RU220675U1 - Промышленный вертикальный миксер для изготовления эмульсионных взрывчатых составов - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к перемешивающим устройствам. Вертикальный миксер для изготовления ЭВВ, содержащий основание в виде опорной платформы дисковой формы, расположенной над опорной поверхностью на стойках, между которыми размещена емкость. На основании закреплен электродвигатель с направлением вала вниз. С этим валом связан вертикально ориентированный вал, на котором на расстоянии друг от друга по длине вала закреплены дисковые мешалки, каждая из которых на периферийном контуре оснащена по окружности диска прямоугольной формы лопатками, ориентированными поперечно диска. Одни из лопаток направлены вверх от диска вдоль вала, а лопатки, расположенные между направленными вверх лопатками, направлены вниз от диска вдоль вала. Каждый диск выполнен на периферии с зубьями, повторяющими форму храпового зубчатого колеса с несимметричными зубьями нормального исполнения, а на каждом диске лопатки, направленные вверх и вниз от диска, прикреплены к торцевым стенкам каждого зуба и расположены вертикально ориентированными. Диск с лопатками, расположенный на свободном конце вала с дисковыми мешалками, выполнен диаметром, меньшим диаметра других дисков с лопастями. Электродвигатель закреплен на отдельной платформе, которая соединена с вертикально ориентированной обечайкой, закрепленной на опорной платформе дисковой формы. В этой обечайке размещен вал вращения электродвигателя и выведенный внутрь обечайки конец вала с дисковыми мешалками. Другой конец вала с дисковыми мешалками расположен на высоте над опорной поверхностью, большей высоты емкости. Вал электродвигателя и вал с дисковыми мешалками соединены между собой в полости обечайки, разъединяемой вдоль продольной оси на две части втулкой, которые охватывают смежно расположенные концы валов с последующим скреплением частей втулки болтовыми соединениями. 9 ил.

Description

Полезная модель относится к перемешивающим устройствам и может быть применена в горно-перерабатывающей отрасли промышленности для перемешивания компонентов эмульсионных взрывчатых веществ (ЭВВ) с целью создания гомогенной химически активной среды.

Эмульсия - это система из двух жидких фаз, где в одной жидкости во взвешенном состоянии мельчайшие капельки другой жидкости. Система, в которой одно вещество распределено в виде мелких частиц в другом веществе называется дисперсной системой, а распределенное вещество - дисперсной фазой системы, окружающее вещество - дисперсной средой. Эмульсии относят к грубодисперсным системам, так как дисперсная фаза эмульсии состоит из сравнительно больших частиц. Эмульсии на основе аммиачной селитры, как окислителя, и машинных масел, как горючего, широко используются при приготовлении ЭВВ.

В общем виде состав ЭВВ выглядит таким образом (компоненты расположены по уменьшению концентрации содержания): окислительная фаза (неорганические соли, вода, горючая фаза (твердые и жидкие виды топлива), эмульгаторы и аэрирующие и модифицирующие добавки.

Для всех типов ЭВВ характерно однородное распределение компонентов по массе вещества и заметно большая площадь контакта окислителя и горючего. Их особенность состоит в том, что в ЭВВ жидкое горючее (жидкое топливо - ДТ) покрывает тонкой пленкой капли насыщенного раствора аммиачной селитры (АС) (иногда смешанных растворов АС и натриевой селитры), образуя так называемую обратную эмульсию «вода в масле». Процесс эмульгирования осуществляется в смесителях с быстро вращающейся мешалкой в присутствии эмульгаторов.

Между водной и масляной фазами образуется большая поверхность раздела фаз. Внутри находится насыщенный и стабилизированный границей поверхности раздела фаз высококонцентрированный раствор аммиачной селитры, а окружающие его оболочки в местах соприкосновения капелек состоят из топлива с очень большой теплотой сгорания.

Основой всех составов является матричная эмульсия, образующаяся путем смешения в специальных аппаратах раствора окислителя и горючей жидкой фазы, где внешнюю фазу образуют различные нефтепродукты.

