RU2016645C1

RU2016645C1 - Disperser

Info

Publication number: RU2016645C1
Authority: RU
Inventors: Г.А. Сергеев; А.В. Казачанский
Priority date: 1991-07-05
Filing date: 1991-07-05
Publication date: 1994-07-30

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: disperser has a case with feed and bleed branch pipes, a stator with radial end hollows and a blade wheel with a drive shell which are positioned inside the case. The shell has slots partially overlapping radial end hollows in the stator and forms with the blade wheel a milling chamber. The shell is axially immovable and has a flanging with axial cuttings and a pocket in the milling chamber. EFFECT: improved structure. 6 dwg

Description

Изобретение относится к химическому машиностроению и представляет собой роторный аппарат, предназначенный для тонкого измельчения высокопрочных твердых частиц и гомогенизации твердых, жидких и газообразных тел в жидкости. The invention relates to chemical engineering and is a rotary apparatus intended for fine grinding of high-strength solid particles and homogenization of solid, liquid and gaseous bodies in a liquid.

Диспергатор может применяться в лакокрасочной, пищевой, строительной и других отраслях промышленности для получения качественных тонкодисперсных паст, эмульсий, газифицированных растворов, кремов и различных суспензий, например известкового молока. The dispersant can be used in paint and varnish, food, construction and other industries to obtain high-quality finely dispersed pastes, emulsions, gasified solutions, creams and various suspensions, such as milk of lime.

Известен диспергатор, содержащий корпус с подводящими и отводящими патрубками, смонтированные в корпусе статор с радиальными торцовыми выемками и лопастное колесо, на котором жестко закреплена обечайка с радиальными прорезями, частично перекрывающими радиальные торцовые выемки в статор [1]. Known dispersant, comprising a housing with inlet and outlet pipes, a stator mounted in the housing with radial end recesses and a blade wheel, on which a shell with radial slots partially overlapping radial end recesses in the stator is rigidly fixed [1].

При работе диспергатора суспензия нагнетается лопастным колесом и проталкивается постоянно через радиальные прорези обечайки и торцовые выемки статора в выходной коллектор. Частичное перекрытие потока создает пульсацию и кавитацию и одновременно исключает сепарацию потока в лопастном колесе, что положительно сказывается на качестве продукции и надежности работы диспергатора. Однако эффективность диспергирования диспергатора-аналога недостаточная, в особенности при обработке прочных твердых тел. During the operation of the dispersant, the suspension is pumped by the impeller and is constantly pushed through the radial slots of the shell and the end recesses of the stator into the output manifold. Partial blocking of the flow creates pulsation and cavitation and at the same time eliminates the separation of the flow in the impeller, which positively affects the quality of the products and the reliability of the dispersant. However, the dispersion efficiency of the dispersant analog is insufficient, especially when processing strong solids.

Целью изобретения является повышение производительности и эффективности диспергирования прочных дисперсных материалов. The aim of the invention is to increase the productivity and dispersion efficiency of durable dispersed materials.

Цель достигается тем, что в диспергаторе, содержащем корпус с подводящими и отводящими патрубками, размещенные в корпусе статор с радиальными торцовыми выемками и лопастное колесо с приводной обечайкой, имеющей прорези, частично перекрывающие радиальные торцовые выемки в статоре, и образующей с лопастным колесом размольную камеру, обечайка выполнена подвижно в осевом направлении с отбортовкой осевыми прорезями и карманами в размольной камере. The goal is achieved by the fact that in a disperser containing a housing with inlet and outlet pipes, a stator with radial end recesses and a vane wheel with a drive shell having slots partially overlapping radial end recesses in the stator and forming a grinding chamber with a vane wheel the shell is made movable in the axial direction with flanging with axial slots and pockets in the grinding chamber.

Цель достигается тем, что выполнение приводной обечайки свободно подвижной в осевом направлении позволяет иметь в стыке ротор-статор беззазорное соединение, что повышает тонкость диспергирования. Выполнение приводной обечайки отбортованной позволяет образовать в ней размольную камеру и использовать отбортовку для создания большой силы прижатия обечайки к статору давлением в размольной камере. Это позволяет разрушать твердые и прочные частицы обрабатываемой среды в зазоре между ротором и статором. Выполнение прорезей в отбортовке обечайки осевыми (а не радиальными) позволяет иметь в размольной камере высокие импульсы давления, соизмеримые с гидравлическим ударом, что интенсифицирует пульсационные и кавитационные факторы разрушения дисперcии, а также осуществляет возвратно-поступательное вибрирующее осевое перемещение обечайки относительно лопастного колеса. The goal is achieved by the fact that the execution of the drive shell freely movable in the axial direction allows you to have a gap-free connection at the junction of the rotor-stator, which increases the fineness of dispersion. The implementation of the flanged drive shell allows you to form a grinding chamber in it and use the flanging to create a large force of pressing the shell to the stator pressure in the grinding chamber. This allows you to destroy solid and durable particles of the processed medium in the gap between the rotor and the stator. Making slots in the flanging of the shell axial (rather than radial) allows you to have high pressure pulses in the grinding chamber, comparable with hydraulic shock, which intensifies the pulsation and cavitation factors of the destruction of dispersion, and also performs a reciprocating vibrating axial movement of the shell relative to the impeller.

