposażonym w łożyska (15) zewnętrznego wału napędowego (8).

2. Mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnętrzna średnica modułu mieszającego szerszego jest większa od zewnętrznej średnicy modułu węższego, a mocujący pierścień (4') modułu węższego znajduje się wewnątrz mocującego pierścienia (4) modułu szerszego.

3. Mieszalnik wieloślimakowy według zastrz. 1, znamienny tym, że pierścień mocujący (4) wyposażony jest w usztywniające pręty (19).

4. Mieszalnik wieloślimakowy według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jeden moduł mieszający wyposażony jest w płaszcz (22) grzejno-chłodzący.

5. Mieszalnik wieloślimakowy według zastrz. 1, znamienny tym, że z obu stron wał (10) zakończony jest zabezpieczeniem sprężynowym (20).

6. Mieszalnik wieloślimakowy według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnętrzny wał napędowy (7) ma łożyska (14).

7. Mieszalnik wieloślimakowy według zastrz. 1. znamienny tym, że wały (10) pojedynczych mieszadeł (5) ustawionych obok siebie mają taśmy (11) nawinięte w przeciwnym kierunku.

8. Mieszalnik wieloślimakowy według zastrz. 1, znamienny tym, że w szerszym module mieszającym wały (10) mają taśmy (11) nawinięte w przeciwnym kierunku niż taśmy (11') na wałach (10') w węższym module mieszającym.

9. Mieszalnik wieloślimakowy według zastrz. 1, znamienny tym, że bierne koła zębate (12) w module mieszającym mają jednakową liczbę zębów.

10. Mieszalnik wieloślimakowy według zastrz. 1, znamienny tym, że bierne koła zębate (12) i środkowe czynne napędowe koło zębate (13) w szerszym module mieszającym mają różną liczbę zębów niż bierne koła zębate (12') i środkowe czynne napędowe koło zębate (13') w węższym module.

11. Mieszalnik wieloślimakowy według zastrz. 1, znamienny tym, że moduły mieszające mają odrębne napędy silnikowe.

12. Mieszalnik wieloślimakowy według zastrz. 1, znamienny tym, że ma pomiędzy obudową modułu szerszego a obudową albo płaszczem (22) grzejno-chłodzącym modułu węższego pierścieniowe uszczelnienie ślizgowe (24).

13. Mieszalnik wieloślimakowy według zastrz. 1, znamienny tym, że ma pomiędzy wałem napędowym (8) a korpusem łożyskowania (6) obrotowe uszczelnienie ślizgowe (16).