RU31991U1 - Диспергатор - Google Patents

Description

ми Jem - МПК 7 в о 1 F 7/00

2: о о 3

Диспергатор

Полезная модель относится к диспергационно-смесительнонасосному оборудованию и может быть использована в производстве пищевых продуктов, топливных смесей, горном деле, нефтяной, химической, лакокрасочной, строительной и других отраслях промышленности.

Известен роторный аппарат гидроударного действия (диспергатор), содержащий корпус, внутри которого концентрично установлены ротор и статор со щелями в боковых стенках. Щели ротора выполнены в виде до звуковых сопл, сужающихся в сторону статора. Щели статора выполнены расширяющимися в сторону корпуса и имеют вогнутые поверхности (СССР, а. с. № 1586759, МКИ 5 В 01 F 7/00, опубл. БИ№ 31, 1991 г.).

Данный диспергатор не обеспечивает промышленной производительности.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является диспегатор, содержащий корпус, внутри которого концентрично установлены ротор и статор со щелями в боковых стенках. Щели ротора и статора выполнены в виде криволинейных синус-спиральных поверхностей (Россия, свид. № 22621, МПК 7 В 01 F 7/00, опубл. БМП №11, 2002 г.) - прототип.

Такой диспергатор позволяет при низкой производительности (напорно-транспортной характеристике) интенсифицировать процессы перемешивания различных смесей с одновременным разрушением и растворением частиц за счет гидравлического удара и устойчивой турбулентности, в том числе, кавитации. ЯИР ,F 04 D 1/00 геометрического / криволинейного и углового расноложения щелей

относительно статора и корпуса не обеспечивает промышленной (высокой) производительности. Это обуславливает то, что процесс ротационного перемещения гидродинамической среды по криволинейным боковым синус-спиральным поверхностям ротора и статора с переходом в концентрично расположенный канал между корпусом и статором не достигает одновременно с созданием мощного напора движения возмущающих струй потока на стенки корпуса ускоренного синергетического роста момента импульса ( кг-м /с) струйного истечения на основной поток. В результате происходит снижение величины насосного эффекта, падение скорости гидродинамического течения и ухудшение режимных (ре) и/или циркуляционных характеристики диспергатора, в частности, происходит физическое уменьшение величины гидродинамического

действия или кванта действия (L МТ Дж-с) или гидродинамического удара в потоке.

Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в усоверщенствовании конструкции диспергатора за счет устранения геометрической (криволинейной: выпуклой и вогнутой) и угловой несвязности рабочих (синус - спиральных) боковых поверхностей стенок ротора, статора и, дополнительно, концентричности (симметричности) расположения корпуса диспергатора.

Технический результат, который будет достигнут от использования полезной модели, заключается в повышении производительности (скорости гидродинамического течения) с одновременнымувеличениемротационноймощности

гидродинамических квантов и гидродинамического квантования моментов импульсов ротора за счет синхронизации механических, акустических, гидроударных, струйных и кавитационных (турбулентных устойчивых) воздействий на обрабатываемый поток.

Sj903/ 3

2

Т 1

текущий через связные геометрические криволинейные боковые поверхности стенок щелей ротора, статора и каналы корпуса диспергатора при заданных значениях кривизны и углов входа, выхода и, кроме того, криволинейного угла между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью статора.

