RU2422213C1

RU2422213C1 - Centrifuge

Info

Publication number: RU2422213C1
Application number: RU2009147240/05A
Authority: RU
Inventors: Валерий Александрович Авроров (RU); Валерий Александрович Авроров; Глеб Валерьевич Авроров (RU); Глеб Валерьевич Авроров
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2011-06-27

Abstract

FIELD: process engineering. ^ SUBSTANCE: centrifuge relates to devices intended for ultrafine dispersion and separation of inhomogeneous liquids by gravity and may be used in food and chemical industries, etc. Proposed centrifuge comprises casing accommodating disk-like rotor fitted on shaft to rotate thereon, and feed branch pipe. Disk edge is flanged to form cup-like cavity opened toward feed branch pipe and having cylindrical annular wall with radial holes arranged around its perimetre. Other holes for product discharge are made in plane of aforesaid holes. Disk cup-like cavity accommodates rotary blade aligned with said disk to rotate with angular speed other than that of disk. ^ EFFECT: simplified design, higher efficiency. ^ 3 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для ультратонкого диспергирования (измельчения) и разделения неоднородных жидкостей под действием центробежных сил и может быть использовано в пищевой, химической, фармацевтической и других отраслях промышленностиThe present invention relates to devices for ultrafine dispersion (grinding) and separation of heterogeneous liquids under the action of centrifugal forces and can be used in food, chemical, pharmaceutical and other industries

Известны центрифуги для разделения неоднородных жидких сред, в частности центрифуга для обезвоживания суспензий (см. описание изобретения СССР к а.с. №129566, М.кл. В04В 1/10 от 16 января 1947 г.). Центрифуга содержит установленный в корпусе (кожухе) с возможностью вращения ротор, полость которого образована двумя тарелями, примыкающими большими основаниями к цилиндрическому кольцу и изготовленными заодно целое с ним. В стенке кольца по его периметру в кольцевом ряду выполнены радиальные отверстия. В стенке корпуса имеет место одно отверстие для выхода продукта. Поперечное сечение последнего отверстия выполнено регулируемым, а его геометрическая ось совпадает с осью каждого отверстия в кольцевой стенке ротора при его повороте относительно корпуса.Known centrifuges for separating inhomogeneous liquid media, in particular a centrifuge for dewatering suspensions (see the description of the invention of the USSR to AS No. 129566, Mcl B04B 1/10 of January 16, 1947). The centrifuge contains a rotor installed in the housing (casing) with the possibility of rotation, the cavity of which is formed by two plates adjacent large bases to the cylindrical ring and made integral with it. Radial holes are made in the wall of the ring along its perimeter in the annular row. In the wall of the housing there is one hole for the exit of the product. The cross section of the last hole is made adjustable, and its geometric axis coincides with the axis of each hole in the annular wall of the rotor when it is rotated relative to the housing.

Недостаток центрифуги заключается в недостаточной эффективности диспергирования и разделения, поскольку корпус имеет только одно отверстие, через которое выходит продукт, а также в сложности конструкции центрифуги, которая (сложность) обусловлена наличием двух тарелей, объединенных обечайкой.The disadvantage of the centrifuge is the lack of dispersion and separation efficiency, since the casing has only one hole through which the product exits, as well as the complexity of the centrifuge design, which (complexity) is due to the presence of two plates connected by a shell.

Известна другая центрифуга для разделения неоднородных жидких сред (см. описание изобретения СССР к а.с. №1043882, М.кл. 4 В04В 1/10 от 29 мая 1981 г.). Центрифуга содержит установленный в корпусе с возможностью вращения ротор, полость которого образована двумя тарелями, присоединенными одна к другой большими основаниями, фильтр в полости ротора между тарелью и диском, выполненный в виде перфорированной обечайки.Another centrifuge is known for separating inhomogeneous liquid media (see the description of the invention of the USSR to AS No. 1043882, M.cl. 4 B04B 1/10 of May 29, 1981). The centrifuge contains a rotor installed in the housing with the possibility of rotation, the cavity of which is formed by two plates connected to each other by large bases, a filter in the rotor cavity between the plate and the disk, made in the form of a perforated shell.

