ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2006 года по МПК B01F15/06 B01F7/18 F28F5/04 

Технологическая установка относится к устройствам, рассчитаным для проведения различных процессов, например для термической обработки жидкой среды при ее перемешивании, и может найти широкое применение в химической и пищевой промышленности.

Известна технологическая установка, содержащая технологическую емкость с теплообменником (RU 2128687 от 10.04.99).

Недостатком известного устройства является узкая возможность применения.

Целью предлагаемого изобретения является расширение возможности применения устройства.

Эта цель достигается тем, что перемешивающее устройство выполнено в виде теплообменника, установленного в технологической емкости с возможностью вращения, кинематически связанного с его приводом, при этом канал для теплоносителя этого теплообменника не соединен с технологической емкостью. Привод может быть соединен с трубопроводом для носителя тепла или холода, при этом рабочая его полость соединена с полостью этого трубопровода, а ротор этого привода механически соединен с теплообменником.

Устройство поясняется следующими чертежами:

Фиг.1 - Принципиальная схема устройства.

Фиг.2 - Пример выполнения устройства.

Фиг.3 - Приводной узел.

Фиг.4 - Пример выполнения устройства.

Фиг.5 - Приводной узел.

Фиг.6 - Пример выполнения устройства.

Фиг.7 - Пример выполнения устройства.

Фиг.8 - Кинематическая схема привода.

Фиг.9 - Пример выполнения привода.

Фиг.10 - Пример выполнения привода, вид сверху.

Фиг.11 - Пример выполнения устройства.

Фиг.12 - Кинематическая схема перемешивающего узла.

Фиг.13 - Кинематическая схема технологической установки.

Фиг.14 - Лопастной теплообменник.

фиг.15 - Кинематическая схема приводного узла.

Фиг.16 - Кинематическая схема приводного узла.

Фиг.17 - Кинематическая схема дополнительной мешалки с приводом.

Технологическая установка содержит технологическую емкость 1, к которой подведен трубопровод 2 для газообразного или жидкого носителя тепла или холода, которым может быть пар, воздух, рассол, биоглюколь или вода. Трубопровод 2 соединен с неподвижной частью ступицы 3, подвижная часть которой соединена с подводящим патрубком 4, установленным на крышке технологической емкости 1 при помощи подшипников 4а с возможностью вращения, часть которого размещена в технологической емкости 1. Окончание патрубка 4 соединено с полой мешалкой 5, имеющей форму патрубка, который в свою очередь может иметь форму полой лопасти и которую можно назвать теплообменником. В данном примере полая мешалка 5 выполнена винтовой формы и в поперечном сечении может иметь определенный наклон к горизонтали. Нижняя часть мешалки 5 соединена с отводящим патрубком 6, который соединен с подвижной частью ступицы 7. Неподвижная часть ступицы 7 соединена с отводящим патрубком 8. На патрубке 4 может быть закреплена шестеренка 9, которая кинематически соединена с шестеренкой 10, установленной на валу 11 привода 12, например электродвигателя. К технологической емкости 1 подсоединены подающий трубопровод 13 и отводящий трубопровод 14 для подачи в нее полуфабриката и отвода из нее готового продукта. Патрубки 4 и 6 выполнены соосными и расположенными один под другим. Аналогично можно сказать, что крепежные части, в данном примере ступицы 3 и 7, перемешивающего теплообменника, в данном примере полой мешалки 5, выполнены соосными и расположены одна под другой (Фиг.1).

Трубопровод 2 может быть напрямую соединен с приводом 15, который может быть выполнен в виде гидропривода, пневмопривода или паропривода в зависимости от вида носителя тепла или холода. Подвижная часть 16 привода 15 соединена с патрубком 4, окончание которого может быть соединено с входом параллельно установленных полых лопастей 17 мешалки 5, а выход этих лопастей соединен с патрубком 6 (Фиг.2).

