Техника будущего: новые технические решения технологических задач

Инжекторный смеситель (Пат. № 2056920 РФ, В01 F5/04) используется в пищевой промышленности для дезинфекции и пастеризации жидкостей, для подогрева воды в системах отопления, в качестве насоса, в системах транспорта вязких жидкостей.

На рис. 13.26 — общий вид инжекторного смесителя; на рис. 13.27 — инжектор с дополнительным коническим участком на наружной поверхности камеры смешения.

 

Техническим эффектом изобретения является повышение устойчивости работы. Указанный эффект достигается тем, что наружная поверхность камеры смешения выполнена с последовательно расположенными по ходу потока в центральном канале цилиндрическим участком большого диаметра, коническим участком и цилиндрическим участком малого диаметра, которые образуют с корпусом кольцевые каналы минимального проходного сечения, конфузорный и максимального проходного сечения, первый из этих каналов сообщен с всасывающим соплом, а последний — с радиальным патрубком.

Диаметры активного сопла на выходе D_c входа D_кс в конфузорный участок камеры смешения и выхода D_2в из него, наружный диаметр цилиндрической части конфузорного участка D_к и наружный D_2н диаметр цилиндрического участка камеры смешения, D_р внутренний диаметр корпуса и длина L₂ цилиндрического участка камеры смешения связаны соотношениями:

D_кс/D_2в = 1,5…1,75;      D_p/D_2н = 2…3;  D_с/D_2в = 1,0…1,5;

D_p/D_к = 1,1…1,25;        L₂/D_2в = 5…8.

Камера смешения может быть выполнена с дополнительным коническим участком на наружной поверхности, образующим с корпусом расширяющуюся к поперечному патрубку полость,

Инжекторный смеситель содержит цилиндрический корпус 1 с радиальным патрубком 2, в котором установлено сопло 3, а также камеру 4 смешения с центральным каналом, имеющим входной конфузорный 5 и цилиндрический 6 участки. Центральный канал и активное сопло 3 соосны с корпусом 1. Сопло 3 образует с участком 5 всасывающее кольцевое сопло 7. Наружная поверхность камеры 4 смешения выполнена с цилиндрическим участком 8 большого диаметра, коническим участком 9 и цилиндрическим участком 10 малого диаметра, расположенными последовательно по ходу потока в центральном канале камеры смешения. Эти участки образуют с внутренней поверхностью корпуса 1 кольцевые каналы 11…13 соответственно минимального проходного сечения, конфузорный и максимального проходного сечения. Канал 11 сообщен с соплом 7, а канал 13 – с патрубком 2. В канале 11 могут быть размещены дистанционирующие радиальные выступы 14, закрепленные на корпусе 1 или камере 4 смешения.

Активная среда (пар) подается от источника например котла, в сопло 3. Поток пара разгоняется в сопле 3, и вытекающая из него струя пара создает разрежение в кольцевом сопле 7. Жидкость из патрубка 2 попадает в цилиндрический канал 13 максимального проходного сечения и затем через конфузорный канал 12 и канал 11 минимального проходного сечения всасывается в сопло 7. Процессы смешения пара и жидкости, конденсации пара завершаются у выхода центрального канала, к цилиндрическому участку 6 которого обычно присоединяется диффузор. Последний служит для уменьшения скорости жидкости и, следовательно, потерь энергии в трубопроводах. В каналах 12 и 13 происходит подогрев жидкости передачей тепла через стенки камеры смешения. Благодаря этому стенки активного сопла 3 и пристеночные слои пара меньше охлаждаются. Как показали эксперименты и расчеты, предварительный подогрев жидкости позволяет устранить конденсацию пара в сопле 3 и образование локальных сверхзвуковых потоков. Последовательное расположение каналов 13 и 11 соответственно максимального проходного сечения и минимального проходного сечения обеспечивает равномерное распределение параметров по окружности кольцевого сопла 7. Оба эти фактора – выравнивание параметров в сопле 7 и подогрев жидкости на входе в него приводят к устранению неустойчивости работы инжектора. Как показали эксперименты и расчеты, в максимальной степени эти факторы проявляются при указанных выше соотношениях размеров, являющихся оптимальными с точки зрения устойчивости работы инжекторного смесителя. Наличие расширяющейся к радиальному патрубку 2 полости 16 интенсифицирует предварительный подогрев жидкости, что в ряде случае благоприятно сказывается на стабильности работы инжекторного смесителя.

Инжекторный смеситель отличается тем, что наружная поверхность конфузорного участка камеры смешения выполнена цилиндроконической, при этом камера смешения образует с корпусом кольцевые каналы соответственно минимального проходного сечения, конфузорный и максимального проходного сечения, первый из этих каналов сообщен с всасывающим соплом, а последний – с радиальным патрубком.

