UA65400C2

UA65400C2 - Rotary-pulsating apparatus

Info

Publication number: UA65400C2
Application number: UA2003087257A
Authority: UA
Inventors: Anatolii Andriiovych Dolinskyi; Borys Ivanovych Basok; Anatolii Petrovych Hartvih; Inna Anatoliivna Pirozhenko; Halyna Kuzminichna Kokanova; Valentyna Oleksiivna Khomenko; Volodymyr Panteleiovyc Nezhuta; Oleksandr Mykolaiovy Obodovych
Original assignee: Inst Technical Thermal Physics
Priority date: 2003-08-01
Filing date: 2003-08-01
Publication date: 2006-02-15
Also published as: UA65400A

Abstract

A rotary-pulsating apparatus contains a housing with inlet and outlet, inside which the knife and stator and rotor being coaxial with the axe of shaft are located, said stator and rotor are executed in the form of cylinders with longitudinal rectangular cuts on the sides. According to invention, the rotor is manufactured with a cone-shaped nave, on the shaft of the apparatus upstream of the stator additional rotor in the form of cylinder with longitudinal rectangular cuts on the sides and at least three rectangular blades are mounted, the cutter is made, at least, with two rectangular blades, the quantity of cuts for each of the coaxial cylinders does not exceed 80. Invention ensures the intensification of heat-mass-transfer processes, improvement of the quality of obtained product.

Description

Винахід відноситься до теплотехнологій, що призначені для інтенсифікації тепломасообмінних процесів подрібнення, гомогенізації та перемішування компонентів високов'язких сильноконцентрованих продуктів на основі рослинної та тваринної сировини, і може знайти застосування на підприємствах переробної, харчової, фармацевтичної, молочної, м'ясної та кондитерської промисловості.The invention relates to heat technologies intended for the intensification of heat-mass exchange processes of grinding, homogenization and mixing of components of highly viscous highly concentrated products based on plant and animal raw materials, and can find application at enterprises of the processing, food, pharmaceutical, dairy, meat and confectionery industries.

Відомий пристрій для гомогенізації паст та пульп (Пат. України Ме1496, МПК 5 ВО1ТЕ7/02, 1993), який містить корпус, розміщені із зазором статор та ротор, на поверхнях яких є повздовжні канали змінного перерізу, при цьому перерізи каналів ротора виконано так, що вони рівномірно змінюються по ходу руху матеріалу від максимального значення до мінімального на 0,3-0,7 довжини каналів ротора, а перерізи каналів статора у тому ж напрямку рівномірно змінюються від мінімального значення до максимального на 0,3-0,7 довжини каналів статора.A well-known device for homogenizing pastes and pulps (Ukrainian Patent Me1496, IPC 5 VO1TE7/02, 1993), which contains a body, a stator and a rotor placed with a gap, on the surfaces of which there are longitudinal channels of variable cross-section, while the cross-sections of the rotor channels are made as follows that they change uniformly along the movement of the material from the maximum value to the minimum by 0.3-0.7 of the length of the rotor channels, and the sections of the stator channels in the same direction change uniformly from the minimum value to the maximum by 0.3-0.7 of the channel length stator

Суттєвими недоліками відомого пристрою є те, що форма перерізів та наявність тільки однієї пари ротор- статор не дозволяє забезпечити створення в міжциліндровому просторі суттєвих повздовжніх градієнтів тиску та не дає можливості досягти досить високого ступеня подрібнення при русі пастоподібного середовища в радіальному напрямку. Це унеможливлює отримання однорідного високодисперсного продукту.The significant disadvantages of the known device are that the shape of the cross-sections and the presence of only one rotor-stator pair do not allow for the creation of significant longitudinal pressure gradients in the inter-cylinder space and do not make it possible to achieve a sufficiently high degree of grinding when the paste-like medium moves in the radial direction. This makes it impossible to obtain a homogeneous highly dispersed product.

Відомий роторно-пульсаційний апарат (Пат. України Ме55069, А МПК ВО1Е7/02, 2003|, що вибраний за прототип, який містить корпус з вхідним та вихідним патрубками, всередині якого розміщені коаксіально до вісі вала з зазором між собою статор і ротор, крім того перед статором встановлений диск із шістьома загнутими під кутом 60" до його поверхні лопатями, за ротором розміщені додатковий статор та П-подібний трикутно- загострений ніж, при цьому статори, ротор та ніж розташовані в нерухомому стакані, а на бокових поверхнях коаксіальних циліндрів ротора та статорів виконано не більш ніж по 36 повздовжніх прямокутних прорізів, при чому радіальний зазор між двома статорами та розміщеним між ними ротором складає 0,15-0,20мм.The well-known rotor-pulsation device (Ukrainian patent Me55069, А MPK VO1E7/02, 2003|), which was selected as a prototype, which contains a housing with inlet and outlet nozzles, inside which the stator and rotor are placed coaxially to the axis of the shaft with a gap between them, except moreover, a disk with six blades bent at an angle of 60" to its surface is installed in front of the stator, an additional stator and a U-shaped triangular-pointed knife are placed behind the rotor, while the stators, rotor and knife are located in a stationary cup, and on the side surfaces of the rotor's coaxial cylinders and stators, no more than 36 longitudinal rectangular slots are made, and the radial gap between the two stators and the rotor placed between them is 0.15-0.20 mm.