Привод 15 может содержать ротор 18, например, винтовой формы, установленный, например, непосредственно на части патрубка 4, расположенной внутри привода 15 и через отверстие в нижней части корпуса привода 15 выведено наружу с возможностью совместного вращения, заглушенной сверху, а под ротором 18 в нем выполнены проходные отверстия 19, соединяющие рабочую внутреннюю полость привода 15, в которой установлен ротор 18, с полостью патрубка 4. На заглушенной части патрубка 4 установлен шток 20, на котором запрессованы подшипники 21, внешнее кольцо которого запрессовано в обойме 22, которая распорками 23 закреплена на корпусе привода 15. Под ротором 18 на патрубке 4 установлена шайба 24, например приварена к нему, размещенная в пазе 25 с возможностью вращения, образованном нижней крышкой 26 привода 15 и кольцеобразной перегородкой 27, закрепленной на корпусе этого привода между ротором 18 и крышкой 26, в целом это соединение можно назвать подшипником скольжения. К верхней части привода 15 подсоединен трубопровод 20, полость которого соединена с рабочей полостью этого привода 15 (Фиг.3).

Привод 15 может быть установлен на нижней части технологической емкости 1 и его вход соединен с трубопроводом 6, а его выход соединен с патрубком 8, например, своей подвижной частью (Фиг.4).

Для последнего примера привод 15 может содержать накидную гайку 28, через которую во внутреннюю часть привода 15 проведен патрубок 6 с заглушенным окончанием, а в пазе 25, образованном накидной гайкой и корпусом 29 привода 15, размещен диск 24, закрепленный на патрубке 6, например приварен к нему, с возможностью вращения в этом пазе. Это соединение также можно назвать подшипником скольжения. Ротор 18 в данном примере может быть установлен на штоке 20, который приварен к заглушенному окончанию патрубка 6, а выход привода 15 соединен с трубопроводом 8, например, при помощи фланцев 30, приваренных к трубопроводу 8 и нижней части корпуса привода 15, в остальном конструкция привода 15 совпадает с предыдущим примером (Фиг.5).

Привод 15 может быть установлен на верхней части технологической емкости 1, а носитель тепла или холода может поступать в полую мешалку 5 снизу, т.е. к ступице 7 подсоединен подающий трубопровод 2, а выход привода 15 соединен с отводящим трубопроводом 8 (Фиг.6).

На трубопроводе 2 может быть установлена трехходовая запорная арматура 31, например трехходовой кран, аналогичная трехходовая запорная арматура установлена и на трубопроводе 8, один из выходов которого соединяет трубопровод 2 обводным патрубком 33 с трубопроводом 8. На обводном патрубке 33 установлены обратный клапан 34 и нагнетательное устройство 35, например компрессор или насос. Перед нагнетательным устройством 35 к обводному патрубку 33 может быть подсоединен подпитывающий трубопровод 36 для вспомогательной среды, например воды, пара или воздуха, который соединен с трубопроводом для носителя тепла или холода, например с трубопроводом 2 или трубопроводом 8, в данном случае через обводной патрубок 33. На трубопроводах 2, 8 и патрубке 33 могут быть установлена запорная арматура 37, например вентили. На трубопроводе 8 может быть установлен конденсатоотводчик 38, если в качестве теплоносителя, поступающего по трубопроводу 2 в перемешивающее устройство - полые лопасти 17 (Фиг.7), подается пар.

На Фиг.8 показана упрощенная кинематическая схема привода 15 с винтовым ротором 18.

Привод 15 может быть выполнен в виде шестеренчатого привода 39, по своей конструкции аналогично шестеренчатому насосу или шестеренчатому расходомеру. Вход привода 39 может быть связан с трубопроводом 2. В корпусе привода 39 установлены шестеренки 40 и 41. В корпусе привода 39 выполнены соосные отверстия 42 с уплотнением, например, подшипников и в шестеренке 41 выполнено отверстие, соосное отверстию 42, в котором запрессован патрубок 4 с возможностью совместного вращения с этой шестеренкой 41 и который проходит через отверстие 42, верхняя часть которого соединена патрубком 43 с выходом привода 39 через ступицу 44 (Фиг.9 и Фиг.10).

Привод 39 может быть установлен на верхней части технологической емкости 1, и трубопровод 2 подведен к перемешивающему устройству - к полым лопастям 17с нижней стороны технологической емкости 1. В этом примере на патрубке 4 запрессована шестеренка 41, установленная на входе привода 39, а патрубок 43 соединяет его выход через ступицу 44 со входом привода 39, на патрубке 4 перед входом привода 39 установлен фильтр 45, а выход этого привода соединен с трубопроводом 8 (Фиг.11).

