РОТОРНЫЙ АППАРАТ

Техническое решение относится к конструкции роторных аппаратов для одновременного макро- и микроперемешивания высоковязких, неньютоновских и структурированных жидкостей, суспензий и эмульсий и может найти применение в химической, нефтехимической, лакокрасочной, фармакологической, пищевой и других отраслях промышленности.
Известен роторный аппарат АР2-4, состоящий из емкости с перемешивающим устройством (тихоходной мешалкой) и эллиптическим днищем, рубашки для охлаждения и обогрева обрабатываемого продукта, роторного перемешивающего устройства типа ГАРТ- гидроаккустического смесителя роторного типа и электродвигателя. Роторная головка имеет, вихревую камеру, образованную вращающимся ротором и неподвижным статором. При вращении ротора жидкость с большой скоростью проходит между зубьями ротора и статора. При этом происходит эффективное перемешивание диспергирование, гомогенизация частиц, обрабатываемых твердых и жидких материалов с одновременным перемешиванием тихоходной мешалкой (А.С. Тимонин. Основы конструкция и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования. Справочник. Издание 2-ое, переработанное и дополненное. Т.2- Калуга: издательство Н.Бочкаревой, 2002, с. 906-907).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная эффективность перемешивания, из-за того что микроперемешивание жидкости тихоходной мешалкой и микроперемешивание в роторном перемешивающем устройстве происходит в разных местах объема емкости что уменьшает скорость смешения, особенно при перемешивании высоковязких, неньютоновских и структурированных жидкостей, так как структура разрушается и снижается эффективная вязкость только в зоне, где расположена роторная головка ГАРТ, а в периферийной зоне, где работает тихоходная мешалка, структура жидкости и высокая неньютоновская эффективная вязкость сохраняется, что препятствует микросмешению и росту производительности.
Известна конструкция перемешивающего устройства, включающего перфорированный диффузор и размещенную в нем пропеллерную мешалку, при этом на концах лопастей пропеллера закреплен перфорированный цилиндр. (Описание изобретения и авторскому свидетельству СССР №4133972, BO1F/22,1974).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная производительность, так как часть жидкости не участвует в микросмешении между перфорированным цилиндром и перфорированным диффузором, а просто перемешивается на макроуровне лопастями пропеллерной мешалки.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятому за прототип относится конструкция роторного аппарата гидроударного действия, содержащего корпус, внутри которого концентрически установлены статор и ротор со щелями, выполненными на боковых стенках в виде каналов по форме дозвуковых сопел с сужением, примыкающим к расширяющимся полостям, имеющим вогнутые поверхности, при этом ротор разделен на две части внешнюю и внутреннюю кольцеобразным углублением, в котором размещен статор, при этом щели в форме дозвуковых сопл выполнены в статоре, а щели в форме расширяющих полостей на внешней части ротора, причем на внутренней части ротора размещены лопатки, создающие центробежные силы в обрабатываемом потоке (описание изобретения к патенту РФ №2114689 BO1F/12,1998).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся недостаточная эффективность микросмешения, особенно при перемешивании высоковязких, неньютоновских и структурированных жидкостей, суспензий и эмульсий, из-за малого времени пребывания перемешиваемой жидкости в зоне смешения, что снижает производительность.
Техническим результатом предлагаемой конструкции роторного аппарата является увеличение производительности.
Поставленный технический результат достигается тем, что в роторном аппарате, внутри которого концентрически установлены статор и ротор со щелями, выполненными на боковых стенках в виде каналов, при этом ротор разделен на две части и на нем размещены лопатки, создающие центробежные силы в обрабатываемом потоке, причем, части ротора разделены подшипником скольжения, установленным на статоре в зоне размещения лопаток, а сами лопатки закреплены с внешней стороны ротора.
Разделение двух частей ротора подшипником скольжения, установленном на статоре, предотвращает радиальные колебания ротора относительно оси вращения, так как он является дополнительной опорой для ротора в нижней зоне аппарата.
