Целью данной работы является создание перемешивающих устройств с возвратно-вращательным движением рабочих органов, так как они отличаются от других современных ап-паратов более высокой интенсивностью и равномерностью перемешивания. Синтез структурных схем исполнительных механизмов проведен с помощью структурных математических моделей. В результате получены рычажные и зубчатые механизмы с одним и двумя независимыми замкнутыми кон-турами. Шарнирный четырехзвенник и планетарный механизм с эллиптическими зубчатыми колесами при соответствующем выборе размеров звеньев преобразуют вращательное движение в возвратно-вращательное. Применение зубчатой передачи и передачи с гибкой связью позволяет создать множество структурных схем, которые отличаются количеством рабочих органов и их расположением. На основе полученных струк-турных схем могут быть разработаны и спроектированы высо-коэффективные перемешивающие устройства для химических, нефтехимических, пищевых производств. Преимуществом предлагаемых механизмов является то, что они образованы из известных, высоконадежных и хорошо отработанных устройств. Также рабочие органы аппаратов хорошо конфигу-рируются по всему объему реактора, создавая рациональный тепломассообмен.
виброперемешивание, возвратно-вращательные перемешивающие устройства, структурный синтез, структурная математическая модель, звено, кинематическая пара, исполнительный механизм.
Перемешивание является одним из наиболее распространенных процессов химической технологии и широко применяется в различных отраслях промышленности для интенсификации тепломассообмена [1]. Современные перемешивающие устройства можно разделить на три типа: классические вращательные аппараты, аппараты со сложным пространственным движением рабочих органов, вибрационные перемешивающие устройства.
Следует отметить, что классические вращательные перемешивающие устройства (наиболее распространенные и исследованные [2, 3]) не всегда позволяют эффективно достичь требуемого тепломассообмена.
Более современные аппараты с планетарным [4, 5] и сложным пространственным движением рабочих органов [6, 7] позволяют обеспечить высокую интенсивность тепломассообменных процессов, однако такие устройства не получили широкого распространения в промышленности. Это обусловлено прежде всего сложностью их конструкции, что приводит к затруднениям как на стадиях расчета и проектирования, так и на стадиях изготовления и эксплуатации.
1. Брагинский, Л. Н. Перемешивание в жидких средах: физические основы и инженерные методы расчета / Л. Н. Брагинский, В. И. Бегачев, В. М. Барабаш. — Ленинград : Химия, 1984. — 336 с.
2. Hemrajani, R.-R. Mechanically stirred vessels / R.-R. Hemrajani, G.-B. Tatterson // Handbook of industrial mix-ing: science and practice. — Hoboken : Wiley-Interscience, 2004. — P. 345–390.
3. Food mixing: Principles and applications / ed. P.-J. Cullen. — Singapore : Wiley-Blackwell, 2009. — 292 p.
4. Dimensional analysis for planetary mixer: mixing time and Reynolds numbers / G. Delaplace [et al.] // Chemical Engineering Science. — 2007. — Vol. 62, is. 5. — P. 1442–1447.
5. Granular flow in a planetary mixer / M.-J.-P. Hiseman [et al.] // Chemical Engineering Research and Design. — 2002. — Vol. 80, is. 5. — P. 432–440.
6. Мудров, А. Г. Разработка пространственных перемешивающих устройств нового поколения, применяемых в сельском хозяйстве и промышленности : дис. … д-ра техн. наук / А. Г. Мудров. — Казань, 1999. — 493 с.
7. Устройство для перемешивания : патент 2113897 Рос. Федерация : МКИ В 28 С 5/16 / А. И. Смелягин, В. Г. Сачков, Н. А. Чусовитин ; Новосиб. гос. техн. ун-т. — № 96109653 ; заявл. 13.05.1996 ; опубл. 27.10.98, Бюл. № 18. — 1 с.
8. Смелягин, А. И. Структурный синтез и кинематический анализ простых исполнительных механизмов виб-роперемешивающих устройств / А. И. Смелягин, И. В. Юхневич // Омский научный вестник. — 2012. — № 3 (113). — C. 72–75.
9. Ткаченко, Р. Н. Влияние вибрационной обработки мезги винограда на химический состав виноматериа-лов / Р. Н. Ткаченко, В. Т. Христюк, А. И. Смелягин // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2011. — № 10. — C. 52–55.
10. Study on vibromixing for polymer solutions / C. Ibanescu [et al.] // Iranian polymer journal. — 1998. — Vol. 7, is. 2. — P. 129–135.
11. Смелягин, А. И. Структурный и параметрический синтез исполнительных механизмов виброперемешива-ющих устройств / А. И. Смелягин, И. В. Юхневич // Изв. вузов. Пищевая технология. — 2013. — № 2/3. — C. 93–96.
12. Смелягин, А. И. Структура механизмов и машин / А. И. Смелягин. — Москва : Высшая школа, 2006. — 304 с.
13. Зубчатый преобразователь вращательного движения в возвратно-вращательное : патент 2528493 Рос. Фе-дерация : МПК F 16 H 19/08 / А. И. Смелягин, И. В. Юхневич ; Кубан. гос. техн. ун-т. — № 2012135364/11 ; заявл. 16.08.2012 ; опубл. 20.09.2014, Бюл. № 26. — 8 с.
14. Перемешивающее устройство : заявка 2014150126 Рос. Федерация : МПК В 01 F 7/18 / А. А. Приходько, А. И. Смелягин ; Кубан. гос. тех. ун-т. — Заявл. 10.12.2014.
15. Перемешивающее устройство : патент 2528843 Рос. Федерация : МПК F 01 F 7/18 / А. А. Приходько, А. И. Смелягин ; Кубан. гос. техн. ун-т. — № 2013121535/05 ; заявл. 07.05.2013 ; опубл. 20.09.2014, Бюл. № 26. — 5 с.
16. Перемешивающее устройство : патент 152110 Рос. Федерация : МПК F 01 F 7/16 / А. А. Приходько, А. И. Смелягин ; Кубан. гос. тех. ун-т. — № 2015103695/05 ; заявл. 04.02.2015 ; опубл. 10.05.2015, Бюл. № 13. — 2 с.