Ротор 18 привода 15 может быть механически связан с валом 46, который установлен при помощи подшипника 47 на верхней крышке привода 15, например, они могут быть соединены друг с другом при помощи сварки. На вале 46 установлены сплошные лопасти 48, размещенные в технологической емкости 1, а рабочая полость привода 15 через отверстия 49 в его корпусе и патрубки 50 соединена с рубашкой 51, например паровой рубашкой, установленной на дне технологической емкости 1 и с которой соединены отводные трубопроводы 52 (Фиг.12).

Корпус мешалки 5, включая полые лопасти 17, может быть выполнен гофрированным, т.е. содержащим гофры 53, увеличивающие поверхность теплообмена и увеличивающие его прочность.

Технологическая установка работает следующим образом.

Носитель тепла или холода, например пар, поступает по трубопроводу 2, например, из котельной через ступицу 3 и патрубок 4 на полую мешалку 5, которую можно назвать вращающимся теплообменником, и, пройдя через нее, поступает через ступицу 7 на отводящий патрубок 8, который отводит его в дренаж или на вход производителя тепла, например паровой котел, или производитель холода, например компрессорная. Привод 12 через редуктор, например шестеренки 10 и 9, начинает вращать трубчатую мешалку 5, которая благодаря своей винтовой форме хорошо перемешивает и прогревает жидкую среду, находящуюся в технологической емкости 1.

Привод полой мешалки 5 может представлять собой составную часть канала, по которому проходит носитель тепла или холода, составными частями которого являются трубопровод 2, патрубок 4, мешалка 5, выполненная, например, в виде лопастей 17, патрубок 6, ступица 7, трубопровод 8. При таком выполнении привода 15 носитель тепла или холода, например жидкость, пар или воздух, по трубопроводу 2 поступая во внутреннюю часть корпуса привода 15, начинает вращать его ротор 18, например, винтовой формы, но так как он механически соединен с патрубком 4, то и этот патрубок начинает вращаться, а через него вращение передается и мешалке 5, кроме этого, через отверстия 19 носитель тепла или холода поступает в патрубок 4 и через него в полую мешалку 5, выполненную, например, в виде полых лопастей 17, и, пройдя ее через ступицу 7, поступает в отводящий трубопровод 8, таким образом происходит перемешивание обрабатываемой среды в технологической емкости 1 и ее прогрев.

Привод 15 может быть установлен в конце канала для носителя тепла или холода, например в нижней части технологической емкости 1. В этом примере на вход привода 15 через патрубок 6 поступает носитель тепла или холода, прошедший через полую мешалку 5, и аналогично предыдущему примеру начинает вращать патрубок 6, который механически связан с его ротором, который вращает выходящий носитель тепла или холода. Более подробно этот вариант рассмотрен в примере Фиг.5, в нем носитель тепла или холода поступает по патрубку 6 через отверстия 19 во внутрь привода 15, начинает вращать ротор 18, который начинает вращать в свою очередь патрубок 6, механически связанный с ним, и мешалку 5. Носитель тепла или холода, пройдя через корпус привода 15, поступает в отводящий трубопровод 8. Этот вариант исполнения технологической установки хорошо подходит для случая, когда используется в качестве носителя тепла пар.

Подающий трубопровод 2 может быть подведен к технологической емкости 1 снизу, тогда привод 15 может быть установлен в верхней части этой технологической емкости 1, в остальном принцип работы привода 15 совпадает с предыдущим вариантом его исполнения.

Для того чтобы можно было управлять мешалкой 5, например, выполненной в виде полых лопастей, без подачи носителя тепла или холода и регулировать ее температуру, а через нее и температуру жидкой среды в технологической емкости 1, не теряя напора среды перед приводом 15, вход и выход канала для носителя тепла или холода по отношению технологической емкости 1, в данном примере трубопровод 2 и трубопровод 8, соединены обводным патрубком 33. Нагнетательное устройство 35 заставляет циркулировать жидкую или газообразную среду, полностью или частично, по замкнутому каналу: трубопровод 2, ступица 7, патрубок 6, мешалка 5 или полые лопасти 17, патрубок 4, привод 15, трубопровод 8, обводной патрубок 33 и снова трубопровод 2, одновременно смешивая поступающий носитель тепла или холода с выходящим носителем тепла или холода, имеющие разную температуру. Если необходимость в температурном воздействии на среду, находящуюся в технологической емкости 1, отпадает, то можно вращать мешалку 5 приводом 15 при помощи среды, например воды, циркулирующей по замкнутому каналу, составляющие которого перечислены выше, а давление в нем будет стабилизироваться при помощи среды, например воды, поступающей по трубопроводу 36, а перед замкнутым каналом вентили 37 на трубопроводах 2 и 8 могут быть перекрыты.