Технический результат достигается тем, что в диспергаторе, содержащем корпус, внутри которого расположены ротор и статор со щелями, имеющими криволинейные поверхности стенок, щели ротора выполнены сужающимися в сторону статора, а щели статора расширяющимися в сторону корпуса, причем каждая щель статора имеет стенки с вогнутой поверхностью, отличающийся тем, что каждая щель ротора имеет одну стенку с выпуклой поверхностью и другую стенку с вогнутой поверхностью. Причем предпочтительными являются следующие параметры: радиус кривизны выпуклых поверхностей стенок щелей ротора Ррвып равен от 60 до ПО мм, радиус кривизны вогнутых поверхностей стенок щелей ротора Ррвог равен от 20 до 70 мм, радиус кривизны выпуклых поверхностей, соединяющих поверхности стенок соседних щелей внутри ротора, Ррс равен от 5 до 30мм, а радиус кривизны вогнутых поверхностей стенок щелей статора Рсвог равен от 60 до 150 мм, при этом все радиусы кривизны лежат в сечении, перпендикулярном оси статора и ротора. Кроме того, угол входа стенок щелей ротора с выпуклой поверхностью ai равен от 115 до 145°, а угол входа стенок щелей ротора с выпуклой поверхностью аз равен от 95 до 125°, при этом каждый угол входа образован касательной к поверхности стенки щели в точке сопряжения соответственно выпуклой поверхности с радиусом кривизны ррвып или вогнутой поверхности с радиусом кривизны Ррвог с выпуклой поверхностью с радиусом кривизны Ррс относительно касательной к окружности, описывающей внешний контур сечения статора в точке пересечения с ней предыдущей касательной, а угол выхода стенок щелей ротора с выпуклой поверхностью а2 равен от 90,01 до 120°, а угол выхода стенок щелей ротора с вогнутой поверхностью 0.4 равен от 65° до 89,99°, при этом каждый угол выхода образован касательной к поверхности стенки щели в точке пересечения этой поверхности с внешней поверхностью ротора относительно касательной к окружности, описывающей внешний контур статора в точке пересечения с ней предыдущей касательной, при этом все касательные и окружности лежат в сечении ротора и статора, перпендикулярном осевому. При этом угол входа стенок щелей статора, расположенных со стороны стенок щелей ротора с вогнутой поверхностью при совмещении щелей ротора и статора, а равен от 90,01° до 120°, а угол входа противоположных стенок щелей статора а равен от 60° до 89,99°, а углы выхода и тех, и других указанных стенок щелей статора а и as равны от 60° до 120°, при этом каждый угол входа стенок щелей статора образован касательной к поверхности стенки щели статора в точке ее пересечения с внутренней поверхностью статора относительно касательной к окружности, описывающей внешний контур статора, в точке пересечения с ней предыдущей касательной, а каждый угол выхода стенок щелей статора образован касательной к поверхности стенки щели статора в точке ее пересечения с внешней поверхностью статора относительно касательной к окружности, описывающей внешний контур статора в этой точке, при этом все касательные и окружности лежат в сечении ротора и статора, перпендикулярном осевому. При этом ротор и статор предпочтительно установлены асимметрично относительно внутренней поверхности корпуса с образованием криволинейного угла между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью статора так, что криволинейный угол равен от 0.1° до 20°. Технический результат достигается за счет связности выполнения криволинейных выпуклых и вогнутых поверхностей стенок щелей ротора и статора Кроме того, достижению технического результата способствует

выбор значений радиусов кривизны поверхностей стенок щелей ротора и статора и углов входа и выхода поверхностей стенок щелей ротора и статора, что обеспечивает устойчивое турбулентное течение диспергируемой среды с а - и/или хаотическими флуктуациями (колебаниями) основных параметров потока (скорости, температуры, давления, плотности, гидродинамического кванта действия, момента импульсов и т.п.). За счет адаптивного и/или автоматизированного регулирования частоты скорости вращения ротора при вариациях физического параметра действия (момента импульса) и скоростей девиации (отклонения) напряжений в потоке, создаваемом ротором, достигаются режимы перекрытия потока при движения среды сквозь щели и канал с резонансной частотой автоколебаний и с одновременным синхронизированным синергетическим действием сил различной природы: центробежной, ударной, гидроквантоударной, гидроакустической, кавитационной, турбулентной (вихревой), фрикционной. В результате силовых воздействий диспергируемая (обрабатываемая) среда разрушается до коллоидной и/или дисперснодисперсионной смеси с микро- и/или наноразмерами частиц.. Заявленные признаки конструкции повышают производительность диспергатора в целом и увеличивают мощность квантов действия (моментов импульсов) на диспергируемую среду.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1. представлен вид диспергатора в разрезе; на фиг. 2 - поперечное сечение щели ротора и щели статора.

Диспергатор состоит из корпуса 1 с входным патрубком (на фиг. не показан) и выходным патрубком 2. Внутри корпуса 1 асимметрично его внутренней поверхности установлены полые цилиндрические статор 3 и ротор 4. Ротор 4 расположен внутри статора 3 коаксиально ему и с зазором относительно него. В боковых цилиндрических стенках ротора 4 выполнены щели 5, каждая щель имеет одну вогнутую и одну

,

5

выпуклую поверхности, а щель в целом сужается в сторону статора 3. В

боковых цилиндрических стенках статора 3 выполнены щели 6, каждая

щель имеет две вогнутые поверхности и расширяется в сторону

корпуса. В полости ротора 4 расположены лопатки 7 для придания

диспергируемой среде центробежной силы. Криволинейные выпуклые и

вогнутые поверхности щелей имеют соответствующие радиусы

кривизны и значения углов: Ррвып - кривизна выпуклых (вып.)

