PL175516B1

PL175516B1 - Vibratory agitator

Info

Publication number: PL175516B1
Application number: PL95306951A
Authority: PL
Inventors: Stanisław Masiuk
Original assignee: Politechnika Szczecinska
Priority date: 1995-01-23
Filing date: 1995-01-23
Publication date: 1999-01-29
Also published as: PL306951A1

Abstract

1. Mieszadłowibracyjne, zawierające co najmniej jeden dysk zaopatrzony w kanały przepływowe w postaci przelotowych otworów w dysku, znamienne tym, że kanały przepływowe mają dwie ścianki (4) wystające ponad otwory (3) dysku (1), zaś wewnątrz kanałów, korzystnie w połowie wysokości otworów, umieszczone są płaskie przesłony (5), których jeden koniec połączony jest z dyskiem przegubem (6) o poziomej osi obrotu, usytuowanej poprzecznie względem ścianek (4), przy czym z obydwóch stron dysku znajdują się ograniczniki (10), stykające się ze swobodnymi końcami przesłon (5) w ich skrajnych poło żeniach1. Vibrating mixers, containing at least one disk provided with channels flow in the form of passage holes in the disc, characterized in that the channels flow plates have two walls (4) protruding above the holes (3) of the disk (1), and inside the channels, preferably halfway the height of the holes are flat shutters (5) one end of which it is connected to the disc by a joint (6) o a horizontal axis of rotation located transversely with respect to the walls (4), with z there are stops on both sides of the drive (10), in contact with the free ones the ends of the shutters (5) in their extreme positions wives

Description

Przedmiotem wynalazku jest mieszadło wibracyjne, przeznaczone do pracy w zbiornikach pionowych, przy mieszaniu mediów, również wysokolepkich i niejednorodnych.The subject of the invention is a vibrating mixer, intended for operation in vertical tanks, for mixing media, also highly viscous and non-homogeneous.

Znane z patentu USA nr 3330535 mieszadło wibracyjne, wyposażone jest w jednakowe dyski, w postaci okrągłych płyt, umieszczone jeden nad drugim na pionowym tłoczysku. Każdy dysk ma pionowe, przelotowe kanały o przekroju okrągłym, rozmieszczone obwodowo w kilku rzędach. Pojedynczy dysk nie miesza całego wsadu, lecz wytwarza, bez poprzecznych składowych prędkości, lokalne pionowe strugi, które są szybko tłumione przez otaczający ośrodek. Zastosowanie kilku dysków wpływa na poprawę intensywności mieszania, lecz wzajemne oddziaływanie dysków ogranicza cyrkulację płynu w aparacie, ponadto komplikuje budowę mieszadła, powoduje zwiększenie zużycia materiału oraz zwiększenie zużycia energii elektrycznej.The vibrating agitator known from the US patent No. 3,330,535 is equipped with identical discs in the form of round plates, placed one above the other on a vertical piston rod. Each disc has vertical circular circular channels arranged circumferentially in several rows. A single disk does not mix the entire batch but produces, without lateral velocity components, local vertical jets that are quickly damped by the surrounding medium. The use of several discs improves the intensity of mixing, but the interaction of the discs limits the fluid circulation in the apparatus, moreover, it complicates the construction of the stirrer, increases the consumption of material and increases the consumption of electricity.

175 516175 516

Znane z opisu patentowego ZSRR nr 990283 mieszadło ma dwa dyski osadzone centralnie na wspólnym pionowym tłoczysku, jeden nad drugim, przy czym dolny dysk jest przymocowany do końcówki tłoczyska, zaś górny dysk jest osadzony na tłoczysku przesuwnie. Dysk górny podwieszony jest na dwóch pionowych trzpieniach usytuowanych symetrycznie z obydwóch stron tłoczyska.Known from the USSR patent description No. 990283, the agitator has two disks mounted centrally on a common vertical piston rod, one above the other, the lower disk is attached to the end of the piston rod, and the upper disk is slidably mounted on the piston rod. The upper disk is suspended on two vertical pins placed symmetrically on both sides of the piston rod.

