НАСОС-ДИСПЕРГАТОР-СМЕСИТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК B01F7/00 

Изобретение относится к химическому и нефтяному машиностроению, в частности к технике насосостроения, диспергирования и смешения в поле упругих колебаний звукового и ультразвукового диапазонов частиц.

Изобретение может найти применение в области строительных материалов, в лакокрасочной промышленности, пищевой и других отраслях промышленности для проведения процессов с рабочими средами жидкость-жидкость и жидкость-твердое тело.

Известен насос-диспергатор-смеситель, содержащий корпус с технологическими штуцерами и вращающийся в нем дисковый ротор. Диски ротора содержат винтовые лопатки и размещены между стационарными перфорированными дисками [1].

Компоненты рабочей жидкости поступают в корпус по технологическим штуцерам. Винтовые лопатки измельчают и нагнетают компоненты в перфорацию стационарных дисков. Выходя из отверстий стационарных дисков, компоненты рабочей жидкости снова подвергаются дроблению, смешению и нагнетанию в следующую ступень и т.д.

Недостатками устройства являются непригодность для диспергирования высокоабразивных текучих сред большой вязкости (например, цементное тесто), низкая износостойкость и недостаточная производительность, т.к. спектр излучаемых частот находится в узком диапазоне и имеет низкую интенсивность. Перфорация в стационарных дисках вызывает упругие колебания звукового и ультразвукового диапазонов частот только при значительных давлениях рабочей среды и высоких скоростях потока, а винтовые лопатки не создают высоких давлений.

Известен также ультразвуковой размельчитель механических примесей в жидкости, содержащий пустотелую вертикальную ось, на которую насажены два диска: нижний и верхний. Верхний диск поджат грузом. Через пустотелую ось в зазор между верхним и нижним дисками подают рабочую жидкость с измельчаемым сырьем. Проходя по зазору, рабочая жидкость вызывает ультразвуковые колебания дисков, которые осуществляют сверхтонкое размельчение сырья. При изменении расхода рабочей жидкости пропорционально меняется величина зазора между дисками за счет поднятия-опускания груза, что позволяет иметь постоянное давление (около 0,2 МПа) рабочей жидкости в зазоре [2].

Недостатками размельчителя являются:
низкая производительность по сверхтонкому измельчению сырья из-за большой инерционности прижимного груза и низких скоростей рабочей жидкости в зазоре;
некачественное измельчение, обусловленное быстрым выносом твердых частиц из зазора потоком рабочей жидкости без разрушающего механического воздействия на них колеблющихся дисков;
плохая работоспособность в качестве смесителя из-за растекания рабочей жидкости по поверхности дисков без перемешивания ее слоев;
плохая гомогенизирующая способность из-за затруднительности выхода размельчителя на ультразвуковой режим;
обязательное наличие насоса, нагнетающего рабочую жидкость в зазор между дисками;
склонность к засорению, особенно при работе на жидкостях, содержащих волокнистые твердые компоненты, например растительную клетчатку.

Известен принятый в качестве прототипа диспергатор-смеситель, содержащий корпус с технологическими патрубками и конусообразное рабочее колесо, выполненное из набора разновеликих дисков с диаметрами, увеличивающимися по ходу движения смеси [3].

Недостатком устройства являются низкие производительность, надежность и качество смеси.

Целью изобретения является устранение отмеченных недостатков, то есть повышение производительности, надежности и качества смеси.

Поставленная цель достигается тем, что в насосе-диспергаторе-смесителе, состоящем из корпуса с технологическими патрубками и рабочего колеса, состоящего из набора разновеликих дисков с диаметрами, увеличивающимися по ходу движения, диски через один выполнены с вырезами, образующими винтовые каналы вдоль оси рабочего колеса.

Наличие на рабочем колесе индивидуальных дисков позволяет их быстро и дешево заменять в случае их поломок.

Выполнение дисков с лопатками позволяет снизить скорости вращения дисков, не снижая качества диспергирования. Разрушение твердых компонентов в рабочей жидкости будет происходить в основном не за счет среза и истирания (что есть у прототипа), а за счет среза, истирания и удара лопаток по частицам, а также за счет их раздавливания в зазорах между дисками (и лопатками) при их акустических колебаниях и действия пригруза, обусловленного градиентом давления.