Недостаток центрифуги заключается в сложности ее конструкции, которая (сложность) обусловлена наличием двух тарелей, диска между ними и отдельного фильтра в форме перфорированной обечайки с постоянными размерами перфорации, что усложняет конструкцию и ограничивает тем самым возможности центрифуги по диспергированию и разделению обрабатываемых жидких сред.The drawback of the centrifuge is the complexity of its design, which (complexity) is due to the presence of two plates, a disk between them and a separate filter in the form of a perforated shell with constant perforation sizes, which complicates the design and thereby limits the centrifuge's ability to disperse and separate the processed liquid media.

Известна также центрифуга (см. описание полезной модели RU №14016, М.кл. 7 В04В 1/10 от 30 декабря 1999 г.), содержащая ротор, вал, диск с лопастями, установленный на валу в полости между конусообразными тарелями, обращенными одна к другой большими основаниями, фильтр, выполненный из множества плоских колец.A centrifuge is also known (see the description of utility model RU No. 14016, Mcl 7 B04B 1/10 dated December 30, 1999) containing a rotor, a shaft, a disk with blades mounted on a shaft in a cavity between cone-shaped plates facing one to the other with large bases, a filter made of many flat rings.

Недостаток центрифуги заключается в сложности ее конструкции, которая (сложность) обусловлена наличием двух тарелей, диска с лопастями между ними и отдельного фильтра, собранного из множества плоских колец, что ограничивает пропускную способность центрифуги и эффективность диспергирования и разделения продукта на выходе из центрифуги.The drawback of the centrifuge is the complexity of its design, which (complexity) is due to the presence of two plates, a disk with blades between them and a separate filter assembled from many flat rings, which limits the capacity of the centrifuge and the efficiency of dispersion and separation of the product at the exit of the centrifuge.

Последнее техническое решение является наиболее близким к заявляемому объекту по своей технической сущности и выполняемой функции.The last technical solution is the closest to the claimed object in terms of its technical nature and function.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции центрифуги.The task of the invention is to simplify the design of the centrifuge.

Другой задачей является повышение ее эффективности за счет обеспечения высокой степени диспергирования обрабатываемых эмульсий.Another objective is to increase its effectiveness by providing a high degree of dispersion of the processed emulsions.

Поставленные задачи решаются тем, что в известной центрифуге, содержащей корпус, в котором на валу установлен ротор с возможностью вращения с ним, выполненный в виде диска, и загрузочный патрубок, кромка диска выполнена отбортованной с образованием чашеобразной полости, открытой к загрузочному патрубку, с цилиндрической кольцеобразной стенкой (обечайкой), по периметру которой в кольцевом ряду выполнены радиальные отверстия, в одной плоскости с которыми в корпусе выполнены другие радиальные отверстия для выхода продукта, причем в чашеобразной полости диска коаксиально ему установлен ротационный нож с возможностью вращения с угловой скоростью, отличной от угловой скорости вращения диска. Под ротационным ножом на основании вращающегося диска изготовлен заодно с ним конус, по образующей которого выполнены канавки, число и поперечное сечение которых равно числу и диаметру отверстий диска, а высота вершины конуса совпадает с осевой линией радиальных отверстий диска.The tasks are solved in that in a known centrifuge containing a housing in which a rotor is mounted on the shaft for rotation with it, made in the form of a disk, and a loading nozzle, the edge of the disk is flanged with the formation of a bowl-shaped cavity open to the loading nozzle, with a cylindrical an annular wall (shell), along the perimeter of which in the annular row there are made radial holes, in the same plane with which other radial holes are made in the body for the product outlet, and in the bowl ase cavity disc coaxially mounted to it a rotary knife rotatable with an angular velocity different from the angular speed of disc rotation. Under the rotary knife, on the basis of the rotating disk, a cone is made at the same time along its generatrix grooves, the number and cross section of which is equal to the number and diameter of the disk holes, and the height of the top of the cone coincides with the axial line of the radial holes of the disk.