Trzpienie dysku górnego prowadzone są w tulejach przymocowanych od spodu do pokrywy zbiornika, zaś na dolnych końcówkach tych tulei osadzone są na obrotowych pierścieniach łopatki. Łopatki napędzane są przez poruszające się w kierunku pionowym trzpienie dysku górnego. Górne końcówki trzpieni oraz tłoczyska zamocowane są na wykorbieniach wału korbowego napędzanego silnikiem elektrycznym. Obydwa dyski mają przelotowe pionowe kanaliki o przekroju okrągłym rozmieszczone obwodowo. Mieszadło to ma ograniczony przesuw pionowy i nie zapewnia dobrej cyrkulacji w dolnej części zbiornika, ponadto ma skomplikowaną kinematykę i jest energochłonne.The spindles of the upper disc are guided in sleeves attached to the bottom of the tank cover, and on the lower ends of the sleeves they are seated on the rotating rings of the blade. The blades are driven by the spindles of the upper disc that move vertically. The upper ends of the pins and the piston rods are mounted on the crankshaft of the crankshaft driven by an electric motor. Both discs have vertical circular channels arranged through the circumference. This agitator has a limited vertical travel and does not ensure good circulation in the lower part of the tank, moreover, it has complicated kinematics and is energy-consuming.

Znane z opisu patentowego ZSRR nr 565702 mieszadło wibracyjne ma płaski dysk, w którym wykonane są owalne otwory rozmieszczone na okręgu, w pobliżu zewnętrznej krawędzi dysku. W otworach tych osadzone są stożkowe tulejki położone skośnie względem górnej i dolnej powierzchni poziomej dysku. Tulejki są rozmieszczone z obydwóch stron dysku na przemian tak, że co druga tulejka jest na dolnej powierzchni, zaś co druga na górnej. Wewnętrzne powierzchnie tulejek są nagwintowane. Tulejki dają lokalne odrębne strugi, skierowane ukośnie, bez pionowej składowej prędkości przemieszczającej płyn wzdłuż osi aparatu zapewniającej cyrkulację osiową: Tego rodzaju mieszadło nie nadaje się do płynów lepkich. W celu poprawienia intensywności mieszania w całym aparacie zastosowano szereg dysków rozmieszczonych wzdłuż jego osi. Takie rozwiązanie powoduje wzrost zużycia energii mieszania, obniża cyrkulację płynu w stosunku do innych znanych rozwiązań oraz utrudnia warunki wprowadzenia do wnętrza aparatu elementów dozujących i sond pomiarowych.The vibrating stirrer known from the USSR patent No. 565702 has a flat disk in which oval holes are made arranged in a circle, near the outer edge of the disk. Conical sleeves are embedded in these holes, located obliquely to the upper and lower horizontal surface of the disc. The sleeves are alternately arranged on both sides of the disk so that every second sleeve is on the lower surface and every second is on the upper surface. The inner surfaces of the sleeves are threaded. The sleeves provide local discrete jets, directed obliquely, with no vertical velocity component moving the fluid along the axis of the apparatus ensuring axial circulation: This type of stirrer is not suitable for viscous fluids. In order to improve the intensity of mixing throughout the apparatus, a series of disks arranged along its axis were used. Such a solution increases the consumption of mixing energy, lowers the fluid circulation in relation to other known solutions and makes it difficult to introduce dosing elements and measuring probes into the device.

Znane z opisu patentowego nr 2100613 Wielkiej Brytanii mieszadło ma w dysku pionowe otwory cylindryczne rozmieszczone po obwodzie, zamknięte od dołu zaworami klapkowymi w postaci wychylnych klapek przymocowanych do dolnej powierzchni dysku. Przy ruchu dysku ku górze zaworki są otwarte i płyn z górnej części aparatu swobodnie przepływa do dolnej części, natomiast przy ruchu dysku ku dołowi zaworki zamykają otwory i dysk pracuje jako tłok wyładowczy, wypychając płyn z dolnej części aparatu. Mieszadło to nie zapewnia dostatecznej intensywności mieszania. W znanych mieszadłach średnice otworów wynoszą nie więcej niż 5 do 10 mm, zaś liczba ich jest tak dobrana, aby zapewnić stopień perforacji nie przekraczający 36,4%.The stirrer known from the British patent specification No. 2,100,613 in the disc has vertical cylindrical holes arranged along the circumference, closed at the bottom with flap valves in the form of swinging flaps attached to the lower surface of the disc. With the upward movement of the disc, the valves are open and the fluid from the upper part of the apparatus flows freely to the lower part, while with the downward movement of the disc, the valves close the holes and the disk acts as a discharge piston, pushing the fluid out of the lower part of the apparatus. This agitator does not provide a sufficient mixing intensity. In known agitators, the diameter of the holes is not more than 5 to 10 mm, and the number of the holes is chosen so as to ensure a perforation degree not exceeding 36.4%.