Суттєвими недоліками відомого пристрою є розміщення двох статорів та ротору в стакані, що створює можливість налипання продукту та ускладнює процес його вилучення з апарата при обробці високов'язких пастоподібних матеріалів рослинного та тваринного походження. Це призводить до зменшення продуктивності апарата. Недоліком є також незначний гідродинамічний вплив апарата на сировину через наявність тільки одного ротора, як головного подрібнюючого елемента, бо диск з лопатями, головним чином, створює насосний ефект. В результаті цього виникає проблема отримання однорідного продукту високого ступеня дисперсності.The significant disadvantages of the known device are the placement of two stators and a rotor in a glass, which creates the possibility of product sticking and complicates the process of removing it from the device when processing highly viscous paste-like materials of plant and animal origin. This leads to a decrease in the performance of the device. The disadvantage is also the insignificant hydrodynamic effect of the device on raw materials due to the presence of only one rotor as the main grinding element, because the disc with blades mainly creates a pumping effect. As a result, there is a problem of obtaining a homogeneous product with a high degree of dispersion.

В основу винаходу поставлена задача вдосконалення відомого роторно-пульсаційного апарата, в якому шляхом виконання ротора з конусоподібною ступицею, виготовлення ножа принаймні з двома прямокутними загнутими до осі обертання вала лопатями, встановлення на валу апарата перед статором додаткового ротора та крильчатки та виконання на бокових поверхнях коаксіальних циліндрів не більш ніж по 80 повздовжніх прямокутних прорізів забезпечується високий ступінь дисперсності гомогенного середовища рослинного та тваринного походження, а також підвищується продуктивність роботи апарата за рахунок створення додаткового насосного ефекту.The invention is based on the task of improving the well-known rotor-pulsation device, in which, by making a rotor with a cone-shaped hub, making a knife with at least two rectangular blades bent to the axis of rotation of the shaft, installing an additional rotor and impeller on the shaft of the device in front of the stator, and making coaxial cylinders with no more than 80 longitudinal rectangular slits ensure a high degree of dispersion of a homogeneous medium of plant and animal origin, and also increase the performance of the device due to the creation of an additional pumping effect.

Поставлена задача вирішується тим, що у роторно-пульсаційному апараті, що містить корпус з вхідним та вихідним патрубками, в середині якого розміщені коаксіально до осі вала із зазором між собою статор, ротор та ніж, згідно з винаходом, ротор має конусоподібну ступицю, на валу апарата додатково встановлені перед статором ротор та крильчатка з не менш ніж трьеома прямокутними лопатками, ніж виготовлений принаймні з двома прямокутними загнутими до осі обертання вала лопатями, а на бокових поверхнях коаксіальних циліндрів виконано не більш ніж по 80 повздовжніх прямокутних прорізів.The task is solved by the fact that in the rotor-pulsation apparatus, which contains a housing with inlet and outlet nozzles, in the middle of which the stator, rotor and knife are placed coaxially to the axis of the shaft with a gap between them, according to the invention, the rotor has a cone-shaped hub, on the shaft of the apparatus, a rotor and an impeller with at least three rectangular blades are additionally installed in front of the stator, than a blade made with at least two rectangular blades bent to the axis of rotation of the shaft, and no more than 80 longitudinal rectangular slots are made on the side surfaces of the coaxial cylinders.

