РОТОРНЫЙ АППАРАТ ГИДРОУДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 1996 года по МПК B01F7/00 

Изобретение относится к помольно-смесительному оборудованию и может быть использовано для диспергирования (тонкого измельчения) и одновременного смешивания гомогенных и гетерогенных суспензий с применением двойных гидравлических ударов в различных отраслях промышленности.

Известен роторный аппарат гидроударного действия, содержащий корпус, внутри которого концентрично установлены ротор с каналами переменного сечения (дозвуковые сопла, сужающиеся к статору) и лопатками для создания центробежной силы и статор с отверстиями (щелями) в боковых стенках. Каналы в роторе расположены радиально, а лопатки расположены вокруг вала ротора, выпуклая поверхность которых направлена в сторону каналов ротора [1]
Такой аппарат не позволяет получать материал полифракционного состава (размер зерен материала преимущественно 10 мкм).

Наиболее близким является роторный аппарат гидроударного действия, содержащий корпус, внутри которого концентрично расположены ротор и статор. Ротор имеет радиальные каналы переменного сечения, образованные выступающими радиальными лопастями.

В статоре выполнены перемычки и отверстия (прорези) [2]
Радиальные каналы разделены дополнительно установленными лопастями, расположенными также радиально, но меньшими по высоте, образуя отводы.

Из-за периодичности перекрывания отводов, движение суспензии по каналам не прерывается, что увеличивает производительность кавитации.

Однако таким аппаратом не удается получать материал полифракционного состава (преобладает фракция 10 мкм).

Задачей заявляемого технического решения является разработка высокоэффективного аппарата, основанного на использовании двойного гидравлического удара для диспергирования (тонкого измельчения) твердых частиц в гидродинамическом потоке.

Технический результат, который может быть достигнут от использования изобретения, заключается в получении материала полифракционного состава.

Технический результат достигается тем, что в роторном аппарате гидроударного действия, содержащем корпус, внутри которого концентрично установлены ротор с каналами переменного сечения и лопастями и статор с отверстиями в боковых стенках, каналы и лопасти ротора выполнены плавноизогнутыми и расположены азимутально к оси аппарата. Каналы ротора между двумя соседними большими (выступающими) лопастями установлены ступенчато по нарастающей в сторону вогнутой поверхности большей лопасти.

Сущность изобретения заключается в интенсификации процесса диспергирования за счет сообщения твердым частицам гетерогенной суспензии высокой кинетической энергии, увеличения воздействия единичной мощности гидравлического удара на разрыв сплошности среды и увеличения коэффициента диффузии.

Заявляемая конструкция представляет собой нелинейную колебательную систему, которая создается совокупностью разновысотных каналов переменного сечения и лопастями, выполненными в течение ротора по окружности.

Выполнение каналов и лопастей плавноизогнутыми позволяет увеличить скорость гидродинамического потока и соответственно увеличить силу гидравлических ударов, равных или превышающих значение разрыва сплошности среды, т.е. происходит интенсивное измельчение за счет увеличения процесса диффузии и вскрытия зерен диспергируемого материала.

Азимутальное расположение каналов и лопастей относительно оси аппарата дает сложение сил радиального и тангенциального направления гидродинамического потока, что приводит к увеличению силы гидравлических ударов, т.е. повышается интенсивность измельчения материала.

Ступенчатость расположения каналов между двумя выступающими лопастями по нарастающей в сторону вогнутой поверхности выступающей лопасти представляет собой совокупность резонаторов, настpоенных на различную частоту свободного колебания частиц измельчаемого материала. В результате чего конечный материал имеет полифракционный зерновой состав (от 5 до 15 мкм).

Исследование уровня техники показало, что применение ступенчатого расположения каналов по нарастающей в сторону вогнутой поверхности выступающей лопасти является новым. Предложение имеет изобретательский уровень, т.к. данная совокупность отличительных признаков позволяет получить материал полифракционногоо зернового состава.

На фиг. 1 изображен общий вид роторного аппарата гидроударного действия в разрезе; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Роторный аппарат гидроударного действия содержит корпус 1, с входным 2 и выходным 3 патрубками. Внутри корпуса концентрично друг другу установлены ротор 4 и статор 5. Ротор имеет каналы переменного сечения 6, сужающиеся в сторону статора, образованные ступенчатыми (разновысотными) лопастями 7, и выступающими (большие) лопасти 8. Лопасти и каналы расположены по окружности ротора азимутально к оси 9 аппарата. В статоре выполнены отверстия 10, расширяющиеся в сторону корпуса 1.

Аппарат работает следующим образом.

Подготовленная однородная суспензия, например, состоящая из шлака и воды в соотношении 1:2, через входной патрубок 2 поступает в свободное пространство ротора 4. С помощью выступающих изогнутых лопастей 8 суспензия разгоняется и способствует лучшему распределению гетерогенного гидродинамического потока и каналах 6, настроенных на различную частоту колебаний частиц. По мере продвижения гидродинамического потока по каналам увеличивается его скорость на выходе из ротора. Во время перекрывания выходных отверстий каналов перемычками стенки статора 5 создается преграда, в результате чего происходит прямой гидравлический удар (первичный). Периодическое (с заданной частотой) повторяющее перекрывание каналов ротора перемычками статора создает высокоградиентные импульсы давления, амплитуда которых значительно усиливается в каналах 6. Возникающее давление через несжимаемую среду (жидкость) передается на твердые частицы измельчаемого материала.

Частоты вынужденных колебаний частиц различны и совпадают с соответствующей частотой разновысотных каналов, работающих как резонаторы, настроенные на разную частоту. Поэтому частицы, получая различное давление, разрушаются неодинаково.

После совмещения отверстий каналов ротора и отверстий 10 статора поток суспензии, получивший высокую кинетическую энергию в каналах резонаторах 6 ротора попадает в расширяющуюся часть отверстий 10 статора 5, где происходит резкое падение давления с повышением скорости частиц, в результате чего возникает гидродинамическая кавитация (вторичный гидроудар).

В процессе чередования первичных и вторичных гидроударов происходит вскрытие зерен измельченных частиц суспензии. Диспергированная суспензия из статора 5 поступает к выходному патрубку 3 корпуса 1 аппарата. Затем суспензия поступает на фильтры (на черт. не показаны).

Изобретение позволяет увеличить эффективность процесса диспергирования в 10 и более раз по сравнению с существующими роторными аппаратами, при одновременном получении материала различного фракционного состава (от 5 до 15 мкм).

Использование изобретения: диспергирование и одновременное смешивание гомогенных и гетерогенных суспензий с применением двойных ударов в различных отраслях промышленности. Сущность изобретения: аппарат содержит корпус 1, внутри которого концентрично установлены ротор 4 с каналами переменного сечения 6 и лопастями 7 и 8, и статор 5 с отверстиями 10 в боковых стенках. Для получения материала полифракционного состава каналы и лопасти ротора 4 выполнены плавноизогнутыми и расположены азимутально к оси аппарата. Причем каналы ротора между двумя выступающими лопастями 8 смонтированы ступенчато по нарастающей в сторону вогнутой поверхности лопасти 8. 2 ил.

Роторный аппарат гидроударного действия, содержащий корпус, внутри которого концентрично установлены ротор с каналами переменного сечения и лопастями и статор с отверстиями в боковых стенках, отличающийся тем, что каналы ротора выполнены плавноизогнутыми и расположены азимутально к оси ротора, при этом стенки каналов выполнены в виде резонаторов и размещены между лопастями ступенчато.