Результат интеллектуальной деятельности: Возвратно-вращательное перемешивающее устройство

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к перемешивающим устройствам. Оно может быть применено в химической, строительной, пищевой промышленности как устройство, необходимое для интенсификации химических, тепловых и массообменных процессов, для приготовления растворов, эмульсий и суспензий.

Известно устройство для перемешивания (Патент на изобретение № RU 2113897 С1, кл. B01F 13/00), состоящее из дежи, рамы с закрепленным на ней редуктором, входной вал которого связан через муфту с валом асинхронного двигателя, приводного вала, связанного с кривошипом, который образует с рамой вращательную кинематическую пару рама - кривошип, рабочего органа, вращательной кинематической пары, кулисы, камня, отличающееся тем, что в него введены коническая и цилиндрическая зубчатые передачи, дополнительный кривошип, два дополнительных приводных вала, шаровая и шаровая с пальцем кинематические пары, шаровая связывает кулису с дополнительным кривошипом, который соединен с рамой посредством указанной вращательной кинематической пары, ось которой находится под углом к оси кинематической пары рама - кривошип, камень связан посредством шариковинтовой передачи с кулисой, на которой закреплен рабочий орган, и посредством шаровой с пальцем кинематической пары - с указанным кривошипом, выходной вал редуктора связан с конической и цилиндрической передачами, которые соединены соответственно с основным и дополнительным кривошипами, второй дополнительный вал соединяет дополнительный кривошип с цилиндрической передачей, третий дополнительный приводной вал соединяет коническую передачу с кривошипом, причем выходной вал редуктора соединен с любым из перечисленных трех приводных валов.

Однако указанному устройству присущи следующие недостатки. Применяемые сферические кинематические пары сложны в изготовлении, а КПД данного устройства очень низкий вследствие применения шариковинтовой передачи. Кроме того, недостатком такой конструкции является применение рычажных механизмов, которые имеют большие габариты и невысокий коэффициент использования объема привода. Также указанное устройство имеет только один рабочий орган, что приводит к снижению интенсивности перемешивания.

Кроме того, известно устройство для перемешивания (Патент на изобретение № RU 2528843 С1, кл. B01F 11/00), содержащее двигатель, рабочие органы и исполнительный механизм, который находится в отдельном корпусе. Исполнительный механизм состоит из кривошипно-коромыслового механизма, на коромысле которого закреплено центральное зубчатое колесо, которое в свою очередь зацеплено с периферийными зубчатыми колесами. Центральное зубчатое колесо установлено на крышке корпуса реактора с возможностью вращения и соединено с двигателем через кривошипно-коромысловый механизм, состоящий из кривошипа, шатуна и коромысла, а рабочие органы соединены с валами зубчатых колес. Рабочие органы могут быть выполнены в виде лопастей с отверстиями.

Однако в указанном устройстве применяются рычажные механизмы, которые имеют большие габариты и невысокий коэффициент использования объема привода. Также применение зубчатой передачи не позволяет использовать данное устройство в реакторах нестандартной формы.

Известен зубчатый преобразователь вращательного движения в возвратно-вращательное (пат. РФ №2528493, МПК F16H 19/08), содержащий корпус, в котором соосно установлены входной и выходной валы, центральное неподвижное зубчатое колесо, жестко закрепленное на корпусе соосно входному валу, эллиптическое зубчатое колесо, установленное на выходном валу, сателлит, состоящий из цилиндрической шестерни и эллиптической шестерни, соединенных валом, водило, установленное на входном валу и соединенное другим концом через вращательную кинематическую пару с валом сателлита, причем центральное неподвижное зубчатое колесо состоит в зубчатом зацеплении с цилиндрической шестерней сателлита одного с ней размера, а эллиптическая шестерня сателлита состоит в зубчатом зацеплении с эллиптическим зубчатым колесом одного с ней размера, кроме того, эллиптическая шестерня и эллиптическое зубчатое колесо установлены на своих валах таким образом, что ось вращения вала проходит через точку, называемую фокусом делительного эллипса эллиптического зубчатого колеса или эллиптической шестерни сателлита, которая расположена на большой полуоси делительного эллипса на расстоянии с от центра делительного эллипса , где а и b - большая и малая полуоси делительного эллипса соответственно, и таким образом достигается непрерывность их зацепления. Механизм преобразования движения может быть использован в различных устройствах, где требуется преобразование вращательного движения в возвратно-вращательное, в частности в возвратно-вращательных перемешивающих устройствах.

Однако указанному устройству присущи следующие недостатки. Применение лишь одного рабочего органа является нерациональным в больших объемах промышленных реакторов и становится причиной образования застойных зон, которые приводят к увеличению затрачиваемой энергии и времени перемешивания, ухудшению качества выходного продукта.

Задачей изобретения является создание перемешивающего устройства с несколькими рабочими органами, совершающими возвратно-вращательное движение.

Техническим результатом является повышение интенсивности перемешивания и качества выходного продукта в различных объемах промышленных реакторов, уменьшение энергетических и временных затрат.