Враховуючи той факт, що апарат широко використовується для переробки пастоподібних матеріалів рослинного та тваринного походження, їх висока в'язкість майже повністю подавляє вихроутворення і призупиняє існування радіальної транзитної течії, яка минає міжциліндрові зазори. Тобто гідродинамічна дія апарата у цьому випадку обумовлена, головним чином, дією значних зсувних напружень, швидкостей зсуву та пульсацій тиску. В роторно-пульсаційному апараті виникає шарова течія з лініями струму, що паралельні проточному контуру, вздовж яких поширюється хвиля змінних тисків. При обертанні ротора з кутовою швидкістю 298,Зрад/с виникають умови повного співпадання та перекриття його прямокутних прорізів з прорізями статора, що призводить до створення пульсаційних хвиль тиску, які викликають стиснення та розширення трубок струму, при цьому часовий масштаб зміни тиску складає 105с. Таким чином, забезпечення достатньої амплітуди пульсуючого тиску в апараті призводить до необертового стиснення трубок струму та, як наслідок, до їх подрібнення.Considering the fact that the device is widely used for processing paste-like materials of vegetable and animal origin, their high viscosity almost completely suppresses vortex formation and suspends the existence of a radial transit flow that bypasses the inter-cylinder gaps. That is, the hydrodynamic action of the apparatus in this case is mainly due to the action of significant shear stresses, shear rates, and pressure pulsations. In the rotor-pulsation apparatus, a layered flow occurs with streamlines parallel to the flow contour, along which a wave of variable pressures propagates. When the rotor rotates with an angular speed of 298.Zrad/s, the conditions of complete coincidence and overlap of its rectangular slots with the slots of the stator occur, which leads to the creation of pulsating pressure waves that cause compression and expansion of the current tubes, while the time scale of the pressure change is 105s. Thus, ensuring a sufficient amplitude of the pulsating pressure in the device leads to non-rotating compression of the current tubes and, as a result, to their crushing.

Встановлення на валу апарата перед статором додаткового ротора призводить до посилення гідродинамічного впливу апарата на оброблюване середовище створенням додаткових зсувних напружень та пульсацій тиску на зруйновані вже трубки струму. Це забезпечує більш високий ступінь подрібнення сировини та отримання гомогенного однорідного продукту.The installation of an additional rotor on the shaft of the device in front of the stator leads to an increase in the hydrodynamic effect of the device on the processed medium by creating additional shear stresses and pressure pulsations on the already destroyed current tubes. This ensures a higher degree of grinding of raw materials and obtaining a homogeneous homogeneous product.

Розташування перед додатковим ротором крильчатки з не менш ніж трьома прямокутними лопатками забезпечує скидання та транспортування гомогенізованого середовища у вихідний патрубок по периферії і не дає можливості утворення застійних зон продукту. Крім того, це гарантує підвищення насосного ефекту апарата, що забезпечує більш інтенсивне перенесення переробленої сировини з корпусу через вихідний патрубок, що при рециркуляційній обробці сприяє прискоренню процесу переробки та зменшенню енерговитрат.The location in front of the additional rotor of the impeller with at least three rectangular blades ensures the discharge and transportation of the homogenized medium into the outlet pipe along the periphery and prevents the formation of stagnant zones of the product. In addition, it guarantees an increase in the pumping effect of the device, which ensures a more intensive transfer of processed raw materials from the housing through the outlet pipe, which, during recirculation processing, helps to speed up the processing process and reduce energy consumption.

Виготовлення ножа принаймні з двома прямокутними загнутими до осі обертання вала лопатями забезпечує попереднє подрібнення сировини при одночасному захопленні та проштовхуванні сировини в порожнину системи подрібнюючих елементів (роторів, статора та крильчатки).The production of a knife with at least two rectangular blades bent to the axis of rotation of the shaft ensures preliminary grinding of raw materials while simultaneously capturing and pushing the raw materials into the cavity of the system of grinding elements (rotors, stator and impeller).

Вибрана кількість прорізей повздовжньої прямокутної форми (не більш 80) на бокових поверхнях роторів та статора одночасно з великою швидкістю обертання коаксіальних циліндрів викликає появу різкої деформації живого перерізу, суттєвої нерівномірності розподілу швидкостей по перерізу, а також високочастотних пульсацій тиску. Всі зазначені процеси сприяють інтенсифікації ефектів подрібнення та перемішування до більш однорідної консистенції оброблюваної сировини.The selected number of slots of longitudinal rectangular shape (no more than 80) on the side surfaces of the rotors and stator simultaneously with the high speed of rotation of the coaxial cylinders causes the appearance of a sharp deformation of the live cross-section, significant unevenness of the distribution of velocities along the cross-section, as well as high-frequency pressure pulsations. All these processes contribute to the intensification of the effects of grinding and mixing to a more uniform consistency of the processed raw materials.

Виконання ротора з конусоподібною ступицею забезпечило надійність конструкції апарата та дозволило уникнути биття елементів конструкції що обертаються, гарантуючи тим самим незмінність ширини міжциліндрового зазору. Вибрана форма ступиці сприяє більш повному заповненню вхідного патрубка, що, в свою чергу, дозволяє підвищити продуктивність апарата.The execution of the rotor with a cone-shaped hub ensured the reliability of the device design and allowed to avoid the beating of the rotating structural elements, thus guaranteeing the invariance of the width of the inter-cylinder gap. The chosen shape of the hub contributes to a more complete filling of the inlet nozzle, which, in turn, allows to increase the performance of the device.

