RU2179066C1

RU2179066C1 - Device for dissolving, emulsifying and dispersing various materials

Info

Publication number: RU2179066C1
Application number: RU2000116518A
Authority: RU
Inventors: С.Г. Чиргин
Original assignee: Чиргин Сергей Георгиевич
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2002-02-10

Abstract

FIELD: dissolving, emulsifying and dispersing various materials; combined liquid heating systems; fine grinding of solid materials; mixing or dispersing various liquids, accelerating mass-transfer and physico-chemical processes; preheating water in hot-water supply and heating systems. SUBSTANCE: device has housing with inlet and outlet branch pipes and stator and rotor mounted in this housing concentrically. Stator and rotor are made in form of truncated cones and their lateral surface are provided with at least two circular projections with radial slots at the top which form at least two successive zones for interruption of flow. EFFECT: enhanced efficiency in form of increased number of pressure surges due to passage of several flow interruption zones in one apparatus, thus forming hydraulic impact followed by expansion of flow and action of cavitation zone. 2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для растворения, эмульгирования и диспергирования различных материалов, комбинированным системам нагрева жидкостей и может быть использовано для тонкого измельчения твердых материалов в различных отраслях промышленности, смешивания или диспергирования различных жидкостей, ускорения массообменных и физико-химических процессов, а также для подогрева воды в системах горячего водоснабжения и отопления. The invention relates to devices for dissolving, emulsifying and dispersing various materials, combined systems for heating liquids and can be used for fine grinding of solid materials in various industries, mixing or dispersing various liquids, accelerating mass transfer and physico-chemical processes, as well as for heating water in hot water and heating systems.

Известны роторные аппараты гидроударного действия (1, 2, 3, 4), содержащие корпус с входным и выходным патрубками и установленные в корпусе ротор и статор, выполненные в виде тел вращения и соприкасающиеся друг с другом боковыми стенками, в которых выполнены радиальные каналы. Known rotary apparatus hydropercussion action (1, 2, 3, 4), containing a housing with inlet and outlet nozzles and installed in the housing of the rotor and stator, made in the form of bodies of revolution and in contact with each other side walls in which radial channels are made.

Указанные аппараты имеют в общем случае принципиальную единую схему и конструктивно незначительно отличаются друг от друга. Все они обеспечивают удовлетворительные технические показатели, указанных выше технологических процессов, однако возможности их модернизации исчерпаны не в полной мере. These devices have, in the general case, a single unified circuit and are structurally slightly different from each other. All of them provide satisfactory technical indicators of the above technological processes, however, the possibilities of their modernization are not fully exhausted.

Наиболее близким аналогом заявленному изобретению по технической сущности является центробежный диспергатор (5), содержащий корпус с патрубками входа и выхода обрабатываемых материалов и установленные в нем концентрично друг другу ротор и статор, сопрягаемые боковыми поверхностями, выполненными в виде усеченных конусов. The closest analogue of the claimed invention in technical essence is a centrifugal dispersant (5), comprising a housing with inlets and outlets of the processed materials and a rotor and stator mounted concentrically to each other, mating with side surfaces made in the form of truncated cones.

Данная конструкция обеспечивает хорошие технико-экономические показатели работы при обработке многих материалов, однако в некоторых случаях однократного пропуска обрабатываемого материала через аппарат оказывается недостаточно для получения заданных параметров диспергирования или эмульгирования. Возможен вариант последовательной установки нескольких аппаратов, но это связано с увеличением металлоемкости процесса, снижением надежности работы технологической линии, а в некоторых случаях, особенно в пищевой промышленности, для сохранения определенных свойств продуктов, требуется получение заданных параметров диспергирования или эмульгирования при однократном пропуске через аппарат. This design provides good technical and economic performance when processing many materials, however, in some cases, a single pass of the processed material through the apparatus is not enough to obtain the specified dispersion or emulsification parameters. The option of sequential installation of several devices is possible, but this is due to an increase in the metal consumption of the process, a decrease in the reliability of the production line, and in some cases, especially in the food industry, to preserve certain properties of products, it is necessary to obtain the specified dispersion or emulsification parameters with a single pass through the device.

