СПОСОБ, УСТРОЙСТВО И РОТОР ДЛЯ ГОМОГЕНИЗАЦИИ СРЕДЫ Российский патент 2009 года по МПК B01F7/00 

Настоящее изобретение относится к способу, устройству и ротору для гомогенизации среды. Изобретение может использоваться во всех отраслях промышленности, где необходима только гомогенизация среды или смешивание, по меньшей мере, двух текучих сред. Предпочтительное применение изобретение может найти в целлюлозно-бумажной промышленности, где различные химикаты должны смешиваться с волокнистой суспензией.

Далее, в качестве примера известного способа смешивания одной текучей среды с другой, будет рассмотрено смесительное устройство по предшествующему уровню техники, используемое в целлюлозно-бумажной промышленности. Однако необходимо понимать, что, несмотря на то, что только смесительные устройства, используемые в целлюлозно-бумажной промышленности, будут рассмотрены, это не ограничивает объема настоящего изобретения только данной отраслью промышленности.

Широко используемый пример смесительного устройства для смешивания химикатов и целлюлозы был рассмотрен в патентном документе USA 5279709, в котором раскрыт способ обработки волокнистой суспензии, имеющей концентрацию 5-25%, в устройстве, находящемся в трубопроводе для волокнистой суспензии. Устройство содержит камеру, ось которой совпадает с направлением течения указанной волокнистой суспензии, входную часть для подвода волокнистой суспензии и выходную часть для отвода волокнистой суспензии, ось которых находится на одной прямой с указанной осью камеры, и разжижающий ротор, ось вращения которого направлена перпендикулярно указанному направлению течения и который расположен внутри указанной камеры и вращается внутри нее. Ротор содержит лопатки, каждая лопатка имеет ближний и дальний концы, и указанные лопатки отклонены от ближнего конца и расположены на расстоянии от оси вращения вдоль ее осевой длины. Способ включает подачу суспензии от трубопровода волокнистой суспензии через входную часть в камеру, ввод химикатов в волокнистую суспензию выше по потоку от разжижающего ротора, вращение разжижающего ротора внутри камеры, такое, чтобы сформировать открытый центр, ограниченный поверхностью вращения, и воздействие на суспензию, перемещающуюся по направлению к указанной выходной части, поля сдвигающих сил, достаточного для разжижения суспензии и равномерного смешивания химикатов с указанной суспензией, чтобы суспензия была текучей, проход суспензии через открытый центр ротора и выгрузку суспензии из камеры через выходную часть для отвода суспензии.

Вышеописанное смесительное устройство раскрывается, например, в патентных документах USA 5575559 и USA 5918978.

Все рассмотренные выше смесительные устройства имеют несколько общих признаков. Ротор вводится в смесительную камеру в направлении, перпендикулярном оси течения через смесительную камеру. Ротор сформирован из лопаток пальцевидной формы, которые оставляют центр ротора открытым. Вал ротора и лопатки ротора расположены так, что смесительная камера с установленным ротором образует несимметричное пространство, в котором турбулентность, создаваемая посредством ротора, не является оптимальной. В результате смешение химикатов с волокнистой суспензией получается неравномерным. В отдельных зонах смесительного устройства степень турбулентности выше, что приводит к более равномерному смешиванию, чем в зонах, где степень турбулентности ниже.

Есть еще одно смесительное устройство, в котором использовалась конструкция с поперечным ротором. Данное смесительное устройство было рассмотрено в патентном документе EP-B2-0606250. Такое смесительное устройство, предназначенное для примешивания обрабатывающего агента к целлюлозной суспензии, имеющей концентрацию 10-25%, содержит цилиндрический корпус со смесительной камерой, ограниченной между внутренней стенкой цилиндрического корпуса и корпусом установленного несимметрично по существу цилиндрического ротора, на поверхности корпуса которого имеются перемешивающие элементы, впускное отверстие в цилиндрическом корпусе для подачи целлюлозы в смесительную камеру, впускное отверстие в цилиндрическом корпусе для подачи обрабатывающего агента в смесительную камеру и выпускное отверстие для вывода смеси целлюлозы и обрабатывающего агента, зона смешивания в цилиндрическом корпусе имеет неподвижные перемешивающие элементы, между смешивающими элементами ротора и неподвижными перемешивающими элементами сформирован зазор. Смесительная камера и зона смешивания имеют ширину, соответствующую осевой длине ротора. Неподвижные перемешивающие элементы расположены на участке в пределах угла 15-180° внутренней стенки цилиндрического корпуса. Впускное отверстие для целлюлозной массы и впускное отверстие для обрабатывающего агента проходят вдоль всей ширины смесительной камеры, чтобы целлюлоза и обрабатывающий агент вводились каждый правильными тонкими слоями. Впускное отверстие для обрабатывающего агента присоединено к смесительной камере по ее окружности перед зоной смешивания. Выпускное отверстие проходит вдоль всей ширины смесительной камеры, и непосредственно после выпускного отверстия формируется цилиндрическая поверхность, чтобы воспрепятствовать течению целлюлозы обратно мимо ротора. Другими словами, смесительное устройство согласно данному патентному документу имеет закрытый цилиндрический ротор с монолитными перемешивающими элементами на его поверхности. Цилиндрический ротор расположен в цилиндрической смесительной камере. Основной идеей в данном патентном документе является подача целлюлозы и химиката в виде тонких слоев в зону смешивания между ротором и стенкой камеры и смешивание их там.

