RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 181439 (21 ) Numer zgłoszenia: 344143 Urząd Patentowy (22) Data zgłoszenia: 09.05.1996 Rzeczypospolitej Polskiej (13) B1 (51) IntCl7 B01F 11/00 (54)Zespół napędu hydraulicznego mieszadła wibracyjnego posuwisto-zwrotnego (62) Num er zgłoszenia, (73) Uprawniony z patentu: z którego nastąpiło wydzielenie: Politechnika Szczecińska, Szczecin, PL 314196 (43) Zgłoszenie ogłoszono: 10.11.1997 BUP 23/97 (72) Twórcy wynalazku: Stanisław Masiuk, Szczecin, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: (74) Pełnomocnik: 31.07.2001 WUP 07/01 Biegała Teresa, Politechnika Szczecińska PL 181439 B1 (57) 1. Zespół napędu hydraulicznego mieszadła wibracyjnego posuwisto-zwrotnego składający się cylindra hydraulicznego, którego tłoczysko połączone jest rozłącznie z drągiem mieszadła, przy czym cylinder połączony jest przewodami hydraulicznymi z elektrozaworem oraz z pompą napędzaną silnikiem elektrycznym, znamienny tym, że tłok (6) cylindra hydraulicznego (5) wyposażony jest w tłoczysko dolne (7) połączone rozłącznie z drągiem (3) mieszadła (2) oraz tłoczysko górne (7a), na którego zewnętrznej końcówce zamocowane jest punktowe źródło światła (11) usytuowane w płaszczyźnie przechodzącej przez dwa wyłączniki krańcowe położone jeden nad drugim, wyłącznik dolny (13) wyposażony w fotoelement i wyłącznik górny (13a) wyposażony w fotoelement, przy czym dolny wyłącznik (13) zamocowany jest na wewnętrznym końcu dolnej pionowej listwy zębatej (14) napędzanej w górę i w dół dolnym silnikiem elektrycznym (16) za pośrednictwem dolnego kółka zębatego (15) zaś górny wyłącznik (13a) zamocowany jest na wewnętrznym końcu górnej pionowej listwy zębatej (14a) napędzanej w górę i w dół górnym silnikiem elektrycznym (16a) za pośrednictwem górnego kółka zębatego (15a), przy czym listwy zębate zamocowane są niezależne od siebie na wsporniku (17), przy czym silniki elektryczne (16, 16a) połączone są ze sterownikiem fotoelektrycznym (18) połączonym z pompą zasilającą (23).
Zespół napędu hydraulicznego mieszadła wibracyjnego posuwisto-zwrotnego Zastrzeżenia patentowe 1. Zespół napędu hydraulicznego mieszadła wibracyjnego posuwisto-zwrotnego składający się cylindra hydraulicznego, którego tłoczysko połączone jest rozłącznie z drągiem mieszadła, przy czym cylinder połączony jest przewodami hydraulicznymi z elektrozaworem oraz z pompą napędzaną silnikiem elektrycznym, znamienny tym, że tłok (6) cylindra hydraulicznego (5) wyposażony jest w tłoczysko dolne (7) połączone rozłącznie z drągiem (3) mieszadła (2) oraz tłoczysko górne (7a), na którego zewnętrznej końcówce zamocowane jest punktowe źródło światła (11) usytuowane w płaszczyźnie przechodzącej przez dwa wyłączniki krańcowe położone jeden nad drugim, wyłącznik dolny (13) wyposażony w fotoelement i wyłącznik górny (13a) wyposażony w fotoelement, przy czym dolny wyłącznik (13) zamocowany jest na wewnętrznym końcu dolnej pionowej listwy zębatej (14) napędzanej w górę i w dół dolnym silnikiem elektrycznym (16) za pośrednictwem dolnego kółka zębatego (15) zaś górny wyłącznik (13a) zamocowany jest na wewnętrznym końcu górnej pionowej listwy zębatej (14a) napędzanej w górę i w dół górnym silnikiem elektrycznym (16a) za pośrednictwem górnego kółka zębatego (15a), przy czym listwy zębate zamocowane są niezależne od siebie na wsporniku (17), przy czym silniki elektryczne (16, 16a) połączone są ze sterownikiem fotoelektrycznym (18) połączonym z pompą zasilającą (23). 2. Zespół napędu według zastrz. 