Исходя из сказанного, перед данным изобретением стоит задача увеличения эффективности процессов растворения, эмульгирования и диспергирования. Указанная задача может быть решена несколькими путями: увеличением величины пульсаций давления за счет увеличения длины каналов ротора (значительно возрастают габариты аппарата); увеличением частоты пульсаций за счет увеличения числа оборотов ротора (определенные ограничения по двигателям); увеличением числа каналов ротора (значительного увеличения ожидать скорее всего не следует, т.к. главный резерв увеличения эффективности состоит в увеличении числа пульсаций, воздействующих на обрабатываемый материал). Based on the foregoing, this invention is faced with the task of increasing the efficiency of the processes of dissolution, emulsification and dispersion. This problem can be solved in several ways: by increasing the value of pressure pulsations by increasing the length of the rotor channels (the dimensions of the apparatus increase significantly); an increase in the ripple frequency due to an increase in the number of rotor revolutions (certain engine restrictions); an increase in the number of rotor channels (a significant increase is most likely not to be expected, since the main reserve for increasing efficiency is to increase the number of pulsations affecting the processed material).

Технический результат, возникающий при использовании изобретения, состоит в возможности увеличения числа пульсаций давления и ударного воздействия струи обрабатываемой суспензии путем последовательного прохождения в одном аппарате нескольких зон прерывания потока с возникновением гидроудара и последующего расширения потока, сопровождаемого зоной кавитационного воздействия. The technical result arising from the use of the invention consists in the possibility of increasing the number of pressure pulsations and the impact of the jet of the suspension to be treated by successively passing several flow interruption zones in one apparatus with the occurrence of water hammer and subsequent expansion of the flow, accompanied by a cavitation zone.

Указанный технический результат получают за счет того, что в известном устройстве, содержащем корпус с патрубками входа и выхода обрабатываемых материалов и установленные в нем концентрично друг другу и сопрягаемые боковыми поверхностями, выполненными в виде усеченных конусов, статор и ротор с радиальными каналами, на внутренней боковой поверхности статора и наружной боковой поверхности ротора выполнены, по меньшей мере, по две кольцевые проточки треугольного сечения, образующие на боковых поверхностях статора и ротора кольцевые треугольные выступы различного диаметра, при этом в вершинах выступов статора, обращенных к его оси, и в вершинах выступов ротора, обращенных в сторону, противоположную его оси, выполнены радиальные пазы с выходом на торцевые поверхности кольцевых треугольных выступов, сопряжение статора и ротора выполнено по поверхностям треугольных выступов, согласным оси статора и ротора и имеющим различные диаметры, а радиальные каналы выполнены в сопрягаемой поверхности кольцевого выступа меньшего диаметра ротора и в сопрягаемой поверхности кольцевого выступа большего диаметра статора. Отношение числа каналов или пазов статора к числу каналов или пазов ротора в каждой ступени сопряжения статора и ротора равно 0,8-0,85. The specified technical result is obtained due to the fact that in the known device containing a housing with nozzles for the input and output of the processed materials and installed therein concentrically to each other and mating with side surfaces made in the form of truncated cones, the stator and rotor with radial channels are on the inner side the surface of the stator and the outer side surface of the rotor is made of at least two annular grooves of triangular cross-section, forming on the lateral surfaces of the stator and rotor radial grooves are made at the ends of the stator protrusions facing its axis and at the vertices of the rotor protrusions facing the opposite axis thereof, exit to the end surfaces of the annular triangular protrusions, the stator and rotor are mated on the surfaces triangular protrusions, consistent with the axis of the stator and rotor and having different diameters, and the radial channels are made in the mating surface of the annular protrusion of a smaller diameter of the rotor and in the mating surface of the ring of protrusion larger stator diameters. The ratio of the number of channels or grooves of the stator to the number of channels or grooves of the rotor in each stage of conjugation of the stator and rotor is 0.8-0.85.

Выполнение внутренней боковой поверхности статора и наружной боковой поверхности ротора по форме усеченных конусов, на которых выполнены кольцевые проточки треугольного сечения, образующие на боковых поверхностях статора и ротора несколько кольцевых выступов с радиальными пазами, позволяет получить в одном устройстве несколько ступеней воздействия на обрабатываемый материал, а следовательно, повысить его эффективность, при этом заданная степень эмульгирования или диспергирования обеспечивается за один пропуск материала через аппарат. Таким образом заявляемая совокупность существенных признаков устройства обеспечит выполнение поставленной задачи и получение указанного выше технического результата. The execution of the inner lateral surface of the stator and the outer lateral surface of the rotor in the form of truncated cones on which annular grooves of triangular section are made, forming several annular protrusions with radial grooves on the lateral surfaces of the stator and rotor, makes it possible to obtain several stages of action on the material being processed in one device, and therefore, to increase its efficiency, while the specified degree of emulsification or dispersion is provided for one passage of material through the app Rath. Thus, the claimed combination of essential features of the device will ensure the fulfillment of the task and obtaining the above technical result.