Смеситель для пищевых продуктов (Пат. № 1340810 РФ, В01 F7/02) относится к мясной промышленности, в частности к колбасному производству и предназначен для повышения точности взвешивания продуктов.

Смеситель (рис. 13.28) содержит емкость 1 с перемешивающими органами 2, станину 3, установленный на емкости привод 4 и весовое тензометрическое устройство с датчиками для дозирования продуктов. Емкость с перемешивающими органами 2 установлена на станине 3 на опорах 5. Каждая опора 5 расположена между емкостью и станиной и состоит из верхнего 6 и нижнего 7 корпусов и расположенной между ними компенсационной пружины 8 и прокладки 9. При этом на верхнем корпусе укреплен опорный стержень 10, а нижний корпус снабжен винтовым фиксирующим домкратом 11. Тензометрический датчик 12 установлен на последнем так, что опорный стержень 10 контактирует с ним. Компенсационные пружины 8 опор имеют различную силу упругости. Пружины 8 с прокладками 9 установлены между подвижным и неподвижными корпусами 6 и 7. Опорные стержни 10 закреплены верхним концом в подвижном корпусе 6, а нижним концом опираются на тензодатчики 12. Боковой поверхностью каждый стержень 10 контактирует с кольцевым горизонтальным рядом стальных шариков 13, которые размещены в пазу 14 неподвижного корпуса 7 для исключения передачи возможных горизонтальных сил от емкости на датчики.

После установки смесителя на месте эксплуатации на фундаментные опоры проверяется горизонтальное расположение емкости 1 с перемешивающими органами 2. При необходимости положение регулируется при помощи прокладок 9 в опорах. После установки емкости из опор вынимаются искусственные вставки, вставляемые на время транспортировки смесителя вместо датчиков. В опоры вставляются датчики 12 весового тензометрического устройства. При помощи домкрата 11 каждый датчик отдельно поднимается к опорному стержню 10. Контроль прижимного усилия датчика к стержню ведется по цифровому табло преобразователя тензометрического устройства. Положение каждого датчика 12 фиксируется стопорной гайкой домкрата 11.

На преобразователе тензометрического устройства (не показано) устанавливают «0». Смеситель готов к работе. Масса емкости со смещенным центром тяжести воспринимается пружинами 8. Масса продукта, загружаемого в емкость, воспринимается через опорные стержни 10 датчиками 12. Продукт в емкость 1 должен загружаться по центру, т.к. разница усилий на датчики не должна превышать 10 % (условие тензометрического устройства).

Смеситель для пищевых продуктов отличается тем, что, с целью повышения точности взвешивания продуктов, каждая опора расположена между емкостью и станиной и состоит из верхнего и нижнего корпусов и расположенной между ними компенсационной пружины, при этом на верхнем корпусе укреплен опорный стержень, а нижний корпус снабжен винтовым фиксирующим домкратом, при этом каждый датчик установлен на последнем так, что опорный стержень контактирует с ним, а компенсационные пружины опор имеют различную силу упругости.

Центробежный смеситель порошкообразных материалов (Пат. № 2174436 РФ, В01 F7/26) относится к технике смешивания порошкообразных и гранулированных материалов и может быть использован в химической, пищевой и других отраслях промышленности, а также в сельскохозяйственном производстве для приготовления кормосмесей в животноводстве.

На рис. 13.29 изображен центробежный смеситель порошкообразных материалов; на рис. 13.30 – ротор смесителя.

Смеситель состоит из конического корпуса 1, закрепленного на раме 2. Внутри корпуса размещен ротор, выполненный в виде концентрично расположенных полых усеченных конусов центрального – 3, промежуточного 4 и периферийного 5, прикрепленных к основанию 6 ротора. Конусы 3, 4, 5 выполнены разными по высоте и образуют каскады – высота конусов и угол наклона их образующей к основанию увеличиваются от центральной части ротора к его периферии (h₁ < h₂ < h₃;  a₁ < a₂ < a₃). Усеченные конусы 3…5 выполнены из материалов, коэффициент трения которых уменьшается по мере удаления конусов от центральной части ротора. Например: центральный конус 3 выполнен из стали, промежуточный 4 – из сплава на основе меди (бронза, латунь), а периферийный 5 – из антифрикционного полимерного материала, например из фторопласта.