Однако на практике было выявлено, что смешивание в узкой щели между ротором и смесительной камерой является не очень эффективным. Также было выявлено, что потребление энергии смесительными устройствами данного типа является высоким, сравнивая, например, со смесительным устройством, рассмотренным в патентном документе USA 5279709, упомянутым первым.

По меньшей мере, некоторые из проблем смесительных устройств по предшествующему уровню техники и гомогенизирующих устройств, под которыми понимаются устройства, в которых в среде создается такая турбулентность, что однородность среды улучшается независимо от того, необходимо ли смешать с первой средой другую среду или необходимо только улучшить однородность первой среды, решены посредством настоящего изобретения, существенным признаком которого является циркуляционное движение среды одновременно и в радиальном, и в осевом направлениях в смесительной камере. Предпочтительно циркуляционное движение среды должно быть симметричным относительно осевой линии смесительной камеры.

Другим предпочтительным, но не необходимым, существенным признаком настоящего изобретения является симметричность смесительной камеры и/или ротора относительно осевой линии смесительной камеры.

Еще один предпочтительный признак изобретения состоит в том, что центр смешивающего ротора, по меньшей мере, частично закрыт, так что предотвращаются прямое течение через ротор и скопление газа в центре ротора.

Другие отличительные признаки изобретения рассмотрены в формуле изобретения.

Способ, устройство и ротор по настоящему изобретению будут описаны более подробно далее со ссылкой на различные варианты осуществления настоящего изобретения и прилагаемые чертежи, на которых представлено следующее.

Фиг.1 - смесительное устройство по предшествующему уровню техники в разрезе, рассмотренное подробно в патентном документе US 5279709 A.

Фиг.2а - схематический разрез по оси первого предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2b - вид в перспективе в косой проекции ротора согласно первому предпочтительному варианту осуществления, показанному на фиг.2а.

Фиг.3 - схематический разрез по оси второго предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг.4 - схематический разрез предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения по линии А-А на фиг.2а.

Фиг.5 - схематический разрез другого предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения, выполненного таким же образом, как и разрез, показанный на фиг.4.

На фиг.1 изображено смесительное устройство по предшествующему уровню техники, рассмотренное подробно в патентном документе US 5279709 A. Смесительное устройство 10 содержит, в общем, камеру 13, по существу цилиндрической или иногда почти сферической формы, имеющую входную часть 14, соединенную с впускной трубой 11, и выходную часть 15, соединенную с выпускной трубой 12. Входная часть 14 камеры 13 имеет впускное отверстие 23 (изображенное в виде пунктирной окружности) для химикатов, через данное отверстие химикаты, например отбеливающие химикаты, могут быть предварительно добавлены в поток целлюлозы перед смешиванием. Отверстие для химикатов может, однако, быть расположено почти в любом месте смесительной камеры выше по потоку. Выходная часть 15 имеет дроссельный регулятор 16, т.е. участок, имеющий диаметр, меньший, чем диаметры камеры 13 и выпускной трубы 12. По существу радиальный вал 21 проходит наружу через стенку камеры 13, и разжижающий элемент 22 закреплен на другом конце вала 21 внутри камеры 13. Хотя положение вала 21, показанное на фиг.1, по существу радиальное или перпендикулярное направлению потока или оси камеры 13, положение вала 21 может также отклоняться от этого перпендикулярного положения на величину до приблизительно 30°. Разжижающим элементом является ротор, имеющий ряд по существу аксиально расположенных лопаток. Указанные лопатки предпочтительно выполнены из вытянутых стальных пластин, имеющих прямоугольный профиль поперечного сечения и имеющих в радиальном направлении внутренний и внешний края. Лопатки могут, однако, иметь любую подходящую форму, удовлетворяющую условию, что центр ротора будет открыт. Лопатки расположены так, что их внутренние края находятся на расстоянии от оси ротора и центр ротора остается открытым, тем самым позволяя волокнистой массе протекать через центр указанного ротора, в результате чего сам ротор оказывает настолько малое сопротивление течению, насколько возможно. Лопатки могут быть или прямыми или несколько дугообразными, тем самым формируя во время их вращения огибающую поверхность цилиндрической, сферической или бочкообразной формы. Предпочтительно ротор имеет более чем две лопатки, так что всегда, даже когда вращение ротора по различным причинам останавливается, по меньшей мере, одна из лопаток создает турбулентность в волокнистой массе. Другими словами, формирование полностью открытого пространства между вращающимися лопатками и сквозь ротор предотвращается. Однако ротор, в то же время, позволяет потоку суспензии проходить мимо лопаток и тем самым пройти через ротор.