Znane, opisane wyżej mieszadła mają te niedogodności, że albo nie zapewniają właściwej cyrkulacji oraz intensywności mieszania, albo są zbyt skomplikowane w budowie i wymagają zużycia dużej ilości energii do uzyskania wymaganego efektu mieszania.The known agitators described above have the disadvantages that either they do not provide proper circulation and mixing intensity, or are too complex to construct and require a large amount of energy to achieve the desired mixing effect.

Mieszadło według wynalazku, zawierające co najmniej jeden dysk zaopatrzony w kanały przepływowe w postaci przelotowych otworów wyróżnia się tym, że kanały przepływowe mają dwie ścianki wystające na zewnątrz dysku, ponad jego otwory. Wewnątrz kanałów, korzystnie w połowie wysokości otworów, umieszczone są wahliwe, płaskie przesłony, których jeden koniec połączony jest z dyskiem przegubem o poziomej osi obrotu, usytuowanej poprzecznie względem wystających ścianek kanału. Z obydwóch stron dysku, górnej i dolnej, znajdują się ograniczniki, stykające się ze swobodnymi końcami przesłon, w ich skrajnych położeniach. Ograniczniki służą do ustawiania wielkości żądanego wychylenia przesłon w górę i w dół, a tym samym do regulacji szerokości kanału przepływowego. Ograniczniki są przymocowane do dysku lub do wystających ścianek kanałów przepływowych. Kształt kanałów przepływowych w przekroju poprzecznym jest dowolny i odpowiednio do niego dostosowany jest kształt przesłony tak, aby w pozycji poziomej przesłona zakrywała cały otwór kanału. Korzystnie kanały mają kształt prostokąta, zaś ich wystające ścianki mają kształt wycinków koła, których ostre wierzchołki usytuowane są w pobliżu osi przegubów. Przeguby mają sworzeń połączony trwale lub rozłącznie ze ściankami kanałów oraz obrotowąThe inventive stirrer, comprising at least one disk provided with flow channels in the form of through-holes, is distinguished in that the flow channels have two walls protruding outside the disk, above its holes. Inside the channels, preferably halfway up the openings, there are pivoting, flat shutters, one end of which is connected to the disc by a joint with a horizontal axis of rotation, located transversely to the protruding walls of the channel. On both sides of the disc, upper and lower, there are limiters, touching the free ends of the shutters, in their extreme positions. The limiters are used to set the size of the required deflection of the diaphragms up and down, and thus to adjust the width of the flow channel. The stops are attached to the disk or to the protruding walls of the flow channels. The shape of the flow channels in the cross-section is arbitrary and the shape of the shutter is adjusted accordingly, so that in the horizontal position the shutter covers the entire channel opening. Preferably, the channels are rectangular in shape, and their protruding walls have the shape of circular segments, the sharp points of which are located near the axis of the joints. The joints have a pin permanently or releasably connected with the walls of the channels and a rotating pin