При большом давлении в размольной камере (прорези в обечайке и выемки в статоре перекрыты) в стыке ротор-статор возникает еще большое давление, которое перемещает обечайку в осевом направлении на лопастное колесо и раскрывает торцевой зазор, т.е. стык ротора и статора. At high pressure in the grinding chamber (slots in the shell and recesses in the stator are closed), even greater pressure arises in the rotor-stator junction, which moves the shell in the axial direction to the impeller and opens the end gap, i.e. joint rotor and stator.

При разрежении в размольной камере (прорези в обечайке и выемки в статоре совмещены) в торцевом зазоре давление падает и обечайка за счет нагнетания в размольной камере перемещается в обратном направлении в сторону статора. При этом находящиеся в зазоре твердые частицы раздавливаются, истираются и выносятся через радиальные выемки статора в коллекторную полость и далее к потребителю в виде готовой продукции. Наличие в размольной камере карманов позволяет скапливаться в них крупно-дисперсным частицам и подвергать последние длительному гидродинамическому воздействию рабочей среды. При этом отброшенные центробежными силами в карманы частицы подвергаются в них пульсациям давления, взаимоударам и истиранию до выноса их вместе с потоком через прорези в торцевой зазор и выемки на дальнейшую обработку. During rarefaction in the grinding chamber (slots in the shell and grooves in the stator are aligned), the pressure decreases in the end gap and the shell moves in the opposite direction towards the stator due to injection in the grinding chamber. In this case, the solid particles in the gap are crushed, abraded and carried out through the radial recesses of the stator into the collector cavity and then to the consumer in the form of finished products. The presence of pockets in the grinding chamber allows coarse-dispersed particles to accumulate in them and expose the latter to prolonged hydrodynamic effects of the working medium. In this case, particles discarded by centrifugal forces into pockets are subjected to pressure pulsations, mutual impacts and abrasion before they are carried out together with the flow through slots into the end gap and recessed for further processing.

На фиг.1 изображен предлагаемый диспергатор, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 (типовое лопастное колесо в поперечном разрезе и закрепленная на нем обечайка с осевыми прорезями и скосами на торце); на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1 (конструкция статора и радиальных выемок в нем); на фиг.4 - узел I на фиг.1 (вариант выполнения статора и крепления обечайки на лопастном колесе с помощью шпонки); на фиг. 5 - разрез В-В на фиг.1 (конструкция осевых пазов, карманов, клиновых скосов и крепления шпонки); на фиг. 6 - узел I на фиг.1 (вариант крепления и передачи вращения на обечайку с помощью уплотнительных колец). v - направление вращения лопастного колеса и обечайки (ротора). Figure 1 shows the proposed dispersant, a longitudinal section; figure 2 is a section aa in figure 1 (a typical impeller in cross section and a shell mounted on it with axial slots and bevels at the end); figure 3 is a section bB in figure 1 (the design of the stator and radial recesses in it); in Fig.4 - node I in Fig.1 (an embodiment of the stator and mounting the shell on the impeller using a key); in FIG. 5 is a section BB in FIG. 1 (design of axial grooves, pockets, wedge bevels and key fasteners); in FIG. 6 - node I in figure 1 (option mounting and transmission of rotation to the shell using o-rings). v is the direction of rotation of the impeller and the shell (rotor).