Устройство работает таким образом, что поток волокнистой суспензии, например, от разжижающего центробежного насоса вводится в камеру 13 через входную часть 14, и одновременно химикаты подаются через отверстие 24, выходящее или непосредственно в смесительную камеру или где-либо выше по потоку в волокнистую суспензию. Разжижающий элемент, т.е. ротор, быстро вращаясь, заставляет волокнистую суспензию разбиваться на частицы малого размера, в результате чего химикаты смешиваются с суспензией.

На фиг.2а показан схематический разрез предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения. Гомогенизирующее устройство 30, которое далее называется для простоты смесительным устройством, содержит корпус 32, внутреннее пространство которого называется гомогенизирующей камерой или смесительной камерой, с входным каналом 34, имеющим входное отверстие 340, в указанную гомогенизирующую или смесительную камеру и выходным каналом 36, имеющим выходное отверстие 360, из гомогенизирующей или смесительной камеры, и ротор 38, расположенный перпендикулярно направлению потока от входного отверстия 340 к выходному отверстию 360. Корпус 32, в данном варианте осуществления изобретения, предпочтительно имеет по существу цилиндрическую форму, так что ось A_R ротора 38 расположена, по меньшей мере, по существу параллельно оси A_H корпуса 32. Еще ось A_R ротора может совпадать, как показано на фиг.2а, с осью A_H корпуса, т.е. гомогенизирующей камеры, или ротор может быть размещен эксцентрично относительно корпуса. Корпус далее имеет две торцевые крышки 40 и 42. Торцевая крышка 40 включает по существу центральное отверстие для вала 44 ротора 38, имеющее необходимое уплотнение, и возможно также включает опоры для вала 44. Противоположный конец корпуса 32 имеет другую торцевую крышку 42, которая, согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, представляет собой монолитную по существу круглую пластину. Однако торцевая крышка 42 может иметь любую форму, требуемую для закрывания другого конца корпуса 32. Для обеспечения обслуживания и ремонта устройства, по меньшей мере, торцевая крышка 40, включающая отверстие для вала 44, является съемной, т.е. прикрепляется к корпусу 32 посредством, например, болтов или винтов. Чтобы удовлетворить требованиям симметрии, поверхности торцевой крышки 40, 42, обращенные друг к другу, предпочтительно одинаковы. Они могут представлять собой или гладкие пластины, или же они могут иметь элементы, способствующие турбулентности, такие как канавки или ребра, или пальцы, или лопатки, при условии, что элементы будут по существу одинаковыми на обеих противоположных поверхностях.

По существу цилиндрическая стенка корпуса 32 имеет входное отверстие 340 и выходное отверстие 360, как пояснено выше. И входное, и выходное отверстия предпочтительно имеют такую форму, что они оба имеют центр и ось симметрии, которые расположены по существу в одной плоскости. Данная плоскость симметрии, так называемая осевая плоскость CL_P, проходит вдоль осевой линии корпуса, перпендикулярно оси A_H корпуса. Осевая плоскость отверстий совпадает с осевой плоскостью корпуса, которая находится на равном расстоянии от торцевых крышек 40 и 42. Однако необходимо понимать, что если, например, вследствие особенностей изготовления или других соответствующих причин линия, проходящая через центры входного и выходного отверстий, неточно совпадает с осевой линией корпуса, но она все еще достаточно близка к ней или она не совсем перпендикулярна оси A_H корпуса, но работа ротора и отверстий при этом приводит к по существу симметричным полям турбулентности внутри корпуса, расположение отверстий нужно рассматривать как удовлетворяющее требованиям данного изобретения.

Ротор 38 имеет вал 44, проходящий через корпус 32 смесительного устройства, так что конец 46 вала 44 находится на небольшом расстоянии от торцевой крышки 42. Расстояние от внутренней поверхности торцевой крышки до торца вала составляет порядка нескольких миллиметров, предпочтительно 1-5 мм. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения вал 44 идет от одного конца корпуса 32 до второго конца корпуса 32. В более широком смысле, зазор между торцом вала и торцевой крышкой 42 является таким, что он не меняет поведения потока целлюлозы внутри смесительной камеры в значительной степени. Поэтому допустимый размер зазора зависит, например, от концентрации целлюлозы, которая будет обрабатываться.

Согласно другому дополнительному варианту осуществления изобретения торцевая крышка на втором конце корпуса имеет элемент, выступающий в осевом направлении по направлению к валу, такой, что между торцом вала и элементом остается зазор, подобный рассмотренному выше. Диаметр и общая форма элемента соответствуют диаметру и общей форме вала ротора для удовлетворения требованиям симметрии. Элемент может также быть трубчатым, таким, что концевая часть вала проходит внутри элемента, тем самым концевая часть вала должна предпочтительно иметь меньший диаметр, так чтобы внешний диаметр трубчатого элемента соответствовал максимальному диаметру вала.

