РОТОРНО-ПУЛЬСАЦИОННЫЙ АППАРАТ
ROTARY PULSATING MACHINE

Изобретение относится к устройствам для диспергирования, гомогенизации и перемещения гомогенных смесей и может быть использовано при переработке нефти и нефтепродуктов, при производстве зимнего топлива, водотопливных эмульсий, биотоплива, битумных и асфальтовых покрытий, строительных материалов, пищевых смесей, фармакологических препаратов и косметических смесей.
Известен роторно-пульсационный узел роторно-пульсационного аппарата, содержащий ротор и статор с каналами для прохождения жидких сред, закрытых крышкой и установленных в корпусе роторно-пульсационного аппарата, рабочую камеру, входной и выходной патрубки, при этом на внешней стороне входного патрубка диспергирующей головки роторно-статорного узла установлен газодинамический отвод, являющийся частью рабочей камеры и оснащенный газовой турбиной, на которую компрессором подается сжатый воздух (см. патент RU108719 на полезную модель, МПК B01F 7/10 (2006.01), 27.09.2011 г.).
Известный роторно-пульсационный узел роторно-пульсационного аппарата имеет небольшой срок службы и неудобен при эксплуатации.
7
Известно устройство для диспергирования жидких органических сред, содержащее корпус с вихревой камерой, соосным патрубком ввода исходной жидкой органической среды и патрубком вывода полученного продукта, размещенные в вихревой камере на высокоскоростном валу вращения, диск с радиальными криволинейными лопастями, обращенными к патрубку ввода исходной органической среды, и дополнительный диск большего диаметра, расположенный с зазором к стенке вихревой камеры, причем на периферии поверхности дополнительного диска, обращенной к основному диску, выполнены равномерно по всей окружности зубчатые выступы, при этом патрубок вывода выполнен тангенциальным (см. патент RU2269374 на изобретение, МПК B01F 5/00, 10.02.2006 г.).
Известное устройство для диспергирования жидких органических сред имеет небольшой срок службы и неудобно при эксплуатации.
7
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является роторно-пульсационный аппарат, содержащий привод, корпус с входным и выходным патрубками и установленные в корпусе ротор и статор, на рабочих поверхностях которых выполнены концентрично расположенные по окружности ряды шипов, чередующихся с пазами, входные лопатки, жестко прикрепленные к рабочей поверхности ротора, и выходные лопатки, являющиеся выступами последнего ряда шипов и пазов (см. патент RU2152819 на изобретение, МПК B01F 5/00, 20.07.2000 г.).
Данный роторно-пульсационный аппарат имеет небольшой срок службы.
Задачей предлагаемого изобретения является создание роторно-пульсационного аппарата, позволяющего увеличить срок службы аппарата с одновременным упрощением конструкции и сохранением функций диспергатора, гомогенизатора и насоса.
Техническим результатом при использовании изобретения является увеличение срока службы аппарата.
Указанный технический результат достигается тем, роторно-пульсационный аппарат, содержащий привод, корпус с входным и выходным патрубками и установленные в корпусе ротор и статор, на рабочих поверхностях которых выполнены концентрично расположенные по окружности ряды шипов, чередующихся с пазами, входные лопатки, жестко прикрепленные к рабочей поверхности ротора, и выходные лопатки, являющиеся выступами последнего ряда шипов и пазов, снабжен дополнительными входными лопатками, размещенными между входными лопатками на роторе, который установлен с возможностью реверсивного вращения, при этом длина дополнительных входных лопаток меньше длины входных лопаток насоса, оси симметрии дополнительных входных лопаток, входных лопаток и выходных лопаток расположены радиально, а продольная ось напорного патрубка и центральные оси ротора и статора расположены на одной прямой.
Кроме того, количество дополнительных входных лопаток равно или больше количества входных лопаток; углы атаки у основания дополнительных входных лопаток, входных лопаток одинаковы с обеих сторон; углы выхода дополнительных входных лопаток, входных лопаток одинаковы с обеих сторон; дополнительные входные лопатки имеют разную форму по длине и по поперечному сечению; последний от центра концентрический ряд шипов имеет разную форму по длине и по поперечному сечению.