Диспергатор содержит корпус 1 с патрубком 2 для отвода готовой продукции из его коллекторной полости 3 и крышку 4, снабженную патрубком 5 для подвода жидкой рабочей среды, патрубком 6 для подвода жидких и газообразных смешиваемых компонентов и статором 7 с радиальными выемками 8. Статор 7 может быть выполнен в виде отдельной детали или заодно с крышкой 4 (фиг.4). В коллекторной полости 3 размещено лопастное колесо 9, на котором смонтирована с помощью шпонки 10 подвижно в осевом направлении отбортованная обечайка 11. Обечайка 11 образует с лопастным колесом 9 размольную камеру 12 и снабжена осевыми прорезями 13, которые имеют со стороны статорного торца клиновые скосы 14, а в размольной камере 12 образуют карман 15. Лопастное колесо 9 смонтировано на приводном валу 16 и вместе с обечайкой 11 представляет собой ротор (не обозначен). За счет давления в размольной камере 12 обечайка 11 постоянно контактирует со статором 7 без раскрытия стыка 17 или с небольшим торцовым зазором (0,00-0,015), обусловленным гидравлическим клиновым эффектом. Ротор снабжен отверстиями 18 для подачи смешиваемых компонентов в лопастном колесе 9. Обечайка 11 может крепиться на лопастном колесе 9 с помощью уплотнительных колец 19, 20 (фиг.6) с передачей на нее крутящего момента за счет сил трения уплотнительных колец. The dispersant comprises a housing 1 with a pipe 2 for exhausting finished products from its collector cavity 3 and a cover 4, equipped with a pipe 5 for supplying a liquid working medium, a pipe 6 for supplying liquid and gaseous mixed components and a stator 7 with radial recesses 8. The stator 7 can be made in the form of a separate part or at the same time with the cover 4 (figure 4). An impeller 9 is placed in the collector cavity 3, on which a flanged shell 11 is mounted with a key 10 and is movably axially mounted. The shell 11 forms a grinding chamber 12 with the impeller 9 and is provided with axial slots 13, which have wedge bevels 14 on the stator end side, and in the grinding chamber 12 form a pocket 15. The impeller 9 is mounted on the drive shaft 16 and together with the shell 11 is a rotor (not indicated). Due to the pressure in the grinding chamber 12, the shell 11 is constantly in contact with the stator 7 without opening the joint 17 or with a small end gap (0.00-0.015), due to the hydraulic wedge effect. The rotor is equipped with holes 18 for supplying the miscible components in the impeller 9. The shell 11 can be mounted on the impeller 9 using o-rings 19, 20 (Fig. 6) with transmission of torque to it due to the friction forces of the o-rings.

Диспергатор работает следующим образом. Dispersant works as follows.

Рабочая среда по патрубку 5 поступает в лопастное колесо 9, где получает импульс давления, ускоряется и выбрасывается центробежными силами в размольную камеру 12. Из-за ускорения потока давление в межлопастных каналах ротора падает, что создает возможность подсоса к потоку смешиваемых жидких или газообразных компонентов, поступающих через патрубок и отверстия 18 в лопастное колесо 9. Поскольку суммарная площадь проходных сечений осевых прорезей 13 меньше площади сечения размольной камеры 12, в ней всегда поддерживается избыточное давление. Это давление воздействует на отбортовку обечайки и перемещает последнюю к статору до упора. При вращении обечайки 11 вместе с лопастным колесом 9и осевые прорези 13 будут периодически совпадать с радиальными выемками 8 статора 7 и также периодически перекрываться телом статора 7, что вызывает пульсации давления в размольной камере 12 и пульсационное течение в осевых прорезях 13, радиальных выемках 8 и коллекторной полости 3 с разрывом потока и кавитационными явлениями. При перекрытых прорезях 13 давление в размольной камере 12 резко возрастает. Происходит гидравлический удар. Это вызывает повышение давления на отбортовку обечайки 11, а в осевых прорезях 13 и в торцевом зазоре между телом статора 7 и стенками клиновых скосов 14. Поскольку обечайка 11 принудительно вращается, то в торцевом зазоре между телом статора 7 и стенками клиновых скосов 14 возникнут "гидравлические клинья". В результате гидравлического клинового эффекта давление в "гидравлических клиньях" резко возрастает и обечайка 11 перемещается в сторону лопастного колеса 9. Стык 17 ротора со статором раскроется, давление в размольной камере 12 снова резко возрастет из-за сжатия в ней рабочей среды. Это вызовет вторичный гидравлический удар в размольной камере 12 и выброс через осевые прорези 13 в раскрытый стык 17 порции рабочей среды. В раскрытом стыке 17 возникнет "щелевой эффект", заключающийся в резком увеличении скоростей потока в нем и в возникновении больших сдвиговых напряжений. The working medium through the nozzle 5 enters the impeller 9, where it receives a pressure impulse, is accelerated and ejected by centrifugal forces into the grinding chamber 12. Due to the acceleration of the flow, the pressure in the inter-blade channels of the rotor drops, which makes it possible to suck in the mixed liquid or gaseous components, entering through the pipe and holes 18 into the impeller 9. Since the total area of the bore sections of the axial slots 13 is less than the cross-sectional area of the grinding chamber 12, overpressure is always maintained in it. This pressure affects the flanging of the shell and moves the latter to the stator until it stops. When the shell 11 rotates along with the impeller 9 and the axial slots 13 will periodically coincide with the radial recesses 8 of the stator 7 and also periodically overlap with the body of the stator 7, which causes pressure pulsations in the grinding chamber 12 and the pulsating flow in the axial slots 13, radial recesses 8 and the collector cavity 3 with flow discontinuity and cavitation phenomena. When the slots 13 are closed, the pressure in the grinding chamber 12 increases sharply. Water hammer occurs. This causes an increase in pressure on the flanging of the shell 11 and in the axial slots 13 and in the end gap between the body of the stator 7 and the walls of the wedge bevels 14. Since the shell 11 is forced to rotate, "hydraulic wedges. " As a result of the hydraulic wedge effect, the pressure in the "hydraulic wedges" increases sharply and the shell 11 moves towards the impeller 9. The joint 17 of the rotor with the stator opens, the pressure in the grinding chamber 12 increases again due to the compression of the working medium in it. This will cause a secondary hydraulic shock in the grinding chamber 12 and the ejection through the axial slots 13 into the open joint 17 of a portion of the working medium. In the open joint 17 there will be a "gap effect", consisting in a sharp increase in the flow rates in it and in the occurrence of large shear stresses.