В еще одном дополнительном варианте осуществления изобретения указанный элемент может проходить от второй торцевой крышки до непосредственной близости с первой торцевой крышкой, в результате конец вала ротора находится рядом с первой торцевой крышкой, в результате лопатки ротора прикреплены к валу ротора только на его первом конце. При данной конфигурации следует обеспечить, чтобы симметрия обеспечивалась конструкцией противоположного конца системы ротор-корпус, такой, чтобы он соответствовал первому концу системы.

В качестве еще одного варианта конструкции может быть упомянут такой, где отверстие для вала 44 расположено в другой торцевой крышке 42. Отверстие должно, по меньшей мере, иметь необходимое уплотнение, и возможно торцевая крышка 42 должна иметь опоры для поддержки конца вала.

Другой признак изобретения состоит в том, что диаметр вала 44 имеет значимую величину в сравнении с диаметром корпуса 32. Размер, форма и расположение вала 44 должны гарантировать, что центр корпуса будет закрыт, в результате чего газ не сможет там собираться. Это достигается посредством того, что внутри корпуса, в так называемой смесительной или гомогенизирующей камере, где может собираться газ, обеспечивается существование только очень маленького пространства низкого давления или же оно вообще отсутствует.

Ротор 38 далее содержит ряд лопаток 48, расположенных на расстоянии и от вала 44 ротора, и от внутренней поверхности корпуса 32. Лопатки 48 прикреплены к валу 44 посредством кронштейнов 50. В основном, форма кронштейнов была рассмотрена со ссылкой на фиг.10-13 в патентном документе US 5791778 A, полное содержание которого тем самым здесь включено в качестве ссылки. Кронштейны расположены по существу на равном расстоянии от осевой плоскости ротора, осевая плоскость ротора расположена в осевой плоскости CL_P корпуса. Осевую плоскость ротора можно было бы также назвать осью симметрии ротора. Таким образом, часть ротора внутри камеры также удовлетворяет требованиям симметрии.

Лопатки 48, также как и кронштейны 50, имеют несколько функций. Во-первых, основной функцией смесительного или гомогенизирующего устройства является его действие в качестве эффективного генератора турбулентности. Это обеспечивается посредством следующих мер:

внутреннее пространство корпуса по существу симметрично, в результате чего условия смешивания или генерации турбулентности на обоих концах корпуса одинаковы,

лопатки 48 расположены в оптимальном месте между валом 44 и внутренней стенкой 32, точное местоположение зависит от, например, среды, которая будет обрабатываться, концентрации среды, содержания газа в среде и/или количества газа, добавленного в среду, объема потока через корпус и т.д.,

циркуляционное движение среды в корпусе:

- во-первых, лопатки 48 подвергают среду воздействию центробежных сил, толкающих среду по направлению к внутренней стенке корпуса 2. Это формирует циркуляционное движение вокруг лопаток 48, чем большее количество среды лопатки 48 перемещают к внутренней стенке, тем большее количество среды должно переместиться в осевом направлении вовнутрь для освобождения пространства для двигающейся вовне среды,

- во-вторых, лопатки 48 подвергают среду воздействию осевых сил, толкающих среду в осевом направлении к боковым сторонам корпуса 2. Это было достигнуто посредством наклонного, как на фиг.2b, или спирального расположения лопаток 48 относительно осевого направления. Лопатки 48 могут продолжаться от непосредственной близости с первой торцевой стенкой 40 до непосредственной близости со второй торцевой стенкой 42, вследствие чего лопатки должны быть согнуты в осевой плоскости корпуса. Другим вариантом является установка отдельных лопаток с каждой стороны ротора. Однако в этом случае лопатки расположены симметрично с обеих сторон осевой плоскости так, чтобы угловое направление лопаток было по существу одинаковым относительно осевой линии, лопатки прикреплены к валу посредством кронштейнов, расположенных на одинаковом расстоянии относительно осевой плоскости, и начинаются и заканчиваются на одинаковом расстоянии относительно осевой плоскости и торцевых стенок. Кроме того, еще одно естественно вытекающее необходимое предварительное условие для ротора согласно изобретению состоит в том, что количество этих отдельных лопаток с обеих сторон оси ротора или осевой плоскости одинаково, причем лопатки расположены по окружности вала ротора на одинаковых расстояниях между ними. Однако при рассмотрении требований симметрии в настоящем изобретении, особенно с точки зрения функционирования ротора, отдельные лопатки на каждой стороне осевой плоскости ротора не нужно располагать так же, как если бы гнутые монолитные лопатки 48 или 148, показанные на фиг.2а, 2b и 3, были разрезаны на две части вдоль осевой плоскости, но между лопатками на противоположной стороне осевой плоскости может быть окружной шаг. Осевой насосный эффект лопаток 48 при перемещении среды к концам корпуса 2 или смесительной камеры одновременно формирует циркуляционный поток, когда среда, уже находящаяся на концах корпуса, должна переместиться по направлению к осевой плоскости для освобождения пространства для среды, качаемой лопатками 48. Предпочтительная величина угла наклона лопаток относительно осевой плоскости находится в пределах от 20 до 60 градусов. Насосный эффект лопатки обеспечивается посредством такого наклона лопатки, что часть лопатки, ближайшая к осевой плоскости, является передней частью лопатки,

- благодаря работе лопаток ротора в смесительной камере имеются и радиальное, и осевое циркуляционное движение. Симметричная форма смесительной камеры и ротора обеспечивают то, что поле турбулентности внутри камеры также является симметричным.

