Закрытый роторный смеситель для полимерных материалов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК ПАТЕНТУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(32 4.08.78фРР В 29 Н 1/10 В 29 В 1/06 осударственный комнтет СССР но делам нзобретеннй н открытнй) ЗАКРЫТЫЙ РОТОР НЫЙ МАТЕСИТЕЛЬ ДЛЯ П 10 обесереИзобретение относится к оборудо- ванию для переработки полимерных материалов, в частности к смесителям для полимерных материалов и ре-, зины.Наиболее близким к предлагаемому является закрытый роторный смеситель для полимерных материалов, содержащий два параллельно расположенных вдоль смесительной камеры и установленных с возможностью вращения в противоположных относительно друг друга направлениях ротора, каждый из которых имеет по крайней мере одну основную подающую смесительт 5 ную лопасть 11.Однако в таком смесителе из-за трения в зазоре между валками возникают температурные пики, что приводит к неравномерному нагреву перемешн ваемого материала.Целью изобретения является печение равномерного нагрева п/ мешиваемого материала 25Цель достигается тем, что в закрытом роторном смесителе, содержащем два параллельно расположенных вдоль смесительной камеры и установленных с возможностью вращения в противоположных друг другу направлениях ротсра, каждый из которых имеет по крайней мере одну основную подающую смесительную лопасть, по крайней мере одна из основных подающих смеси- тельных лопастей выполнена с расположенными параллельно торцовым стенкам камеры торцовыми площадками для ограничения пропускного торцового отверстия между роторами со стороны натекания потока, при этом угол наклона лопасти к продольной осио ротора выбран равным не менее 50 длина проекции лопасти на продольную ось ротора. выбрана равной по меньшей мере 0,5 длины внутренней полости смесительной камеры между ее торцовыми стенками, а зазор между гребнем лопастей и внутренней боковой стенкой камеры выбран равным по меньшей мере 0,02 внутреннего диаметра смесительной камеры, При этом каждый из роторов имеет дв основные подающие смесительные лопасти, направленные противоположно друг другу.Кроме того, смесит.ль снабжен скребками, установленными за каждья из торцовых пропускных отверстий.При этом роторы выполнены в осевом направлении с конической конфигурацией, а зазор между гребнем по меньшей мере одной лопасти и внутренней боковой стенкой камеры выбран переменным по длине ротора.При этом угол наклона лопасти к продольной оси ротора выбран равным 5515.Нри этом длина проекции каждой из лопастей выбрана в пределах 0,510 0,7 длины внутренней полости смеси- тельной камеры между ее торцовыми, стенками.Кроме того, каждый иэ роторов снабжен дополнительной подающей смесительной лопастью,. расположенной параллельно имеющейся подающей смесительной лопасти и смещенной относительно последней на теле ротора, причем дополнительная лопасть вы полнена длиной,- равной длине ротора, и имеет проем для захода имеющейся основной подающей смесительной лопасти другого ротора.При этом длина каждого иэ про пускных торцовых отверстий выбрана в пределах 0,15-0,35 длины внутренней полости смесительной камеры между ее торцовыми стенками.На фиг.1 схематически изображен 30 предлагаемый смеситель, общий вид;на фиг.2 всмесительная камера, поперечное сечение (первый вариант исполнения); на фиг.3 - разрез Ь-А на фиг.2; на фиг.4 - смесительная ка мера, поперечное сечение (второй вариант исполнения); на Фиг.5 - разрез В-Б на фиг.4; на Фиг,б - смесительная камера, поперечное сечение (третий вариант исполнения); на фиг,7 - раз рез В-В на фиг.б; на фиг,8., 9, 10 развертки лопастей первого, второго и третьего вариантов исполнения роторов соответственно.Смеситель содержит состоящий из 45 верхней части 1 и нижней части 2 корпус, установленный на станине 3.В корпусе расположена смесительная .