Технология эмульсионных взрывчатых веществ имеет принципиальное отличие от технологии получения порошкообразных, гранулированных ВВ. Если в их производстве лежат физико-химические процессы (измельчение, сушка, смешивание компонентов, укупорка), то производство ЭВВ, состоящих из высококонцентрированного водного раствора, АС и жидкого ДТ или индустриального масла), базируется на гидромеханических процессах. Раствор АС, нагретый до 60-90°С, диспергируется в нефтепродукте за счет интенсивного перемешивания. В образовавшуюся смесь для стабилизации добавляют эмульгатор, и масса приобретает свойства устойчивой эмульсии, в которой каждая капля (глобула) раствора АС покрыта тонкой пленкой нефтепродукта (эмульсия «вода в масле»).

Так, известен вертикальный миксер для изготовления эмульсионных взрывчатых составов, содержащий основание, на котором закреплен электродвигатель с направлением вала вниз, связанный с валом электродвигателя вертикально ориентированный вал, на котором на расстоянии друг от друга по длине вала закреплены дисковые мешалки, каждая из которых на периферийном контуре оснащена по окружности диска прямоугольной формы лопатками, ориентированными поперечно диска, при этом одни из лопаток направлены верх от диска вдоль вала, а лопатки, расположенные между направленными верх лопатками, направлены вниз от диска вдоль вала - шахматное расположение по периметру диска (CN 217663023, B01F 27/1152, B01F 27/171, B01F 27/172, опубл. 28.10.2022 г.).

Это решение принято в качестве прототипа.

В известном миксере лопатки на каждом диске прикреплены тангенциально (радиус диска перпендикулярен поверхности каждой лопатки) и слегка наклонены к центру диска. По сути, эти лопатки выполняют функцию диспергатора и гомогенизатора одновременно. Но при вращении диска только часть смеси центробежным способом перемещается в сторону лопаток: частицы смеси накапливаются у стенки емкости миксера и медленно продавливаются через зазоры между лопатками одного направления. Наклона лопаток в сторону центра диска недостаточно, чтобы перемешивать смесь, эти лопатки работают как диспергаторы. В связи с этим на поле самого диска в зоне между лопатками закреплены дополнительные наклонные элементы, которые перемешивают ту часть смеси, которая расположена не у периферийной зоны, а в хоне ближе к валу вращения дисковой мешалки. Но эти дополнительные наклонные элементы не работают как диспергаторы. Это, по сути, элементы направления потока смеси от центра к периферии. Получается достаточно сложная конструкция дисковой мешалки, в которой перемешиваемая смесь постоянно контактирует с направляющими поверхностями (увеличение процесса трения смеси о металл). Для получения ЭВВ трение, как паразитное явление, недопустимо в силу того, что некоторые ингредиенты смеси ЭВВ накапливают статическое электричество. Для перемешивания ЭВВ необходимо, чтобы смесь перемешивалась, не смещаясь. Только в этом случае можно получить гидромеханический процесс устойчивой эмульсии, в которой каждая капля (глобула) раствора АС покрыта тонкой пленкой нефтепродукта.

Также недостатком известного решения является то, что вал с дисковыми мешалками имеет консольное закрепление напрямую через муфту. При смешивании продуктов, состоящих из жидкой и твердой или близкой к твердой фаз, происходит диспергирование твердой фазы, при которой на лопатки воздействуют боковые усилия неодинакового вектора и разной силы нагружения. Это приводит к появлению как результирующей всех сил на лопатках боковой составляющей, действующей на вал и отклоняющей вал от вертикальной оси. Появляется биение вала, которое при высоких оборотах начинает разрушать и подшипниковый узел и муфту. А в электродвигателе смещается ротор относительно обмоток. Это существенно снижает долговечность миксера.

Полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении долговечности и надежности миксера на высоких оборотах за счет исключения биения вала дисковых мешалок при перемешивании смеси ЭВВ в режиме гидромеханического процесса.

