Аппараты с перемешивающими устройствами

Геометрия колес насосов отличается в зависимости от коэффициента быстроходности, определяемого по формуле [29,с.328]:

Для колес насосов с изменением направления подачи жидкости с радиального на осевое и изменением коэффициента быстроходности видно изменение геометрических размеров колес.

Прандтль отмечает [33], что в осевых насосах рабочие колеса схожи с гребными винтами, а, следовательно, и с пропеллерными и лопастными мешалками. Центробежные колеса имеют существенные отличия по геометрии.

__

Перемешивание без закручивания потока соосными мешалками

В работах [14], [15] Ефановым К.В. показано перемешивающее устройство, использующее эффект от противоположного вращения пропеллерных мешалок, ранее применяемый только в гребных винтах судов и на воздушных авиационных винтах.

В случае гребного винта энергия, теряемая на закручивание снижает КПД винта. Для мешалки эта энергия не теряется, а должна быть эффективно распределена в перемешиваемом объеме так как вращательное движение необходимо для перемешивания, но должно быть ограничено во избежание образования воронки. Представим ниже вариант мешалки, позволяющий реализовать перемешивание без закручивания потока.

В существующих подходах к устранению закручивания используются отражательные перегородки, направляющие цилиндры и другие аналогичные решения. Отражательными перегородками можно изменить структуру потока увеличением осевой скорости. Соосный тандем работает в режиме осевого насоса и тем самым при отсутствии других компонент в скорости, осевой поток наиболее мощный. Для процессов перемешивания мешалками закручивание потока является следствием конструкции самой мешалки, ее лопастей, а именно распределением компонент скоростей, сообщаемых потоку лопастью. Следовательно, устранением причины закручивания в конструкции самого перемешивающего устройства, можно устранить закручивание потока как следствие. Результатом устранения закручивания является возможность проведения процесса

перемешивания в более интенсивном режиме, улучшение стабильности работы перемешивающего устройства за счет устранения гироскопического и реактивного моментов, повышение КПД механической части устройства.

Новый физический принцип и параметры процесса перемешивания.

Покажем влияние и возможность использования эмерджентного и синергетического эффектов на энергетические параметры процесса и характеристики устройства перемешивания.

Интенсивность процесса перемешивания мешалкой можно оценить временем пребывания и потребляемой мощностью. Параметр потребляемой мощности, затрачиваемой на перемешивание, непосредственно связан с параметром КПД устройства. КПД непосредственно для перемешивающего устройства характеризует его эффективность по передаче механической энергии потоку. По данным [1] КПД пропеллерной мешалки приблизительно составляет 0,61.

Производительность мешалки можно характеризовать насосным эффектом (радиальным и осевым) а также кратностью перемешивания (отношением насосного эффекта к объему аппарата).

Для лопастного устройства по теории идеального винта потеря КПД происходит при закручивании потока и трении на лопастях. Очевидно, что при устранении закручивания потока вырастет и КПД устройства. И также очевидно, что закручивание потока не является неизбежным при перемешивании в случае применения соосного тандема мешалок противоположного вращения. Для воздушных винтов отсутствие закручивания на выходе показано в работе. Для гребных винтов в работе показан более высокий КПД соосного тандема по сравнению с суммарным КПД двух

составляющих винтов по-отдельности. Осевой эффект (тяга) для перемешивающего устройства особенно важен в процессах перемешивания, в начале которых необходим подъем со дна аппарата твердых частиц. Осевая тяга соосного тандема авиационных винтов выше суммарной тяги двух составляющих винтов по-отдельности (синергетический эффект), что может быть применено для процессов перемешивания.

__

Двухрядные перемешивающие устройства можно условно разделить по критерию организации вращения взаимного вращения мешалок на два типа: мешалки с совпадающим направлением и с противоположным направлением вращения вокруг оси вала. Мешалки первого типа устанавливаются на одном валу, как правило сплошного сечения, вращаемым одним мотор-редуктором. Мешалки второго типа устанавливаются на коаксиальных валах (внутренний сплошного сечения, наружный полый). Привод коаксиальных валов может быть, как через планетарный редуктор от одного мотор-редуктора, так и от двух мотор-редукторов.

Конструкция с двумя мотор-редукторами позволяет организовать вращение мешалок в одинаковом или противоположном направлении, а также изменять скорость вращения одной

из мешалок тандема, не меняя скорость вращения другой.