Расположение каналов, образованных вырезами по винтовой линии позволяет:
работать на вязких и абразивных рабочих средах, т.к. лопатки формируют собой шнек;
иметь большую производительность, т.к. лопатки формируют собой ступень рабочего колеса;
иметь большое давление нагнетания, т.к. лопатки формируют собой центробежную ступень рабочего колеса.

Таким образом, рабочее колесо трения дискового типа превращается в осецентробежное колесо-излучатель ультразвуковых и звуковых колебаний, а его лопатки - в пластинчатые резонаторы широкой полосы частот.

На фиг.1 схематически изображен насос-диспергатор-смеситель в продольном разрезе; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг. 1.

Лопатки расположены по винтовой линии, на фиг.3 заштриховано.

Насос-диспергатор-смеситель состоит из корпуса 1 с технологическими патрубками 2 и 3 для подачи компонентов жидкой рабочей среды в корпус 1, патрубка 4 для отвода отработанного продукта из корпуса 1 и рабочего колеса 5, состоящего из пакета разновеликих индивидуальных дисков 6 с вырезами, образующими винтовые каналы вдоль оси рабочего колеса 5 и лопатки 7, и с осевым зазором 8 относительно друг друга. Длина лопаток 7 должна быть в пределах 7-10 их толщин, количество их на одном диске 6 рекомендуется не более четырех, т.к. в противном случае возможно забивание рабочего колеса, в частности, волокнистыми материалами. Осевой зазор 8 рекомендуется выполнять с помощью разновеликих дистанционных шайб 9 равной толщины. Диски 6 и дистанционные шайбы 9 крепятся на приводном валу рабочего колеса 5 известным способом, например с помощью глухой гайки 10.

Работа насоса-диспергатора-смесителя осуществляется следующим образом. Рабочая жидкость с твердыми или волокнистыми компонентами подается через входные патрубки 2 и/или 3 на вход в рабочее колесо 5. При вращении рабочего колеса 5 винтообразно расположенные на нем лопатки 7 образуют в совокупности осецентробежное шнекообразное рабочее колесо. Это дает насосу-диспергатору-смесителю возможность работать на вязких, абразивных и волокнистых жидких средах с большой производительностью и давлением на выходе. При этом лопатки 7 периодически изгибаются под действием перепада давления в сторону патрубков 2 и 3 и выпрямляются в обратную сторону под действием центробежных сил, а также совершают звуковые и ультразвуковые колебания под действием набегающего на них потока рабочей жидкости. При этом твердые компоненты рабочей жидкости подвергаются ударом лопаток 7, а частицы, попавшие в осевой зазор 8, подвергаются истиранию, срезу и раздавливанию в нем. Центробежные силы выносят частицы из осевого зазора 8 и пространства между шагами лопаток 7 на периферию в виде готового продукта, откуда он отводится через патрубок 4 под давлением нагнетания. В случае износа или поломок лопаток 7 осуществляется индивидуальная замена дисков 6.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в высоком его техническом уровне, в большой производительности, обусловленной интенсификацией процесса диспергирования и смешения за счет использования большого числа воздействующих эффектов (срез, раздавливание, истирание, удар, звуковые, ультразвуковые и кавитационные явления, турбулизация и повышенное давление), а также в отсутствии забивания рабочего колеса твердыми, в том числе волокнистыми, компонентами рабочей жидкости из-за постоянного колебания лопаток, что повышает надежность насоса-диспергатора-смесителя при работе.

Использование: в области строительных материалов, в лакокрасочной промышленности, пищевой и других отраслях промышленности для проведения процессов с рабочими средами жидкость-жидкость и жидкость - твердое тело. Насос-диспергатор-смеситель включает корпус 1 с технологическими патрубками 2 и 3 и рабочее колесо 5, состоящее из пакета дисков 6, установленных с осевым зазором 8 относительно друг друга. Диски через один выполнены с вырезами, образующими винтовые каналы вдоль оси рабочего колеса. 3 ил.

НАСОС-ДИСПЕРГАТОР-СМЕСИТЕЛЬ, содержащий корпус с технологическими патрубками и конусообразное рабочее колесо, выполненное из набора разновеликих дисков с диаметрами, увеличивающимися по ходу движения смеси, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, надежности и качества смеси, диски через один выполнены с вырезами, образующими винтовые каналы вдоль оси рабочего колеса.