Во-вторых, так как устройство является вращающимся элементом, назначением которого является гомогенизация или смешивание сред или среды, вращающиеся элементы не должны отделять газ от среды. Это было принято во внимание при заполнении центра ротора валом 44 и предпочтительно конструировании формы профиля поперечного сечения лопаток 48 ротора и кронштейнов 50 настолько оптимальным образом, насколько возможно. Однако понятно, что также должны приниматься во внимание экономические факторы, вследствие чего наиболее сложные формы профиля поперечного сечения могут быть исключены из рассмотрения из-за дороговизны их получения.

На фиг.2а показан еще один признак, который не является необходимым, если устройство является гомогенизирующим устройством, но который может быть необходим, если оно является смесительным устройством, а именно вход для химикатов или входное отверстие 52 для химикатов. В варианте осуществления, показанном на фиг.2а, входное отверстие 52 для химикатов расположено во входном канале 4 выше по потоку, чем смесительная камера. Вход для химикатов может, в зависимости главным образом от химиката, быть сформирован, например, из одного отверстия, нескольких отверстий, перфорированной трубки, пористой трубки и т.д. Конечно, снова в зависимости, по меньшей мере, от конкретного химиката, вход для химиката может быть расположен во входном канале, как показано на фиг.2а, или выше по потоку от него. Иногда химикаты могут также быть введены непосредственно в смесительную камеру через торцевые крышки (симметрично), через вал ротора, через вал ротора и лопатки или через отверстие в стенке корпуса в осевой плоскости корпуса или через два или более отверстий, расположенных симметрично относительно осевой плоскости корпуса.

На фиг.3 представлен схематически другой предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения. В данном варианте осуществления смесительное устройство 10 имеет по существу осесимметричную, например бочкообразную, форму, корпус 12 с входным каналом 134, выходной канал 16, соответствующие входное и выходное отверстия 1340 и 1360 соответственно и торцевые крышки 140, 142, подобные тем, что рассмотрены в связи с фиг.2а. В данном варианте осуществления наибольший диаметр или наибольшая площадь поперечного сечения смесительной камеры находится в осевой плоскости, т.е. в плоскости симметрии корпуса, откуда площадь поперечного сечения уменьшается по направлению к концам корпуса одинаково в обе стороны от осевой плоскости.

Ротор 18 по данному варианту осуществления имеет несколько признаков, отличающихся от тех, которые показаны в варианте осуществления на фиг.2а. Здесь вал 144 ротора внутри смесительной камеры образован из двух имеющих форму усеченного конуса частей 144' и 144'', так что основания конусов расположены напротив друг друга в плоскости, перпендикулярной оси A_R вала 144 ротора, в так называемой осевой плоскости CLp, или плоскости симметрии ротора, указанная плоскость также проходит по существу через центры входного отверстия 1340 и выходного отверстия 1360. Таким образом, диаметр вала 144 уменьшается по направлению к торцевым крышкам 140 и 142. Диаметр вала 144 ротора может изменяться любым образом, при условии, что он изменяется по существу симметрично относительно вышеупомянутой осевой плоскости. Таким образом, вал 144 ротора может иметь, например, бочкообразную форму, форму в виде песочных часов или любую желаемую форму. На этом этапе имеет смысл упомянуть, что нецилиндрическая форма вала может быть использована при любой форме корпуса и наоборот. Единственное необходимое предварительное условие и для корпуса, и для ротора состоит в том, что они по существу симметричны относительно определенной выше осевой плоскости.

Ротор 138 по данному варианту осуществления имеет лопатки 148, внешний контур которых соответствует, в соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения, форме внутренней стенки корпуса 132. Лопатки 148 прикреплены к валу 144 посредством кронштейнов 150, которые расположены предпочтительно на одном расстоянии и от торцевых стенок 140, 142 и осевой плоскости CLp. Те же основные принципы, что и рассмотренные в связи с фиг.2а, также применимы к лопаткам по данному варианту осуществления. Это же относится и к рассмотрению возможного введения химиката.

Форма профиля поперечного сечения гомогенизирующей камеры не была рассмотрена более подробно. Было только упомянуто, что она является или цилиндрической, или осесимметричной. Однако гомогенизирующая камера может, по существу, быть любой формы при условии, что она по существу симметрична относительно осевой плоскости корпуса, или точнее, гомогенизирующей камеры, определенной ранее. Таким образом, форма профиля поперечного сечения может быть, например, эллиптической или многоугольной и т.д. Расположение ротора внутри гомогенизирующей камеры должно удовлетворять только двум необходимым предварительным условиям. Первое необходимое предварительное условие состоит в том, что ось ротора, по меньшей мере, по существу параллельна оси корпуса (соответствующей оси гомогенизирующей камеры), или совпадая с ней, или будучи смещена относительно нее. Второе необходимое предварительное условие состоит в том, что осевая плоскость гомогенизирующей камеры и осевая плоскость ротора совпадают. Фактически в описании и формуле изобретения речь идет главным образом об осевой плоскости, независимо от рассматриваемой плоскости.