175 516 tulejkę połączoną z przesłoną. Korzystnie, wystające ścianki kanałów wraz z przegubami i przesłonami są zespolone z ramkami osadzonymi rozłącznie w otworach dysku, tworząc wymienne podzespoły. Korzystnie, prostokątne otwory kanałów mają równe boki, a także wymienne ramki są równoboczne, co umożliwia zmianę położenia osi obrotu przesłon wraz ze ściankami kanałów względem promienia dysku, a tym samym sterowanie strugami medium według założonego programu. Korzystnie osie przegubów są prostopadłe lub równoległe do promienia dysku. Korzystnie swobodne końce przesłon są zwichrowane względem osi obrotu przegubów, co nadaje strudze medium oprócz składowej promieniowej i osiowej również składową obwodową. Korzystnie swobodne końce przesłon mają kształt falisty, co nadaje strugom medium osiowy ruch obrotowy.175 516 the sleeve connected to the shutter. Preferably, the protruding walls of the channels together with the articulations and shutters are integrated with the frames detachably seated in the openings of the disc, forming replaceable components. Advantageously, the rectangular channel openings have equal sides, and the exchangeable frames are equilateral, which makes it possible to change the position of the axis of rotation of the shutters together with the walls of the channels in relation to the radius of the disc, and thus to control the streams of the medium according to the assumed program. Preferably, the articulation axes are perpendicular or parallel to the radius of the disc. Preferably, the free ends of the shutters are twisted in relation to the axis of rotation of the joints, which gives the medium stream, in addition to the radial and axial components, also a circumferential component. Preferably, the free ends of the shutters have a wavy shape, which gives the medium streams an axial rotational movement.

Korzystnie ograniczniki są zamocowane na wystających ściankach kanałów i mają postać śrub osadzonych we 'wspornikach. Podczas ruchów w górę i w dół mieszadła, wahliwe przesłony zamocowane w otworach dysku wychylają się do zadanych wartości wychylenia, ustawionych za pomocą ograniczników. Medium wypełniające przestrzeń aparatu przeciska się przez kanały utworzone z pionowych ścianek i przesłony tworząc wysokoenergetyczne strumienie o wyraźnych składowych prędkości osiowej i promieniowej, wytwarza się znaczna cyrkulacja płynu w górnej i dolnej przestrzeni aparatu. Cykliczny charakter cyrkulacji daje bardzo dobre wymieszanie płynu poza obszarami bezpośredniej penetracji dysku. Mieszadło zapewnia wysoką intensywność wymiany ciepła i masy, zmniejsza czas homogenizacji, sprzyja przebiegowi heterogenicznej reakcji chemicznej i nadaje się do mieszania mediów o różnej lepkości. Ponadto uzyskanie wymaganego stopnia perforacji dysku następuje z wyeliminowaniem pracochłonnego wiercenia dużej liczby małych otworów. Zmiana stopnia perforacji, a tym samym intensywności mieszania nie wymaga wymiany dysku, a wystarczy odpowiednia regulacja wychylenia przesłon.Preferably, the stops are fixed on the protruding walls of the channels and are in the form of screws embedded in the brackets. During the up and down movements of the agitator, the oscillating shutters mounted in the holes of the disc swivel to the set deflection values set by the stops. The medium filling the apparatus space is forced through the channels formed of vertical walls and diaphragms, creating high-energy jets with distinct axial and radial velocity components, a significant fluid circulation is created in the upper and lower apparatus spaces. The cyclic nature of the circulation gives very good mixing of the fluid outside the areas of direct penetration of the disc. The agitator ensures high intensity of heat and mass transfer, reduces the time of homogenization, promotes the course of a heterogeneous chemical reaction and is suitable for mixing media of various viscosities. Moreover, obtaining the required degree of perforation of the disc takes place without the time-consuming drilling of a large number of small holes. Changing the degree of perforation, and thus the intensity of mixing, does not require replacement of the disk, but the appropriate adjustment of the deflection of the shutters is sufficient.

Wynalazek jest bliżej objaśniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia mieszadło w widoku z góry, fig. 2 - fragment dysku w widoku, zawierający kanał z przesłoną podniesioną ku górze, fig. 3 - w powiększeniu i w przekroju fragment wymiennej ramki zespolonej ze ściankami, przesłoną i przegubem, fig. 4 - w widoku wygiętą swobodną końcówkę przesłony, fig. 5 - w widoku końcówkę falistą przesłony.The invention is explained in more detail in the drawing, in which fig. 1 shows the stirrer in a top view, fig. 2 - a fragment of the disc in a view, including a channel with the diaphragm raised upwards, fig. 3 - an enlarged and sectioned part of an exchangeable frame integrated with the walls, the diaphragm and the articulation, Fig. 4 - the free bent end of the diaphragm in view, Fig. 5 - the wave-shaped end of the diaphragm in view.