криволинейных поверхностей стенок щелей 5 ротора (р); Ррвог кривизна вогнутых (вог.) криволинейных поверхностей стенок щелей 5

ротора (р); рсвог - кривизна вогнутых (вог.) криволинейных

поверхностей стенок щелей 6 статора (с); Ррс - радиус кривизны

выпуклых поверхностей, соединяющих поверхности стенок соседних

щелей 5 внутри ротора; ai - угол входа стенок щелей 5 ротора между

касательной в точке сопряжения выпуклой поверхности с радиусом

кривизны Ррвып с выпуклой поверхностью с радиусом кривизны Ррс и

касательной к окружности, описывающей внешний контур сечения

статора 3, в точке пересечения предыдущей касательной; а - угол

выхода стенок щелей 5 ротора между касательной в точке пересечения

выпуклой поверхности с радиусом кривизны ррвып с внешней

поверхностью ротора 4 и касательной к окружности, описывающий

внешний контур статора 3, в точке пересечения предыдущей

касательной; аз - угол входа стенок щелей 5 ротора между касательной

в точке сопряжения вогнутой поверхности с радиусом кривизны ррвог с

выпуклой поверхностью с радиусом кривизны ррс и касательной к

окружности, описывающей внешний контур сечения статора 3, в точке

пересечения предыдущей касательной; а4 - угол выхода стенок щелей 5

ротора между касательной в точке пересечения вогнутой поверхности с щелей 6 статора, расположенных со стороны стенок щелей 5 ротора с

вогнутой поверхностью при совмещении щелей 5, 6 ротора и статора, между касательной к поверхности стенки щели 6 статора в точке ее пересечения с внутренней поверхностью статора 3 и касательной к окружности, описывающей внешний контур статора 3, в точке пересечения с ней предыдущей касательной; аб - угол входа стенок щелей 6 статора, расположенных со стороны стенок щелей 5 ротора с выпуклой поверхностью при совмещении щелей 5 и 6 ротора и статора, между касательной к поверхности стенки щели 6 статора в точке ее пересечения с внутренней поверхностью статора 3 и касательной к окружности, описывающей внешний контур статора 3, в точке пересечения с ней предыдущей касательной; а, ag - углы выхода и тех, и других указанных щелей 6 статора между касательной к поверхности стенки щели 6 статора в точке ее пересечения с внешней поверхностью статора 3 относительно касательной к окружности, описывающей внешний контур статора 3 в этой точке.

Ротор снабжен лопатками (не показаны на фиг.) для создания центробежной силы движению потоку.

Полезная модель осуществляется следующим образом.

Исходная среда по входному патрубку корпуса 1 поступает на вращающийся ротор 3. Вращение ротора 3 действием центробежных сил вызывает равномерное (ротоидальное масса ротора + масса жидкости) связное движение среды по криволинейной конической поверхности и распределение перемещающегося по «оборачивающейся поверхности при одновременном равноускоренном центробежном направлении перемещаемого потока в полости и на лопатки 7 ротора 4. За счет не тормозящего обтекания средой лопаток 7 происходит дополнительное мягкое (спиральное) ускорение движения частиц среды, сопровождающееся ударно-фрикционным разрушением частиц, в том числе движущихся по лопаткам 7 под действием центробежных сил и сил Кориолиса. Далее движение происходит через

7

плавное направление потока на криволинейные выпуклые (с углами

входа ai и аз и радиусом кривизны Ррвып и Ррс) и вогнутые (с углом

входа аз и радиусом кривизны Ррвог) поверхности стенок щелей 5

ротора. В результате скользящего направленного движения среды по

криволинейным выпуклым и вогнутым поверхностям, образующим

сужающиеся между стенками щели 5 ротора, происходит резкое и

одновременно гладкое увеличение скользящей скорости движения

среды по криволинейным поверхностям стенок щелей с синхронным

падением давления в среде до достижения максимальных

центробежных значений действия сил, сил механической природы и

величин скоростей среды и частиц на выходе (углы выхода а2 и а4) по

периметру ротора 4. В момент перекрытия щелей 5 ротора по его

периметру концентрично расположенной внутренней поверхностью

статора 3 происходит резкое повышение давления - прямой

гидравлический удар. В последующий промежуток времени среда,

движимая с резко-замедленным ускорением, испытывает действия на

нее центробежных сил ротора 4 и момента импульса (действия)

