Константин Ефанов - Аппараты с перемешивающими устройствами

Используя данные и направлении токов для различных мешалок в зависимости от геометрических параметров применяемого аппарата должен выполняться подбор мешалки.

Перечень конструкций корпусов аппаратов, в которых устанавливаются мешалки, приводит Стренк [27,с.68]:

Траектория после пропеллерного устройства по данным работы Прандтля [33,с.304]:

Лопасти мешалки вступают в контакт с жидкостью поочередно. На границе лопасти происходит образование поверхности раздела. Вода между лопастями имеет скорость равную скорости лопаток, затем после выхода перемешиваясь в объеме аппарата, скорость снижается. В практике изучение перемешивающих устройств анализировалось распределение и перемешивание потоков, но не выход с лопаток мешалки. Анализ направления выхода потоков струй с лопасти позволит создавать траектории потока с заданной геометрией, а не фиксировать завихрения после той или иной мешалки.

Теория гребного винта отличается от теории крыла тем, что лопасти винта описывают винтовые линии при движении вперед, а крыло движется только вперед.

В случае гребного винта вращение снижает КПД, но в случае мешалки, вращение необходимо для перемешивания. И возникает проблема эффективного рассеяния энергии в объеме аппарата. Та энергия, которая теряется для винта, для мешалки не теряется и должна использоваться для интенсификации процесса. Однако, решение о возможности перемешивания соосными мешалками противоположного вращения без закручивания будет представлено ниже.

Васильцов [1,с.82] приводит эпюру поля скоростей для лопастной мешалки и аппарата без отражательных перегородок:

Также Васильцов приводит [1,с.100] эпюру поля скоростей для турбинной мешалки и аппарата с отражательными перегородками:

Для оценки гидродинамического режима перемешивания анализируется профиль скорости.

В работе [28,с.22] рекомендуется подбирать мешалки в зависимости от режима движения жидкости при перемешивании. В этой же работе [28,с.23] отмечается, что различие в условиях перемешивания между мешалками может быть скомпенсировано частотой вращения и диаметром мешалки. Авторы приводят пример, по которому для трёхлопастной и турбинной мешалки равного диаметра для одинакового режима движения взвешенных частиц, скорость вращения турбинной мешалки должна быть ниже. Результат авторов можно объяснить траекторией линий воздействия лопастей мешалок на жидкость.

__

Мешалки выбираются по АТК 24.201.17-90 или изготавливаются с нестандартными размерами.

Мешалки конструктивно состоят из втулки и установленных на ней лопастей. Поэтому объект мешалки можно рассматривать как базовое устройство с рядом исполнений, получаемых внесением изменений в базовую конструкцию. Например, из лопастной мешалки скручиванием лопастей получается пропеллерная мешалка, открытое пропеллерное насосное колесо, введением дисков и разнесением лопастей получаются турбинные мешалки.

Такая попытка объединить конструкции мешалок позволяет лучше подбирать геометрию мешалки под намеченную структуру потока в аппарате, определяемую направлением отбрасывания жидкости от лопастей мешалки.

– лопастная мешалка с параллельными лопастями оси [20,с.254]:

– трехлопастная (или шести) мешалка с лопастями под углом 30° (получается изменением угла установки лопасти):

– пропеллерная мешалка с лопастью постоянного шага [20,с.256] (получается изменением шага лопасти):

изменение геометрии пропеллеров по Прандлю [33] (воздушный винт, тихоходный гребной винт, быстроходный гребной винт):

Как можно видеть, пропеллерная мешалка из винтов, представленных Прандтлем, занимает промежуточную конфигурацию между тихоходным и быстроходным гребными винтами.

– якорная, рамная и листовая мешалки с увеличенными лопастями (получается увеличением размеров лопасти):

– турбинная мешалка [20,с.257] (получается разнесением лопастей от втулки и введением диска):

– зубчатая мешалка (получается введением вместо лопастей диска с загнутыми зубьями, выполняющими роль лопастей):

Рабочие колеса насосов [29,с.19]:

Колеса насосов по данным [29,с.328]:

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.

__

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.