UA58416A

UA58416A - Method and device for machining materials

Info

Publication number: UA58416A
Application number: UA2003043552A
Authority: UA
Inventors: Євген Юрійович Козаков; Андрій Миколайович Миронов; Валерій Борисович Петров
Original assignee: Євген Юрійович Козаков; Андрій Миколайович Миронов; Валерій Борисович Петров
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2003-07-15

Abstract

A method for machining materials consists in that the material subject to machining is mixed with liquid, then the produced mixture under action of centrifugal forces is supplied in the machining area where it is machined by cutting. In machining area the pressure of mixture is changed. Device for machining materials contains casing with inlet and outlet pipes, in said casing are axially mounted with gap in respect to each other rotor with blades and its stator, rotation drive and loading bunker. Rotor is made in the form of ring with radially mounted blades, rotor and stator contain radial cylindrical through holes, area of cross section of holes in rotor exceeds area of cross section of holes in stator.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до проведення процесів подрібнення, змішування, емульгування та суспендування в 2 системах "повітря-рідина", "рідина-рідина" та "рідина-твердий матеріал" і може бути використаний в сільському господарстві для подрібнення зерна та кормів, у харчовій промисловості для отримання різних видів олії, обробки молока, соків, фруктових та овочевих паст, пюре, желе, в цукровій промисловості, у виробництві будівельних матеріалів, зокрема для отримання змішуванням таких матеріалів, як олійні та водоемульсійні фарби, у виробництві цегли, черепиці, плитки, у фармакології, паперопереробній, целюлозній та інших галузях 70 виробництва.The invention relates to grinding, mixing, emulsifying and suspending processes in 2 systems "air-liquid", "liquid-liquid" and "liquid-solid material" and can be used in agriculture for grinding grain and fodder, in the food industry for production of various types of oil, processing of milk, juices, fruit and vegetable pastes, purees, jellies, in the sugar industry, in the production of building materials, in particular for mixing such materials as oil and water-emulsion paints, in the production of bricks, roof tiles, tiles, in pharmacology, paper processing, pulp and other industries 70 production.

Відомий спосіб обробки матеріалів, обраний в якості прототипа, який реалізується в колоїдному млині для тонкого подрібнення харчових продуктів, наведенному у авторському свідоцтві СРСР Мо471900, кл.ВО2с 7/175, 1975р. Спосіб полягає в тому, що оброблюваний матеріал змішують, з рідиною, отриману пульпу під дією відцентрових сил, що. виникають при обертанні, ротора, подають в зону обробки, де піддають її обробці 72 різанням рифленнями, виконаними на робочих поверхнях співвісно встановлених ротора та статора.A known method of processing materials, chosen as a prototype, which is implemented in a colloidal mill for fine grinding of food products, given in the author's certificate of the USSR Mo471900, class VO2s 7/175, 1975. The method consists in the fact that the processed material is mixed with a liquid, the obtained pulp under the action of centrifugal forces, which. occur during the rotation of the rotor, are fed into the processing zone, where they are subjected to processing by 72 cutting grooves made on the working surfaces of the coaxially installed rotor and stator.

Відомий пристрій для подрібнення полімерів, еластомерів та деревини за патентом Росії Мо2049550, кл. вОо2С 77/02, 1995р., який за сукупністю спільних ознак обраний в якості прототипа. Пристрій містить корпус з вхідним та вихідним патрубками, в якому співвісно з зазором один відносно одного розміщені статор та ротор.The well-known device for grinding polymers, elastomers and wood according to Russian patent Mo2049550, cl. вОо2С 77/02, 1995, which was selected as a prototype based on a set of common features. The device contains a housing with inlet and outlet nozzles, in which the stator and rotor are placed coaxially with a gap relative to each other.