камера 4,внутренние боковые стенки 5, б которой имеют форму двух осепараллельных и горизонтально расположенных цилиндров, касающихся друг друга или в незначительной мере входящих друг в друга. Около стенок 5, 6 смесительной камеры 4 предусмотрены вверхней час. ти 1 и нижней чаети 2 охлаждающие каналы 7. Для подачи смешиваемого материала в смесительную камеру 4 под давлением установлен поршень 8, 60 приводимый в действие через поршневой шток 9 рабочего гидравлического цилиндра (не показан). При верхнем положении поршня смешиваемый материал, например резиновая смесь, вводит ся через показанный штриховой линией в открытом положении наклоненный загрузочный клапан 10. Через другое загрузочное отверстие 11 можно добавлять в основной материал порошкообразные компоненты, в частности различные присадки.В смесительной камере 4, вдоль нее, концентрично к каждой внутренней боковой стенке 5 или б расположены валы 12, 13 таким образом, что их продольные оси находятся в горизонтальной плоскости взаимно параллельно. На валах 12, 13 (на Фиг. 1 показано схематично) установлены роторы 14 и 15.Нижнее седло смесительной камеры 4 выполнено в виде поворачиваемого вниз вокруг оси 16 по стрелке 17 откидного седла 18, которое удерживается в верхнем рабочем положении при помощи Фиксирующего устройства 19 с гидравлическим приводом.Через закрытое в рабочем положении откидным седлом 18, согласно фиг.1, нижнее отверстие 20 проксходит опоржнение смесительной камеры 4 после процесса смешивания,Валы 12, 13 роторов 14, 15 приводятся в противоположных друг другу направлениях вращения согласно стрелкам 21, 22, роторы 14 и 15 и валы 12, 13 перемещаются вниз в смежной или контактируемой области,Валы 12, 13 установлены с воз" можностью вращения соответственно в опорах 23, 24, размещенных на торцевых стенках 25, 26, замыкающих с торца смесительную камеру 4. Привод осуществляет обычным образом двигатель (не показан) через распределительную коробку (не показана), Плоскость разделения верхней части 1 и нижней части 2 корпуса совпадает .с плоскостью, проходящейчерез продольные оси роторов 14, 15В первом варианте исполнения (фиг.2, 3, 8) роторы 14, 15 имеют цилиндрическую Форму и выполнены длиной, равной длине Ь внутренней плоскости смесительной камеры 4. При этом с каждой торцовой стороны выполнен ходовой зазор. Каждый из ро" торов 14 и 15 имеет по две основных подающих смесительных лопасти 27, 28 и 29, 30 соответственно. Обе пары лопастей направлены противоположно друг другу. Лопасти 27, 28 и (фиг.2) имеют такое поперечное сечение, что их передняя в направлении вращения (стрелки 21 и 22) боковая поверхность 31 и 32 и задняя боковая повер. хность 33, 34 соответственно имеют выпуклую форму. Передняя боковая поверхность 35, 36 лопастей 29 и 30 и задняя боковая поверхность 37, 3820 25 35 и 45 проходит параллельно направлению40 вращения, но со смещением приблизительно на 180 О по окружности ротораСкребки 48 или короткая лопасть 51или 52 проходят в противоположномнаправлении, как это видна из фнг.9,д 5 Как следует из фиг.5, лопасти 44,49 и 45, 50, скребки 48 а также короткие лопасти 51 и 52 имеют наклон,точно противоположный наклону. соответствующего ротора 14 или 15, такчто образуются показанные на фиг.5,штрих-пунктирной линией огибающие53 или 54, Эти огибающие имеют так"же форму усеченного конуса. В результате этого изменяется зазор Б 55между внутренней боковой стенкой и,гребнямилопастей по всей осевойдлине роторов,.а именно от минимального зазора Б, до максимального зазора Я Средний зазор и здесь составляет,Б.для этой Формы исполнения действительны следующие отношения:Ь/Р = 1, 250 10 с(, = 35 ф 51/Ь = 0.,50-0., 30 Б/Р= 0,0275+0,0075 65, а/Ь = 0,15-0,35 Б./Б= 1/3,5 соответственно .имеют Форму, аналогично лопастям 27, 28.