RU2016644C1

RU2016644C1 - Pump-disperser-mixer

Info

Publication number: RU2016644C1
Authority: RU
Inventors: Г.А. Сергеев
Original assignee: Сергеев Геннадий Александрович
Priority date: 1991-06-05
Filing date: 1991-06-05
Publication date: 1994-07-30

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: pump-disperser-mixer has casing 1 with supplementary brunch pipes 2, 3 and working wheel 5 which, in turn, has a stack of disks 6 mounted with axial clearance 8 relative to each other. The alternate disks are made with cuttings forming helical channels along the axis of the working wheel. EFFECT: improved structure. 3 dwg

Description

Изобретение относится к химическому и нефтяному машиностроению, в частности к технике насосостроения, диспергирования и смешения в поле упругих колебаний звукового и ультразвукового диапазонов частиц. The invention relates to chemical and petroleum engineering, in particular to the technique of pump engineering, dispersion and mixing in the field of elastic vibrations of the sound and ultrasonic ranges of particles.

Изобретение может найти применение в области строительных материалов, в лакокрасочной промышленности, пищевой и других отраслях промышленности для проведения процессов с рабочими средами жидкость-жидкость и жидкость-твердое тело. The invention can find application in the field of building materials, in the paint and varnish industry, food and other industries for carrying out processes with a working fluid liquid-liquid and liquid-solid.

Известен насос-диспергатор-смеситель, содержащий корпус с технологическими штуцерами и вращающийся в нем дисковый ротор. Диски ротора содержат винтовые лопатки и размещены между стационарными перфорированными дисками [1]. Known pump-dispersant-mixer, comprising a housing with technological fittings and a rotating disk rotor in it. Rotor disks contain screw blades and are placed between stationary perforated disks [1].

Компоненты рабочей жидкости поступают в корпус по технологическим штуцерам. Винтовые лопатки измельчают и нагнетают компоненты в перфорацию стационарных дисков. Выходя из отверстий стационарных дисков, компоненты рабочей жидкости снова подвергаются дроблению, смешению и нагнетанию в следующую ступень и т.д. The components of the working fluid enter the housing through technological fittings. Helical blades grind and pump components into the perforation of stationary disks. Coming out of the openings of the stationary disks, the components of the working fluid are again crushed, mixed and pumped to the next stage, etc.

Недостатками устройства являются непригодность для диспергирования высокоабразивных текучих сред большой вязкости (например, цементное тесто), низкая износостойкость и недостаточная производительность, т.к. спектр излучаемых частот находится в узком диапазоне и имеет низкую интенсивность. Перфорация в стационарных дисках вызывает упругие колебания звукового и ультразвукового диапазонов частот только при значительных давлениях рабочей среды и высоких скоростях потока, а винтовые лопатки не создают высоких давлений. The disadvantages of the device are unsuitability for dispersion of highly abrasive fluids of high viscosity (for example, cement paste), low wear resistance and insufficient productivity, because the spectrum of emitted frequencies is in a narrow range and has a low intensity. Perforation in stationary disks causes elastic vibrations of the sound and ultrasonic frequency ranges only at significant pressures of the working medium and high flow rates, and screw blades do not create high pressures.

Известен также ультразвуковой размельчитель механических примесей в жидкости, содержащий пустотелую вертикальную ось, на которую насажены два диска: нижний и верхний. Верхний диск поджат грузом. Через пустотелую ось в зазор между верхним и нижним дисками подают рабочую жидкость с измельчаемым сырьем. Проходя по зазору, рабочая жидкость вызывает ультразвуковые колебания дисков, которые осуществляют сверхтонкое размельчение сырья. При изменении расхода рабочей жидкости пропорционально меняется величина зазора между дисками за счет поднятия-опускания груза, что позволяет иметь постоянное давление (около 0,2 МПа) рабочей жидкости в зазоре [2]. Also known is an ultrasonic grinder of mechanical impurities in a liquid, containing a hollow vertical axis, on which two discs are mounted: the lower and upper. The upper disc is preloaded by weight. Through the hollow axis in the gap between the upper and lower disks serves the working fluid with crushed raw materials. Passing through the gap, the working fluid causes ultrasonic vibrations of the disks, which carry out ultrafine grinding of raw materials. When the flow rate of the working fluid changes, the gap between the disks proportionally changes due to the raising and lowering of the load, which allows a constant pressure (about 0.2 MPa) of the working fluid in the gap [2].