Далее, закрытая конструкция стенок камеры не была еще рассмотрена. Стенки могут иметь элементы, способствующие турбулентности, подобно пальцам или стержням, или неподвижным лопаткам, или ребрам, которые работают более или менее совместно с лопатками ротора. Размер, форма и направление элементов могут изменяться вдоль длины камеры, однако, имея при этом в виду, что результатом совместной работы ротора и элементов камеры должно быть поле турбулентности, которое симметрично относительно осевой линии корпуса. Таким образом, стержни или лопатки на стенке могут, например, быть сконструированы или предназначены для содействия в перемещении среды по направлению к торцевым крышкам от осевой плоскости.

Подобным образом, торцевые крышки могут иметь элементы, способствующие турбулентности, подобно ребрам, лопаткам или пальцам для увеличения турбулентности в камере.

Фактически, под термином «симметричный» применительно и к ротору, и к смесительном камере или гомогенизирующей камере подразумевается то, что форма ротора вместе со смесительной или гомогенизирующей камерой должна быть такой, что поле турбулентности, создаваемое в камере, является настолько симметричным относительно осевой плоскости корпуса, насколько это возможно. Таким образом, формы и камеры, и ротора могут отличаться каким-либо образом от точных симметричных форм из-за, например, конструкций, необходимых для поддержки и/или уплотнения вала ротора внутри первой торцевой крышки. Также возможны некоторые другие небольшие модификации или в конструкции ротора, или в конструкции камеры, или в обеих при условии, что целью и предпочтительно результатом этих модификаций является симметричное поле турбулентности.

На фиг.4 показано поперечное сечение устройства согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, показанному на фиг.2а, взятое по линии А-А. На фиг.4 изображен корпус 32 с входным каналом 34 и выходным каналом 36. Входной канал 34 был выполнен так, чтобы входной канал открывался в корпус 32 по существу в тангенциальном направлении против направления вращения ротора. Задачей такой конструкции является максимизирование турбулентности, поскольку скорость среды, введенной в корпус, вместе со скоростью вращения ротора, действуя в противоположных направлениях, создают максимальное рассогласование скорости, что приводит к максимальной турбулентности.

Выходной канал 36 выходит из корпуса 32 в предпочтительно тангенциальном направлении, но в противоположность входному каналу по направлению вращения ротора. Задача такой конструкции является двойной: во-первых, посредством придания правильной аэродинамической формы выходного канала, учитывая законы гидродинамики, отделение газа от среды предотвращается и, во-вторых, имеющий правильную аэродинамическую форму выходной канал минимизирует потери давления в выходном канале, поскольку здесь нет необходимости создавать дополнительную турбулентность.

На фиг.5 показано поперечное сечение устройства согласно другому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения. Данный вариант осуществления отличается от устройства, представленного на фиг.4, только расположением выходного канала 36' относительно входного канала 34'. Здесь выходной канал был расположен под углом 270 градусов относительно входного канала в направлении вращения ротора, в то время как на фиг.4 он был расположен под углом приблизительно 180 градусов. Таким образом, положения входного канала и выходного канала могут быть свободно изменены, но при этом, имея в виду, что выходной канал должен быть расположен, по меньшей мере, под углом 180 градусов относительно входного канала в направлении вращения ротора, так чтобы материал или среда, которые должны гомогенизироваться, не могли легко переместиться из входного канала сразу в выходной канал.

Необходимо, однако, понимать, что хотя фиг.4 и фиг.5 создают впечатление, что входной канал и выходной канал проходят вдоль осевой плоскости корпуса, это является только предпочтительным вариантом. Входной канал и/или выходной канал могут проходить в любом практически осуществимом направлении от гомогенизирующей камеры при условии, что входное отверстие и выходное отверстие расположены по существу симметрично осевой плоскости, т.е. плоскости, проходящей через центры отверстий. Таким образом, изображения на фиг.4 и 5 могут также пониматься так, что сечение устройства на чертежах было сделано вдоль осевой линии каналов, тем самым канал/каналы могут быть также изогнутыми.

Наконец, необходимо понимать, что выше были рассмотрены только несколько предпочтительных вариантов осуществления изобретения, без какого-либо намерения ограничить объем изобретения только этими вариантами осуществления. Таким образом, объем изобретения определен только прилагаемой формулой изобретения.