Статор виконаний у вигляді кільця, що охоплює ротор, та має конусну або циліндричну робочу поверхню, на якій виконані клиноподібні пази та насічки. Ротор має лопаті і являє собою тіло обертання, робоча поверхня якого виконана конусною або циліндричною, на якій також виконані насічки. Насічки ротора та статора, що контактують, створюють робочу зону пристрою, де має місце тонке подрібнення матеріалу. Крім того, пристрій містить механізм регулювання взаємного положення ротора та статора, який складається з пружного елемента та гвинта, завантажувальний бункер та привід обертання ротора. 29 Недоліком наведених способу та пристрою є те, що вони забезпечують тільки процес подрібнення « матеріалів, який відбувається за рахунок механічної дії на подрібнюваний матеріал, а саме, шляхом різання та перетирання відповідними рифленнями та насічками на поверхнях ротора та статора. Така обробка є недостатньою як у випадках, коли треба отримати дуже тонке та якісне подрібнення, так і у випадках коли треба змішати оброблюванні матеріали до отримання гомогенних сумішей, суспензій та емульсій. ее,The stator is made in the form of a ring covering the rotor and has a conical or cylindrical working surface on which wedge-shaped grooves and notches are made. The rotor has blades and is a body of rotation, the working surface of which is made conical or cylindrical, on which notches are also made. The notches of the rotor and stator, which are in contact, create the working area of the device, where fine grinding of the material takes place. In addition, the device includes a mechanism for adjusting the relative position of the rotor and stator, which consists of an elastic element and a screw, a loading hopper and a rotor rotation drive. 29 The disadvantage of the given method and device is that they provide only the process of grinding "materials, which occurs due to mechanical action on the material to be ground, namely, by cutting and rubbing with the corresponding grooves and notches on the surfaces of the rotor and stator. Such processing is insufficient both in cases where it is necessary to obtain very fine and high-quality grinding, and in cases where it is necessary to mix the processed materials to obtain homogeneous mixtures, suspensions and emulsions. eh

В основу винаходу поставлено задачу створити спосіб та пристрій для обробки матеріалів, які за рахунок «-- одночасного комбінованого впливу на подрібнюваний матеріал, а саме, різанням, гідроударом та кавітацією в гідроповітрянному середовищі, забезпечують можливість виконання як подрібнення так і змішування, З емульгування та суспендування оброблюваних матеріалів з отриманням в той же час високої якості подрібнення Ге) та однорідності отриманих сумішей. 3о Задача досягається за рахунок того, що в способі обробки матеріалів, який полягає в тому, що оброблюваний о матеріал змішують з рідиною, під дією відцентрових сил подають отриману суміш у зону обробки, де здійснюють її обробку різанням, в зоні обробки також створюють зміну тиску в суміші.The invention is based on the task of creating a method and device for processing materials, which due to "-- simultaneous combined effect on the material to be crushed, namely, cutting, water hammer and cavitation in a hydro-air environment, provide the possibility of performing both grinding and mixing, emulsifying and suspension of processed materials while obtaining at the same time high quality grinding (He) and homogeneity of the obtained mixtures. 3o The task is achieved due to the fact that in the method of processing materials, which consists in the fact that the processed material is mixed with a liquid, under the action of centrifugal forces, the resulting mixture is fed into the processing zone, where it is processed by cutting, and a change in pressure is also created in the processing zone in the mixture

При цьому, в зоні обробки на шляху переміщення суміші створюють умови для зіткнення її з перешкодами. «At the same time, in the processing zone, conditions are created for the mixture to collide with obstacles on the path of its movement. "

Крім того, в зону обробки подають повітря. ЗIn addition, air is supplied to the processing area. WITH

В пристрої для обробки матеріалів, який містить корпус, з вхідним та вихідним патрубками, в якому с співвісно, встановлені з зазором один відносно одного ротор з лопатями та охоплюючий його статор, виконаний з у вигляді кільця, привід обертання ротора та " завантажувальний бункер, ротор виконаний у вигляді кільця з радіально встановленими в ньому лопатями, при цьому в роторі та статорі виконані радіальні наскрізні циліндричні отвори, які в поперечному перерізі мають форму овала, велика вісь якого спрямована в аксіальному с 15 напрямку, при цьому площа поперечного перерізу отворів в роторі перевищує площу поперечного перерізу отворів в статорі. со В проміжку між краями сусідніх отворів! в статорі виконані глухі отвори. ї5» При цьому зазор між ротором та статором' складає 0,1-0,15мм. 50 Також відношення великої осі поперечного перетину наскрізних отворів в роторі та статорі до їх малої осі - складає від 1:1 до. 3:1.In the device for processing materials, which contains a housing, with inlet and outlet nozzles, in which c are coaxially installed with a gap relative to each other, a rotor with blades and a stator covering it, made in the form of a ring, a rotor rotation drive and a loading hopper, a rotor made in the form of a ring with blades radially installed in it, while the rotor and stator have radial through-cylindrical holes, which in cross-section have the shape of an oval, the major axis of which is directed in the axial c 15 direction, while the cross-sectional area of the holes in the rotor exceeds the cross-sectional area of the holes in the stator. c In the space between the edges of the adjacent holes! in the stator, blind holes are made. rotor and stator to their minor axis - ranges from 1:1 to 3:1.