Недостатками размельчителя являются:
низкая производительность по сверхтонкому измельчению сырья из-за большой инерционности прижимного груза и низких скоростей рабочей жидкости в зазоре;
некачественное измельчение, обусловленное быстрым выносом твердых частиц из зазора потоком рабочей жидкости без разрушающего механического воздействия на них колеблющихся дисков;
плохая работоспособность в качестве смесителя из-за растекания рабочей жидкости по поверхности дисков без перемешивания ее слоев;
плохая гомогенизирующая способность из-за затруднительности выхода размельчителя на ультразвуковой режим;
обязательное наличие насоса, нагнетающего рабочую жидкость в зазор между дисками;
склонность к засорению, особенно при работе на жидкостях, содержащих волокнистые твердые компоненты, например растительную клетчатку.The disadvantages of the grinder are:
low productivity for ultrafine grinding of raw materials due to the large inertia of the clamping load and low speeds of the working fluid in the gap;
low-quality grinding due to the rapid removal of solid particles from the gap by the flow of the working fluid without damaging the mechanical impact of the oscillating disks on them;
poor performance as a mixer due to the spreading of the working fluid on the surface of the disks without mixing its layers;
poor homogenizing ability due to the difficulty of the pulverizer reaching the ultrasonic mode;
mandatory presence of a pump forcing the working fluid into the gap between the disks;
tendency to clogging, especially when working on liquids containing fibrous solid components, such as plant fiber.

Известен принятый в качестве прототипа диспергатор-смеситель, содержащий корпус с технологическими патрубками и конусообразное рабочее колесо, выполненное из набора разновеликих дисков с диаметрами, увеличивающимися по ходу движения смеси [3]. Known adopted as a prototype disperser-mixer, comprising a housing with technological nozzles and a cone-shaped impeller made of a set of different-sized disks with diameters increasing along the course of the mixture [3].

Недостатком устройства являются низкие производительность, надежность и качество смеси. The disadvantage of this device is the low productivity, reliability and quality of the mixture.

Целью изобретения является устранение отмеченных недостатков, то есть повышение производительности, надежности и качества смеси. The aim of the invention is to remedy the noted drawbacks, that is, increasing the productivity, reliability and quality of the mixture.

Поставленная цель достигается тем, что в насосе-диспергаторе-смесителе, состоящем из корпуса с технологическими патрубками и рабочего колеса, состоящего из набора разновеликих дисков с диаметрами, увеличивающимися по ходу движения, диски через один выполнены с вырезами, образующими винтовые каналы вдоль оси рабочего колеса. This goal is achieved by the fact that in the pump-disperser-mixer, consisting of a housing with technological nozzles and an impeller, consisting of a set of different-sized disks with diameters increasing along the direction of travel, the disks through one are made with cutouts forming screw channels along the axis of the impeller .

Наличие на рабочем колесе индивидуальных дисков позволяет их быстро и дешево заменять в случае их поломок. The presence of individual disks on the impeller allows them to be quickly and cheaply replaced in case of breakdowns.

Выполнение дисков с лопатками позволяет снизить скорости вращения дисков, не снижая качества диспергирования. Разрушение твердых компонентов в рабочей жидкости будет происходить в основном не за счет среза и истирания (что есть у прототипа), а за счет среза, истирания и удара лопаток по частицам, а также за счет их раздавливания в зазорах между дисками (и лопатками) при их акустических колебаниях и действия пригруза, обусловленного градиентом давления. The implementation of disks with blades can reduce the speed of rotation of the disks, without compromising the quality of dispersion. The destruction of solid components in the working fluid will occur mainly not due to shear and abrasion (which is the prototype), but due to shear, abrasion and impact of the blades on the particles, as well as due to their crushing in the gaps between the disks (and blades) when their acoustic vibrations and the action of the load due to the pressure gradient.

Расположение каналов, образованных вырезами по винтовой линии позволяет:
работать на вязких и абразивных рабочих средах, т.к. лопатки формируют собой шнек;
иметь большую производительность, т.к. лопатки формируют собой ступень рабочего колеса;
иметь большое давление нагнетания, т.к. лопатки формируют собой центробежную ступень рабочего колеса.The location of the channels formed by the notches along the helix allows you to:
work on viscous and abrasive fluids, as the blades form a screw;
have great performance because the blades form the stage of the impeller;
have a large discharge pressure, as the blades form a centrifugal stage of the impeller.

Таким образом, рабочее колесо трения дискового типа превращается в осецентробежное колесо-излучатель ультразвуковых и звуковых колебаний, а его лопатки - в пластинчатые резонаторы широкой полосы частот. Thus, the disk-type friction impeller turns into a centrifugal emitter of ultrasonic and sound vibrations, and its blades turn into plate resonators with a wide frequency band.

На фиг.1 схематически изображен насос-диспергатор-смеситель в продольном разрезе; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг. 1. Figure 1 schematically shows a pump-dispersant-mixer in longitudinal section; figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3 is a section bB in fig. 1.

Лопатки расположены по винтовой линии, на фиг.3 заштриховано. The blades are located along a helix, in figure 3 it is shaded.

