РОТОРНЫЙ АППАРАТ ГИДРОУДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 1997 года по МПК B01F7/00 

Изобретение относится к помольно-смесительному оборудованию и может быть использовано для диспергирования (тонкого измельчения) и одновременного смешения гомогенных и гетерогенных суспензий в строительной, химической, медицинской, пищевой, металлургической, стекольной, лакокрасочной, нефтеперерабатывающей, парфюмерной и других отраслях промышленности.

Известен роторный аппарат гидроударного действия, включающий установленные в корпусе статор и ротор. По периметру ротора размещены чередующиеся перемычки и прорези (каналы). Причем перемычки ротора выполнены заодно с лопатками, образуя лопасти первой и второй групп. Более короткие лопасти второй группы находятся между более длинными лопастями первой группы. При этом лопасти расширяются со знакопостоянной выпуклостью в сторону цилиндрической поверхности ротора, образуя прорези (каналы-сопла) (патент РФ, N 2019281, кл. B 01 F 7/00, 1992).

Недостатком такого аппарата несмотря на эффект создания в обрабатываемой среде акустического резонанса не только в объеме камеры озвучивания, но и в каналах ротора и статора, степень смешения различных составляющих обрабатываемой смеси недостаточно однородна (гомогенна).

Наиболее близким является роторный аппарат гидроударного действия, содержащий корпус, внутри которого концентрично установлены ротор с каналами переменного сечения (дозвуковыми соплами), сужающимися к статору и статор со щелями (отверстиями) в боковых стенках. Каналы ротора (дозвуковые сопла) по всему его периметру выполнены одинаковыми, т.е. одной конфигурации (патент, РФ N 1586759, кл. B 01 F 7/12, 1991) прототип.

Данный аппарат может быть использован в процессах диспергирования суспензий за счет гидроударов и кавитации, однако при эмульгировании на таком аппарате не удается получить материал однородного гомогенного состава.

Задачей изобретения является усовершенствование гидроударного аппарата применительно к лакокрасочной, нефтеперерабатывающей, парфюмерной и т.п. промышленностях.

Технический результат, который может быть достигнут от использования изобретения, заключается в повышении однородности (гомогенности) получаемого продукта (суспензии).

Технический результат достигается тем, что в роторном аппарате гидроударного действия, содержащем концентрично установленные внутри корпуса статор и ротор с каналами в боковых стенках в виде дозвуковых сопел, сужающихся в сторону статора, дозвуковые сопла выполнены различной конфигурации, попарно чередующиеся между собой. Одна группа дозвуковых сопел выполнена в виде каналов-сопел, плавно изогнутых и расширяющихся в сторону вала ротора. Другая группа дозвуковых сопел выполнена в виде каналов-конфузоров, одна из стенок которых в 1,25 1,45 раза длиннее противоположной. Кроме того, поперечное сечение средней части канала-сопла составляет 0,65 0,85 от поперечного сечения средней части канала-конфузора.

Сущность изобретения заключается в интенсификации процесса гомогенизации обрабатываемой в данном аппарате гидродинамической среды посредством объединения (суммирования) гидроударного, турбулентного, кавитационного и механического воздействий на частицы обрабатываемой гидродинамической среды.

Выполнение каналов различной конфигурации в виде каналов-сопел и каналов-конфузоров обеспечивает разную скорость потокам обрабатываемой среды на выходе из ротора. В каналах-соплах, представляющих собой плавно изогнутые и расширяющиеся в сторону вала ротора, обрабатываемая среда измельчается в основном за счет гидроударов и столкновения частиц (механическое воздействие) обрабатываемой среды друг с другом. В каналах конфузорах, представляющих собой также дозвуковое сопло, но стенки которого имеют вогнутые поверхности, скорость гидродинамического потока на среднем их участке падает, образуя турбулентный поток, и частицы перемешиваются друг с другом за счет образующихся на этом участке завихрений. Затем на выходе из ротора происходит дополнительное перемешивание за счет столкновения разноскоростных потоков, выходящих из каналов-сопел и каналов-конфузоров.

Выполнение каналов-сопел плавно изогнутыми и расширяющимися в сторону вала ротора обеспечивает ускорение гидродинамического потока (обрабатываемой среды) до дозвуковой или звуковой скорости. При перекрывании потока на выходе из канала-сопла возникает импульс давления, превышающий значение разрыва сплошности среды. В результате чего материал измельчается преимущественно до однородного гомогенного состава. Кроме того, плавная изогнутость стенок способствует свободному течению гидродинамического потока по каналу-соплу, т.е. улучшает гидродинамические показатели.

Выполнение одной из стенок канала-конфузора в 1,25 1,45 раза длиннее, а соответственно и более выпуклой, обеспечивает на этом участке повышение турбулентности потока, за счет образования завихрений происходит более тщательное перемешивание составляющих (частиц) обрабатываемой среды. Если данная стенка будет менее 1,25 противоположной ей меньшей стенки, то на этом участке не будет наблюдаться необходимой турбулентности, поток будет двигаться аналогично движению потока в канале-сопле. При превышении значения более, чем в 1,45 раза по сравнению с противоположной короткой стенкой, скорость потока заметно падает из-за резкого возрастания завихрений на выгнутом участке канала-конфузора, что ухудшит гидродинамические показатели потока.