Выполнение кромки диска отбортованной с образованием чашеобразной полости, открытой к загрузочному патрубку, позволили упростить конструкцию центрифуги и добиться более высокой технологичности при ее изготовлении. Одновременно улучшились условия эксплуатации центрифуги за счет более быстрого и непрерывного поступления продукта через загрузочный патрубок непосредственно в чашеобразную полость диска.The implementation of the edge of the disk flanged with the formation of a bowl-shaped cavity open to the loading nozzle, allowed to simplify the design of the centrifuge and to achieve higher adaptability in its manufacture. At the same time, the operating conditions of the centrifuge have improved due to faster and more continuous flow of the product through the loading nozzle directly into the bowl-shaped cavity of the disk.

Выполнение в стенке диска по его периметру в кольцевом ряду радиальных отверстий, а в стенке корпуса на уровне этих отверстий других радиальных отверстий для выхода продукта позволило увеличить эффективность диспергирования эмульсий за счет создания высокочастотных пульсирующих напряжений, возникающих в частицах дисперсной фазы эмульсии и ведущих к ее интенсивному измельчению до уровня микро и наночастиц в зависимости от угловой скорости вращения диска и чередующегося перекрытия отверстий диска и корпуса. На достижение этого эффекта направлена также установка ротационного ножа в чашеобразной полости диска с возможностью вращения, отличной от угловой скорости вращения диска, а также выполнение на внутренней поверхности основания диска конуса с канавками по образующей поверхности, способствующими контролируемому направлению продукта к отверстиям диска. При вращении роторного диска (5) и ножа (7) эмульсия подвергается механическому воздействию, в результате которого происходит первичное измельчение частиц дисперсной фазы эмульсии, а при взаимодействии отверстий (а) диска (5) с отверстиями (b) корпуса 1 происходит их окончательное раздробление.Performing in the wall of the disk along its perimeter in the annular row of radial holes, and in the wall of the housing at the level of these holes other radial holes for product outlet, increased the dispersion efficiency of the emulsions by creating high-frequency pulsating stresses arising in the particles of the dispersed phase of the emulsion and leading to its intense grinding to the level of micro and nanoparticles, depending on the angular velocity of rotation of the disk and the alternating overlap of the holes of the disk and the housing. To achieve this effect, the installation of a rotary knife in a bowl-shaped cavity of the disk with the possibility of rotation different from the angular speed of rotation of the disk, as well as the execution on the inner surface of the base of the disk of the cone with grooves along the forming surface, contributing to the controlled direction of the product to the holes of the disk, is also aimed. When the rotor disk (5) and the knife (7) rotate, the emulsion is subjected to mechanical stress, which results in the primary grinding of particles of the dispersed phase of the emulsion, and when the holes (a) of the disk (5) interact with the holes (b) of the housing 1, they are finally crushed .

Выполнение внутренней чашеобразной полости, ее данной поверхности выпуклой в форме конуса с вершиной на уровне плоскости, проходящей через геометрические оси радиальных отверстий в диске, наличие канавок на его образующих, количество которых и диаметр каждой из них соответствуют количеству отверстий и диаметру каждого из них на диске, позволило целенаправленно дробить поток обрабатываемой жидкой среды (продукта) при вращении диска относительно корпуса, повысить скорость его вращения и получать на выходе из корпуса продукт с повышенной степенью дисперсности.The implementation of the inner cup-shaped cavity, its given surface is convex in the shape of a cone with a vertex at the level of a plane passing through the geometric axis of the radial holes in the disk, the presence of grooves on its generators, the number of which and the diameter of each of them correspond to the number of holes and the diameter of each of them on the disk , made it possible to purposefully split the flow of the processed liquid medium (product) during rotation of the disk relative to the housing, to increase its rotation speed and to obtain a product with increased the degree of dispersion.