Mieszadło ma płaski dysk 1 osadzony na pionowym tłoczysku 2. W dysku 1 wykonane są cztery przelotowe otwory 3 rozmieszczone równomiernie po okręgu. Otwory 3 mają kształt kwadratów i są usytuowane tak, że dwa ich boki są prostopadłe do promienia dysku. Wzdłuż krawędzi otworów, prostopadłych do tych boków usytuowane są ścianki 4 w kształcie wycinków koła. Ścianki 4 wystają z obydwóch stron dysku, z jego dolnej i górnej strony, tworząc kanały przepływowe. W otworach 3 umieszczone są przesłony 5 w postaci płaskich, prostokątnych płytek zakrywających w poziomym położeniu całą powierzchnię otworu. Jeden koniec przesłony ustalony jest względem korpusu dysku 1 za pomocą przegubu 6, zaś drugi jej koniec jest swobodny i podczas pracy mieszadła przemieszcza się ruchem wahadłowym w dół lub w górę, powodując ukierunkowanie przepływu medium. Przegub 6 składa się ze sworznia 7, którego końce są zamocowane w ściankach 4 oraz tulejkowej końcówki 8 przesłony 5. W pobliżu łukowych krawędzi ścianek 4, od ich strony wewnętrznej, przymocowane są wsporniki 9 zawierające nagwintowany otwór, w którym osadzona jest śruba 10 skierowana ku przesłonie 5. Wsporniki 9 ze śrubami 10 rozmieszczone są z obydwóch stron dysku, na przeciwległych ściankach tak, że przy wychyleniu w dół lub w górę przesłona 5 dotyka końca śruby 10. Za pomocą śrub 10 ustawia się wielkość maksymalnego wychylenia przesłony 5 względem jej osi obrotu i utrzymuje przesłony w obrębie kanałów przepływowych. Ścianki 4 wraz z przegubami 6 oraz przesłoną 5 zamocowane są do ramki 11 wykonanej z kątownika przymocowanej do korpusu dysku wkrętami 12 tworząc wymienny podzespół dysku. W zależności od potrzeby można ustawiać położenie tych podzespołów zmieniając charakter przepływu medium, a także w celach naprawy i regeneracji. Sworzeń 7 przegubu 6 jest osadzony luźno w otworach ścianek 4 oraz ramki 11 i po zdemontowaniu ramki można go wyjąć wraz z przesłoną 5. W innym przykładzie wykonania ścianki 4 mogą być połączone trwale z otworami dysku na przykład spawaniem.The agitator has a flat disk 1 mounted on a vertical piston rod 2. The disk 1 has four through holes 3 evenly spaced in a circle. The openings 3 are square-shaped and positioned with two sides perpendicular to the radius of the disc. Along the edges of the openings perpendicular to these sides, there are circular sector-shaped walls 4. The walls 4 extend from both sides of the disk, from its lower and upper sides, forming flow channels. In the openings 3 there are shutters 5 in the form of flat, rectangular plates covering the entire surface of the opening in a horizontal position. One end of the shutter is fixed to the body of the disc 1 by means of a joint 6, while its other end is free and during the operation of the stirrer it moves in a swinging motion up or down, causing the flow of medium to be directed. The pivot 6 consists of a pin 7, the ends of which are fixed in the walls 4, and a sleeve ending 8 of the shutter 5. Near the arched edges of the walls 4, from their inner side, supports 9 are attached, with a threaded hole in which the screw 10 is mounted facing towards the shutter 5. Brackets 9 with screws 10 are arranged on both sides of the disk, on opposite sides, so that when deflected down or up, the shutter 5 touches the end of the screw 10. Using the screws 10, the maximum deflection of the shutter 5 relative to its axis of rotation is set. and maintains the shutters within the flow channels. The walls 4 together with the articulations 6 and the shutter 5 are fastened to the frame 11 made of an angle bar fixed to the disc body with screws 12 forming a replaceable disc subassembly. Depending on the needs, you can adjust the position of these components by changing the nature of the medium flow, as well as for repair and regeneration purposes. The pivot pin 7 of the pivot 6 sits loosely in the openings of the walls 4 and the frame 11, and after the frame has been dismantled, it can be removed together with the shutter 5. In another embodiment, the walls 4 may be permanently connected to the openings of the disc, for example by welding.