Ф Крім того, пристрій оснащений вентилем для подання повітря, встановленим на вхідному патрубку.Ф In addition, the device is equipped with an air supply valve installed on the inlet pipe.

Забезпечення можливості зміни тиску в суміші, яка реалізується в пристрою за рахунок виконання, в роторі та статорі відповідних отворів, сприяє виникненню та впливу на оброблювану суміш крім процесу різання також дв Таких процесів, як кавітація та гідроудар. В результаті чого, суміш одночасно подрібнюється, змішується, гомогенізується та емульгується з забезпеченням високої якості вихідного продукту.Ensuring the possibility of changing the pressure in the mixture, which is implemented in the device due to the execution of the corresponding holes in the rotor and stator, contributes to the emergence and influence on the processed mixture, in addition to the cutting process, also two processes such as cavitation and water hammer. As a result, the mixture is simultaneously crushed, mixed, homogenized and emulsified to ensure high quality of the original product.

Р» Виконання отворів в роторі та статорі певної форми, з відповідним співвідношенням розмірів, наявність в якості перешкоди глухих отворів в статорі, подання в зону обробки повітря сприяє підвищенню ефективності вказаного вище багатофакторного впливу на суміш. во Суть винаходу пояснюється кресленням, де зображено на: Фіг.1 - загальний вид пристрою для обробки матеріалів, Фіг.2 - розріз В-В на Фіг.1; ФігЗ - вид А на Фіг.2; Фіг.4 - статор в розрізі; Фіг.З - ротор в розрізі; Фіг.б - ротор та статор в перерізі.P» Making holes in the rotor and stator of a certain shape, with the appropriate ratio of sizes, the presence of blind holes in the stator as an obstacle, the supply of air to the treatment zone contributes to increasing the effectiveness of the above-mentioned multifactorial effect on the mixture. The essence of the invention is explained by the drawing, which shows: Fig. 1 - a general view of the device for processing materials, Fig. 2 - section B-B in Fig. 1; Fig. 3 - view A in Fig. 2; Fig. 4 - stator in section; Fig. 3 - rotor in section; Fig. b - rotor and stator in section.

Пристрій містить раму 1, на якій встановлені двигун 2, підшипникова опора 3, між якими розміщена муфта 4, корпус 5 з вхідним 6 та вихідним 7 патрубками, в якому співвісно встановлені з зазором один відносно одного 65 ротор 8 та статор 9.The device includes a frame 1, on which the engine 2, the bearing support 3 are installed, between which the coupling 4 is placed, the body 5 with inlet 6 and outlet 7 nozzles, in which the rotor 8 and the stator 9 are installed coaxially with a gap 65 relative to each other.

Крім того, пристрій містить завантажувальний бункер 10, вентиль 11 для подання повітря, встановленню! на вихідному патрубку 7, який шлангом 12 з'єднаний з бункером 10, та пульт керування 13(див. Фіг.1).In addition, the device contains a loading hopper 10, a valve 11 for air supply, installation! on the outlet 7, which is connected to the hopper 10 by a hose 12, and the control panel 13 (see Fig. 1).

Ротор 8 та статор 9 виконані у вигляді кілець, при цьому статор 9У охоплює ротор 8, в якому радіально встановлені прямі лопаті 14. В роторі 8 та статорі 9 виконані радіальні наскрізні циліндричні отвори 15 та 16, які в поперечному перерізі мають форму овала, велика вісь якого спрямована в аксіальному напрямку.The rotor 8 and the stator 9 are made in the form of rings, while the stator 9U covers the rotor 8, in which the straight blades 14 are installed radially. In the rotor 8 and the stator 9, radial through cylindrical holes 15 and 16 are made, which in the cross section have the shape of an oval, a large whose axis is directed in the axial direction.