Настоящее изобретение относится к способу, устройству и ротору для гомогенизации среды. Изобретение может использоваться во всех отраслях промышленности, где необходима гомогенизация среды или смешивание, по меньшей мере, двух текучих сред. Предпочтительное применение изобретение может найти в целлюлозно-бумажной промышленности, где различные химикаты должны смешиваться с волокнистой суспензией. Отличительным признаком изобретения является симметричность осуществления процесса гомогенизации в гомогенизирующей камере. При этом среду внутри гомогенизирующей камеры дополнительно к радиальному циркуляционному движению приводят в осевое циркуляционное симметричное движение по обеим сторонам осевой плоскости CL_p лопатками 48, которые расположены симметрично с обеих сторон осевой плоскости CL_p и наклонены к плоскости, образованной осью ротора A_R и точкой пересечения между соответствующей лопаткой ротора и осевой плоскостью CL_p. Изобретение повышает эффективность смешивания и обеспечивает снижение потребления энергии. 3 н. и 31 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ гомогенизации среды в устройстве, содержащем корпус, имеющий гомогенизирующую камеру с круговой стенкой, две торцевые крышки (40, 42; 140, 142) на противоположных концах камеры, причем круговая стенка имеет входное отверстие (340, 1340) и выходное отверстие (360, 1360), при этом входное отверстие (340, 1340) соединено с входным каналом (34, 134), а выходное отверстие соединено с выходным каналом (36, 136), оба отверстия (340, 1340; 360, 1360) имеют центр; и ротор (38, 138), имеющий лопатки (48, 148) и ось Аr, проходящую через гомогенизирующую камеру; при этом среду, которая должна быть гомогенизирована, вводят в гомогенизирующую камеру перпендикулярно оси ротора Аr через входной канал (34, 134) и входное отверстие (340, 1340), гомогенизируют в камере и выгружают из нее через выходное отверстие (360, 1360) и выходной канал (36, 136), отличающийся тем что
гомогенизирующая камера имеет осевую плоскость CLp между торцевыми крышками (40, 42; 140, 142), причем осевая плоскость CLp проходит по существу через центры входного отверстия (340, 1340) и выходного отверстия (360, 1360) под, по существу, прямыми углами к оси ротора Аr, при этом
среду внутри гомогенизирующей камеры приводят дополнительно к радиальному циркуляционному движению, в осевое циркуляционное симметричное движение по обеим сторонам осевой плоскости CLp лопатками (48, 148), которые расположены симметрично с обеих сторон осевой плоскости CLp и наклонены к плоскости, образованной осью ротора Аr и точкой пересечения между соответствующей лопаткой ротора и осевой плоскостью CLp.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что среду вводят в гомогенизирующую камеру вдоль осевой плоскости CLp.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что среду выгружают из гомогенизирующей камеры вдоль осевой плоскости CLp.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что среду посредством лопаток (48, 148) перемещают по направлению к торцевым крышкам (40, 42; 140, 142) корпуса.

5. Устройство для гомогенизации среды, содержащее корпус, имеющий гомогенизирующую камеру с круговой стенкой, две торцевые крышки (40, 42; 140, 142) на противоположных концах камеры, причем круговая стенка имеет входное отверстие (340, 1340) и выходное отверстие (360, 1360), при этом входное отверстие (340, 1340) соединено с входным каналом (34, 134), а выходное отверстие соединено с выходным каналом (36, 136), причем оба отверстия (340, 1340; 360, 1360) имеют центр; и ротор (38, 138), имеющий лопатки (48, 148) и ось AR, проходящую через гомогенизирующую камеру, отличающееся тем, что гомогенизирующая камера имеет осевую плоскость CLp между торцевыми крышками (40, 42; 140, 142), проходящую по существу через центры входного отверстия (340, 1340) и выходного отверстия (360, 1360) под по существу прямыми углами к оси ротора Аr; причем гомогенизирующая камера по существу симметрична относительно осевой плоскости CLp, а лопатки (48, 148) ротора расположены симметрично с обеих сторон осевой плоскости CLp и наклонены к плоскости, образованной осью ротора Аr и точкой пересечения между соответствующей лопаткой ротора и осевой плоскостью CLp, для приведения среды внутри гомогенизирующей камеры в осевое циркуляционное симметричное перемещение по обеим сторонам осевой плоскости CLp.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что гомогенизирующая камера имеет средства для закрывания ее осевого центра и/или гомогенизирующая камера вокруг оси Аr ротора (38, 138), т.е. центра ротора, является закрытой.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что закрывающие средства содержат вал (44, 144) ротора, проходящий через первую торцевую крышку (40, 140) в гомогенизирующую камеру.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что вал (44, 144) ротора проходит через первую торцевую крышку (40, 140) до непосредственной близости с противоположной второй торцевой крышкой (42, 142).

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что закрывающие средства содержат вал (44, 144) ротора, имеющего торец, и элемент, проходящий в осевом направлении от второй торцевой крышки (42, 142) по направлению к валу (44, 144) ротора до непосредственной близости с торцом вала (44, 144) ротора.

10. Устройство по п.8 или 9, отличающееся тем, что вал (44, 144) ротора имеет торец, а расстояние от торца до второй торцевой крышки (42, 142) или элемента, расположенного на ней, составляет порядка 1-5 мм.