1, znamienny tym, że punktowe źródło światła (11) stanowi żarówka z przesłoną szczelinową zaś jako wyłączniki krańcowe (1 3, 13a) wykorzystane są fototranzystory. 3. Zespół napędu według zastrz. 1, znamienny tym, że pompa zasilająca (23) ma postać wielotłoczkowej pompy z wychylną głowicą, która jest połączona z pionową listwą zębatą (26) napędzaną trzecim silnikiem elektrycznym (28) połączonym ze sterownikiem fotoelektrycznym (18). * * * Przedmiotem wynalazku jest zespół napędu hydraulicznego mieszadła wibracyjnego posuwisto-zwrotnego. Znane są mieszalniki, które mają zainstalowane w zbiorniku mieszadło wibracyjne pracujące w ruchu posuwisto -zwrotnym, którego tłoczysko połączone jest z układem korbowym, napędzanym silnikiem elektrycznym, za pośrednictwem wielostopniowej przekładni zębatej. W znanym z polskiego opisu patentowego Nr 166767 mieszalniku, drąg mieszadła posuwisto-zwrotnego zamocowany jest bezpośrednio do elementu posuwisto-zwrotnego silnika liniowego, usytuowanego nad mieszalnikiem. Znane mieszalniki przepływowe wyposażone są w przelewy rurowe usytuowane w pokrywie zbiornika. Takie usytuowanie przelewu wymaga pełnego napełnienia zbiornika, aby została zachowana przepływowość medium, co niekiedy jest niekorzystne w procesach mieszania wymagających zmiennych objętość medium, a zwłaszcza małych objętości. Znany z opisu patentowego Wielkiej Brytanii Nr 1407673 mieszalnik ma napęd hydrauliczny zawierający cylinder hydrauliczny wyposażony w tłok z jednym tłoczyskiem. Cylinder hydrauliczny usytuowany jest na zewnątrz mieszalnika w położeniu pionowym. Na tłoczysku osadzona jest krzywka przełączająca podczas ruchu tłoka zawory, doprowadzające płyn roboczy do cylindra, dzięki czemu tłoczysko wykonuje ruch posuwisto-zwrotny. Koniec tłoczyska siłownika połączony jest za pomocą poziomego pręta z końcówką tłoczyska mieszadła. Szybkość ruchu tłoka cylindra hydraulicznego regulowana jest zaworem przepływowym. W rozwiązaniu tym tarcza mieszadła ma stałe położenie względem dna zbiornika, co w przypadku smukłych zbiorników kolumnowych nie zapewnia dobrej jakości mieszania w całej objętości wsadu zbiornika. Podczas szybkiego ruchu tłoka, ze względu na
181 439 3 stosunkowo długie i wiotkie elementy napędu i mieszadła, mogą występować niekorzystne zjawiska drgań bocznych, a także w przypadku zbiorników o dużych średnicach mała sztywność konstrukcji pogłębia niekorzystne cechy zarówno ze względu na pracę urządzenia jak i na wyniki procesu mieszania. Znane są napędy hydrauliczne mieszadeł wibracyjnych pracujących w ruchu posuwisto-zwrotnym zawierające cylinder hydrauliczny jednostronnego działania lub dwustronnego działania, połączony przewodami hydraulicznymi z pompą zasilającą, napędzaną silnikiem elektrycznym, zbiornik oleju oraz zawór elektromagnetyczny sterujący dopływem i odpływem oleju do i z cylindra. Znane mieszalniki nadają się do wykorzystania w procesach mieszania o stałej charakterystyce, o stałej amplitudzie i częstotliwości drgań to jest o stałej intensywności mieszania i na ustawionej głębokości zanurzenia mieszadła w zbiorniku bez możliwości zmiany tych parametrów w cyklu mieszania. Według wynalazku, zespół napędu hydraulicznego mieszadła wibracyjnego posuwistozwrotnego składający się cylindra hydraulicznego połączonego przewodami hydraulicznymi z elektrozaworem oraz z pompą napędzaną silnikiem elektrycznym wyróżnia się tym, że tłok cylindra hydraulicznego wyposażony jest w tłoczysko dolne połączone rozłącznie z drągiem mieszadła