Співвідношення площ поперечних перерізів отворів 15 в роторі 8 та отворів 16 в статорі 9 складає 4:3, в проміжку між краями сусідніх отворів 16 статора 9 виконані глухі отвори 17. При цьому зазор між ротором 8 та статором 9 складає 0,1-0,15мм. Крім того, відношення великої осі поперечного перетину наскрізних отворів 15 в роторі 8 та отворів 16 в статорі 9 до їх малої осі складає від 1:1 до 3/1. 70 Нижче буде розкрито принцип роботи пристрою, в якому реалізується також спосіб обробки матеріалів.The ratio of the cross-sectional areas of the holes 15 in the rotor 8 and the holes 16 in the stator 9 is 4:3, blind holes 17 are made in the space between the edges of the adjacent holes 16 of the stator 9. At the same time, the gap between the rotor 8 and the stator 9 is 0.1-0, 15 mm. In addition, the ratio of the major axis of the cross section of the through holes 15 in the rotor 8 and the holes 16 in the stator 9 to their minor axis is from 1:1 to 3/1. 70 The principle of operation of the device, which also implements the method of processing materials, will be revealed below.

Перший приклад стосується випадку, коли обробці піддають суміш твердого матеріалу та рідини.The first example concerns the case where a mixture of solid material and liquid is treated.

Рідину подають у завантажувальний бункер(110, вмикають пристрій, після чого крізь шланг 12 і впускний патрубок б рідина потрапляє у порожнину ротора 8. В результаті обертального руху ротора 8 з прямими лопатями 14 виникають відцентрові сили, які приводять у рух рідину, і, завдяки замкнутому циклу роботи 7/5 пристрою, що реалізується тим, що вихідний б та вихідний 7 патрубки з'єднані з бункером 10, вона крізь випускний патрубок 7 знову потрапляє у. бункер 10, у який після цього завантажують оброблюванням матеріал, наприклад зерно, та одержану суміш знову подають в порожнину ротора 8, звідки вона під дією віддентрових сил під тиском до ЗОМпа крізь отвори 15 у роторі 8 потрапляє у зону обробки, а саме, у зазор між ротором 8 та статором 9. У зоні обробки зерно подрібнюється краями отворів .15 та 16. Крім того, під час обертання ротора його отвори 15 періодично співпадають з отворами 16 у статорі У, при цьому у момент їх часткового співпадання, тобто коли отвір 15 перекриває отвір 16 лише частково та різко зменшується прохідна можливість, відбувається різке стиснення суміші, а після її виходу з отвору 16 - різке розширення, що призводить до вивільнення енергії, розриву молекул суміші, що також забезпечує подрібнення матеріалу. При цьому частина рідини переходить у пару, що приводить до виникнення пузирів повітря та до їх лопання, що є так званим ов процесом кавітації.The liquid is fed into the loading hopper (110, the device is turned on, after which the liquid enters the cavity of the rotor 8 through the hose 12 and the inlet b closed cycle 7/5 of the device, realized by the fact that the outlet b and outlet 7 nozzles are connected to the hopper 10, it again enters the hopper 10 through the outlet nozzle 7, into which the material, for example, grain, is loaded for processing, and the resulting mixture is again fed into the cavity of the rotor 8, from where it enters the processing zone under the action of internal forces under pressure to ZOMpa through the holes 15 in the rotor 8, namely, in the gap between the rotor 8 and the stator 9. In the processing zone, the grain is crushed by the edges of the holes. 15 and 16. In addition, during the rotation of the rotor, its holes 15 periodically coincide with the holes 16 in the stator U, and at the moment of their partial coincidence, that is, when the hole 15 overlaps the hole 16 only h the possibility of passage suddenly and sharply decreases, there is a sharp compression of the mixture, and after its exit from the hole 16 - a sharp expansion, which leads to the release of energy, the rupture of the molecules of the mixture, which also ensures the grinding of the material. At the same time, part of the liquid turns into steam, which leads to the formation of air bubbles and their bursting, which is the so-called process of cavitation.

Крім того, коли суміш проходить крізь отвори 15 в роторі та б'ється в частково відкриті отвори в статорі « 16, вона різко стискається і виникає ефект гідроудару, який найбільш сильно виявляється в глухих отворах 17 в статорі У в результаті обертання ротора 8 та зміни відносного положення отворів. Це також забезпечує додаткове подрібнення матеріалу. «о зо У випадку, коли технологія передбачає обмежену кількість рідини, у процесі роботи пристрою відкриттям вентилю 11 у робочу зону подають повітря, яке затягується за допомогою розрядження всередині пристрою. Це - приводить до розріджування суміші, поліпшення її, можливості обробки більш густих сумішей та поліпшенню «г процесів змішування та подрібнення.In addition, when the mixture passes through the holes 15 in the rotor and hits the partially open holes in the stator 16, it is sharply compressed and the effect of water hammer occurs, which is most strongly manifested in the blind holes 17 in the stator U as a result of the rotation of the rotor 8 and changes relative position of the holes. It also provides additional grinding of the material. If the technology involves a limited amount of liquid, during the operation of the device, by opening the valve 11, air is supplied to the working area, which is drawn in by means of a discharge inside the device. This leads to dilution of the mixture, its improvement, the possibility of processing thicker mixtures and the improvement of mixing and grinding processes.

