RU2084274C1

RU2084274C1 - Dispenser

Info

Publication number: RU2084274C1
Application number: RU94006641A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Владимирович Фесенко; Борис Александрович Слуцкий; Александр Иванович Ровенский; Александр Сергеевич Шумейко; Виктор Кузьмич Беспалко; Евгений Владимирович Кухтик
Original assignee: Частное предприятие Научно-техническая фирма "НИП"
Priority date: 1994-02-22
Filing date: 1994-02-22
Publication date: 1997-07-20
Also published as: RU94006641A

Abstract

FIELD: preparation of finely-dispersed suspensions, emulsions and solutions in liquid-to-liquid systems in making fuels, coolants-and-lubricants, mechanical preparations, foodstuff, fertilizers, etc. SUBSTANCE: disperser contains housing and cover which form working chamber with liquid supply and discharge passages, rotor mounted in working chamber and connected with drive shaft; rotor is made in form of disc with closed and open acceleration passages located radially. Closed acceleration passages are located after liquid supply passage and are provided with cavitator made in the form of two engageable cavities whose section exceeds that of passage. Each cavity is provided with individual closed passage for discharge of liquid which is brought in communication with open acceleration passage through fixed additional cavitator secured on cover. Cavitator is made in the form of closed ring with radial holes for passage of liquid. EFFECT: enhanced efficiency. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к роторным аппаратам, предназначенным для получения тонкодисперсных суспензий, эмульсий и растворов в системах жидкость жидкость, жидкость газ при подготовке топливных сред, смазочно-охлаждающих жидкостей, лекарственных препаратов, удобрений и т.п. и может быть использовано в промышленной, транспортной, коммунально-бытовой энергетике, в сельском хозяйстве, химико-фармацевтической промышленности. The invention relates to the field of mechanical engineering, in particular, to rotary devices intended for the preparation of fine suspensions, emulsions and solutions in liquid-liquid, liquid-gas systems in the preparation of fuel media, cutting fluids, pharmaceuticals, fertilizers, etc. and can be used in industrial, transport, municipal energy, agriculture, chemical and pharmaceutical industries.

Известен диспергатор, содержащий корпус с входными и выходными каналами, размещенные в корпусе ротор и статор, выполненные в виде коаксиально расположенных цилиндров. Статор выполнен в виде перфорированного цилиндра, а ротор снабжен решеткой, охватывающей статор (1). Known dispersant containing a housing with input and output channels, placed in the housing of the rotor and stator, made in the form of coaxially arranged cylinders. The stator is made in the form of a perforated cylinder, and the rotor is equipped with a grid covering the stator (1).

В известном диспергаторе основной процесс диспергирования происходит в цилиндрическом зазоре между вращающимся ротором и статором продавливанием через перфорированный статор. Скорость радиального потока жидкости по сравнению с окружной жидкостью в зазоре между коаксиальными цилиндрами гораздо меньше и при расчетах принимается равной нулю. In the known dispersant, the main dispersion process takes place in a cylindrical gap between the rotating rotor and the stator by forcing through a perforated stator. The velocity of the radial fluid flow compared to the surrounding fluid in the gap between the coaxial cylinders is much lower and is assumed to be zero in the calculations.

Недостатком известного диспергатора является высокая потребляемая мощность, обусловленная потерями на трение в зазорах в основном между цилиндрическими поверхностями ротора и статора. A disadvantage of the known dispersant is the high power consumption due to friction losses in the gaps mainly between the cylindrical surfaces of the rotor and stator.

В этом диспергаторе получение мелкодисперсной среды за счет микродробления частиц также связано с высокой потребляемой мощностью, обусловленной потерями на трение в зазоре между дисками ротора и статора. In this dispersant, the production of a finely dispersed medium due to micro-crushing of particles is also associated with a high power consumption due to friction losses in the gap between the rotor and stator disks.