Указанный технический результат достигается тем, что в промышленном вертикальном миксере для изготовления эмульсионных взрывчатых составов, содержащем основание, на котором закреплен электродвигатель с направлением вала вниз, связанный с валом электродвигателя вертикально ориентированный вал, на котором на расстоянии друг от друга по длине вала закреплены дисковые мешалки, каждая из которых на периферийном контуре оснащена по окружности диска прямоугольной формы лопатками, ориентированными поперечно диска, при этом одни из лопаток направлены верх от диска вдоль вала, а лопатки, расположенные между направленными верх лопатками, направлены вниз от диска вдоль вала, основание выполнено в виде опорной платформы дисковой формы и расположено над опорной поверхностью на стойках, пространство между которыми предназначено для размещения емкости стаканообразной формы, электродвигатель закреплен на отдельной платформе, которая соединена с вертикально ориентированной обечайкой, закрепленной на опорной платформе дисковой формы, для размещения вала вращения электродвигателя в полости обечайки, в которую выведен конец вала с дисковыми мешалками, другой конец вала с дисковыми мешалками расположен на высоте над опорной поверхностью, большей высоты емкости стаканообразной формы, вал электродвигателя и вал с дисковыми мешалками соединены между собой в полости обечайки, разъединяемой вдоль продольной оси на две части втулкой, которые охватывают смежно расположенные концы валов с последующим скреплением частей втулки болтовыми соединениями, каждый диск выполнен на периферии с зубьями, повторяющими форму храпового зубчатого колеса с несимметричными зубьями нормального исполнения, а на каждом диске лопатки, направленные вверх и вниз от диска, прикреплены к торцевым стенкам каждого зуба и расположены вертикально ориентированными, при этом диск с лопатками, расположенный на свободном конце вала с дисковыми мешалками, выполнен диаметром, меньшим диаметра других дисков с лопастями.

При этом на стенке обечайки могут быть выполнены технологические окна, закрываемые съемными решетками для доступа к втулке, соединяющей концы валов и к подшипниковому узлу вала, несущего дисковые мешалки. А на стороне опорной платформы, обращенной в сторону дисковых мешалок, могут быть выполнены элементы закрепления поднимаемой до этой платформы емкости стаканообразной формы. Кроме того, на опорной платформе может быть выполнено технологическое окно, закрываемое откидной крышкой, для подачи в емкость компонентов смеси.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.

На фиг. 1 - вид на миксер с одной стороны;

фиг. 2 - вид на миксер с другой стороны;

фиг. 3 - показан миксер с емкостью до ее подъема к дисковым мешалкам;

фиг. 4 - показан миксер с поднятой емкостью и введенными в ее полость дисковыми мешалками;

фиг. 5 - миксер в разобранном состоянии;

фиг. 6 - узел соединения вала с дисковыми мешалками с валом электродвигателя;

фиг. 7 - втулка для соединения концов валов в разобранном состоянии;

фиг. 8 - вид на монтаж решеток на обечайке для доступа к подшипниковому узлу;

фиг. 9 - вал с дисковыми мешалками.

Согласно заявленной полезной модели, рассматривается конструкция промышленного вертикального миксера для изготовления эмульсионных взрывчатых составов (ЭВВ), в которых капля (глобула) раствора АС покрывается тонкой пленкой нефтепродукта (эмульсия «вода в масле»).

Промышленный вертикальный миксер для изготовления ЭВВ (фиг. 1-4) содержит основание, выполненное из опорной платформы 1 и расположенных над опорной поверхностью 2 вертикальных стоек 3, прикрепленных снизу к опорной платформе 1 (стойки могут демонтироваться). Пространство между стойками 3 предназначено для размещения емкости 4 стаканообразной формы. На стороне опорной платформы 1, обращенной в сторону дисковых мешалок 5 и опорной поверхности 2, выполнены элементы 6 закрепления поднимаемой до этой платформы 1 емкости 4 стаканообразной формы. Механизм подъема емкости 4 к элементам 6 ее прикрепления к опорной платформе 1 не показан. Стойки, закрепленные на опорной поверхности, выполнены соответствующего сечения и, например, открытой коробчатой формы в сечении для обеспечения надежного удержания на них опорной платформы 1 и исключения ее поперечных смещений при работе дисковых мешалок 5 в полости подвешенной емкости 4.