oraz tłoczysko górne, na którego zewnętrznej końcówce zamocowane jest punktowe źródło światła usytuowane w płaszczyźnie przechodzącej przez dwa wyłączniki krańcowe położone jeden nad drugim, wyłącznik dolny wyposażony w fotoelement i wyłącznik górny wyposażony w fotoelement. Dolny wyłącznik zamocowany jest na wewnętrznym końcu dolnej pionowej listwy zębatej napędzanej w górę i w dół dolnym silnikiem elektrycznym, za pośrednictwem dolnego kółka zębatego. Górny wyłącznik zamocowany jest na wewnętrznym końcu górnej pionowej listwy zębatej napędzanej w górę i w dół górnym silnikiem elektrycznym, za pośrednictwem górnego kółka zębatego. Listwy zębate zamocowane są niezależne od siebie na wsporniku, zaś silniki elektryczne napędzające listwy zębate połączone są ze sterownikiem fotoelektrycznym połączonym z pompą zasilającą. Korzystnie sterownik fotoelektryczny połączony jest z urządzeniem do regulacji wydajności pompy wielotłoczkowej zawierającym pionową listwę zębatą połączoną z wychylną głowicą pompy i napędzaną trzecim silnikiem elektrycznym za pośrednictwem trzeciego kółka zębatego. Rozwiązanie według wynalazku zapewnia uzyskanie odpowiedniej do wymagań procesu technologicznego amplitudy i częstotliwości drgań mieszadła i ich płynną regulację w czasie trwania procesu, a także możliwość równoczesnej regulacji poziomu zanurzenia mieszadła i płynnej zmiany położenia mieszadła wzdłuż osi zbiornika. Ma to szczególnie ważne znaczenie. W procesach mieszania w mieszalnikach stosowanych w przemyśle farmaceutycznym przy produkcji szczepionek, w przemyśle spożywczym do wytwarzania emulsji witaminowych, w przemyśle chemicznym do wytwarzania past pigmentów oraz w procesach mikrobiologicznych i biochemicznych do prowadzenia procesów fermentacji aerobowej i wytwarzania roztworów protein, a także przy produkcji emulsji światłoczułych, wszędzie tam gdzie wymagany jest wysoki stopień jednorodności produktu. Rozwiązanie według wynalazku objaśnione jest bliżej w przykładzie realizacji i na rysunku, na którym przedstawiony jest mieszalnik z mieszadłem wibracyjnym posuwistozwrotnym, wyposażony w zespół napędu hydraulicznego. Zespół napędowy mieszadła wibracyjnego posuwisto-zwrotnego składa się z pionowego cylindra hydraulicznego 5 dwustronnego działania zawierającego tłok 6 z dwoma tłoczyskami dolnym tłoczyskiem 7 i górnym tłoczyskiem 7a. Dolne tłoczysko 7 połączone jest połączeniem gwintowym 8 z drągiem 3 mieszadła 2 umieszczonego w zbiorniku 1 mieszalnika wyposażonego w pokrywę 4. Na końcówkach nagwintowanych tłoczyska dolnego 7 i drąga 3 znajdują się przelotowe otwory 9, usytuowane w pobliżu gwintu. W otwory te wkładane są pręty przy rozłączaniu drąga i tłoczyska, a także służą one do ustalenia kątowego tarczy mieszadła względem sond pomiarowych zainstalowanych w zbiorniku. Na górnym tłoczysku 7a zamocowana jest obudowa 10 z osadzonym na niej źródłem światła punktowego 11, na przykład żarówką osłoniętą poziomą osłoną szczelinową. Obudowa 10 ma przelotowy otwór, w którym jest umieszczona pionowa prowadnica prętowa 12 zamocowana na pokrywie 4 zbiornika. Nad zbiornikiem 1, obok tłoczyska górnego 7a od strony jego górnego końca umieszczone s ą, jeden nad drugim, dwa wyłączniki krańcowe wyposażone w fotoelementy
