РОТОРНО-ПУЛЬСАЦИОННЫЙ АППАРАТ (РПА) Российский патент 2001 года по МПК B01F7/00 

Изобретение относится к смесительной технике и может быть использовано в химической, пищевой, фармацевтической, микробиологической, спиртовой промышленности для проведения процессов диспергирования, гомогенизации, пастеризации и стерилизации жидких сред, проведения звукохимических реакций.

Предшествующий уровень техники
Известно устройство (Авторское свидетельство СССР N 1479088, М.Кл.⁶ B 01 F 7/28, 7/00), содержащее корпус, внутри которого установлены с зазором между собой ротор и статор. На обращенных друг к другу поверхностях ротора и статора имеются турбулизирующие элементы. Статор установлен с зазором к корпусу. Аппарат снабжен средством для регулирования зазора между статором и ротором.

Однако это устройство недостаточно эффективно при обработке жидкотекучих сред.

Наиболее близким к заявленному является роторно-пульсационный аппарат, который содержит корпус, внутри которого установлены с зазором между собой ротор и симметрично к нему двухсторонний статор с турбулизирующими элементами на обращенных друг к другу поверхностях. При этом статор установлен с зазором к корпусу и имеет в центральной части по меньшей мере одну точку опоры, расположенную в области оси вращения ротора. Аппарат снабжен средством для регулирования зазоров между ротором и статором. Центральная часть статора может быть выполнена в виде конической или цилиндрической обечайки с окнами. Аппарат может быть снабжен дополнительными статорами с одной стороны ротора или с другой. Статоры могут быть выполнены с различной упругостью (Патент России N 2090253, М.Кл⁶ B 01 F 7/00, 1997 г.).

Это устройство имеют следующие недостатки.

При запуске и работе на переходных режимах в зазоры между корпусом и статором будет попадать и уплотняться под действием колебаний статора дисперсионная фаза, что имеет место при обработке, например, водно-зернового замеса. Указанное явление через 200 - 250 часов наработки отрицательно влияет на параметрические колебания статора. Кроме того, в процессе работы меняются характеристики колебательного процесса и падает эффективность.

В процессе работы указанных аппаратов, как уже указывалось выше, имеют место абразивный износ и кавитационное вымывание материалов ротора и статора, в том числе кромок турбулизирующих элементов, что ведет к увеличению зазоров между ротором и статором и отрицательно сказывается на результатах диспергирования. Наиболее сильно изнашиваются каналы и кромки турбулизирующих элементов ротора и статора, расположенные ближе к оси вращения ротора аппарата, что ограничивает ресурс, снижает показатели надежности роторно-пульсационного аппарата.

Раскрытие изобретения
Технической задачей изобретения является повышение эффективности процесса обработки жидкотекучих сред за счет повышения стабильности технологических характеристик получаемых продуктов-дисперсий. Техническая задача решается тем, что в роторно-пульсационном аппарате, содержащем корпус с входными и выходными патрубками, внутри которого установлены с зазором между собой ротор и симметрично к нему двухсторонний статор, с коаксиально выполненными между собой и осью вращения ротора аппарата турбулизирующими элементами на обращенных одна к другой рабочих поверхностях, при этом статор установлен с зазором к корпусу и аппарат снабжен средством регулирования зазоров между ротором и статором, предложено ротор выполнить из двух частей, разъемных по оси симметрии диаметрального сечения в плоскости вращения, при этом на смежных сторонах плоскостей разъема ротора выполнить кольцевые проточки, образующие резонансный объем, а в ободных частях этих плоскостей выполнить кольцевые канавки, образующие кольцевой торовый канал, в котором установлено упругодемпфирующее кольцо, в ступичной части ротора параллельно оси вращения выполнить каналы для прохода обрабатываемой среды и отверстия для взаимной фиксации разъемных частей ротора, причем радиус расположения осей отверстий фиксации меньше радиуса расположения осей каналов для прохода обрабатываемой среды.

Для дальнейшего повышения эффективности в радиальном зазоре между статором и корпусом установлены кольцевые щеточные уплотнения.

Для уменьшения кавитационного износа каналов и ближних от оси вращения ступеней турбулизирующих элементов ротор-статор на валу ротора роторно-пульсационного аппарата со стороны входного патрубка перед ротором установлена осевая ступень винтового насоса с числом заходов винтовых лопастей не менее двух. При этом следует отметить, что однозаходные винтовые насосы имеют низкий коэффициент заполнения шнека и способствуют возникновению явлений вакуумирования по входу и кавитации. Кроме указанных преимуществ, осевая ступень при вращении генерирует "языковую" частоту колебаний, которая в свою очередь способствует генерации акустических колебаний в резонансной полости ротора.

Турбулизирующие элементы ротора и статора в заявленном роторно-пульсационном аппарате могут быть выполнены в виде съемных колец с соответствующими прорезями. Указанное решение позволяет существенно увеличить ресурс работы РПА за счет перестановки местами полуроторов и отдельно статоров, а также за счет замены особо изношенных турбулизирующих элементов на кольцах. Кроме указанных возможностей, данное решение позволяет в широких пределах регулировать цилиндрическую жесткость роторов и статоров роторно-пульсационного аппарата при гораздо меньшей материалоемкости, чем в известных РПА.

В случае выполнения роторно-пульсационного аппарата в односторонней компоновке ротор-статор в радиальном зазоре между ротором и корпусом выполнено щеточное кольцевое уплотнение. Данное решение препятствует ухудшению акустических характеристик ротора за счет исключения попадания обрабатываемой среды в зазор между статором и корпусом.