Лопасти 27 ,28 у ротора 14 с одной стороны и лопасти 29, 30 с дру." гой стороны у ротора 15 расположены так, что каждый две лопасти 27, 29 и лопасти 28, 30 образуют пару, установленную с возможностью вращения относительно друг друга по касатель" ной, т.е. гребни 39, 40 соответственно в каждой паре лопастей 27, 29 и 28, 30 установлены с воэможностью охватывания друг друга.Для ограничения пропускных торцовых отверстий;41 между роторами 14, 15 со стороны натекания потока лопасти 27, 28, и 29, 30 выполнены соответственно с торцовыми площадками 42. Эти площадки расположены параллельно торцовым стенкам 25, 26 камеры.Лопасти 27-30 расположены под углом 90 ф -о к продольной оси роторов (фиг,8) который выбран равным не менее 50 , а именно 555Длина Ь внутренней полости смесительной камеры между ее торцовыми,. стенками выбрана в пределах 1,250,1 ее внутреннего диаметра Р.Алина В проекции лопасти на про - доильную ось ротора выбрана равной по меньшей мере 0,5, а именно в пределах 0,5-0,7 длины Ь.Зазор В между гребнем каждой из лопастей 27, 28 и 29, 30 и внутренней боковой стенкой 5 и 6 соответственно выбран равным по меньшей мере 0,02, а именно 0,027510,0075 диаметра О. Длина а каждого из пропускных торцовых отверстий 41 выбрана в пределах 0,15-0,35 длины Ь. За каждым из торцовых пропускных отверстий 41 (относительнонаправления вращения по стрелкам 21 и 22) установлен начинающийся на соответствующей торцовой стороне ротора 14 и 15 скребок 43.Длина 6 проекции каждого из скре бков 43 яа продольную ось ротора по меньшей мере равна а, или немного. больше а, что более целесообразно, так как исключается возможность образования застойных зон при перемешивании материала.Во;.втором варианте исполнения (фиг.4, 5, 9) роторы 14, 15, установленные соответственно на валах 12, 13, выполнены в осевом направлении с конической конфигурацией,о причем уголвыбран величиной 80 На каждом иэ роторов 14, 15 размещена соответственно основная подаю-. щая смесительная лопасть 44 и 45, каждая из которых своим передним концом с торцовой площадкой 46 со, стороны яатекания потока ограничивает на соответствующей торцовой стенке 26 и 25 пропускное отверстие 47 длиной по оси, равной а. Со стороны натекания потока лопасти 44 и 45 кончаются на определенном удалении от соответствующей торцовой стенки камеры. За каждым из пропускных отверстий 47 со стороны стекавия потока расположен в направлении враще ния по стрелкам 21, 22 также скребок 48.Кроме того, на каждом роторе 14, 15 расположена одна основная подающая и смесительная лопасть 49, 50,. которая проходит от обращенной к торцовому пропускному отверстию 47 торцовой стороны более, чем через половину осевой длины ротора и кото- раяследовательно, перекрывает в.осевом направлении также соответствующее торцовое пропускное отверстие 47,.т.е. также выполняет Функцию скребка.За лопастями 49, 50, в направле- . нии вращения по стрелкам 21, 22 расположены очень короткие лопасти 51, 52,которые (если речь идет о ее осевой длине) выполнены аналогично скребку. Эти лопасти предназначены для предотвращения образования мертвых зон.ЗО Лопасти 44, 45, 49, 50, скребки48 и лопасти 51 и 52 установлены под углом относительно касательной к ояружности, которая также проходит,па" раллельно направлению вращения по стрелкам 21 или 22. При этом короткаялопасть 50 или 52 проходит от торцовой стенки 25 внутрь против направления вращения, Другая лопасть 44Поперечное сечение лопастей,скребков и здесь принципиальноодинаковое, как в первом вариантеисполнения. В третьем варианте исполнения (Фиг.б, 7 и 10) на валах12, 13 .установлены соответственнороторы 14, 15, имеющие в осевом направлении цилиндрическую Форму. Накаждом иэ корней усановлены основные подающие смесительные лопасти55, 56. Последние, расположенные1 Опараллельно друг другу, имеют торцовые площадки 57 для ограниченияпропускных торцовых отверстий 58,длина которых до ближайшей торцовойстенки 25 или 26 также, как и в предыдущих вариантах равна а.