массовых присоединенных сил центробежной инерции

диспергируемого. Одновременно при торможении потока в момент

перекрытия щелей 5 ротора внутренней поверхностью статора 3 на

среду действуют реактивные, объемные сжимающиеся напряжения, что

обуславливает процесс диспергирования среды между криволинейными

выпуклыми и вогнутыми поверхностями стенок щелей 5 ротора. Затем

следует механическое соударение частиц с криволинейной вогнутой

боковой поверхностью стенки щели 5 ротора и в зазоре между ротором

4 и статором 3. В случае обработки прямым гидроударом

дисперсионной среды около стенок ротора 4, перекрытого статором 3,

возникает устойчивая кавитация / тзфбулентность / вихреобразование.

регулируемой частотой перекрывания щелей 5 и 6 ротора и статора с

помощью преобразователя частоты (на фиг. не показан). В момент совмещения щелей 5 ротора и щелей 6 статора (по углам а2, Щ, as и аб) возросшее от перекрытия щелей давление резко сбрасывается в щели 6 статора путем ускоренного перемещения гидромассы в открытость. Щели 6 статора образованы криволинейными вогнутыми поверхностями стенок щелей 6 статора с кривизной Рсвог и углами входа аз и выхода а и с кривизной рсвог и углами входа а и выхода ag. Между криволинейными вогнутыми поверхностями стенок щелей 6 статора образуется вторичный гидравлический удар (гидродинамическая кавитациеустойчивая турбулентность) или мощный сило - энергетический квант действия. Гидродинамические действия квантов превращаются в струйный момент импульсов, направленных к внешней поверхности статора 3 через криволинейные вогнутые поверхности (с кривизной рсвог) стенок статора 3 под расширяющимися углами аз аб, а ag к внутренней поверхности корпуса 1, который имеет криволинейную направленность относительно внешней поверхности статора 3 под углом а в результате асимметричного расположения ротора 4 и статора 3 относительно корпуса 1. Между внутренней поверхностью корпуса 1 и внешней поверхностью статора 3 при движении среды от действия момента импульсов создается поток, в котором возникает мощный перепад давления по мере развертывания (роста) криволинейного угла к выходному патрубку 2. При этом гидродинамическое движение среды между внутренней поверхностью корпуса 1 и внешней поверхностью статора 3 (под криволинейным углом а) к выходному патрубку 2 сопровождается по периметру статора 3 мощным щелевым и одновременно связным, равномерно распределенным экстинкционным (гасящим) неголономным, перекрестным, сносимым насыщением постоянно несущегося с большой скоростью турбулизируемого гидросилового потока затопленными кавитационными устойчивыми

9 струйными гидроквантами действия моментов импульсов по

внутренней и внешней поверхности, соответственно, статора и корпуса. Между криволинейными вогнутыми поверхностями стенок щелей 6 статора при асимметричном расположении внутренней поверхности корпуса 1 и заданном криволинейным угле 0,1 - 20 создается дополнительный перепад (градиент) давления при устойчивотурбулентном (волновом) движении среды на выход. За счет дополнительного перепада давления и связности течений по криволинейным вогнутым и выпуклым боковым поверхностям стенок щелей 5 и 6 ротора и статора создаются дополнительные последовательные и локальные режимные условия ускоренного течения гидромассопотока и повышения скорости ре - и/или циркуляции потока в установке диспергирования в целом. Повышение скорости связного течения среды обуславливает повышение производительности (расхода, напора, подачи и других параметров, характеризующих работу и насосно-диспергационный эффект диспергатора) при синхронизации процессов плавного скольжения и одновременного экстинкционного торможения переносимых потоком (дисперсных) дисперсионных масс при переходе струйного течения из щелей ротора в щели статора и далее в гидродинамический поток движущийся между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью статора.

При указанной последовательности и режимах процесса диспергирования происходит измельчение обрабатываемый среды, которая затем по выходному патрубку поступает под давлением на дальнейшее использованиеили по производственно

технологическому назначению - на другой передел (операцию) или потребителю.