При совпадении прорезей 13 с радиальными выемками 8 давление в размольной камере 12 выбросит через них рабочую среду в виде кавитирующей струи в коллекторную полость 3. Давление в размольной камере 12 и в раскрытом стыке 17 упадет. Причем давление в раскрытом стыке 17 упадет больше за счет эжекции из него рабочей среды. Это приведет к схлопыванию стыка 17 и раздавливанию находящихся в нем твердых дисперсных частичек. Далее вновь прорези 13 перекроются и цикл повторится. If the slots 13 coincide with the radial recesses 8, the pressure in the grinding chamber 12 will eject the working medium through them in the form of a cavitating jet into the collector cavity 3. The pressure in the grinding chamber 12 and will drop in the open joint 17. Moreover, the pressure in the open junction 17 will drop more due to the ejection of the working medium from it. This will lead to the collapse of the joint 17 and crushing of the solid dispersed particles contained therein. Then again, the slots 13 overlap and the cycle repeats.

Крупные дисперсные частицы будут отбрасываться центробежными силами к периферии и оседать в карманах 15 размольной камеры 12, где они будут подвергаться гидродинамическому истиранию потоком рабочей среды и друг о друга до размеров, обеспечивающих их витание и вынос через прорези 13 и радиальные выемки 8г в коллекторную полость 3. В коллекторной полости 3 обрабатываемая рабочая среда будет подвергаться в основном кавитационным и пульсационным воздействиям и гидромеханическому разрушению, интенсифицирующим процесс диспергирования. Large dispersed particles will be discarded by centrifugal forces to the periphery and deposited in the pockets 15 of the grinding chamber 12, where they will be subjected to hydrodynamic abrasion by the flow of the working medium and against each other to the sizes that ensure their soaring and removal through the slots 13 and radial recesses 8g into the collector cavity 3 . In the collector cavity 3, the processed working medium will be mainly subjected to cavitation and pulsation influences and hydromechanical destruction, intensifying the dispersion process.

Изобретение работоспособно и при отсутствии в обечайке 11 клиновых скосов 14. В последнем случае увеличивается тонкость диспергирования прочных и малопрочных материалов, но снижается качество диспергирования высокопрочных материалов. The invention is operable even in the absence of 11 wedge bevels 14. In the latter case, the fineness of dispersion of strong and low-strength materials increases, but the dispersion quality of high-strength materials decreases.

Привод обечайки с помощью уплотнительных колец, а не шпонки целесообразен при обработке материалов, вызывающих заклинивание стыка 17 и при обработке особопрочных материалов цемент-песок. В последнем случае исключаются утечки рабочей среды из размольной камеры 12, что позволяет иметь в ней высокие перепады давления. При внезапных заклиниваниях обечайки и статора уплотнительные кольца срежутся, что обеспечит проворот лопастного колеса относительно обечайки без поломки рабочих органов. The drive of the shell with the help of o-rings, and not the keys, is advisable in the processing of materials that cause jamming of the joint 17 and in the processing of extra-strong materials cement-sand. In the latter case, leakage of the working medium from the grinding chamber 12 is excluded, which allows it to have high pressure drops. With sudden jamming of the shell and stator, the o-rings will be cut off, which will ensure the rotation of the impeller relative to the shell without breaking the working bodies.

Claims

A DISPERSATOR comprising a housing with inlet and outlet pipes, a stator with radial end recesses and a vane wheel with a drive shell having slots partially overlapping radial end recesses in the stator, characterized in that the shell forms a grinding chamber with the blade wheel, it is made movable in the axial direction and is equipped with a flange with axial slots and pockets in the grinding chamber.