Насос-диспергатор-смеситель состоит из корпуса 1 с технологическими патрубками 2 и 3 для подачи компонентов жидкой рабочей среды в корпус 1, патрубка 4 для отвода отработанного продукта из корпуса 1 и рабочего колеса 5, состоящего из пакета разновеликих индивидуальных дисков 6 с вырезами, образующими винтовые каналы вдоль оси рабочего колеса 5 и лопатки 7, и с осевым зазором 8 относительно друг друга. Длина лопаток 7 должна быть в пределах 7-10 их толщин, количество их на одном диске 6 рекомендуется не более четырех, т.к. в противном случае возможно забивание рабочего колеса, в частности, волокнистыми материалами. Осевой зазор 8 рекомендуется выполнять с помощью разновеликих дистанционных шайб 9 равной толщины. Диски 6 и дистанционные шайбы 9 крепятся на приводном валу рабочего колеса 5 известным способом, например с помощью глухой гайки 10. The pump-disperser-mixer consists of a housing 1 with technological nozzles 2 and 3 for supplying components of a liquid working medium to housing 1, a nozzle 4 for removing the spent product from housing 1 and the impeller 5, consisting of a package of individual individual disks 6 with cutouts forming helical channels along the axis of the impeller 5 and the blades 7, and with an axial clearance 8 relative to each other. The length of the blades 7 should be within 7-10 of their thicknesses, the number of them on one disk 6 is recommended no more than four, because otherwise clogging of the impeller, in particular fibrous materials, is possible. Axial clearance 8 is recommended to be performed using different-sized spacer washers 9 of equal thickness. Disks 6 and spacer washers 9 are mounted on the drive shaft of the impeller 5 in a known manner, for example using a blind nut 10.

Работа насоса-диспергатора-смесителя осуществляется следующим образом. Рабочая жидкость с твердыми или волокнистыми компонентами подается через входные патрубки 2 и/или 3 на вход в рабочее колесо 5. При вращении рабочего колеса 5 винтообразно расположенные на нем лопатки 7 образуют в совокупности осецентробежное шнекообразное рабочее колесо. Это дает насосу-диспергатору-смесителю возможность работать на вязких, абразивных и волокнистых жидких средах с большой производительностью и давлением на выходе. При этом лопатки 7 периодически изгибаются под действием перепада давления в сторону патрубков 2 и 3 и выпрямляются в обратную сторону под действием центробежных сил, а также совершают звуковые и ультразвуковые колебания под действием набегающего на них потока рабочей жидкости. При этом твердые компоненты рабочей жидкости подвергаются ударом лопаток 7, а частицы, попавшие в осевой зазор 8, подвергаются истиранию, срезу и раздавливанию в нем. Центробежные силы выносят частицы из осевого зазора 8 и пространства между шагами лопаток 7 на периферию в виде готового продукта, откуда он отводится через патрубок 4 под давлением нагнетания. В случае износа или поломок лопаток 7 осуществляется индивидуальная замена дисков 6. The operation of the pump-dispersant-mixer is as follows. The working fluid with solid or fibrous components is fed through the inlet nozzles 2 and / or 3 to the entrance to the impeller 5. When the impeller 5 rotates, the screw blades 7 located on it form in aggregate a centrifugal screw-shaped impeller. This gives the pump-dispersant-mixer the ability to work on viscous, abrasive and fibrous fluids with high performance and outlet pressure. In this case, the blades 7 are periodically bent under the influence of a pressure drop towards the nozzles 2 and 3 and are straightened in the opposite direction under the action of centrifugal forces, and they also perform sound and ultrasonic vibrations under the influence of the flowing fluid flow on them. In this case, the solid components of the working fluid are subjected to the impact of the blades 7, and particles that fall into the axial clearance 8 are subjected to abrasion, shearing and crushing in it. Centrifugal forces carry particles out of the axial clearance 8 and the space between the steps of the blades 7 to the periphery in the form of the finished product, from where it is discharged through the pipe 4 under discharge pressure. In case of wear or breakage of the blades 7, individual replacement of the disks 6 is carried out.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в высоком его техническом уровне, в большой производительности, обусловленной интенсификацией процесса диспергирования и смешения за счет использования большого числа воздействующих эффектов (срез, раздавливание, истирание, удар, звуковые, ультразвуковые и кавитационные явления, турбулизация и повышенное давление), а также в отсутствии забивания рабочего колеса твердыми, в том числе волокнистыми, компонентами рабочей жидкости из-за постоянного колебания лопаток, что повышает надежность насоса-диспергатора-смесителя при работе. The technical and economic efficiency of the invention lies in its high technical level, in high productivity, due to the intensification of the process of dispersion and mixing due to the use of a large number of effects (shear, crushing, abrasion, shock, sound, ultrasonic and cavitation phenomena, turbulization and high pressure) , as well as in the absence of clogging of the impeller by solid, including fibrous, components of the working fluid due to the constant oscillation of the blades, which increases the reliability of the pump-dispersant-mixer during operation.

Claims

PUMP-DISPERSANTER-MIXER, comprising a housing with technological nozzles and a cone-shaped impeller made of a set of different-sized disks with diameters increasing in the direction of the mixture, characterized in that, in order to increase the productivity, reliability and quality of the mixture, the disks through one are made with cutouts forming helical channels along the axis of the impeller.