Можно, не включая нагнетательное устройство, подавать среду, например воду, на привод 15 по трубопроводу 36 части обводного патрубка 33, через трубопровод 2 или 8, вращая мешалку 5.

При выполнении привода 15 в виде шестеренчатого привода 39 в одном случае носитель тепла или холода подается на его вход по трубопроводу 2, вращая шестеренки 40 и 41, при этом шестеренка 41 начинает вращать патрубок 4, с которым она механически соединена, и через него мешалку 5. С выхода привода 39 по патрубку 43 и через ступицу 44 носитель тепла или холода поступает в патрубок 4 и через него в мешалку 5 (Фиг.9).

В другом случае носитель тепла или холода, пройдя через мешалку 5, например лопасти 17, поступает в патрубок 6 и, пройдя через него и ступицу 44, поступает в патрубок 43, а через него поступает на вход привода 39 и, войдя в него, начинает вращать шестеренки 40 и 41, при этом шестеренка 41 начинает вращать патрубок 6, с которой он механически соединен, а вместе с ним и мешалку 5, лопасти 17 и выходит по патрубку 8 (Фиг.11).

При выполнении сплошной мешалки со сплошными лопастями носитель тепла или холода через привод 15, вращая его ротор 18, поступает в теплообменник 51 и выходит из него по трубопроводу 52. Ротор 18 вращает вал 46, с которым он механически соединен, а вместе с ним и лопасти 48. В данном варианте функции теплообмена со средой в технологической емкости 1 и ее перемешивания разделены, в отличие от предыдущих вариантов, между теплообменником 51 и мешалкой 48.

Ротор 18 привода 15 может быть соединен с валом 54, например приварен к нему, на котором установлена шестеренка 55, кинематически соединенная с шестеренкой 56, закрепленной на промежуточном валу 57, который установлен в направляющей 58. На противоположном конце вала 57 установлена шестеренка 59, кинематически соединенная с шестеренкой 60, установленной на патрубке 4, например запрессованной на нем. Патрубок 4, в данном примере, через ступицу 61 соединен с патрубком 62 с возможностью вращения относительно этого патрубка 62. Патрубок 62 соединен со входом привода 15, например приварен к его дну, полость этого патрубка 62 соединена с рабочей полостью привода 15. Таким образом, ротор 18 привода 15 кинематически или механически связан с патрубком 4, а через него с мешалкой 5 через зубчатую передачу или редуктор, в данном примере состоящей из шестеренок 55, 56, 59 и 60. Привод 15 может находится со стороны верхней крышки 63 технологической емкости 1, в самой емкости 1 или вне ее, или находится со стороны дна 64 технологической емкости 1, в самой емкости 1 или вне нее. Технологическая емкость 1 заполнена жидкой средой 65 для ее термической переработки. (Фиг.13)

На мешалке 5 могут быть установлены дополнительные лопасти 66, например приварены к ней, при этом поверхность этих лопастей может быть гофрированной, т.е. содержать гофры 67 (Фиг.14).

В технологической установке, кроме привода 15, может быть выполнен дополнительный привод 68, например электропривод, на валу 69 которого установлена шестеренка 70, соединенная с шестеренкой 71, установленной, например, на валу 54 (Фиг.15).

Дополнительный привод 68 может быть кинематически связан с мешалкой 5, например, через ее патрубок 7, на котором установлена шестеренка 72, соединенная с шестеренкой 70 (Фиг.16).

