ДИСПЕРГАТОР Российский патент 1999 года по МПК B01F7/10 

Изобретение относится к химическому машиностроению и может быть использовано для проведения процессов смешивания, эмульгирования, суспендирования и других физико-химических процессов в системах "жидкость-жидкость" и "жидкость-твердое тело".

Изобретение может быть использовано в химической, фармацевтической, строительной и других отраслях промышленности.

Известен типовой роторно-пульсационный аппарат (РПА), принятый за аналог. Аналог представляет собой РПА проточного типа, содержащий установленные на валу ротор и в корпусе - статор, выполненные в виде соосных перфорированных цилиндров, входной и выходной патрубки (Балабудкин М.А. Роторно- пульсационные аппараты в химико-фармацевтической промышленности. M.1983, с. 117).

РПА работает следующим образом: обрабатываемая среда по входному патрубку поступает во внутреннюю зону аппарата, а именно в ротор, и движется в нем от центра к перфорации цилиндров. Проходя через перфорацию вращающегося ротора и неподвижного статора, обрабатываемая среда подвергается механическому и гидродинамическому воздействию, в результате этого ее компоненты интенсивно диспергируются и перемешиваются, после чего обрабатываемый продукт отводится в технологическую систему.

Недостатком данного аппарата является низкая надежность. Износ поверхностей ротора и статора в процессе работы аппарата приводит к увеличению зазора между ними, в результате чего снижается механическое и гидродинамическое воздействие на обрабатываемую среду.

Известен РПА, относящийся к технике механической активации, а также к технике сухого и мокрого помола различных материалов (1338880, B 01 F 7/26, 7/10, 1987).

РАП содержит корпус, крышку корпуса, вал, установленные с чередованием статоры и роторы, каждые из которых имеют отверстия, корпус и вал снабжены втулками, взаимодействующими соответственно со статорами и роторами через шарообразные шпонки, при этом статоры и роторы установлены с возможностью осевого перемещения. Крышка корпуса снабжена упругим элементом для поджатия статоров и роторов.

Аппарат - аналог работает следующим образом. Продукт поступает на обработку в отверстия статоров и роторов через входной патрубок. Пройдя через отверстия статоров и роторов, готовый продукт отводится через кольцевой канал и отводной патрубок. Частицы продукта измельчаются за счет их среза, интенсивного вихреобразования, разнонаправленного поля окружных скоростей, кавитации и пульсации потока, которые обеспечиваются периодическим перекрытием и совмещением отверстий на вращающихся и неподвижных дисках, между которыми сохраняется нулевой зазор.

Недостатком аналога является низкая надежность вследствие низкой долговечности из-за интенсивного износа контактных поверхностей вращающихся и неподвижных дисков. Износ контактных поверхностей происходит от постоянного по величине усилия упругого элемента, поджимающего вращающиеся и неподвижные диски, а также ударного воздействия, появляющегося в результате пульсации (гидроудара) обрабатываемого потока, которое воспринимается торцовыми поверхностями дисков. Ударные нагрузки являются причиной усталостного разрушения поверхностей контакта, а также способствуют вытеснению жидкостей, что приводит к сухому трению.

Известен роторный аппарат, который по наибольшему количеству сходных признаков и принципу получения необходимого качества продукта принят за прототип (1435278, B 01 F 7/28, 1988).

Роторный аппарат содержит корпус и статор в виде сегментов с отверстиями в боковых стенках, патрубки для ввода и вывода готовой продукции из рабочей камеры корпуса. Гидродомкраты для прижатия сегментов статора к поверхности ротора снабжены патрубками для соединения гидродомкратов с напорными магистралями. Ротор выполнен с отверстиями в боковых стенках для прохода обрабатываемой жидкости.

Прототип работает следующим образом. Обрабатываемая среда поступает по напорным магистралям в ротор, под действием центробежных сил среда устремляется к отверстиям ротора и статора, через которые проходит в момент их совмещения. Обрабатываемая среда попадает в рабочую камеру и по патрубку выводится из аппарата. В момент перекрытия отверстий ротора в обрабатываемой среде, находящейся в роторе, создается большой по величине гидравлический удар.

Недостатком прототипа является низкая надежность, вследствие интенсивного износа контактных поверхностей ротора и сегментов статора под действием ударных нагрузок, создаваемых гидравлическим ударом.

Надо с большой силой прижимать сегменты к ротору, чтобы их не отбросило гидравлическим ударом и нулевой зазор обеспечивался во время всего процесса обработки.

Задачей изобретения является повышение надежности диспергатора путем исключения ударных нагрузок на контактных поверхностях.

Поставленная задача достигается тем, что у диспергатора, содержащего корпус с входным и выходным патрубками, и жестко закрепленное в нем статорное кольцо с прорезями, в котором на валу жестко закреплен ротор, снабженный подвижным в осевом направлении роторным кольцом с прорезями, удерживаемым от проворота штифтами, роторное кольцо с прорезями выполнено с цилиндрическим кольцевым выступом, образующим с торцовыми поверхностями роторного кольца и заднего покрывного диска ротора камеру, сообщающуюся с прорезями роторного кольца межлопостными каналами ротора.

