donstuAdvanced Engineering Research (Rostov-on-Don)Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don)2687-1653Don State Technical University10.12737/16072donstu-44Research ArticleMACHINE BUILDING AND MACHINE SCIENCEМАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕStructural synthesis of stirred tanks with swinging motion of impellersCтруктурный синтез перемешивающих устройств с возвратно-вращательным движением рабочих органовПриходькоАлександр АлександровичPrikhodkoAlexander A.sannic92@gmail.comСмелягинАнатолий ИгоревичSmelyaginAnatoly I.asmelyagin@yandex.ruКубанский государственный технологический университетРоссияKuban State Technological UniversityRussian Federation2015301220151546975Copyright © Prikhodko A.A., Smelyagin A.I., 20152015Приходько А.А., Смелягин А.И.Prikhodko A.A., Smelyagin A.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-donstu.ru/jour/article/view/44

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 continuous 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.

Целью данной работы является создание перемешивающих устройств с возвратно-вращательным движением рабочих органов, так как они отличаются от других современных аппаратов 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 контурами. 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 структурных схем могут быть разработаны и спроектированы высокоэффективные 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 конфигурируются по всему объему реактора, создавая рациональный тепломассообмен.

виброперемешиваниевозвратно-вращательные перемешивающие устройстваструктурный синтезструктурная математическая модельзвенокинематическая параисполнительный механизмvibromixingrotationally reciprocating stirred tanksstructural synthesisstructural mathematical modellinkkinematic pairactuatorReferencesБрагинский, 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 mixing: 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 practice. 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 Engineering 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, primenyaemykh 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. Federatsiya: 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 виброперемешивающих 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 mekhanizmov 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 виноматериалов / 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 виброперемешивающих 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 vibroperemeshivayushchikh 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. Федерация : 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 vozvratnovrashchatel'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).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.