В пространстве между стойками размещен вертикально ориентированный вал 7, на котором на расстоянии друг от друга по длине вала закреплены дисковые мешалки 5. Свободно висящий конец вала с дисковыми мешалками расположен на высоте над опорной поверхностью 2, большей высоты емкости 4 стаканообразной формы. А другой конец вала 7 через отверстие в опорной платформе 1 выведен наружу на другую сторону платформы и закреплен в подшипниковом узле 8 так, что его свободный конец выходит наружу из этого узла (фиг. 6). Подшипниковый узел 8 смонтирован на верхней поверхности опорной платформы 1, на которой закреплена вертикально ориентированная обечайка 9, несущая на другой стороне дисковый элемент 10 (фиг. 4), на котором закреплен электродвигатель 11. Электродвигатель закреплен на отдельной платформе, которая соединена с вертикально ориентированной обечайкой. Вал 12 электродвигателя 11 выведен в полость обечайки 9. Для соединения концов валов 12 и 7 в полости обечайки используется протянутая по длине цилиндрическая втулка 13, состоящая из двух половинок - полувтулок 14 и 15, полученных рассечением втулки вдоль ее продольной оси и соединяемых по продольным плоскостям (фиг. 7). Соединение полувтулок между собой проводится болтовыми элементами через соосные поперечно выполненные отверстия 16 в теле каждой части втулки. Конструкция этой втулки повторяет конструкцию продольно-свертной муфты по ГОСТ 23106-78 (муфты продольно-свертные предназначены для соединения цилиндрических валов без смягчения динамических нагрузок и компенсаций смещений). При таком закреплении валы 7 и 12 жестко позиционируются по продольной оси втулки и становятся соединенными в одно целое, что исключает биение одного вала или его перекос относительно другого вала из-за того, что вал 7 закреплен в подшипниковом узле 8, а вал 12 - в опоре корпуса электродвигателя. При появлении боковых нагрузок на лопастях дисковых мешалок результирующее усилие от этих нагрузок воздействует на вал 7 и компенсируется самоустановкой тел качения в имеющихся зазорах подшипников. По сути, можно считать, что вал 7 зафиксирован в двухопорной системе: первая - это подшипниковый узел 8, вторая - это электродвигатель, в котором при его работе ротор от смещений позиционируется взаимовлиянием полей электрообмоток. По этой причине вал 7 не имеет угловых или поперечных смещений при работе дисковых мешалок в среде перемешиваемой смеси ЭВВ.

Для исключения осевых сдвигов валов 7 и 12 в полости втулки 13 сформирована кольцевая проточка 17 (фиг. 6), в которую устанавливают опорные шайбы (не показаны). При монтаже валов в частях втулки эти валы вставляют до упора в шайбы, а затем соединяют части втулки.

Для доступа к втулке на стенке обечайки выполнено технологическое окно практически по высоте обечайки, закрываемое съемной решеткой 18. А для доступа к подшипниковому узлу 8 на противоположной стенке обечайки выполнено другое технологическое окно, закрываемое съемной решеткой 19 (фиг. 5 и 8). Решетки 18 и 19 отличаются по размеру по высоте. Решетка 18 выполнена большей высоты для возможности доступа к соединительной втулке 13 с целью ее монтажа или замены или подтяжки стягивающих полувтулки болтов. Через решетку 19 обеспечивается доступ к подшипниковому узлу 8 для контроля его состояния и смазки. Одновременно решетки обеспечивают воздухообмен полости обечайки с внешней средой для вывода теплого воздуха, выделяющегося при нагреве подшипникового узла 8.