На каждом из роторов 14, 15 соответственно установлена дополнительная основная подающая смесительнаялопасть 59, 60, расположенная парал Олльно относительно имеющейся на каждом из роторов лопасти 55, 56 соот-.ветственно и смещенной относительно,последней на поле ротора. Каждая издополнительных лопастей 59, 60 с 25одной стороны выполнена длиной,равной длине соответствующих роторов, а с другой имеет соответст-.вующие проемы 61, 62 для заходаимеющейся лопасти .другого из роторов ЗОт.е. для эацепленйя сопряженных лопастных пар 55, 62 и 56, 61 (фиг.7).Проемы делят каждую из дополнительных лопастей 59, 60 на две части,Для геометрических величин данного варианта действительны соотношения двух предыдущих. вариантов.Лопатки, как правило, выполняются полыми для осуществления ох"лаждения, которое подводится через ЩОполый вал,Смеситель работает следующимобразом.Смешиваемый материал, напримеррезиновая смесь, подается сверхучерез наклонный загрузочный клапан10 в смесительную камеру 4.под давлением при помощи поршня 8, приводимого в действие через поршневойшток 9 рабочего гидравлического,цилиндра.Через загрузочное отверстие 11в камеру 4 могут добавляться дополнительные порошкообразные компоненты, в частности различные присадки,Роторы 14, 15 приводятся во вращение в противоположном друг дРугунаправлении, навстречу друг другу,а также с различным числом оборотовдля повышения эффекта поперечногосмешивания. При вращений роторовгребни лопастей соседних роторов об.катывают друг друга.В первоМ варианте исполнения,как видно иэ показанных на фиг. 8стрелок 63-66 направления потока, 45 поток обрабатываемого материала перед каждым из торцовых пропускныхотверстий 41 разделяется торцовымиплощадками 42 каждой нз лопастей27-30, так что часть материала .направляется, согласно стрелкам 64или 66 через соответствующее пропускное отверстие 41, в то время какдругая часть обрабатываемого материала направляется по стрелкам 63или 65 вдоль передней боковой поверхности 31 или 32 лопастей,При каждом обороте роторов 14,15 обрабатываемый материал в общейсложности дважды перемещается от цен"тра к торцовым сторонам в осевом направлении, причем одновременно опятьпроисходит двойное разделение потока,Таким образом осуществляется исключительно интенсивное перемешиваниепри постоянном переслаивании материала и обновлении пограничного слоя,что способствует устранению возникающих в материале температурных пиков.Во втором варианте исполнения вобласти большего диаметра ротора находится зона наибольшего давления, ав области меньшего диаметра - зонанулевого давления. При этом в зоненаибольшего давления имеет местомаксимальный зазор 3 , которыйспособствует высокой скорости тангенциальной утечки. Наименьшйй зазор8 в зоне нулевого давления, напротив,обеспечивает соскабливание матерна"ла со стенок камеры, предотвращаяего налипания.Форма выполнения ротора с кони-.ческой конфигурацией способствуетсильному левому потоку, как это следует из показанных на фиг.9 стрелок 67-70,Противоток в соответствии сострелкой 68 относительно стрелки 67возникает потому, что обе лопасти44, 49 расположены со смещением относительно друг друга и изменяют направление подачи. Лопасть 51 приэ том препятствует образованию застой;ных эон в области нулевого давлени яВ третьем варианте исполнения,согласно стрелкам 71, 72 направленияпотока на фиг.10, также обеспечивается интенсивный осевой поток, причем у торцовых пропускных отверстий58 происходит разделение потока материала, а так как другой ротор вращается в противоположном направлении,то одновременно возникает противопо"ложный осевой поток. Вследствие большого зазора у стенки возникает высокая тангенциальная скорость утечки,а в результате обкатывания лопастями 55, 56 проемов 62 и 61 соответст,.