11. Устройство по п.7, отличающееся тем, что закрывающие средства содержат вал (44, 144) ротора, проходящий через гомогенизирующую камеру и через вторую торцевую крышку (42, 142).

12. Устройство по любому из пп.5-9 или 11, отличающееся тем, что ротор (38, 138) имеет монолитные лопатки (48, 148), проходящие от непосредственной близости с первой торцевой крышкой (40, 140) до непосредственной близости со второй торцевой крышкой (42, 142) и расположенные симметрично относительно осевой плоскости CLp.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что лопатки (48, 148) согнуты в осевой плоскости CLp, так что они наклонены по обе стороны от осевой плоскости CLp в одинаковом направлении относительно осевой плоскости CLp.

14. Устройство по любому из пп.5-9 или 11, отличающееся тем, что ротор (38, 138) имеет раздельные лопатки, расположенные симметрично относительно осевой плоскости CLp.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что лопатки наклонены по обе стороны от осевой плоскости CLp в одинаковом направлении относительно осевой плоскости CLp.

16. Устройство по п.13, отличающееся тем, что угол наклона лопаток составляет от 20 до 60°, часть лопатки (48, 148), ближайшая к осевой плоскости, является передней частью лопатки (48, 148).

17. Устройство по п.15, отличающееся тем, что угол наклона лопаток составляет от 20 до 60°, часть лопатки (48, 148), ближайшая к осевой плоскости, является передней частью лопатки (48, 148).

18. Устройство по п.15, отличающееся тем, что лопатки (48, 148) прикреплены к валу (44, 144) посредством кронштейнов (50, 150), оставляющих зазор между лопатками (48, 148) и валом (44, 144).

19. Устройство по п.15, отличающееся тем, что лопатки (48, 148) прикреплены к валу (44, 144) так, что лопатки (28, 148) расположены на расстоянии от стенки корпуса (32, 132).

20. Устройство по п.1, отличающееся тем, что форма профиля поперечного сечения гомогенизирующей камеры представляет собой или окружность, или эллипс, или многоугольник.

21. Устройство по п.20, отличающееся тем, что ротор (38, 138) расположен внутри гомогенизирующей камеры в ее центре.

22. Устройство по п.20, отличающееся тем, что ротор (38, 138) расположен внутри гомогенизирующей камеры со смещением относительно ее центра.

23. Устройство по любому из пп.1 или 20-22, отличающееся тем, что гомогенизирующая камера имеет неподвижные элементы, способствующие турбулентности, в виде пальцев, лопаток, ребер или стержней.

24. Устройство по п.6, отличающееся тем, что закрывающие средства сходятся в направлении к оси ротора Аr от области, расположенной вовне осевой плоскости CLp.

25. Ротор для гомогенизации среды в гомогенизирующей камере, имеющий ось Аr, вал (44, 144) и лопатки (48, 148), прикрепленные к валу (44, 144) на расстоянии от вала (44, 144), отличающийся тем, что ротор (44, 144) имеет осевую плоскость CLp, перпендикулярную оси ротора Аr, причем лопатки (48, 148) расположены симметрично с обеих сторон осевой плоскости CLp и наклонены к плоскости, образованной осью ротора Аr и точкой пересечения между соответствующей лопаткой ротора и осевой плоскостью CLp, для приведения среды внутри гомогенизирующей камеры в осевое циркуляционное симметричное движение по обеим сторонам осевой плоскости CLp.

26. Ротор по п.25, отличающийся тем, что ротор (38, 138) имеет осевой центр и средства для закрывания осевого центра ротора и/или осевой центр ротора (38, 138) закрыт.

27. Ротор по п.26, отличающийся тем, что закрывающие средства сходятся по направлению к оси ротора Аr от области, расположенной вовне осевой плоскости CLp.

28. Ротор по п.25, отличающийся тем, что ротор (38, 138) имеет единые лопатки (48, 148), проходящие от непосредственной близости с первой торцевой крышкой (40, 140) до непосредственной близости со второй торцевой крышкой (42, 142).

29. Ротор по п.25, отличающийся тем, что ротор (38, 138) имеет раздельные лопатки, расположенные симметрично относительно осевой плоскости CLp.

30. Ротор по любому из пп.25-29, отличающийся тем, что лопатки (48, 148) наклонены относительно осевой плоскости CLp.

31. Ротор по п.30, отличающийся тем, что лопатки (48, 148) согнуты в осевой плоскости CLp.

32. Ротор по п.30, отличающийся тем, что лопатки (48, 148) согнуты в осевой плоскости CLp так, что они наклонены по обе стороны от осевой плоскости CLp в одинаковом направлении относительно осевой плоскости CLp.

33. Ротор по п.30, отличающийся тем, что угол наклона составляет от 20 до 60°, часть лопатки (48, 148), ближайшая к осевой плоскости, является передней частью лопатки (48, 148).

34. Ротор по п.30, отличающийся тем, что лопатки (48, 148) прикреплены к валу (44, 144) посредством кронштейнов (50, 150), оставляющих зазор между лопатками (48, 148) и валом (44, 144).