Принципиальная схема устройства для растворения, эмульгирования и диспергирования различных материалов представлена на чертежах. На фиг. 1 представлен общий вид устройства в разрезе; на фиг. 2 - статор устройства; на фиг. 3 - ротор устройства; на фиг. 4 - сечение А - А фиг. 1; на фиг. 5 - сечение Б - Б фиг. 1; на фиг. 6 - сечение В - В фиг. 1. A schematic diagram of a device for dissolving, emulsifying and dispersing various materials is presented in the drawings. In FIG. 1 shows a General view of the device in section; in FIG. 2 - device stator; in FIG. 3 - device rotor; in FIG. 4 - section A - A of FIG. 1; in FIG. 5 - section B - B of FIG. 1; in FIG. 6 - section B - In FIG. 1.

Устройство включает корпус 1 с патрубками входа 2 и выхода 3 обрабатываемых материалов. По оси корпуса 1 на валу 4 установлен с возможностью вращения от привода (на чертеже не показан) ротор 5, наружная боковая поверхность 6 которого имеет форму усеченного конуса. Концентрично ротору 5 в корпусе 1 установлен статор 7, внутренняя боковая поверхность 8 которого также имеет форму усеченного конуса. Ротор 5 имеет внутреннюю полость 9 и лопатки 10. На внутренней боковой поверхности 8 статора 7 и наружной боковой поверхности 6 ротора 5 выполнено, по меньшей мере, по две кольцевые проточки трехугольного сечения. В варианте, изображенном на чертежах, выполнено по три кольцевых проточки 11 как на поверхности статора, так и ротора. Эти проточки образуют на боковой поверхности ротора кольцевые трехугольные выступы 12 различного диаметра, а на боковой поверхности статора - кольцевые трехугольные выступы 13 различного диаметра. Указанные выступы 12 и 13 имеют торцевые поверхности, соответственно, 14 и 15, и боковые - 16 и 17. Сопряжение статора и ротора выполнено по боковым поверхностям 16 и 17 трехугольных выступов 12 и 13. В вершинах выступов 13 статора 7, обращенных к его оси, и в вершинах выступов 12 ротора 5, обращенных в сторону, противоположную его оси, выполнены, соответственно, радиальные пазы 18 и 19. В боковой сопрягаемой поверхности меньшего диаметра 16 ротора 5 и в боковой сопрягаемой поверхности большего диаметра 17 статора 7 выполнены радиальные каналы 20. Для получения наибольшей частоты следования импульсов давления и получения "мягкого" режима работы устройства, отношение числа каналов или пазов статора к числу каналов или пазов ротора в каждой ступени сопряжения ротора и статора равно 0,8 - 0,85. Например, в экспериментальной конструкции устройства, выполненной согласно заявляемому изобретению, это число составило: в первой ступени сопряжения ротор имеет 24 радиальных канала - статор 20 радиальных пазов; во второй ступени - ротор имеет 36 радиальных пазов, статор - 30; в третьей ступени ротор имеет 48 радиальных пазов, статор - 40 радиальных каналов. The device includes a housing 1 with nozzles of the input 2 and output 3 of the processed materials. On the axis of the housing 1 on the shaft 4 is mounted for rotation from the drive (not shown) a rotor 5, the outer side surface 6 of which has the shape of a truncated cone. Concentric to the rotor 5, a stator 7 is installed in the housing 1, the inner side surface 8 of which also has the shape of a truncated cone. The rotor 5 has an internal cavity 9 and blades 10. On the inner side surface 8 of the stator 7 and the outer side surface 6 of the rotor 5, at least two annular grooves of a triangular section are made. In the embodiment depicted in the drawings, three annular grooves 11 are made both on the surface of the stator and rotor. These grooves form annular triangular protrusions 12 of various diameters on the lateral surface of the rotor, and annular triangular protrusions 13 of various diameters on the lateral surface of the stator. These protrusions 12 and 13 have end surfaces, respectively, 14 and 15, and side surfaces 16 and 17. The stator and rotor are mated along the lateral surfaces 16 and 17 of the triangular protrusions 12 and 13. At the vertices of the protrusions 13 of the stator 7 facing its axis , and at the vertices of the protrusions 12 of the rotor 5 facing the opposite direction to its axis, respectively, radial grooves 18 and 19 are made. Radial channels 20 are made in the lateral mating surface of the smaller diameter 16 of the rotor 5 and in the lateral mating surface of the larger diameter 17 of the stator 7 To get the most a higher repetition rate of pressure pulses and obtain a "soft" mode of operation of the device, the ratio of the number of channels or grooves of the stator to the number of channels or grooves of the rotor in each step of the pairing of the rotor and stator is 0.8 - 0.85. For example, in the experimental design of the device made according to the claimed invention, this number was: in the first coupling stage, the rotor has 24 radial channels — a stator of 20 radial grooves; in the second stage, the rotor has 36 radial grooves, the stator has 30; in the third stage, the rotor has 48 radial grooves, the stator has 40 radial channels.