Краткое описание чертежа
На чертеже изображен продольный разрез устройства по изобретению.

Лучший вариант осуществления изобретения
Устройство содержит входной патрубок 1, корпус 2 устройства, выходной патрубок 3, статор 4 устройства, турбулизирующие элементы 5 статора, ротор 6 устройства, турбулизирующие элементы 7 ротора, упругий элемент 8 ротора, щеточные уплотнения 9, каналы 10 ротора, отверстия 11 для стыковки роторов, осевую ступень 12 винтового насоса, резонансную полость 13 роторов, приводной вал 14.

Устройство работает следующим образом. Обрабатываемая в аппарате жидкотекучая среда поступает через входной патрубок 1, посредством осевой ступени винтового насоса 12, выполненного на приводном валу 14. Приводной вал 14 приводит во вращение ротор 6, при этом жидкотекучая среда после прохода через осевую ступень винтового насоса попадает в поле действия центробежных сил ротора 6 с турбулизирующими элементами 7 и одновременно через каналы 10 поступает в дальнюю от входа зону обработки. Далее жидкотекучая среда обрабатывается в зазорах между роторами 6 с турбулизирующими элементами 7 и статорами 4 с турбулизирующими элементами 5. При данной обработке на жидкотекучую среду воздействуют поля динамических давлений, сдвиговые усилия, акустические поля, кавитационные явления. При вращении вала 14 роторы 6, закрепленные между собой стыковыми элементами, установленными в отверстиях 12, под действием пульсаций динамического давления, начинают совершать колебания относительно друг друга. Под действием указанного динамического давления аналогичные колебания возникают в статорах 4. Каждый из роторов и статоров по отдельности совершают синфазные колебания, а смежными парами могут совершать синфазные колебания в одинаковой фазе или в противоположной. За счет указанных колебаний жидкотекучая среда подвергается дополнительной обработке высокой интенсивности. При этом упругий элемент 6 гасит противофазные колебания роторов и препятствует попаданию жидкотекучей среды в резонансную полость 13. В свою очередь резонансная полость 13 способствует интенсификации процессов колебания за счет резонирования акустических частот. Уплотнения 9 препятствуют попаданию обрабатываемой среды в зазоры между корпусом 2 и статором 4. Жидкотекучая среда, прошедшая обработку в аппарате, выходит из него через выходной патрубок 3. Указанные выше гидродинамические процессы в сочетании с акустическими колебаниями роторов и статоров существенно интенсифицируют процесс обработки жидкотекучих сред.

Промышленная применимость
Роторно-пульсационный аппарат выпускается в промышленном варианте и успешно используется в производственных условиях различных отраслей промышленности.

Роторно-пульсационный аппарат предназначен для смешения компонентов при проведении процессов диспергирования, гомогенизации, а также пастеризации и стерилизации жидких сред, проведения звукохимических реакций. Он содержит корпус, внутри которого с зазором установлены ротор и статор с турбулизирующими элементами на обращенных друг к другу поверхностях. Ротор выполнен из двух частей с возможностью разъема по оси симметрии диаметрального сечения в плоскости вращения. На смежных сторонах плоскостей стыковки кольцевые проточки образуют резонансный объем. В ободных частях смежных полостей половин ротора выполнены кольцевые канавки, образующие торовый канал, в котором установлено упругодемпфирующее кольцо. В радиальном зазоре между ротором и статором и корпусом установлены щеточные уплотнения. Турбулизирующие элементы выполнены в виде съемных колец с радиальными прорезями. В ступичной части ротора параллельно оси вращения имеются каналы для прохода обрабатываемой среды к дальней от входа в аппарат радиальной зоне ротор-статор. На валу ротора со стороны входного патрубка установлена дополнительная осевая ступень винтового насоса с числом захода винтовых лопастей не менее двух. Аппарат позволяет повысить эффективность процесса обработки жидкотекучих сред за счет повышения стабильности технологических характеристик получаемых продуктов-дисперсий. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Роторно-пульсационный аппарат, содержащий корпус с входными и выходными патрубками, внутри которого установлены с зазором между собой ротор и симметрично к нему двухсторонний статор, с коаксиально выполненными между собой и осью вращения ротора аппарата турбулизующими элементами на обращенных одна к другой рабочих поверхностях, при этом статор установлен с зазором к корпусу и аппарат снабжен средством регулирования зазоров между ротором и статором, отличающийся тем, что ротор выполнен из двух частей, разъемных по оси симметрии диаметрального сечения в плоскости вращения, при этом на смежных сторонах плоскостей разъема ротора выполнены кольцевые проточки, образующие резонансный объем, а в ободных частях этих плоскостей выполнены кольцевые канавки, образующие кольцевой торовый канал, в котором установлено упругодемпфирующее кольцо, в ступичной части ротора параллельно оси вращения выполнены каналы для прохода обрабатываемой среды и отверстия для взаимной фиксации наземных частей ротора, причем радиус расположения осей отверстий фиксации меньше радиуса расположения осей каналов для прохода обрабатываемой среды. 2. Роторно-пульсационный аппарат по п.1, отличающийся тем, что в радиальном зазоре между статором и корпусом установлены кольцевые щеточные уплотнения. 3. Роторно-пульсационный аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что на одном валу с ротором со стороны входного патрубка установлена осевая ступень винтового насоса с числом заходов винтовых лопастей не менее двух. 4. Роторно-пульсационный аппарат по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что турбулизирующие элементы ротора и статора выполнены в виде съемных колец с радиальными прорезями.