Так как совокупность отличительных признаков предлагаемого изобретения не выявлена в известных в мире технических решениях, то оно соответствует критерию "новизна".

Выполнение диспергатора с отличительными признаками позволяет использовать прорези роторного кольца и камеру как сообщающиеся сосуды, в которых осевые усилия, возникающие в результате изменения гидродинамического состояния обрабатываемой среды, будут взаимно уравновешиваться, а следовательно, не образуется гидравлического удара. Осевые усилия замыкаются на роторное кольцо, разгружая контактные поверхности роторного и статорного колец, и не приводят к износу их контактных поверхностей.

Отличительные признаки обеспечивают совместно с общим достижением поставленной задачи, следовательно, они являются существенными.

Анализ известных технических решений в исследуемой области и в смежных областях (нефтехимической, фармацевтической, пищевой, целлюлозно-бумажной, лакокрасочной, строительной) позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с отличительными признаками изобретения, и признать свойства, проявляемые этими признаками, новыми, а следовательно, предлагаемое решение соответствующим критерию "изобретательского уровня".

На фиг. 1 изображен диспергатор в продольном разрезе. На фиг. 2 - вид по стрелке А-А на фиг. 1. На фиг. 3 - вид по стрелке Б-Б на фиг. 1.

Диспергатор содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками и спиральным отводом 4. В корпусе 1 расположен вал 5 и жестко закреплено с помощью болтов 6 статорное кольцо 7 с прорезями 8 и контактной поверхностью 9. На валу 5 с помощью резьбы жестко закреплен ротор 10, включающий лопасти 11, образующие межлопастные каналы 12, и торцевую поверхность заднего покрывного диска 13. На роторе 10 установлено с возможностью осевого перемещения роторное кольцо 14 с прорезями 15, включающее торцевую поверхность 16, контактную поверхность 17 и цилиндрический кольцевой выступ 18. Роторное кольцо 14 удерживается от проворота штифтами 19. Цилиндрический кольцевой выступ 18, торцевая поверхность 16 и торцевая поверхность заднего покрывного диска 13 образуют камеру 20. Камера 20 сообщается через межлопастные каналы 12 с прорезями 15, выполненными на роторном кольце 14.

Диспергатор работает следующим образом.

Обрабатываемая среда по входному патрубку 2 корпуса 1 поступает в ротор 10, в котором лопастями 11 нагнетается в прорези 15 и 8 роторного кольца 14 и статорного кольца 7. Периодическое перекрытие и совмещение прорезей 15 и 8 создает условия (гидравлический удар, раздавливание, срез, кавитация, вихреобразование, большие градиенты скоростей) для диспергирования частиц, входящих в состав обрабатываемой среды. Обработанная среда попадает в спиральный отвод 4 и через выходной патрубок 3 выводится их диспергатора.

Минимальный зазор между контактными поверхностями 9 и 17 статорного 7 и роторного 14 колец обеспечивается гидростатическим давлением обрабатываемой среды, которая заполняет камеру 20. Обрабатываемая среда давит на торцевую поверхность 16, прижимая роторное кольцо 14 к статорному кольцу 7. Камера 20 и прорези 15 сообщаются межлопастными каналами 12, образуя сообщающиеся сосуды. Гидродинамическое состояние обрабатываемой среды внутри ротора 10 определяет характер изменения осевых усилий, действующих на роторное кольцо 14. Осевые усилия, действующие на роторное кольцо 14 со стороны камеры 20 и роторных прорезей 15, взаимно уравновешиваются, так как направлены друг к другу. Это позволяет разгрузить контактные поверхности 9 и 17 статорного 7 и роторного 14 колец, что приведет к снижению износа этих поверхностей.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в повышении надежности и производительности за счет исключения ударных нагрузок.

Изобретение относится к химическому машиностроению и может быть использовано для проведения процессов смешивания, эмульгирования, суспендирования, гомогенизации и других физико-химических процессов в системах жидкость-жидкость и жидкость-твердое тело. Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности диспергатора путем исключения ударных нагрузок, действующих на контактные поверхности. Диспергатор содержит корпус с входным и выходным патрубками и жестко закрепленное в нем статорное кольцо с прорезями, в котором на валу жестко закреплен ротор, снабженный подвижным в осевом направлении роторным кольцом с прорезями, удерживаемым от проворота штифтами. Роторное кольцо с прорезями выполнено с цилиндрическим кольцевым выступом, образующим с торцевыми поверхностями роторного кольца и заднего покрывного диска ротора камеру, сообщающуюся с прорезями роторного кольца межлопастными каналами ротора. 3 ил.

Диспергатор, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и жестко закрепленным в нем статорным кольцом с прорезями, в котором на валу жестко закреплен ротор, снабженный подвижным в осевом направлении роторным кольцом с прорезями, удерживаемым от проворота штифтами, отличающийся тем, что роторное кольцо с прорезями выполнено с цилиндрическим кольцевым выступом, образующим с торцевыми поверхностями роторного кольца и заднего покрывного диска ротора камеру, сообщающуюся с прорезями роторного кольца межлопастными каналами ротора.