Технический результат достигается тем, что возвратно-вращательное перемешивающее устройство содержит установленный на крышке корпуса исполнительный механизм, в котором соосно установлены входной вал и центральный выходной вал, центральное неподвижное зубчатое колесо, жестко закрепленное на корпусе соосно входному валу; сателлит, состоящий из цилиндрического зубчатого колеса и эллиптического зубчатого колеса, расположенных на валу сателлита, при этом центральное неподвижное зубчатое колесо состоит в зацеплении с цилиндрическим зубчатым колесом сателлита одного с ним размера; водило, установленное на входном валу и соединенное через вращательную кинематическую пару с валом сателлита; эллиптическое зубчатое колесо, закрепленное на центральном выходном валу, при этом эллиптические зубчатые колеса имеют одинаковые размеры и установлены на валах таким образом, что ось вращения каждого вала проходит через фокус делительного эллипса эллиптического зубчатого колеса, который расположен на полуоси делительного эллипса на расстоянии с от центра делительного эллипса где а и b - большая и малая полуоси делительного эллипса соответственно; центральную звездочку, установленную на центральном выходном валу и находящуюся в зацеплении с периферийными звездочками посредством цепи с натяжными роликами, установленными на периферийных валах исполнительного механизма; реактор, двигатель, рабочие органы, соединенные посредством муфт с выходными (центральным и периферийными) валами исполнительного механизма.

Предлагаемое возвратно-вращательное перемешивающее устройство обладает таким преимуществом, как передача движения от центрального вала к периферийным посредством цепной передачи, что позволяет использовать устройство в различных объемах промышленных реакторов, а также в реакторах различной формы и конфигурации. Также предлагаемое устройство позволяет ликвидировать застойные зоны, интенсифицировать процесс перемешивания, это приводит к увеличению качества выходного продукта и уменьшению производственных затрат.

На фиг. 1 показана структурная схема механизма, на фиг. 2 показана схема разреза предлагаемого устройства по А-А, на фиг. 3-5 показаны примеры пар эллиптических колес с различными размерами полуосей.

Предлагаемое устройство содержит реактор 1, двигатель 2, крышку 3, на которой в отдельном корпусе 4 установлен исполнительный механизм перемешивающего устройства, содержащий соосно установленные входной вал 5 и центральный выходной вал 6, центральное неподвижное зубчатое колесо 7, жестко закрепленное на корпусе соосно входному валу, сателлит, состоящий из цилиндрического зубчатого колеса 8 и эллиптического зубчатого колеса 9, расположенных на валу сателлита 10, водило 11, установленное на входном валу 5 и соединенное через вращательную кинематическую пару с валом сателлита 10. На центральном выходном валу 6 закреплены эллиптическое зубчатое колесо 12 и центральная звездочка 13. Эллиптические зубчатые колеса 9 и 12 имеют одинаковые размеры и установлены на валах таким образом, что ось вращения каждого вала проходит через фокус делительного эллипса эллиптического зубчатого колеса, который расположен на полуоси делительного эллипса на расстоянии с от центра делительного эллипса где а и b - большая и малая полуоси делительного эллипса соответственно. Центральное неподвижное зубчатое колесо 7 состоит в зацеплении с цилиндрическим зубчатым колесом 8 одного с ним размера. Центральная звездочка 13, с помощью цепи 14, находится в зацеплении с периферийными звездочками 15, установленными на периферийных валах 16, которые посредством муфт 17 соединены с рабочими органами 18. Для регулирования натяжения цепи применены натяжные ролики 19.

Перемешивающее устройство работает следующим образом. Двигатель 2 приводит в движение входной вал 5, благодаря этому цилиндрическое зубчатое колесо 8 обкатывается по неподвижному центральному зубчатому колесу 7, вращательное движение колеса 8 передается через вал 10 эллиптическому зубчатому колесу 9, которое приводит в движение эллиптическое зубчатое колесо 12 и соответственно центральный выходной вал 6 исполнительного механизма. При заданном соотношении размеров цилиндрических и эллиптических зубчатых колес центральный выходной вал 6 через полный оборот входного вала 5 оказывается в том же положении, однако благодаря переменному передаточному отношению пары эллиптических зубчатых колес 9 и 12 совершает возвратно-вращательное движение. Центральная звездочка 13, расположенная на выходном валу 6, посредством цепи 14 с натяжными роликами 19 вращает периферийные звездочки 15, параметры движения которых определяются передаточным числом. Движения от звездочек передаются на периферийные валы 16 и соответственно через муфты 17 на рабочие органы 18. Так как центральная звездочка 13 совершает возвратно-вращательное движение, то движение всех рабочих органов тоже будет возвратно-вращательным, что приводит к перемешиванию рабочей среды.

При проектировании перемешивающего устройства сначала выбирается межосевое расстояние между входным валом 5 и валом сателлита 10, тогда большая полуось а эллиптических колес 9 и 12 равна половине этого расстояния. Затем выбирается малая полуось эллипса b, которая определяет величину угла возвратно-вращательных движений рабочего органа: при уменьшении b увеличивается угол качания. Затем находится расстояние с от центра делительного эллипса на большой полуоси. На данных расстояниях в эллиптических колесах 9 и 12 располагаются отверстия для валов 10 и 6 соответственно.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. Пара эллиптических колес 9 и 12 с полуосями а=25 мм и b=20 мм (фиг. 3). Межосевое расстояние будет равно 2а=50 мм. Расстояния от центров эллипсов до осей валов 10 и 6 будут равны с=15 мм.

Пример 2. Пара эллиптических колес 9 и 12 с полуосями а=25 мм и b=16 мм (фиг. 4). Межосевое расстояние будет равно 2а=50 мм. Расстояния от центров эллипсов до осей валов 10 и 6 будут равны с=19.21 мм.

Пример 3. Пара эллиптических колес 9 и 12 с полуосями а=30 мм и b=22 мм (фиг. 5). Межосевое расстояние будет равно 2а=60 мм. Расстояния от центров эллипсов до осей валов 10 и 6 будут равны с=20.4 мм.