Устройство работает следующим образом. Для диспергирования твердых материалов, например, измельчения руды готовится смесь руды с водой при соотношении жидкого к твердому 1:1 и более жидкости. При вращении ротора 5 от привода (на чертеже не показан) через вал 4 суспензия обрабатываемого материала поступает через входной патрубок 2 корпуса 1 во внутреннюю полость 9 ротора 5, где взаимодействуя с лопатками 10, получает вращательное движение. Под действием центробежных сил поток суспензии получает значительное приращение радиальной скорости, зависящее от частоты вращения ротора и его диаметра. Скорость суспензии обрабатываемого материала на выходе из полости 10 и входе в радиальные каналы 20 первой ступени сопряжения ротора 5 значительно превышает скорость потока суспензии во входном патрубке 2. В момент перекрытия радиальных каналов 20 сопрягаемой поверхностью 17 статора 7, происходит резкое торможение потока суспензии, сопровождаемое явлением гидравлического удара с возникновением в радиальных каналах 20 ротора 5 импульса давления, воздействующего на обрабатываемый материал. В момент совмещения радиальных каналов 20 первой ступени сопряжения ротора 5 с радиальными пазами 18 статора 7 происходит резкий сброс давления в радиальных каналах 20 ротора 5, сопровождаемый возникновением зоны кавитации и интенсивным ударом струй о поверхность радиальных пазов 18 статора 7. Далее поток суспензии поступает в радиальные пазы 19 ротора 5 и в момент перекрытая их сопрягаемой поверхностью 17 второй ступени статора 7, подвергается повторному резкому торможению, также сопровождаемому гидравлическим ударом. При совмещении радиальных пазов 19 ротора 5 и радиальных пазов 18 второй ступени статора 7, вновь происходит сброс давления в радиальных пазах 19 ротора 5 и вновь образуется зона кавитации и интенсивное ударное взаимодействие потока суспензии о стенки радиальных пазов 18 второй ступени сопряжения статора 7. При дальнейшем радиальном движении потока суспензии он входит в третью ступень сопряжения ротора и статора и в третий раз подвергается интенсивному воздействию импульса давления при возникновении гидравлического удара и кавитационному воздействию при выходе из третьей ступени в полость корпуса 1 через радиальные каналы 20 последней ступени сопряжения ротора и статора. Обработанный трехкратным воздействием материал через выходной патрубок 3 корпуса 1 поступает на другие стадии технологической линии. Заданное соотношение числа каналов или пазов статора и ротора в каждой ступени сопряжения обеспечивает "мягкую" работу аппарата, т.к. в любой момент времени в каждой ступени сопряжения совмещается равное количество пазов или каналов ротора и статора. Заявляемое устройство обеспечит получение заданных свойств обрабатываемого материала при однократной его обработке в одном аппарате. The device operates as follows. To disperse solid materials, for example, ore grinding, a mixture of ore with water is prepared at a liquid to solid ratio of 1: 1 or more liquids. When the rotor 5 rotates from the drive (not shown) through the shaft 4, the suspension of the processed material enters through the inlet pipe 2 of the housing 1 into the internal cavity 9 of the rotor 5, where, interacting with the blades 10, it receives a rotational movement. Under the action of centrifugal forces, the suspension flow receives a significant increment in radial velocity, depending on the rotor speed and its diameter. The speed of the suspension of the processed material at the outlet of the cavity 10 and the entrance to the radial channels 20 of the first stage of coupling of the rotor 5 is significantly higher than the speed of the flow of the suspension in the inlet pipe 2. When the radial channels 20 are blocked by the mating surface 17 of the stator 7, a sharp braking of the suspension flow occurs, accompanied by the phenomenon water hammer with the occurrence in the radial channels 20 of the rotor 5 of the pressure pulse affecting the processed material. At the moment of combining the radial channels 20 of the first stage of coupling of the rotor 5 with the radial grooves 18 of the stator 7, a sharp pressure drop occurs in the radial channels 20 of the rotor 5, accompanied by the formation of a cavitation zone and an intense impact of the jets on the surface of the radial grooves 18 of the stator 7. Then, the suspension flow enters the radial grooves 19 of the rotor 5 and at the moment blocked by their mating surface 17 of the second stage of the stator 7, is subjected to repeated sharp braking, also accompanied by a hydraulic shock. When combining the radial grooves 19 of the rotor 5 and the radial grooves 18 of the second stage of the stator 7, pressure is again relieved in the radial grooves 19 of the rotor 5 and the cavitation zone forms again and intense impact interaction of the suspension flow against the walls of the radial grooves 18 of the second stage of stator 7 coupling. the radial movement of the suspension flow, he enters the third stage of coupling of the rotor and stator and for the third time is subjected to intense pressure pulse in the event of a water hammer and cavitation in action when leaving the third stage in the cavity of the housing 1 through the radial channels 20 of the last stage of coupling of the rotor and stator. Treated three times the material through the outlet pipe 3 of the housing 1 enters the other stages of the production line. The predetermined ratio of the number of channels or grooves of the stator and rotor in each coupling stage provides a “soft” operation of the apparatus, since at any time in each step of the pair is combined an equal number of grooves or channels of the rotor and stator. The inventive device will provide the desired properties of the processed material with a single processing in one device.