Заявленный диспергатор по сравнению с ближайшим аналогом имеет в 3 - 5 раз более высокую производительность вследствие повышения скоростей диспергирования и создания в обрабатываемой среде мощной скользящей экстинкции (гащения) гидроквантованных

10

энергетических девиатационных (отклоняющих) напряжений, величина которых изменяется (по величине и направлению) и возрастает от изменения последовательности и/или режимов диспергирования при регулировании (автоматизированном и/или адаптивном) частотой вращения ротора (ротоида) центробежных гидродинамических ударных, ударно-механических действий и гидродинамических моментов импульсов (гидродинамических квантов действия) пропорционально росту степени кавитационной и/или устойчивой турбулентности от связного (скользящего) скоростного течения движущейся среды по плавно обтекаемым криволинейным внешним и внутренним поверхностям стенок щелей статора, ротора и корпуса. Обработанные в таком диспергаторе материалы представляют собой коллоидные (дисперсионные 5мк) и/или дисперсные (тонкоизмельченные 50мк) частицы в активированном и/или инициированном состоянии. Кроме того, такой диспергатор может быть использован для сухого (активационного) и мокрого (инициированного) разрушения (измельчения) абразивных и/или активных сред при повыщенных (стерилизационных) и/или пониженных (пассивационных) режимах работы.

Claims (6)

1. Диспергатор, содержащий корпус, внутри которого расположены ротор и статор со щелями, имеющими криволинейные поверхности стенок, щели ротора выполнены сужающимися в сторону статора, а щели статора - расширяющимися в сторону корпуса, причем каждая щель статора имеет стенки с вогнутой поверхностью, отличающийся тем, что каждая щель ротора имеет одну стенку с выпуклой поверхностью и другую стенку с вогнутой поверхностью.

2. Диспергатор по п.1, отличающийся тем, что радиус кривизны выпуклых поверхностей стенок щелей ротора ρ_рвып равен от 60 до 110 мм, радиус кривизны вогнутых поверхностей стенок щелей ротора ρ_рвог равен от 20 до 70 мм, радиус кривизны выпуклых поверхностей, соединяющих поверхности стенок соседних щелей внутри ротора, ρ_рс равен от 5 до 30 мм, а радиус кривизны вогнутых поверхностей стенок щелей статора ρ_свог равен от 60 до 15 мм, при этом все радиусы кривизны лежат в сечении, перпендикулярном оси статора и ротора.

3. Диспергатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что угол входа стенок щелей ротора с выпуклой поверхностью α₁ равен от 115 до 145°, а угол входа стенок щелей ротора с выпуклой поверхностью α₃ равен от 95 до 125°, при этом каждый угол входа образован касательной к поверхности стенки щели ротора в точке сопряжения соответственно выпуклой поверхности с радиусом кривизны ρ_рвып или вогнутой поверхности с радиусом кривизны ρ_рвог с выпуклой поверхностью с радиусом кривизны ρ_рс относительно касательной к окружности, описывающей внешний контур сечения статора в точке пересечения с ней предыдущей касательной, а угол выхода стенок щелей ротора с выпуклой поверхностью α₂ равен от 90,01 до 120°, а угол выхода стенок щелей ротора с вогнутой поверхностью α₄ равен от 65 до 89,99°, при этом каждый угол выхода образован касательной к поверхности стенки щели ротора в точке пересечения этой поверхности с внешней поверхностью ротора относительно касательной к окружности, описывающей внешний контур статора в точке пересечения с ней предыдущей касательной, при этом все касательные и окружности лежат в сечении ротора и статора, перпендикулярном осевому.

4. Диспергатор по п.3, отличающийся тем, что угол входа стенок щелей статора, расположенных со стороны стенок щелей ротора с вогнутой поверхностью при совмещении щелей ротора и статора, α₅ равен от 90,01 до 120°, а угол входа противоположных стенок щелей статора α₆ равен от 60 до 89,99°, а углы выхода и тех, и других указанных стенок щелей статора α₇ и α₈ равны от 60 до 120°, при этом каждый угол входа стенок щелей статора образован касательной к поверхности стенки щели статора в точке ее пересечения с внутренней поверхностью статора относительно касательной к окружности, описывающей внешний контур статора, в точке пересечения с ней предыдущей касательной, а каждый угол выхода стенок щелей статора образован касательной к поверхности стенки щели статора в точке ее пересечения с внешней поверхностью статора относительно касательной к окружности, описывающей внешний контур статора в этой точке, при этом все касательные и окружности лежат в сечении ротора и статора, перпендикулярном осевому.

5. Диспергатор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что ротор и статор установлены асимметрично относительно внутренней поверхности корпуса с образованием криволинейного угла между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью статора.

6. Диспергатор по п.5, отличающийся тем, что криволинейный угол равен от 0,1 до 20°.