175 516175 516

W innym przykładzie wykonania swobodne końce przesłon 5 są zwichrowane względem osi obrotu przesłon. W innym przykładzie wykonania swobodne końce przesłon są faliste. Podczas ruchów posuwisto-zwrotnych tłoczyska 2 z dyskiem 1 przesłony 5 wychylają się wahadłowo w górę i w dół, do zadanych wartości wychylenia, ustawionych za pomocą ograniczników. Wraz z obrotem przesłony zmienia się przekrój kanału, zaś przeciskające się przez kanały medium tworzy wysokoenergetyczne strumienie o wyraźnych składowych prędkości osiowej i promieniowej, powodując znaczną cyrkulację medium w górnej i dolnej przestrzeni aparatu.In another embodiment, the free ends of the shutters 5 are twisted with respect to the axis of rotation of the shutters. In another embodiment, the free ends of the shutters are wavy. During the reciprocating movements of the piston rod 2 with the disk 1, the shutters 5 swing up and down to the set deflection values set by the stops. Along with the rotation of the shutter, the cross-section of the channel changes, and the medium squeezing through the channels creates high-energy jets with distinct axial and radial velocity components, causing a significant circulation of the medium in the upper and lower space of the apparatus.

175 516175 516

Fig.3 Fig. 4Fig. 3 Fig. 4

Fig.5Fig 5

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 złPublishing Department of the UP RP. Circulation of 90 copies. Price PLN 2.00

Claims

Patent claims

Vibrating mixer, comprising at least one disk provided with flow channels in the form of through holes in the disk, characterized in that the flow channels have two walls (4) protruding above the holes (3) of the disk (1) and inside the channels, preferably in half of the height of the openings, there are flat shutters (5), one end of which is connected to the disc by a joint (6) with a horizontal axis of rotation, located transversely to the walls (4), and on both sides of the disc there are stops (10) touching with the free ends of the shutters (5) in their extreme positions.

2. The agitator according to claim 3. A method as claimed in claim 1, characterized in that the walls (4) are straight and have the shape of circular segments, and their sharp points are located near the joints (6).

3. The agitator according to claim A device according to claim 2, characterized in that the walls (4) are perpendicular to the axis of the joints (6) and the openings (3) are rectangular, preferably with equal sides.

4. The agitator according to claim A device according to claim 1, characterized in that the walls (4) are outwardly convex.

5. The agitator according to claim 1, 2 or 4, characterized in that the walls (4) and the shutters (5) with the articulation (6) are integrated with the frames (11) detachably mounted in the openings (3) of the disk (1).

6. The agitator according to claim 3. The method as claimed in claim 1, 2 or 4, characterized in that the stops (10) are mounted on the walls (4).

7. The agitator according to claim 6. The device as claimed in claim 6, characterized in that the stops (10) are in the form of screws embedded in the brackets (9).

8. The agitator according to claim A device according to claim 1, characterized in that the free ends of the shutters (5) are twisted in relation to the axis of the joints (6).

9. The agitator according to claim A device according to claim 1, characterized in that the free ends of the shutters (5) are wavy.

10. An agitator according to claim A bolt according to claim 1, 2 or 5, characterized in that the articulation (6) consists of a pin (7) permanently or releasably attached to the walls (4) and a sleeve (8) connected to the shutter (5).

11. The agitator according to claim 3. The method of claim 1, 2 or 3, characterized in that the axes of the joints (6) are perpendicular to the radius of the disc (1).

12. An agitator according to claim 3. The method according to any of the preceding claims, characterized in that the axes of the joints (6) extend along the radii of the disc (1).

13. The agitator according to claim 5. A method according to claim 5, characterized in that the frames (11) are made of sections and have holes for fastening elements (12).