УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО НАГРЕВА ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ
DEVICE FOR HYDRODYNAMIC HEATING OF LIQUID PRODUCTS

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к устройствам для обработки жидких продуктов нагреванием, включая их пастеризацию.
Известен промышленный кавитационный генератор фирмы «Hydrodynamic inc», США, для нагрева жидкости, содержащий корпус с крышками и ротор в виде барабана с ячеистой наружной поверхностью, контактирующий с гладкой внутренней поверхностью цилиндрической части корпуса /1/.
Недостатком известной конструкции является громоздкость устройства и недостаточная тепловая производительность.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство для нагрева жидкости, содержащее статор с выемками на внутренней стороне, установленный внутри него с образованием зазора для перемещения и нагрева обрабатываемого продукта ротор в виде цилиндра с набором выемок, аналогичных выемкам статора, образующих при совмещении камеры переменного сечения, и патрубки для подачи и отвода продукта /2/.
Недостатками его являются достаточно высокие потери тепла в окружающую среду и неравномерность или пульсация нагрузки из-за одновременного совпадения при вращении ротора всех ячеек и их закрытия, сопровождающегося срезом жидкого продукта в зазоре ротор-статор.
Задачей заявленного технического решения является обеспечение равномерности нагрузки на ротор при его вращении и повышение кпд устройства.
Она решается тем, что на наружной поверхности ротора выполнен набор ячеек, расположенных рядами по винтовой линии, на внутренней поверхности статора - аналогичные ячейки, расположенные также по винтовой линии, но с другим шагом рядов ячеек, в корпусе статора предлагаемого устройства выполнена соответствующая длине ротора осесимметричная кольцевая полость, выполняющая роль выдерживателя и теплоизолятора рабочей части нагревателя от внешней среды, сообщающаяся с ячеистой рабочей частью устройства отверстием в зоне нагрева продукта до температуры пастеризации.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен схематический разрез устройства для гидродинамического нагрева жидких продуктов по его продольной оси; на фиг.2 - сечение А-А устройства на фиг.1; на фиг.3 - фрагмент развертки взаимного расположения ячеек на поверхностях статора и ротора.
Устройство для гидродинамического нагрева жидких продуктов состоит из статора 1 (фиг.1) в виде полого цилиндра с расположенным с зазором в его полости ротором 2, закрытым с обеих сторон крышками 3 и 4, в которых установлены подшипники 5 и 6 вала 7 ротора. Внутри статора 1 имеется осесимметричная кольцевая полость 8 (фиг.2), выполняющая роль выдерживателя, объем которого соответствует конкретной производительности устройства для гидродинамического нагрева жидких продуктов. Она же служит теплоизолятором рабочей части предлагаемого устройства от внешней среды.
На наружной поверхности ротора 2 выполнен набор ячеек 9, например продолговатых, расположенных рядами по винтовой линии с шагом t (фиг.3) под углом α.
На внутренней поверхности статора 1 выполнены аналогичные ячейки 10, расположенные также по винтовой линии, но с другим шагом рядов ячеек, обеспечивающим изменение количества рядов ячеек на статоре 1, например, на один ряд в сравнении с количеством рядов ячеек на роторе 2 и смещение шага их на величину b. Угол β наклона рядов ячеек 10 на статоре 1 может быть равным или большим угла α наклона рядов ячеек 9 ротора 2. При этом оси продолговатых ячеек статора 1 могут быть параллельны осям ячеек ротора так, что при их совпадении образуются замкнутые камеры.
Устройство для гидродинамического нагрева жидких продуктов имеет патрубок подачи 11 продукта для тепловой обработки в нем и патрубок отвода 12 продукта после тепловой обработки, сообщающийся с полостью 8 статора 1, которая в свою очередь отверстием 13 соединена с ячеистой рабочей частью устройства.
Статор 1 и ротор 2 устройства могут выполняться коническими.
Работает устройство следующим образом.
Поступающий на тепловую обработку жидкий продукт по патрубку подачи 11 заполняет ячейки 9 и 10. При вращении ротора 2 он захватывается рядами его ячеек 9, как лопастями насоса, наклоненными под углом α, обеспечивая самовсасывание продукта в устройство. В зазоре между ротором 2 и статором 1 продукт подвергается интенсивному гидродинамическому воздействию благодаря центробежному разгону ячейками 9 ротора, резкому торможению ячейками 10 неподвижного статора 1, интенсивному вихреобразованию, трению слоев продукта между собой и о поверхности статора 1 и ротора 2. В результате этого происходит преобразование подводимой к устройству энергии привода в тепловую энергию, поглощаемую обрабатываемым продуктом, нагревая его до температуры пастеризации. При этой температуре нагретый продукт через отверстие 13 поступает в полость 8 статора для его выдержки, после чего выводится через патрубок отвода 12 из устройства в линию дальнейшей его тепловой обработки: регенерации, охлаждения и хранения.
Различный шаг t рядов ячеек 9 и 10 на статоре 2 и якоре 1 и углов их наклона β и α по винтовой линии обеспечивают поочередное взаимное их закрытие и последующее постепенное открытие по мере вращения ротора 2, что снижает пульсацию нагрузки на гидродинамическую обработку продукта в приводе устройства и выравнивает ее.
Расположение же выдерживателя в кольцевой полости 8 статора 1 обеспечивает сокращение потерь тепла из рабочей ячеистой части устройства в окружающую среду, что повышает его кпд.
Источники информации
1. Jim Frederick, Daniel Armstead, Steve Lien, Wolfgang Schmidl, Bijan Kazem. Economic Benefits of Utilizing Controlled Cavitation Technology for Black Liquor Oxidation and Heating. TAPPI Journal, January, 2002.
2. Авторское свидетельство RU №1324620, кл. А23С 3/033, 1987 (прототип).