Выполнение внутренней поверхности стенки (кромки) чашеобразной полости диска вогнутой по ее периметру, образованной двумя коническими (усеченные конусы) и одной цилиндрической между ними поверхностями способствует направленному движению потока обрабатываемой эмульсии к отверстиям в цилиндрической стенке, что в конечном итоге способствует повышению пропускной способности центрифуги.The implementation of the inner surface of the wall (edge) of the bowl-shaped cavity of the disk concave along its perimeter, formed by two conical (truncated cones) and one cylindrical surfaces between them, contributes to the directed movement of the flow of the processed emulsion to the holes in the cylindrical wall, which ultimately increases the throughput of the centrifuge.

Технический результат заключается в создании более простой по своей конструкции центрифуги и, следовательно, более дешевой при изготовлении.The technical result consists in creating a centrifuge that is simpler in design and, therefore, cheaper to manufacture.

Другой технический результат заключается в повышении степени дисперсности эмульсий за счет непрерывного двухступенчатого воздействия на частицы дисперсной фазы.Another technical result is to increase the degree of dispersion of emulsions due to the continuous two-stage effect on the particles of the dispersed phase.

На приведенных чертежах иллюстрируется в качестве примера реализация предлагаемого изобретения «Центрифуга», подтверждающая возможность его промышленного применения при использовании всей совокупности признаков, где:The drawings illustrate, as an example, the implementation of the proposed invention "Centrifuge", confirming the possibility of its industrial application using the totality of features, where:

на фиг.1 - центрифуга, схематичное изображение, продольный разрез;figure 1 - centrifuge, a schematic representation, a longitudinal section;

на фиг.2 - разрез А-А.figure 2 is a section aa.

Центрифуга содержит корпус 1 с крышкой 2, в которой установлен загрузочный патрубок 3. В корпусе 1 на валу 4 установлен и закреплен ротор 5, выполненный в виде диска, кромка которого выполнена отбортованной с образованием чашеобразной полости, открытой к загрузочному патрубку 3. В цилиндрической стенке ротора 5 выполнены по ее периметру в кольцевом ряду радиальные отверстия «а». Внутренняя донная поверхность чашеобразной полости ротора 5 (диска) выполнена выпуклой в форме конуса «b», с вершиной на уровне плоскости, проходящей через геометрические оси радиальных отверстий в диске, а на его образующих выполнены канавки «с», количество которых и диаметр каждой из них соответствует количеству отверстий и диаметру каждого из них на диске (роторе 5). В цилиндрической стенке корпуса 1 в плоскости отверстий «а» выполнены в кольцевом ряду радиальные отверстия «d». Внутренняя поверхность отбортованной стенки чашеобразной полости диска (ротора 5) выполнена по периметру вогнутой и образована двумя коническими (усеченные конусы) и одной цилиндрической между ними поверхностями. В чашеобразной полости диска (ротора 5) коаксиально ему установлен на валу 6 ротационный нож 7 с возможностью вращения с угловой скоростью, меньшей угловой скорости вращения диска (ротора 5). Для вращения валов 4 и 6 центрифуга снабжена отдельными приводами (на чертеже не показаны).The centrifuge contains a housing 1 with a cover 2, in which a loading nozzle 3 is installed. In the housing 1, a rotor 5 mounted and fixed to the shaft 4 is made in the form of a disk, the edge of which is flanged to form a bowl-shaped cavity open to the loading nozzle 3. In a cylindrical wall the rotor 5 is made along its perimeter in an annular row of radial holes "a". The inner bottom surface of the cup-shaped cavity of the rotor 5 (disk) is made convex in the shape of a cone “b”, with a vertex at the level of a plane passing through the geometric axis of the radial holes in the disk, and grooves “c” are made on its generators, the number of which and the diameter of each they corresponds to the number of holes and the diameter of each of them on the disk (rotor 5). In the cylindrical wall of the housing 1 in the plane of the holes "a" are made in an annular row of radial holes "d". The inner surface of the flanged wall of the bowl-shaped cavity of the disk (rotor 5) is concave along the perimeter and is formed by two conical (truncated cones) and one cylindrical surfaces between them. In the bowl-shaped cavity of the disk (rotor 5), a rotary knife 7 is mounted coaxially to it on the shaft 6 with the possibility of rotation with an angular speed less than the angular speed of rotation of the disk (rotor 5). To rotate the shafts 4 and 6, the centrifuge is equipped with separate drives (not shown in the drawing).