На фиг.1 изображен роторно-пульсационный аппарат, общий вид (разрез);
на фиг.2 - разрез А-А ротора на фиг.1;
на фиг.3-разрез Б-Б статора на фиг.1;
на фиг.4 изображено расположение напорного патрубка,
относительно корпуса и ротора;
на фиг.5, 6, 7 изображены варианты конструктивного выполнения ротора;
на фиг.8 изображена крышка, совмещенная со статором (разрез).
Роторно-пульсационный аппарат содержит ротор 1 и статор 2, расположенные в корпусе 3, выполненном в виде цилиндрической или иной полости.
На рабочих поверхностях ротора 1 и статора 2 выполнены концентрично расположенные по окружности ряды шипов соответственно 4 и 5, чередующихся соответственно с пазами 6 и 7, причем ротор 1 установлен на вал привода 8 с возможностью реверсивного вращения и закреплен от перемещения шпонкой 9 и гайкой 10, а статор 2 выполнен или отдельно, или зацело с крышкой корпуса 11 (фиг.8).
Ротор 1 выполнен в виде диска, на рабочей поверхности которого установлены входные лопатки 12 (фиг.2), дополнительные входные лопатки 13, установленные между входными лопатками 12, и несколько концентрично расположенных по окружности рядов шипов 4 и пазов 6, например, количество рядов составляет от 1 до 4, причем шипы последнего ряда являются выходными лопатками 14 и имеют разную форму по длине и по поперечному сечению.
Количество дополнительных входных лопаток 13 равно или больше количества входных лопаток 12.
Входные лопатки 12, дополнительные входные лопатки 13, выходные лопатки 14, шипы 4 и пазы 6 жестко установлены на диске ротора 1.
Входные лопатки 12 предназначены для подачи компонентов исходного продукта на дополнительные лопатки 13 ротора 1 и шипы 5 статора 2.
Дополнительные входные лопатки 13 ротора 1 предназначены для предварительного перемешивания сырья и подачи смеси на шипы 4 ротора 1 и шипы 5 статора 2.
Выходные лопатки 14 ротора 1 предназначены для перемещения переработанного продукта от шипов 4 ротора 1 и шипов 5 статора 2 к напорному патрубку 15, и придания продукту кинетической энергии, причем чем больше толщина выходной лопатки 14, тем больше напор (т.е. больше кинетическая энергия).
Последний от центра концентрический ряд шипов 4 ротора 1, т.е. выходные лопатки 14, имеет разную форму по длине и по поперечному сечению в различных вариантах исполнения.
Входные лопатки 12, обеспечивающие перемещение компонентов в камере 16 предварительного смешивания от входного патрубка 17 к дополнительным входным лопаткам 13, а так же дополнительные входные лопатки 13 и выходные лопатки 14 имеют (для возможности реверсивного вращения ротора) одинаковые с обеих сторон углы атаки «α» и углы выхода «β».
Оси симметрии входных лопаток 12, дополнительных входных лопаток 13 и выходных лопаток 14 расположены радиально, а продольная ось напорного патрубка 15 и центральные оси ротора 1 и статора 2 расположены на одной прямой.
Длина 1 входных дополнительных лопаток 13, обеспечивающих перемешивание компонентов в камере 16 предварительного перемешивания и равномерную их подачу на ряды шипов 4 и пазов 6 ротора 1, меньше длины L входных лопаток 12 и составляет, например, 1=(0,02-0,6)L, причем дополнительные входные лопатки 13 имеют разную форму по длине и по поперечному сечению, например каплевидную, прямоугольную, трапецеидальную и т.д. (фиг.2, 4, 5, 6, 7).