Известен диспергатор, содержащий корпус со статором и крышкой, каналами подвода и отвода жидкости и установленный в полости корпуса и соединенный с приводным валом ротор, выполненный в виде диска. Полый диск имеет центральную входную полость, объединенную с дисковой и периферийной полостями, и выполненные на периферии короткие выходные каналы, сориентированные на перегородки-наковальни, выполненные в виде упругой пластины с выступами, закрепленной на внутренней стенке корпуса. Пластина с выступами предназначена для мелкодисперсного дробления частиц струй жидкости, вытекающей из выходных каналов диска. Known dispersant containing a housing with a stator and a cover, channels for supplying and discharging liquid and installed in the cavity of the housing and connected to the drive shaft rotor made in the form of a disk. The hollow disk has a central input cavity combined with disk and peripheral cavities, and short output channels made on the periphery oriented to the anvil baffles, made in the form of an elastic plate with protrusions mounted on the inner wall of the housing. The plate with protrusions is designed for fine crushing of particles of jets of liquid flowing from the output channels of the disk.

Диск снабжен всасывающим патрубком с винтовой лопастью на входе. Полость патрубка сообщена с центральной входной полостью диска. На внутренней поверхности полого диска, обращенной к центральной входной полости, установлена крыльчатка для дополнительного перемешивания жидкости внутри полого диска (2). The disk is equipped with a suction pipe with a screw blade at the inlet. The cavity of the pipe is in communication with the Central input cavity of the disk. An impeller is installed on the inner surface of the hollow disk facing the central inlet cavity for additional mixing of the liquid inside the hollow disk (2).

В известном диспергаторе жидкость по всасывающему патрубку подается в полость ротора. В полости жидкость перемешивается крыльчаткой. В процессе перемешивания в полости сложно получить мелкодисперсную среду, так как нет условий для микродробления частиц. Под действием центробежных сил жидкость смещается к периферии полости диска и далее выдавливается из него через выходные каналы. Вытекающие из выходных каналов струи жидкости соударяются с перегородками-наковальнями. In a known dispersant, the liquid is fed through the suction pipe into the rotor cavity. In the cavity, the liquid is mixed by the impeller. In the process of mixing in the cavity, it is difficult to obtain a finely dispersed medium, since there are no conditions for micro-crushing of particles. Under the action of centrifugal forces, the fluid is displaced to the periphery of the disk cavity and then squeezed out of it through the output channels. The liquid streams flowing from the output channels collide with the anvil baffles.

В известном диспергаторе процесс диспергирования происходит за счет циркуляционного перемешивания жидкости в полости диска и за счет соударения вытекающей из выходных каналов жидкости с перегородками-наковальнями. Микродробление частиц жидкости осуществляется в основном за счет соударения струй с перегородками-наковальнями. Однако, радиальная составляющая скорости жидкости внутри полости меньше окружной скорости, направленное перемещение жидкости к перегородкам-наковальням осуществляется только в выходных каналах диска. Поэтому на микродробление расходуется значительно меньше энергии, чем на перемешивание в полости диска. В диспергаторе снижены потери на трение между ротором и диспергируемой жидкостью, исключено жидкостное трение в малых зазорах между ротором и статором. Изменен принцип диспергирования процесс диспергирования за счет жидкостного трения в малых зазорах между вращающимся ротором и статором заменен на процесс кавитационного диспергирования и диспергирования за счет соударения вытекающей из выходных каналов ротора струй с перегородками-наковальнями, закрепленными на корпусе. In the known dispersant, the dispersion process occurs due to the circulating mixing of the liquid in the cavity of the disk and due to the collision of the liquid flowing from the outlet channels with the anvil baffles. Micro-crushing of fluid particles is carried out mainly due to the collision of jets with anvil baffles. However, the radial component of the fluid velocity inside the cavity is less than the peripheral velocity, the directed movement of the fluid to the anvil baffles is carried out only in the output channels of the disk. Therefore, much less energy is spent on micro-crushing than mixing in the disk cavity. In the dispersant, friction losses between the rotor and the dispersible liquid are reduced, liquid friction is eliminated in small gaps between the rotor and the stator. The dispersion principle has been changed. The dispersion process due to liquid friction in small gaps between the rotating rotor and the stator is replaced by the cavitation dispersion and dispersion process due to the impact of the jets flowing from the output channels of the rotor with anvil baffles fixed to the housing.