Центрифуга работает следующим образом. Подлежащую обработке эмульсию подают через загрузочный патрубок 3 в полость ротора 5 и включают приводы для вращения ротора 5 и ротационного ножа 7. Лезвиями вращающегося ножа 7 частицы дисперсной фазы эмульсии предварительно раздробляются и направляются к канавкам «с» конуса «b». По этим канавкам «с» под действием центробежной силы вращающегося ротора 5 эмульсия устремляется к цилиндрической стенке и через отверстия «а» ротора 5 и отверстия «d» корпуса 1 выводится за его пределы. При обоюдном вращении ножа 7 и ротора 5 эмульсия подвергается интенсивному механическому воздействию, в результате которого происходит раздробление одного из составляющих с последующим распределением его в другом.The centrifuge operates as follows. The emulsion to be processed is fed through the loading nozzle 3 into the cavity of the rotor 5 and includes drives for rotating the rotor 5 and the rotary knife 7. By means of the blades of the rotating knife 7, the particles of the dispersed phase of the emulsion are pre-crushed and directed to the grooves “c” of the cone “b”. According to these grooves "c", under the action of the centrifugal force of the rotating rotor 5, the emulsion rushes to the cylindrical wall and through the holes "a" of the rotor 5 and the holes "d" of the housing 1 is brought out of its limits. With the mutual rotation of the knife 7 and the rotor 5, the emulsion is subjected to intense mechanical stress, which results in the fragmentation of one of the components with its subsequent distribution in the other.

Изготовлен и испытан опытный образец центрифуги по типу предложенной конструкции для приготовления эмульсий на основе молочных продуктов высокого качества. Диаметр ротора 50-200 мм, угловая скорость ротационного ножа 5000-10000 об/мин, ротора 50000-100000 об/мин.A prototype of a centrifuge was manufactured and tested according to the type of the proposed design for the preparation of emulsions based on high-quality dairy products. The rotor diameter is 50-200 mm, the angular speed of the rotary knife is 5000-10000 rpm, the rotor is 50,000-100000 rpm.

Перечень позиций в заявке на предлагаемое изобретение «Центрифуга»:The list of positions in the application for the proposed invention "Centrifuge":

1 - корпус1 - case

2 - крышка2 - cover

3 - патрубок загрузочный3 - loading branch pipe

4 - вал4 - shaft

5 - ротор5 - rotor

6 - вал для ножа6 - a shaft for a knife

7 - нож7 - knife

«а» - отверстие в стенке (отбортованной) ротора 5"A" is the hole in the wall (flanged) of the rotor 5

«b» - конус на донной поверхности ротора 5"B" - cone on the bottom surface of the rotor 5

«с» - канавки на образующих конуса"C" - grooves on the generators of the cone

«d» - отверстия в стенке корпуса 1."D" - holes in the wall of the housing 1.

Claims

1. A centrifuge comprising a housing in which a rotor is mounted rotatably with it, made in the form of a disk, a loading nozzle, characterized in that the edge of the disk is flanged to form a bowl-shaped cavity open to the loading nozzle, with a cylindrical annular wall, along the perimeter of which in the annular row there are made radial openings, in the plane of which other radial openings are made in the housing for the outlet of the product, moreover, in the bowl-shaped cavity of the disk, it is coaxially mounted rotary knife with the possibility of rotation with an angular speed different from the angular speed of rotation of the disk.

2. The centrifuge according to claim 1, characterized in that the inner bottom surface of the cup-shaped cavity is convex in the shape of a cone with a vertex at the level of a plane passing through the geometric axis of the radial holes in the disk, and grooves are made on its generators, the number of which and the diameter of each they correspond to the number of holes and the diameter of each of them on the disk.

3. The centrifuge according to claim 1, characterized in that the inner surface of the flanged wall of the bowl-shaped cavity of the disk is concave along the perimeter and is formed by two conical and one cylindrical surfaces between them.