Винахід, що заявляється, пояснюється кресленням, де на фіг.1 показано схематично загальний вид роторно- пульсаційного апарата,на фіг.2 поданий у збільшеному масштабі роторно-пульсаційний вузол апарата.The claimed invention is explained by the drawing, where Fig. 1 shows a schematic general view of the rotor-pulsation device, and Fig. 2 shows the rotor-pulsation unit of the device on an enlarged scale.

Роторно-пульсаційний апарат містить вхідний патрубок 1, ніж з прямокутними загнутими до осі обертання вала лопатями 2, ротор з конусоподібною ступицею 3, статор 4, ротор 5, крильчатку 6, які встановлені в з'ємному корпусі 7 та вихідний патрубок 8. Електродвигун 9 призводить до обертання вал 12, на якому встановлені ніж 2, ротори 3, 5 та крильчатка 6. Апарат розташований на рамі 10 під кожухом 11.The rotary-pulsation device includes an inlet nozzle 1, a blade with rectangular blades 2 bent to the axis of rotation of the shaft, a rotor with a conical hub 3, a stator 4, a rotor 5, an impeller 6, which are installed in a removable housing 7, and an outlet nozzle 8. Electric motor 9 causes the shaft 12 to rotate, on which the knife 2, rotors 3, 5 and impeller 6 are installed. The device is located on the frame 10 under the casing 11.

Роторно-пульсаційний апарат для перемішування, подрібнення та гомогенізації високов'язких сильноконцентрованих середовищ працює наступним чином.The rotary-pulsation apparatus for mixing, grinding and homogenization of highly viscous highly concentrated media works as follows.

Оброблювана сировина завантажується в конусоподібний бункер 1, захоплюється ножем 2 та подрібнюється при обертанні зі швидкістю 2820об/хв подрібнюючих елементів 2, 3, 5, 6. Проходячи через прямокутні повздовжні прорізі в обертаючих роторах 3, 5, нерухомому статорі 4 та через міжциліндрові зазори під дією значних пульсаційних знакозмінних перепадів тиску, високоградієнтних течій в зазорах, а також великих градієнтів зсувних напружень, сировина подрібнюється до гомогенного пастоподібного стану. Прямокутними лопатками, що закріплені на крильчатці 6, оброблюваний продукт вилучається з корпусу через вихідний патрубок 8.Processed raw materials are loaded into a cone-shaped hopper 1, captured by a knife 2 and crushed while rotating at a speed of 2820 rpm of the grinding elements 2, 3, 5, 6. Passing through the rectangular longitudinal slots in the rotating rotors 3, 5, the stationary stator 4 and through the inter-cylinder gaps under due to the effect of significant pulsating pressure drops, high-gradient currents in the gaps, as well as large shear stress gradients, the raw material is crushed to a homogeneous paste-like state. The processed product is removed from the housing through the output nozzle 8 with rectangular blades fixed on the impeller 6.

Таким чином, застосування запропонованого роторно-пульсаційного апарату дасть можливість підвищити його продуктивність, інтенсифікувати тепломасообмінні процеси диспергування, гомогенізації та перемішування високов'язких середовищ, а також отримати високоякісні пастоподібні продукти. х/ 1Thus, the use of the proposed rotary-pulsation device will make it possible to increase its productivity, intensify the heat-mass exchange processes of dispersion, homogenization, and mixing of highly viscous media, as well as obtain high-quality pasty products. x/ 1

Х Д сьX D s

А дн ВК КІ 2. сниA day of VK KI 2. dreams

Не г в | Е З ве а; шик з - що "В , ї 9Not g in | E Z ve a; chic with - that "B , i 9

І її і 11 і і- нок І пня --And her and 11 and inok And stump --

Ж , - і сен, ща "оWell, - and sen, shcha "o

Фіг.Fig.

Claims

A rotor-pulsation device containing a housing with inlet and outlet nozzles, inside which are placed a knife and a stator and a rotor coaxial to the axis of the shaft, made in the form of cylinders with longitudinal rectangular slits on the side surfaces, which is distinguished by the fact that the rotor is made with a cone-shaped hub , an additional rotor in the form of a cylinder is installed on the shaft of the device in front of the stator, with longitudinal rectangular slots on the side surfaces and an impeller with at least three rectangular blades, than made with at least two rectangular blades, and the number of slots on each of the coaxial cylinders does not exceed 80.