Недостатком известного диспергатора является то, что в нем значительный удельный вес энергии расходуется на диспергирование за счет циркуляционного перемещения в полости диска, остальная часть энергии расходуется на диспергирование за счет микродробления в результате соударения вытекающих струй с перегородками-наковальнями. Поэтому затруднено получение тонкодисперсной среды, так как для этого необходимо увеличить скорость вращения ротора. При этом увеличивается потребляемая на диспергирование мощность. A disadvantage of the known dispersant is that in it a significant proportion of energy is spent on dispersion due to circulation movement in the cavity of the disk, the rest of the energy is spent on dispersion due to micro-crushing as a result of collision of the effluent jets with anvil baffles. Therefore, it is difficult to obtain a finely dispersed medium, since for this it is necessary to increase the speed of rotation of the rotor. At the same time, the power consumed for dispersion increases.

Известен диспергатор, содержащий корпус и крышку с входным патрубком, размещенный в корпусе цилиндрический ротор со сквозными отверстиями в центральной части и радиальными открытыми каналами разгона (канавками) на торцах, сообщенными с кольцевыми канавками, выполненными по периферии корпуса и крышки (3). A dispersant is known, comprising a housing and a cover with an inlet, a cylindrical rotor located in the housing with through holes in the central part and radial open acceleration channels (grooves) at the ends communicated with annular grooves made on the periphery of the housing and cover (3).

Недостаток известного диспергатора состоит в том, что диспергирование за счет перетирания жидкости в малых зазорах между ротором и статором связано с большими потерями мощности на жидкостное трение в малых зазорах. A disadvantage of the known dispersant is that dispersion due to grinding of the liquid in small gaps between the rotor and the stator is associated with large losses of power for liquid friction in small gaps.

Другой недостаток известного диспергатора необходимость многократного пропускания через него предварительно подготовленной смеси для получения мелкодисперсной эмульсии. Вследствие этого большие расходы электроэнергии на получение эмульсии. Another disadvantage of the known dispersant is the need for repeatedly passing through it a pre-prepared mixture to obtain a finely dispersed emulsion. As a result of this, high energy consumption for emulsion production.

Известен диспергатор, содержащий корпус и крышку, образующие рабочую полость с каналами подвода и отвода жидкости, установленный в рабочей полости корпуса и соединенный с приводным валом ротор, выполненный в виде диска с радиально расположенными открытыми каналами разгона (4). Known dispersant containing a housing and a cover forming a working cavity with channels for supplying and discharging liquid, installed in the working cavity of the housing and connected to the drive shaft of the rotor, made in the form of a disk with radially located open acceleration channels (4).

В известном диспергаторе диспергирование обеспечивается за счет микродробления частиц жидкости, а также за счет кавитационных процессов, происходящих в полостях каналов. In the known dispersant, dispersion is provided by micro-crushing of liquid particles, as well as by cavitation processes occurring in the cavities of the channels.

Недостатком известного диспергатора является то, что при установившихся режимах сужаются области, в которых протекают кавитационные процессы, что может привести к понижению степени микродробления частиц. A disadvantage of the known dispersant is that, under steady-state conditions, the regions in which cavitation processes occur are narrowed, which can lead to a decrease in the degree of micro-crushing of particles.

Задачей изобретения является создание диспергатора, в котором за счет постоянного поддержания неустановившихся процессов движения жидкости в каналах разгона добиться высокой степени дисперсности смеси. The objective of the invention is to create a dispersant in which due to the constant maintenance of unsteady processes of fluid movement in the acceleration channels to achieve a high degree of dispersion of the mixture.