Выполнение средней части канала-сопла, равной 0,65 0,85 поперечного сечения средней части канала-конфузора, обеспечивает оптимальную турбулентность гидродинамическому потоку. Если поперечное сечение канала-сопла будет меньше 0,65 поперечного сечения канала-конфузора, то не наблюдается необходимой турбулентности процесса, а выполнение канала-сопла в средней его части большим 0,85 поперечного сечения канала-конфузора в средней его части резко замедлит скорость потока, в результате чего падает эффективность процесса.

На фиг. 1 изображен общий вид роторного аппарата гидроударного действия в разрезе; на фиг. 2 сегмент ротора и статора, разрез А-А на фиг. 1.

Роторный аппарат гидроударного действия содержит корпус 1, ротор 2 и статор 3. В роторе последовательно установлены каналы-сопла 4 и каналы-конфузоры 5, разделенные перемычками 6. В роторе находится вал 7 с установленными на нем разгонными лопатками 8. Статор имеет каналы 9, образованные перемычками 10. Каналы статора расширяются в сторону корпуса 1.

Аппарат работает следующим образом.

Подготовленная обрабатываемая среда (например, вода-масло в соотношении 2 1) через входной патрубок (на чертеже не показан) корпуса 1 подается с помощью разгонных лопаток 8, укрепленных на валу 7 ротора 2 в каналы-сопла 4 и каналы-конфузоры 5, настроенных на различную частоту колебаний частиц (составляющих) обрабатываемой гидродинамической среды. По мере продвижения обрабатываемой среды по каналам-соплам 4 поток обрабатываемой среды разгоняется и на выходе из ротора имеет звуковую скорость, а по мере продвижения среды по каналам-конфузорам 5 разогнанный лопатками 8 поток в их широкой части первоначально теряет скорость. В результате выполнения одной из стенок канала-конфузора более длинной и более вогнутой усиливается турбулентность потока. За счет образующихся на этом участке завихрений происходит более тщательное перемешивание частиц воды с частицами масла, а также проникновение их друг в друга.

Во время перекрывания выходных отверстий каналов-сопел и каналов-конфузоров перемычками 10 статора 3 создается преграда. Происходит резкое повышение давления прямой гидроудар. Периодически повторяемые гидроудары создают высокоградиентные импульсы давления, амплитуда которых неодинаково усиливается в каналах-соплах и каналах-конфузорах. В каналах-конфузорах усиливается турбулентность потока за счет их конфигурации, а каналах-соплах происходит тщательное перемешивание воды с маслом путем соударения частиц друг с другом за счет периодически действующих на поток гидроударов, прерывающих поток, двигающийся с дозвуковой или звуковой скоростью. В каналах-конфузорах наряду с вбиванием одной жидкости в другую (масла в воду) так же, как и в каналах-соплах за счет периодически действующих гидроударов происходит дополнительное механическое перемешивание за счет повышения турбулентности в этих каналах. Полученное давление в обеих каналах (сопле и конфузоре) через несжимаемую среду воду передается на масло, дробя его на мельчайшие частицы, которые за счет увеличения турбулентности потока и гидроударов перемешиваются с водой до гомогенного состава. При совмещении каналов-сопел 4 и каналов-конфузоров 5 с каналами 9 статора происходит снятие преграды и разноскоростные потоки поступают в каналы 9 статора, где образуется зона гидродинамической кавитации, т. е. происходит дополнительное перемешивание масла с водой за счет кавитации и разных скоростей потоков. Готовый продукт подается на выход из роторного аппарата.

Свойства готового продукта приведены в таблице.

Как видно из таблицы, изобретение (примеры 1 3) позволяет по сравнению с прототипом (пример 4) повысить гомогенность готового продукта на 26 34% и увеличить в 2 раза срок хранения эмульсии (готового продукта).

Сущность изобретения: роторный аппарат гидроударного действия, содержит корпус, внутри которого концентрично установлены статор и ротор с каналами в виде дозвуковых сопел, сужающимися в сторону статора. Дозвуковые сопла выполнены в виде последовательно чередующихся друг с другом каналов-сопел и каналов конфузоров. Каналы сопла выполнены плавно изогнутыми и расширяющимися в сторону вала ротора. Одна из стенок каналов-конфузоров в 1,25 - 1,45 раза длиннее противоположной. Поперечное сечение средней части канала-сопла составляет 0,65 -0,85 от поперечного сечения средней части канала-диффузора. 2 ил. 1 табл.

Роторный аппарат гидроударного действия, содержащий корпус, внутри которого концентрично установлены статор и ротор с каналами в виде дозвуковых сопел, сужающимися в сторону статора, отличающийся тем, что дозвуковые сопла выполнены в виде последовательно чередующихся друг с другом каналов-сопел и каналов-конфузоров, причем каналы-сопла выполнены плавно изогнутыми и расширяющимися в сторону вала ротора, а одна из стенок каналов-конфузоров в 1,25 1,45 раза длиннее противоположной, кроме того, поперечное сечение средней части канала-сопла составляет 0,65 0,85 от поперечного сечения средней части канала-конфузора.