Выходные лопатки 14 являются последним рядом шипов 4 и пазов 6 ротора 1, определяют завершающую стадию диспергирования, обеспечивают процесс гомогенизации, т.е. последнюю стадию получения готовой продукции для подачи (перекачивания) продукта к напорному патрубку 15. Толщина «S» и форма выходных лопаток 14 являются одним из основных конструктивных элементов, определяющих параметры аппарата.
Шипы 4 и пазы 6 в каждом ряду расположены по окружности равномерно на расчетном расстоянии, причем их количество на предыдущих и последующих рядах могут быть одинаковым или увеличиваться от центра к периферии. Образующие боковые «Г» шипов 4 и 5 и пазов 6 и 7 выполнены одинаковыми. Кромки «Д», являющиеся важнейшим элементом рабочих органов, выполнены острыми.
Шипы 4 и пазы 6 ротора 1 расположены по окружности в 2-8 рядов, причем шипы 4 и пазы 6 каждого последующего ряда могут быть смещены по окружности относительно предыдущего ряда, а количество шипов 4 в рядах может увеличиваться от центра к периферии, что позволяет получить высокие степени диспергирования и гомогенизации.
На корпусе 3 жестко установлен напорный патрубок 15, расположенный по оси вертикально вверх или с отклонением от вертикали на любой градус и с жестко прикрепленным корпусом уплотнения 18. Продольная ось выходного патрубка 15 и центральные оси соответственно ротора 1 и статора 2 расположены на одной прямой.
Уплотнения 19 предназначены для предотвращения протечек продукта в месте выхода вала 8 из корпуса 3, может быть торцовым одинарным или двойным, или мягким набивочным.
Приводом 20 аппарата может быть любой двигатель, способный передавать любыми способами крутящий момент на ротор 1.
Для выполнения аппаратом своих функций одним из решающих факторов играет острота кромок «Д» шипов 4 ротора 1 и шипов 5 статора 2, которые во время работы подвергаются износу. В предыдущих аппаратах конструкция рабочих органов позволяла функционировать аппарату только при вращении ротора 1 в одном направлении, т.е. у рабочих органов работала только одна сторона, и при ее износе аппарат выходил из строя. В данном роторно-пульсационном аппарате осуществлена возможность вращения ротора 1 в двух направлениях, что позволяет увеличить срок службы ротора 1 и статора 2.
Роторно-пульсационный аппарат работает следующим образом.
Компоненты исходного продукта через впускной патрубок 17 подают в камеру предварительного смешения 16 на входные лопатки 12 ротора 1, которые при его вращении подают компоненты к дополнительным входным лопаткам 13, которые в свою очередь их перемешивают и равномерно подают предварительно перемешанные компоненты на первый ряд шипов 4 ротора 1 и шипов 5 статора 2, где компоненты дробятся и в раздробленном виде проталкиваются через пазы ротора и статора к выходным лопаткам 14 ротора 1. При вращении ротора 1 происходит частое перекрытие пазов 7 статора 2 шипами 4 ротора 1, в результате предварительно перемешанные компоненты, за счет воздействий на них комплексных пульсационных механических воздействий и акустических, резонансных и кавитационных явлений подвергаются дроблению или диспергированию, даже на молекулярном уровне и за счет турбулентности превращаются в гомогенную массу. Выходные лопатки 14 придают этой массе кинетическую энергию и удаляют ее через напорный патрубок 15.
Все это происходит при вращении ротора 1 в одном направлении, например при вращении ротора 1 по часовой стрелке, при этом изнашиваются у ротора 1 левые кромки входных лопаток 12, дополнительных входных лопаток 13, шипов 4 и выходных лопаток 14, и у статора 2 изнашиваются левые кромки шипов 5. При их износе аппарат переключают на реверсивное вращение, т.е. на вращение против часовой стрелки, на работу у ротора 1 правых кромок входных лопаток 12, дополнительных входных лопаток 13, шипов 4 и выходных лопаток 14, и у статора 2 на работу правых кромок шипов 5, далее процесс повторяется.