4 181 439 na przykład w fototranzystory, wyłącznik krańcowy dolny 13 wyposażony w fototranzystor i wyłącznik krańcowy górny 13a wyposażony w fototranzystor. Fototranzystory zamocowane są na końcach pionowych, ruchomych listew zębatych, dolny fototranzystor na dolnej listwie 14, górny fototranzystor na górnej listwie 14a. Listwy zębate 14, 14a zazębione są z kółkami zębatymi 15, 15a, listwa dolna z kółkiem zębatym dolnym 15, listwa górna z górnym kółkiem zębatym 15a. Obydwa kółka zębate są osadzone na wałkach napędowych silników elektrycznych odpowiednio:- dolne kółko na wałku dolnego silnika elektrycznego 16, górne kółko na wałku górnego silnika elektrycznego 16a. Silniki 16 i 16a zamocowane są na pierwszym wsporniku 17 i są połączone ze sterownikiem fotoelektrycznym 18. Obydwa silniki sterowane są sterownikiem fotoelektrycznym 18. Na przewodach zasilających 20 cylindra hydraulicznego 5 zainstalowany jest dwustawny zawór elektromagnetyczny 19. Zawór elektromagnetyczny 19 połączony jest poprzez zawór redukcyjny 22 pierwszym przewodem hydraulicznym 21 z króćcem tłocznym pompy zasilającej 23, zaś drugim przewodem hydraulicznym 24 połączony jest ze zbiornikiem oleju 25, w którym jest zanurzona pompa 23. Pompa zasilająca 23 jest osiową pompą wielotłoczkową o zmiennej wydajności i jest napędzana czwartym silnikiem elektrycznym 23a połączonym ze sterownikiem fotoelektrycznym 18. Ruchoma głowica pompy połączona jest z trzecią pionową listwą zębatą 26, napędzaną trzecim silnikiem elektrycznym 28, połączonym ze sterownikiem fotoelektrycznym 18. Zmianę szybkości ruchu mieszadła, a więc zmianę częstotliwości jego drgań, realizuje się przez zmianę położenia trzeciej listwy zębatej 26, która zmienia położenie ruchomej głowicy pompy zasilającej 23 zmieniając wydajność pompowania. Stosownie do wymaganej amplitudy ruchu posuwistozwrotnego nastawia się odległość pomiędzy fototranzystorami dolnym i górnym. Odbywa się to przez przesuwanie listew zębatych 14 i 14a za pomocą kółek zębatych 15 i 15a napędzanych silnikami 16 i 16a. Wysokość zawieszenia mieszadła ponad dnem zbiornika ustawia się przez równoczesne podniesienie lub opuszczenie obydwóch fototranzystorów górnego i dolnego o jednakową wartość. Po uruchomieniu pompy zasilającej 23 olej tłoczony jest do zaworu elektromagnetycznego 19, a następnie na przykład do górnej komory cylindra 5 znajdującej się nad tłokiem 6, popychając tłok w dół, a wraz z nim obydwa tłoczyska, górne 7a z zamocowaną na nim żarówką 11 i dolne 7 z zamocowanym na nim drągiem 3 zakończonym mieszadłem 2. Równocześnie z komory dolnej, znajdującej się pod tłokiem 6 olej wypychany jest przez zawór elektromagnetyczny 19 do zbiornika oleju 25. Żarówka 11 ustawia się w położeniu skrajnym, naprzeciw dolnego fototranzystora i sygnał elektryczny, poprzez sterownik fotoelektryczny 18 przełącza zawór elektromagnetyczny 19 zmieniając kierunek ruchu tłoka 6, a wraz z nim kierunek ruchu tłoczysk i mieszadła. Mieszadło wykonuje ruchy posuwistozwrotne ze stałą lub zmienną amplitudą drgań, ze stałą lub zmienną częstotliwością, a także ze stałym lub zmiennym położeniem mieszadła w pionie, wzdłuż osi zbiornika, w zależności od wymogów technologii. Zastosowanie centralnego urządzenia sterującego w postaci sterownika fotoelektrycznego i sprzężonych z nim przekładni zębatkowych, zmieniających w sposób płynny ustawienie położenia wzajemnego fototranzystorów, a co za tym idzie płynnej zmiany amplitudy drgań mieszadła, płynnej zmiany poziomu wyjściowego zawieszenia mieszadła oraz płynnej regulacji częstotliwości wibracji mieszadła pozwala na automatyzację procesu mieszania i sterowania jego przebiegiem według zadanego programu wynikającego z technologii.
181 439 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.