Кроме того, он предотвращает в отличии от подшипника качения (шарикового или роликового) попадания обрабатываемой жидкости из верхней части статора в нижнюю части без ее обработки в гидроакустическом смесителе между щелями, выполненными на боковых станках в виде каналов и выходу ее в аппарат в верхней части ротора и возвращению из аппарата при повторной обработке между щелями внутрь статора. Такая двойная обработка жидкости в гидроакустическом смесители, какими становятся верхняя и нижняя части статора и ротора, имеющие щели на боковых станках в виде каналов, интенсифицируют микрослежение за счет увеличения времени воздействия акустических колебаний и в целом повышает производительность.
Установка подшипника скольжения в зоне размещения лопаток создает опору для ротора в нижней части аппарата там, где динамическое воздействие от вращения лопаток на вращающийся ротор наибольшее. Это снижает вибрацию ротора, уменьшает износ трущихся поверхностей подшипника скольжения, увеличивает срок работы роторного аппарата без ремонта, а значит способствует росту производительности.
Закрепление лопаток на внешней стороне ротора обеспечивает макросмешение обрабатываемой жидкости во всем объеме аппарата без образования застойных зон, что также дополнительно способствует увеличению производительности.
На чертеже представлен общий вид предлагаемой конструкции роторного аппарата.
Он состоит из корпуса 1 и крышки 2. Внутри корпуса 1 осесимметрично с ним закреплен статор 3 в виде пустотелой трубы, в верхней и нижней частях которого на боковых стенках выполнены щели 4 в виде каналов. Между верхней и нижней частями статор 3 установлены подшипник скольжения 5, а в нижней части статора 3 на выходе из корпуса 1 герметично закреплен патрубок 6 для отвода обработанной жидкости из корпуса 1. Осесимметрично с корпусом 1 и статором 3 установлен ротор 7, соединенный с приводом вращения (на фигуре не показан). В верхней части над крышкой 2 ротор закреплен в подшипнике 8, а в нижней части - в подшипнике скольжения 5. С внешней стороны ротора 7 в зоне установки подшипника скольжения 5 закреплены лопатки 9.
В верхней и нижней частях ротора 7 в смежных с верхней и нижней частями статора 3 в зонах со щелями 4 статора Звыполнены такие же щели 10.
Роторный аппарат работает следующим образом. Сверху внутрь пустотелой трубы статора 3 подают обрабатываемую жидкость и включают привод, приводящий во вращение ротор 7. Обрабатываемая жидкость выходит через щели 4 в верхней части статора 3 в кольцевой зазор между статором 3 и ротором 7, а далее через щели 10 попадает в корпус 1 аппарата. Так как кольцевой зазор с обрабатываемой жидкостью между статором 3 с его щелями 4 и ротором 7 с его щелями 10 образуют гидроакустический смеситель, обрабатываемая жидкость в этом кольцевом зазоре подвергается интенсивному микросмешению, снижению эффективной вязкости и тиксотропному разрушению структуры высоковязких неньютоновских жидкостей, что способствует быстрому смешению на уровне молекул и увеличению производительности.
Обрабатываемая жидкость, выходя из щелей 10 в верхней части ротора 7 перемешивается внутри корпуса 1 аппарата лопатками 9 на макроуровне, предупреждая образование застойных зон, что вовлекает в такое перемешивание весь объем обрабатываемой жидкости, снижает необходимость повторного макросмешения или увеличения времени перемешивания, что также способствует росту производительности.
Перемешенная на макроуровне лопатками 9 обрабатываемая жидкость из корпуса 1 поступает в нижнюю часть этого корпуса и затем через щели 10 в роторе 7 попадает в кольцевой зазор между стенками статора 3 и ротора 7. Так как щели 4 в статоре и 10 в роторе в нижней части корпуса 1 образует гидроакустический смеситель, аналогичный вышеописанному гидроакустическому смесителю в верхней части корпуса 1, это обрабатываемая жидкость вторично дополнительно перемешивается на микроуровне и выходит из аппарата через патрубок.
Такое двойное микросмешение в верхней и нижней частях статора 3 и ротора 7, разделенное макросмешением лопатками 9 внутри корпуса 1 особенно при обработке высоковязких неньютоновских жидкостей позволяет снизить их эффективную вязкость, разрушить структуру многокомпонентных растворов, суспензии и эмульсий, что приводит к интенсификации процесса перемешивания и повышению производительности.