вующих лопастей 60 и 59 возникаетсильная деформация сжатия обрабатываемого материала в радиальном направлении переслаиваннем,Таким образом, предложенная конструкция смесителя эа счет выполнения смесительной лопасти большой 5длины и с торцовыми площадками дляразделения потока материала создаетусловия для постоянного разделенияпотока материала и его радиальногопереслаивания, что обеспечивает интенсивное осевое перемещение материала.Благодаря тому, что угол наклонауменьшен и одновременно увеличенаширина зазора между гребнем лопасти 15и внутренней боковой стенкой камеры,уменьшается сопротивление в зазоре,что приводит к сильной утечке материала через зазор, В результате повышается частота разделения танген рциального и осевого потоков приодновременном интенсивном радиальном перемешивании материала.Все этО приводит к равномерномураспределению температуры внутри 75материала и повышению качества композиции. кроме того, благодаря но; стоянному обновлению пограничногослоя осуществляется хорошая теплопередача в охлаждаемый корпус и рота.Формула изобретения1. Закрытый роторннй смеситель З 5 для полимерных материалов, содержащий два параллельно расположенных вдоль смесительной камеры и установленных с возможностью вращения в противоположных друг другу направле ниях ротора, каждый из которых имеет по крайней мере одну основную подаю щую смесительную лопасть, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью. обеспечения равноверного нагрева пе ремешиваемого материала, по крайней мере, одна иэ основных падающих смесительных лопастей выполнена с расположенными параллельно торцовым, стенкам камеры торцовыми площадками для ограничения пропускного торцового отверстия между роторами со стороны натекания потока, при этом угол наклона лопасти к продольной оси .о ротора выбран равным не менее 50 длина проекции лопастИ на продольную ось ротора выбрана равной по меньшей мере 0,5 длины внутренней полостисмесительной камеры между ее торцовыми стенками, а зазор между гребнем лопастей и внутренней боковойстенкой камеры. выбран равным поменьшей мере 0,02 внутреннего диаметра смесительной камеры,2. Смеснтель по п.1, о т л и ч ею щ н й с я тем, что, каждый из роторов имеет две основные подающиесмесительные лопасти, направленныепротивоположно друг другу3. Смеситель по пп,1 и 2, о тл и ч а ю щ н й с я тем, что онснабжен скребками, установленнымиза каждым из торцовых пропускныхотверстий.4. Смеситель по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что роторы выполнены в осевом направлении с конической конфигурацией, а зазор между гребнем по меньшей мере однойлопасти и внутренней боковой стенкой камеры выбран переменным по длине ротора,5. Смеситель по пп.1-4, о .т л ич а ю щ и й с я тем, что угол наклона лопасти к продольной оси роторавыбран равным 55+5о6. Смеситель.по пп,1-5, о т л ич а ю щ и й с я тем, что длина про"екции каждой из лопастей выбрана впределах ,5-0,7 длины внутреннейполости смесительной камеры между ееторцовыми стенкам.7. Смеситель по п.1, о т л и ч аю щ и И с я тем, что каждый из рота"ров снабжен дополнительной подающейсмесительной лопастью, расположеннойпараллельно имеющейся подающей смесительной лопасти исмещеннойотносительно последней на теле ротора, причем дополнительная лопасть выполненадлиной, равной длине ротора, и имеет проемдля захода имеющейся основной подающей смесительной лопастидругого ротора.8. Смеситель по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что длина каждогоиэ пропускных торцовых отверстийвыбрана в пределах 0,15-0,35 длинывнутренней плоскости смесительнойкамеры между ее торцовыми стенкамиИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент ФРГ 9 646308,кл, 39.а 1/Об, опублик. 1937 (прототип)..Грицен актор С.Тимо одписное каз 79 113 тная, 4 илиал ППП фПатентфф, г. Ужго О Тираж 679 ИИПИ Государственного коми по делам изобретений и от 035 Москва, Ж-Э 5, Раушск та СССытийнаб