Vestnik of Don State Technical UniversityVestnik of Don State Technical UniversityВестник Донского государственного технического университета1992-5980948210.12737/16072Машиностроение и машиноведениеMACHINE BUILDING AND MACHINE SCIENCEМашиностроение и машиноведениеStructural synthesis of stirred tanks with swinging motion of impellersCтруктурный синтез перемешивающих устройств с возвратно-вращательным движением рабочих органовСмелягинАнатолий ИгоревичSmyelyaginAnatoliy ИгоревичПриходько Александр АлександровичPrikhodko Aleksandr Александровичsannic92@gmail.com30122015301220151546975https://zh-szf.ru/en/nauka/article/9482/view
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.
The work objective is to provide stirred tanks with a swinging movement of impellers, as they differ from the other modern devices in higher intensity and uniform mixing. Synthesis of the actuator diagrams is carried out by the structural mathematical models. As a result, the leverage and gear units with one or two independent closed loop circuits are obtained. Four-bar linkage and a planetary mechanism with elliptical gearwheels under the appropriate dimensioning of the links are converting rotary mode into reciprocating rotation. The application of the gear and con-tinuous drive allows creating a set of structural diagrams which differ in the number of impellers and their location. On the basis of the developed structural schemes, high-efficient stirrers for the chemical, petrochemical and food industries can be worked out and designed. The advantage of the proposed mechanisms is that they are developed from the known, well-established, and highly reliable devices. Besides, the impellers are well configured throughout the total reactor volume creating a rational heat-mass exchange.
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.
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.Braginskiy, L.N., Begachev, V.I., Barabash, V.M. Peremeshivanie v zhidkikh sredakh: fizicheskie osnovy i inzh nernye metody rascheta. [Mixing in liquid environments: basic physics basis and engineering methods.] Leningrad: Khimiya, 1984, 336 p. (in Russian).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.Hemrajani, R.-R., Tatterson, G.-B. Mechanically stirred vessels. Handbook of industrial mixing: science and prac-tice. Hoboken: Wiley-Interscience, 2004, pp. 345-390.Food mixing: Principles and applications / ed. P.-J. Cullen. - Singapore : Wiley-Blackwell, 2009. - 292 p.Cullen, P.-J., ed. Food mixing: Principles and applications. Singapore: Wiley-Blackwell, 2009, 292 p.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.Delaplace, G., et al. Dimensional analysis for planetary mixer: mixing time and Reynolds numbers. Chemical En-gineering Science, 2007, vol. 62, iss. 5, pp. 1442-1447.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.Hiseman, M.-J.-P., et al. Granular flow in a planetary mixer. Chemical Engineering Research and Design, 2002, vol. 80, iss. 5, pp. 432-440.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.Mudrov, А.G. Razrabotka prostranstvennykh peremeshivayushchikh ustroystv novogo pokoleniya, primenyae-mykh v sel´skom khozyaystve i promyshlennosti : dis. … d-ra tekhn. nauk. [Development of spatial mixing devices of new generation applied in agriculture and industry: Dr.Sci. (Eng.) diss.] Kazan, 1999, 493 p. (in Russian).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.Smelyagin, A.I., Sachkov, V.G., Chusovitin, N.A. Ustroystvo dlya peremeshivaniya: patent 2113897 Ros. Feder-atsiya: MKI V 28 S 5/16. [Device for mixing.] Patent RF, no. 2113897, 1998 (in Russian).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.Smelyagin, A.I, Yukhnevich, I.V. Strukturnyy sintez i kinematicheskiy analiz prostykh ispolnitel´nykh mekhaniz-mov vibroperemeshivayushchikh ustroystv. [Structural synthesis and kinematic analysis of simple actuator vibromixing devices.] Omsk Scientific Bulletin, 2012, no. 3 (113), pp. 72-75 (in Russian).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.Tkachenko, R.N., Khristyuk, V.T., Smelyagin, A.I. Vliyanie vibratsionnoy obrabotki mezgi vinograda na khimicheskiy sostav vinomaterialov. [Influence of vibrating processing of grape husks and seeds on chemical composition of wine stock.] Storage and Processing of Farm Products, 2011, no. 10, pp. 52-55 (in Russian).Study on vibromixing for polymer solutions / C. Ibanescu [et al.] // Iranian polymer journal. - 1998. - Vol. 7, is. 2. - P. 129-135.Ibanescu, C., et al. Study on vibromixing for polymer solutions. Iranian polymer journal, 1998, vol. 7, iss. 2, pp. 129-135.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.Smelyagin, A.I., Yukhnevich, I.V. Strukturnyy i parametricheskiy sintez ispolnitel´nykh mekhanizmov vibro-peremeshivayushchikh ustroystv. [Structural and parametric synthesis of actuators of vibromixing devices.] Izvestiya vuzov. Food Technology. 2013, no. 2/3, pp. 93-96 (in Russian).Смелягин, А. И. Структура механизмов и машин / А. И. Смелягин. - Москва : Высшая школа, 2006. - 304 с.Smelyagin, A.I. Struktura mekhanizmov i mashin. [Structure of machines and mechanisms.] Moscow: Vysshaya shkola, 2006, 304 p. (in Russian).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.Smelyagin, A.I., Yukhnevich, I.V. Zubchatyy preobrazovatel´ vrashchatel´nogo dvizheniya v vozvratno-vrashchatel´noe: patent 2528493 Ros. Federatsiya: MPK F 16 H 19/08. [Toothed converter of rotary motion into reciprocating movement.] Patent RF, no. 2528493, 2014 (in Russian).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.Prikhodko, A.A., Smelyagin, A.I. Peremeshivayushchee ustroystvo: zayavka 2014150126 Ros. Federatsiya: MPK V 01 F 7/18. [Mixing device.] Application RF, no. 2014150126, 2014 (in Russian).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.Prikhodko, A.A., Smelyagin, A.I. Peremeshivayushchee ustroystvo: patent 2528843 Ros. Federatsiya: MPK F 01 F 7/18. [Mixing device.] Patent RF, no. 2528843, 2014 (in Russian).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.Prikhodko, A.A., Smelyagin, A.I. Peremeshivayushchee ustroystvo: patent 152110 Ros. Federatsiya: MPK F 01 F 7/16 [Mixing device.] Patent RF, no. 152110, 2015 (in Russian).