Эта задача решается тем, что в диспергаторе, содержащем корпус и крышку, образующие рабочую полость с каналами подвода и отвода жидкости, в которой установлен ротор, выполненными в виде диска с радиально расположенными открытыми и закрытыми каналами разгона ротор выполнен с закрытыми каналами разгона, расположенными после канала подвода жидкости и имеющими кавитатор в виде двух сопрягающихся друг с другом полостей большего, чем канал разгона сечения, при этом полость имеет закрытый канал отвода жидкости, отстоящий от основного закрытого канала разгона не менее, чем на половину ширины полости и сообщаемый с открытым каналом разгона через неподвижный закрепленный на крышке дополнительный кавитатор в виде замкнутого кольца с радиально расположенными отверстиями для прохода жидкости, при этом ширина перегородок между отверстиями кольца составляет не более половины ширины закрытого канала отвода жидкости из полости основного кавитатора. Во входном канале диспергатора расположено устройство для смешения компонентов смеси, выполненное в виде конусообразных полостей, сообщающихся друг с другом. Основной поток жидкости вводится в сужающуюся часть конуса, а подвод дополнительных компонентов осуществляется в расширяющуюся часть конуса через отверстия в боковых стенках. Перед входом жидкости в канал разгона в специальной полости установлены направляющие лопатки. This problem is solved in that in a dispersant containing a housing and a cover forming a working cavity with channels for supplying and discharging liquid in which a rotor is installed, made in the form of a disk with radially located open and closed acceleration channels, the rotor is made with closed acceleration channels located after a fluid supply channel and having a cavitator in the form of two cavities mating with each other larger than the cross-section acceleration channel, while the cavity has a closed fluid drainage channel spaced from the main closure the acceleration channel is not less than half the width of the cavity and communicates with the open acceleration channel through a fixed additional cavitator in the form of a closed ring with radially arranged holes for the passage of fluid, while the width of the partitions between the ring openings is no more than half the width of the closed exhaust channel fluid from the cavity of the main cavitator. In the input channel of the dispersant is a device for mixing the components of the mixture, made in the form of conical cavities communicating with each other. The main fluid flow is introduced into the tapering part of the cone, and the supply of additional components is carried out in the expanding part of the cone through openings in the side walls. Before the liquid enters the acceleration channel, guide vanes are installed in a special cavity.

Благодаря тангенциальному подводу жидкости из закрытого канала к цилиндрическим полостям возникают завихрения и первичное дробление жидкости. При наличии сужающих устройств в кавитаторах (основном и дополнительном) происходит резкое падение давления за кавитаторами, сопровождающееся кавитационными процессами в жидкости. При этом, ввиду меняющегося давления за дополнительным кавитатором вследствие непостоянного сечения для прохода жидкости, эти явления еще более усиливаются за счет периодических пульсаций. Due to the tangential fluid supply from the closed channel to the cylindrical cavities, turbulences and primary crushing of the liquid occur. In the presence of constricting devices in the cavitators (primary and secondary), a sharp drop in pressure behind the cavitators occurs, accompanied by cavitation processes in the liquid. Moreover, due to the changing pressure behind the additional cavitator due to an unstable cross-section for the passage of fluid, these phenomena are further enhanced by periodic pulsations.

Все вышеизложенное приводит к гидроударам, акустическим колебаниям и, как следствие, к микродроблению диспергируемой среды. All of the above leads to water hammer, acoustic vibrations and, as a consequence, to microdisintegration of the dispersible medium.

На фиг.1 изображен общий вид предлагаемого диспергатора;
на фиг.2 сечение фиг.1 по А-А, каналы разгона жидкости с кавитаторами.Figure 1 shows a General view of the proposed dispersant;
figure 2 section of figure 1 on aa, channels for accelerating liquid with cavitators.

Диспергатор содержит корпус 1 и крышку 2, образующие между собой рабочую полость, внутри которой вращается ротор 3, получающий движение от приводного вала 4. Ротор имеет изолированные друг от друга и от его торца каналы разгона 5, основной 6 и дополнительный 7 кавитаторы. Отвод жидкости осуществляется через закрытый канал отвода 8, открытый канал 9 ротора, окружную канавку 10 крышки и сливной патрубок 11. Основной кавитатор показан на примере двух сопрягающихся друг с другом цилиндрических полостей, большого чем канал 5 сечения. Закрытый канал отвода 8 отстоит от основного закрытого канала 5 не менее, чем на радиус цилиндрической полости. The dispersant comprises a housing 1 and a cover 2, which form a working cavity between them, inside of which a rotor 3 rotates, receiving movement from the drive shaft 4. The rotor has acceleration channels 5, main 6 and additional 7 cavitators isolated from each other and from its end. The liquid is discharged through a closed channel of the drain 8, an open channel 9 of the rotor, a circumferential groove 10 of the cover and a drain pipe 11. The main cavitator is shown by the example of two mating cylindrical cavities larger than the cross-section channel 5. The closed outlet channel 8 is separated from the main closed channel 5 by at least a radius of the cylindrical cavity.