Всі вище наведені процеси забезпечують поряд з якісним подрібненням суміші також її змішування та со гомогенізацію. юAll of the above processes ensure, along with high-quality grinding of the mixture, its mixing and homogenization. yu

Заявлений винахід може бути також ефективно використаний у випадках, коли необхідно обробити суміш "рідина-рідина", наприклад, для приготування охолоджуючої рідини для токарного верстата, яка складається з масла, води та присадок. Складність приготування такої суміші полягає в тому, що вона швидко розшаровується і тому при її отриманні необхідно добитися максимальної однорідності. «The claimed invention can also be effectively used in cases where it is necessary to process a "liquid-liquid" mixture, for example, to prepare a coolant for a lathe, which consists of oil, water and additives. The difficulty of preparing such a mixture is that it quickly delaminates, and therefore, when obtaining it, it is necessary to achieve maximum uniformity. "

Як і в наведеному вище прикладі рідину подають у завантажувальний бункер 10, вмикають пристрій, після з с чого крізь шланг 12 і впускний патрубок 6 рідина потрапляє -у порожнину ротора 8. В результаті обертального . руху ротора 8 з лопатями 14 виникають відцентрові сили, які приводять у рух рідину, і, завдяки замкнутому а циклу роботи пристрою вона крізь випускний патрубок 7 знову потрапляє у бункер 10, у який після цього завантажують інші компоненти суміші. Процес обробки проходить таким же чином, як було вже описано, заAs in the above example, the liquid is fed into the loading hopper 10, the device is turned on, after which, through the hose 12 and the inlet pipe 6, the liquid enters the cavity of the rotor 8. As a result of the rotary . the movement of the rotor 8 with the blades 14 creates centrifugal forces that set the liquid in motion, and thanks to the closed cycle of the device, it again enters the hopper 10 through the outlet pipe 7, into which the other components of the mixture are then loaded. The processing process takes place in the same way as it was already described, for

ВИНЯТКОМ ТОГО, ЩО відсутній процес різання. За рахунок впливу на суміш процесів кавітації та гідроудару , с відбувається максимально однорідне змішування компонентів, з утворенням гомогенної суміші, яка має стійкий стан на протязі довгого часу. (ее) тьEXCEPT THAT there is no cutting process. Due to the effect on the mixture of the processes of cavitation and water hammer, the maximally homogeneous mixing of the components occurs, with the formation of a homogeneous mixture that has a stable state over a long period of time. (ee) t

Claims

The formula of the invention

Ф 1. The method of processing materials, which consists in the fact that the processed material is mixed with a liquid, under the action of centrifugal forces, the resulting mixture is fed into the processing zone, where it is processed by cutting, which differs in that in the processing zone, a change in pressure is created in the mixture.

2. The method according to claim 1, which is characterized by the fact that in the processing zone on the path of movement of the mixture, conditions are created for it to collide with obstacles.

» 3. The method according to claim 1, which differs in that air is supplied to the processing zone.

4. A device for processing materials, which contains a housing with inlet and outlet nozzles, in which a rotor with blades and a stator covering it, made in the form of a ring, a rotor rotation drive and a loading hopper are installed in parallel with a gap relative to each other, which is characterized by that the rotor is made in the form of a ring with radially installed blades in it, while the rotor and stator are made with radial through cylindrical holes, which in cross section have the shape of an oval, the major axis of which is directed in the axial direction, while the cross-sectional area of the holes in the rotor exceeds the cross-sectional area of the holes in the stator 65

5. The device according to claim 4, which differs in that blind holes are made in the space between the edges of adjacent holes in the stator.

6. The device according to claim 4, which differs in that the gap between the rotor and the stator is 0.1-0.15 mm.

7. The device according to claim 4, which differs in that the ratio of the major axis of the cross section of the through holes in the rotor and stator to their minor axis is from 1:1 to 3/1.

8. The device according to claim 4, which is characterized by the fact that it is equipped with an air supply valve installed on the inlet pipe. « (Se) «- « (ee) IS c) -

with . and? 1 (ee) sh» - 50 4) 60 b5