Следует отметить, что заявляемая конструкция может работать и в режиме теплового генератора. При этом режиме через аппарат пропускают воду, которая нагревается и может быть использована в системах горячего водоснабжения и отопления помещений. It should be noted that the claimed design can work in the mode of a heat generator. In this mode, water is passed through the apparatus, which is heated and can be used in hot water supply and space heating systems.

Источники информации, принятые во внимание
1. Авторское свидетельство СССР N 1586759, B 01 F 7/12, заявлено 06.05.88.Sources of information taken into account
1. USSR author's certificate N 1586759, B 01 F 7/12, claimed 06.05.88.

2. Патент РФ N 2064822, B 01 F 7/00, заявлено 16.12.92. 2. RF patent N 2064822, B 01 F 7/00, filed December 16, 1992.

3. Патент РФ N 2050959, B 01 F 7/00, заявлено 06.05.93. 3. RF patent N 2050959, B 01 F 7/00, pending 05.06.93.

4. Патент РФ N 2067022, B 01 F 7/00, заявлено 08.02.94. 4. RF patent N 2067022, B 01 F 7/00, filed 08.02.94.

5. Авторское свидетельство СССР N 1681934, заявлено 17.02.89 (прототип). 5. USSR author's certificate N 1681934, claimed 02.17.89 (prototype).

Claims

1. A device for dissolving, emulsifying and dispersing various materials, comprising a housing with inlets and outlets of processed materials and mounted concentrically to each other and mating with side surfaces made in the form of truncated cones, a stator and a rotor with radial channels, characterized in that at least two annular grooves of a triangular section are formed on the inner side surface of the stator and on the outer side surface of the rotor, forming on the side surfaces of the stator radial grooves and rotors of the annular triangular protrusions of different diameters, while radial grooves are made at the vertices of the stator protrusions facing its axis and at the vertices of the rotor protrusions facing the end surfaces of the annular protrusions, the stator mates and the rotor is made on the surfaces of the triangular protrusions consistent with the axis of the stator and rotor and having different diameters, and the radial channels are made in the mating surface of the annular protrusion of a smaller diameter of the rotor and in mates by this surface of the annular protrusion larger stator diameters.

2. The device according to claim 1, characterized in that the ratio of the number of channels or grooves of the stator to the number of channels or grooves of the rotor in each stage of coupling of the stator and rotor is 0.8-0.85.