Дополнительный кавитатор 7, сообщаемый с каналом отвода 8, выполнен в виде замкнутого кольца с радиально расположенными отверстиями 12 для истечения жидкости. Ширина перегородок 13 между отверстиями составляет не более половины ширины закрытого отводящего канала разгона 8 для возможности прохода жидкости. Для получения закрытых пазов использован диск 14, имеющий заборную полость 15 с расположенными на периферии лопатками 16, предназначенными для разгона смеси и уменьшения сопротивления при ее входе в каналы разгона. Additional cavitator 7, in communication with the outlet channel 8, is made in the form of a closed ring with radially located holes 12 for fluid outflow. The width of the partitions 13 between the holes is not more than half the width of the closed exhaust channel acceleration 8 for the passage of fluid. To obtain closed grooves, a disk 14 is used, which has an intake cavity 15 with blades 16 located on the periphery, designed to disperse the mixture and reduce the resistance when it enters the acceleration channels.

Во входном канале диспергатора 17 расположено устройство для смешения компонентов смеси. Оно выполнено в виде двух конусообразных полостей 18 и 19, причем основной поток жидкости вводится в сужающуюся часть конуса, а подвод дополнительных компонентов осуществляется в расширяющуюся часть конуса через отверстия 20 в его боковых стенках. In the input channel of the dispersant 17 is a device for mixing the components of the mixture. It is made in the form of two conical cavities 18 and 19, with the main fluid flow being introduced into the tapering part of the cone, and the supply of additional components is carried out in the expanding part of the cone through holes 20 in its side walls.

Диспергатор работает следующим образом. Dispersant works as follows.

Перед пуском канал 17 подвода основной жидкости и канал 21 смешиваемого компонента закрыты. После того, как диск ротора наберет обороты, подают жидкость в центральную входную полость 15. Из полости 15 жидкость поступает в каналы 5 разгона и под действием напора и центробежных сил устремляется к кавитаторам 6 и 7. Проходя по каналам 8 и отверстиям 12 кавитаторов, жидкость приобретает большую скорость понижением давления за кавитаторами. При этом развиваются кавитационные процессы с разрывом сплошности смеси и сопровождающими ее процессами микродробления смеси. Из кавитатора 7 жидкость устремляется в открытые каналы 9 и далее через кольцевую канавку 10 крышки 2 поступает в сливной патрубок 11. Before starting, the main fluid supply channel 17 and the mixed component channel 21 are closed. After the rotor disk has gained momentum, liquid is supplied to the central inlet cavity 15. From the cavity 15, the liquid enters the acceleration channels 5 and, under the influence of pressure and centrifugal forces, rushes to the cavitators 6 and 7. Passing through the channels 8 and the holes 12 of the cavitators, the liquid acquires greater speed by lowering the pressure behind the cavitators. In this case, cavitation processes develop with discontinuity of the mixture and the accompanying processes of micro-crushing of the mixture. From the cavitator 7, the liquid rushes into the open channels 9 and then through the annular groove 10 of the cover 2 enters the drain pipe 11.

Claims

1. Disperser, comprising a housing and a cover, forming a working cavity with channels for supplying and discharging liquid, installed in the working cavity and connected to the drive shaft, a rotor made in the form of a disk with radially located open acceleration channels, characterized in that the rotor is made with closed channels acceleration, located after the fluid supply channel and having a cavitator in the form of two cavities mating with each other larger than the acceleration channel, cross-section, with each cavity having a closed fluid drain channel, o standing from the main closed acceleration channel by at least half the cavity width and communicated with the open acceleration channel through a fixed additional cavitator in the form of a closed ring with radially spaced openings for passing fluid, while the width of the partitions between the ring openings is not more than half the width a closed channel for draining fluid from the cavity of the main cavitator.

2. The dispersant according to claim 1, characterized in that before the fluid enters the closed acceleration channels, the rotor has a cavity with guide vanes installed in it.

3. Dispersant according to claims 1 and 2, characterized in that in the disperser feed channel there is a device for mixing the components of the mixture, made in the form of cone-shaped cavities communicating with each other, the main fluid flow being introduced into the tapering part of the cone, and the supply of additional components carried out in the expanding part of the cone through openings in the side walls.