На валу 7 дисковые мешалки 5 расположены дистантно по высоте вала (фиг. 9). Каждая дисковая мешалка представляет собой диск 10, который на периферийном контуре оснащен по окружности прямоугольной формы лопатками 21 и 22, ориентированными поперечно диска. Одни лопатки 21 направлены верх от диска вдоль вала 7, а лопатки 22, расположенные между направленными верх лопатками 21, направлены вниз от диска вдоль этого же вала. То есть лопатки в виде пластин прямоугольной формы в плане по окружности диска расположены в шахматном порядке.

Каждый диск выполнен на периферии с зубьями, повторяющими форму храпового зубчатого колеса с несимметричными зубьями нормального исполнения. При этом на каждом диске лопатки 21 и 22 прикреплены к тем торцевым стенкам каждого зуба, которые по длине торцевой поверхности больше длины торцевой поверхности другой столоны зуба. Кроме того, все лопатки при таком закреплении расположены вертикально ориентированными.

Верхнезакрепленные дисковые мешалки выполнены одного диаметра (эти мешалки расположены вдоль боковой стенки емкости 4). А диск с лопатками, расположенный на свободном конце вала 2 под верхне расположенными мешалками выполнен диаметром, меньшим диаметра других дисков с лопастями.

Расположение дисковых мешалок на расстоянии друг от друга на вертикальном вале известно из прототипа и в принципе повторяет классическую схему дисковых миксеров. Особенностью заявленного решения в этой части конструкции миксера является расположение лопастей 21 и 22 на дисках 20 и выполнение последнего диска мешалки на свободном конце вала меньшим поперечным размером.

Применение схемы расположения плоских лопаток под углом к тангенциальной линии диска, направленным к центру диска, обеспечивает возврат перемешиваемой смеси в направлении к валу 7. То есть при перемешивании смеси (АС и ДТ) под действием центробежных сил частицы смеси направляются к периферии диска 20 и попадают на лопатки 21 (обращенные вверх). На поверхности этих лопаток происходит расклад сил давления, в результате чего смесь изменяет вектор и перемается по окружности диска с возвратом к валу. Часть смеси проходит через зазоры между лопатками 21 и падает вниз, где попадает на поверхности лопаток 22 (обращенные вниз). Процесс отклонения смеси повторяется. Под действием сил тяжести частицы опускаются и попадают на поверхность нижележащего диска, где алгоритм изменения вектора движения перемешиваемой смеси повторяется. Особенностью такого перемешивания является то, что ламинарный поток присутствует только в зоне вала, а в остальной части полости происходит турбулентное движение смеси, которое приводит к тому, что перемешанные частицы возвращаются к зоне, в которой имеются часть смеси с не перемешанными или недостаточно перемешанными частицами и суммируются с этой частью. Процесс перемешивания смеси имеет вращательную составляющую, но последняя образуется в зоне стенок емкости 4. В остальном процесс перемешивания не сходен с простым перемешиванием смеси с вращением по кругу, при котором смесь начинает закручиваться вдоль стенки емкости с образованием воронки в центре, а сходен с процессом перебалтывания, когда смесь снизу или сбоку перемещают вверх и назад. При таком алгоритме перемешивания силы давления на лопатки постоянно изменяются по величине и по направлению, что приводит практически отсутствию результирующей всех сил, которая заставляет вал (особенно его концевую свободную часть) смещаться (режим дисбаланса).

Этому способствует то, что последняя дисковая мешалка имеет меньшие поперечные размеры. Часть гомогенизированной смеси под действием собственного веса в достаточном объеме собирается в зоне дна емкости. Место для этого объема обеспечено тем, что диск 20 этой мешалки меньше размера остальных дисков 20. При этом форма емкости стаканообразная, то есть имеет плоское дно, от которого боковая стенка может отходить как под прямым углом, так и с плавным переходом. В этой зоне, как правило, образуется уплотненная часть смеси вы виде гомогенизированного осадка. При вращении нижней мешалки происходит перемешивание этого объема, исключающее наличие в смеси комков или не диспергированых частиц, которые прошли через зазоры лопаток других мешалок и осели в зоне дна емкости. Так как между боковой стенкой емкости и нижней мешалкой расстояние больше, чем у других мешалок, то накапливающийся объем смеси начинает работать как сопротивление для вращающейся мешалки, которое по закону Паскаля уравновешивает положение свободного конца вала в этой зоне емкости.