Компоненты смеси в заданном соотношении непрерывно подаются через штуцеры 20 в загрузочную течку 19, где частично перемешиваются и далее поступают в центральный конус 3 ротора с наименьшим углом a₁ наклона образующей к основанию 6. Электродвигатель 15 посредством клиноременной передачи 14 приводит во вращение вал 12, который, вращаясь на подшипниках 13 в опоре 18, сообщает вращение с заранее подобранной угловой скоростью, ротор – его полые усеченные конусы 3, 4, 5 и закрепленные на валу 12 лопасти. Компоненты смеси частично попадают на верхний слой 7 основания – ту часть, которая ограничена малым основанием усеченного конуса 3, и частично – на рабочую поверхность 21 этого конуса. Под действием центробежных сил компоненты отбрасываются от центра основания 6 на рабочую поверхность 21, вследствие чего частицы начинают ускоренно двигаться по спиралеобразной траектории по поверхности 21, поднимаясь к верхней кромке конуса 3.

Так как компоненты смеси состоят из частиц различной массы и имеют разный коэффициент трения по материалу (в данном случае стали) конуса 3, то скорость и траектория их движения на рабочей поверхности 21 будет различна. В результате этого траектории движения отдельных частиц перекрещиваются и смесь в непрерывном потоке перемешивается. Траектории движения частиц зависят также от угла наклона a₁ образующей к основанию 6, угловой скорости ротора, высоты h₁ конуса 3, коэффициента трения по рабочей поверхности 21 и имеют форму спиралей с различным шагом. Более высокий коэффициент трения материала конуса 3 (по сравнению с соответствующими показателями конусов 4 и 5) способствует повышенному сцеплению частиц с рабочей поверхностью 21 и, как следствие, увеличению шага спиралей.

Пройдя первый каскад – центральный конус 3, частицы смеси под действием центробежной силы и силы инерции перемещаются ко второму каскаду – промежуточному конусу 4, при этом компоненты смеси продолжают непрерывно перемешиваться. Вследствие того, что отрыв частиц смеси с поверхности 21 первого каскада – центрального конуса 3 идет по ходу вращения под острым углом к касательной окружности основания конуса, под острым углом по ходу вращения происходит и соприкосновение частиц с рабочей поверхностью 22 второго каскада – промежуточного конуса 4. Это позволяет сохранить процесс перемешивания компонентов смеси, начатый в первом каскаде, т. к. частицы смеси продолжают движение по рабочей поверхности 22 второго каскада по траекториям, близким к траекториям движения на первом каскаде. Но поскольку коэффициент трения материала (бронза, латунь) конуса 4 меньше соответствующего коэффициента конуса 3, то сцепление частиц с рабочей поверхностью 22 второго каскада несколько ослабевает – и по этой причине шаг спиралей и скорость перемещения частиц уменьшаются. Это приводит к увеличению времени пребывания компонентов смеси в промежуточном конусе 4, что положительно сказывается на качестве смешивания. При этом компоненты смеси не отбрасываются внутрь центрального конуса 3, а продолжают ускоренно двигаться по рабочей поверхности 22 промежуточного конуса 4 (второго каскада) и интенсивно перемешиваются. Для уменьшения угла подъема спиралей и дальнейшего увеличения интенсивности перемешивания промежуточный конус имеет больший угол a₂ наклона образующей к основанию по сравнению с центральным конусом и большую высоту h₂. Вследствие этого слой смеси на рабочей поверхности 22 конуса 4 становится тоньше и повышаете качество перемешивания.

Процесс отрыва частиц смеси с промежуточного конуса 4 (второго каскада) и их соприкосновение с рабочей поверхностью 23 периферийного конуса 5 (третьего каскада) аналогичен описанному. Для уменьшения угла подъема и шага спиралей и, следовательно, увеличения продолжительности пребывания частиц на наибольшей рабочей поверхности 23 предусмотрено: дальнейшее увеличение угла a₃ образующей конуса 5 к основанию, увеличение высоты h₃ конуса, уменьшение коэффициента трения материала периферийного конуса, выполненного из антифрикционного полимерного материала, например фторопласта. Все это в комплексе способствует качественному перемешиванию компонентов смеси на завершающем этапе технологического цикла. Приготовленная смесь под действием центробежной силы сбрасывается с кромки периферийного конуса 5, поступает на днище корпуса 1 и лопастями 17 выгружается в патрубок 16 из смесителя.

Центробежный смеситель порошкообразных материалов отличается тем, что усеченные конусы выполнены из материалов, коэффициент трения которых уменьшаете по мере удаления конусов от центральной части ротора; отличается тем, что центральный конус выполнен из стали, промежуточный – из сплава на основе меди, а периферийный – из антифрикционного полимерного материала, например фторопласта, что основание выполнено из двух расположенных с зазором слоев, а промежуточный и периферийный конусы снабжены горизонтальными кольцевыми участками, которые помещены в указанный зазор и жестко скреплены с обоими слоями основания.