В технологической установке наряду с мешалкой 5 может быть выполнена дополнительная мешалка 73 закрепленная, например, при помощи сварки на полом валу 74, имеющем форму цилиндрической втулки, установленном в направляющих 75, например в герметизированных подшипниках скольжения, в которых вал 74 является составной подвижной частью, с возможностью вращения, при этом вал 74 расположен аксиально и соосно патрубку 2. На валу 74 установлена шестеренка 76, соединенная с шестеренкой 70 (Фиг.17).

В примере Фиг.13 устройство работает следующим образом.

Носитель тепла или холода проходит по патрубку 2, ступице 7, мешалке 5, патрубку 4, ступице 61, патрубку 62 и поступает под давлением в рабочую полость привода 15, вращая ротор 18. Вращение ротора 18 передается валу 54 с установленной на нем шестеренкой 55, которая через шестеренку 56, вал 57, шестеренку 59, шестеренку 60 начинает вращать патрубок 4 с мешалкой 5 и патрубком 6.

Лопасти 66 улучшают процесс перемешивания жидкой среды в технологической емкости 1, а гофры 67 улучшают процесс теплопередачи.

Вспомогательный привод 68 усиливает мощность привода 15, помогая ему через шестеренки 70, 71 или 72 вращать мешалку 5 или вращать ее при прекращении подачи в патрубок 2 носителя тепла или холода, а значит при прекращении работы привода 15.

Вспомогательная мешалка 73 под воздействием на нее своим вращающим моментом вала 69 вспомогательного привода 68 через шестеренки 70, 76 и вал 74, вращаясь, помогает перемешиванию жидкой среды 65. В этом примере мешалка 5 может меньше выполнять функции перемешивания и больше выполнять функции вращающегося теплообменника, каким она в сущности является во всех вышеизложенных примерах, и ее можно назвать теплообменной (Фиг.17).

Технологическая установка может быть использована в химической и пищевой промышленности для проведения различных процессов, например для термической обработки жидкой среды при ее перемешивании. Технологическая установка состоит из технологической емкости, к которой подведены трубопровод для подачи продукта в нее и трубопровод для отвода готового продукта из нее. В технологической установке выполнен теплообменник в виде полой мешалки, состоящей, например, из полых лопастей. К полой мешалке подведен через ступицу трубопровод для носителя тепла или холода, а от нее отходит трубопровод для отдавшей тепло или холод среды. Полая мешалка кинематически соединена с ее приводом. Привод мешалки может быть выполнен в виде составной части канала для носителя тепла или холода, рабочая полость этого привода связана с полостью канала для носителя тепла или холода, а его ротор механически соединен с этой мешалкой. Привод мешалки может располагаться со стороны верхней части технологической емкости или с нижней стороны. С целью возможности управления вращением мешалки без подачи на ее привод носителя тепла или холода подающий и отводящий трубопроводы для носителя тепла или холода соединены между собой обводным патрубком, на котором установлено нагнетательное устройство с подводом к нему трубопровода для вспомогательной среды. В отдельном случае рабочая полость привода мешалки может быть соединена со станционарным теплообменником, а его ротор механически соединен с валом сплошной мешалки. Установка позволяет эффективно выполнять функции перемешивания и теплообмена. 4 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Технологическая установка, содержащая технологическую емкость, трубопроводы для подачи продукта в нее и удаления его из нее, трубопровод для носителя тепла или холода, являющийся составной частью канала для носителя тепла или холода, соединенного с теплообменником, расположенным в технологической емкости, мешалку, механически связанную с ее приводом, отличающаяся тем, что привод мешалки является составной частью канала для носителя тепла или холода, его ротор механически связан с этой мешалкой, а его рабочая полость соединена с полостями составных частей канала для носителя тепла или холода, при этом носитель тепла или холода является приводной средой для этого привода.2. Технологическая установка по п.1, отличающаяся тем, что теплообменник выполнен в виде полой мешалки, являющейся составной частью канала для носителя тепла или холода и установлен в ней с возможностью вращения.3. Технологическая установка по п.1, отличающаяся тем, что привод связан со сплошной мешалкой, а его ротор соединен с этой мешалкой.4. Технологическая установка по п.1, отличающаяся тем, что подающий трубопровод и отводящий трубопровод для носителя тепла или холода соединены между собой обводным патрубком.5. Технологическая установка по п.1, отличающаяся тем, что трубопровод для тепла или холода соединен с трубопроводом для вспомогательной среды.