При работе мешалки используется специальный алгоритм загрузки емкости компонентами в определенной последовательности. Поэтому на начальном этапе создания ЭВВ сначала могут перемешивать с одновременной диспергацией, например АС с нефтепродуктом (ДТ). А потом после достижения определенной крупности гранул АС и получения эффекта их обволакивания пленкой ДТ, производят добавление антистатических компонентов, алюминиевого порошка или пудры микросфер, пороха и т.д. Добавление осуществляют без прерывания процесса перемешивания. Для этого на опорной платформе сформировано технологическое окно для доступа в полость емкости 4. Это окно закрыто приемником 23, то есть ограждением вокруг технологического окна, имеющим поворотную крышку 24 (фиг. 3 и 4). Таким образом, выполненное на опорной платформе 1 технологическое окно закрывается откидной крышкой.

Настоящая полезная модель промышленно применима и сможет быть изготовлена по технологиям общего машиностроения. Практика применения заявленного миксера показала сокращение времени на получение гомогенизированной смеси ЭВВ, как без добавок, так и с добавками, и позволила повысить надежность работы миксера в средах разной жидкостной вязкости без появления дисбаланса на валу с дисковыми мешалками, что увеличило срок службы подшипникового узла миксера на высоких оборотах и за счет исключения биения вала дисковых мешалок при перемешивании смеси ЭВВ в режиме гидромеханического процесса.

Claims (4)

1. Промышленный вертикальный миксер для изготовления эмульсионных взрывчатых составов, содержащий основание, на котором закреплен электродвигатель с направлением вала вниз, связанный с валом электродвигателя вертикально ориентированный вал, на котором на расстоянии друг от друга по длине вала закреплены дисковые мешалки, каждая из которых на периферийном контуре оснащена по окружности диска лопатками прямоугольной формы, ориентированными поперечно диска, при этом одни из лопаток направлены вверх от диска вдоль вала, а лопатки, расположенные между направленными вверх лопатками, направлены вниз от диска вдоль вала, отличающийся тем, что основание выполнено в виде опорной платформы и расположено над опорной поверхностью на стойках, пространство между которыми предназначено для размещения емкости стаканообразной формы, электродвигатель закреплен на отдельной платформе, которая соединена с вертикально ориентированной обечайкой, закрепленной на опорной платформе дисковой формы, для размещения вала вращения электродвигателя в полости обечайки, в которую выведен конец вала с дисковыми мешалками, другой конец вала с дисковыми мешалками расположен над опорной поверхностью на высоте, большей высоты емкости стаканообразной формы, вал электродвигателя и вал с дисковыми мешалками соединены между собой в полости обечайки, разъединяемой вдоль продольной оси втулкой на две части, которые охватывают смежно расположенные концы валов с последующим скреплением частей втулки болтовыми соединениями, каждый диск выполнен на периферии с зубьями, повторяющими форму храпового зубчатого колеса с несимметричными зубьями нормального исполнения, а на каждом диске лопатки, направленные вверх и вниз от диска, прикреплены к торцевым стенкам каждого зуба и расположены вертикально ориентированными, при этом диск с лопатками, расположенный на свободном конце вала с дисковыми мешалками, выполнен диаметром, меньшим диаметра других дисков с лопастями.

2. Миксер по п. 1, отличающийся тем, что на стенке обечайки выполнены технологические окна, закрываемые съемными решетками для доступа к втулке, соединяющей концы валов, и к подшипниковому узлу вала, несущего дисковые мешалки.

3. Миксер по п. 1, отличающийся тем, что на стороне опорной платформы, обращенной в сторону дисковых мешалок, выполнены элементы закрепления поднимаемой до этой платформы емкости стаканообразной формы.

4. Миксер по п. 1, отличающийся тем, что на опорной платформе выполнено технологическое окно, закрываемое откидной крышкой, для подачи в емкость компонентов смеси.

Images