РОТОРНЫЙ АППАРАТ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
HYDROMECHANICAL PROCESSING ROTOR APPARATUS

Изобретение относится к измельчению материалов и может быть использовано в процессах диспергирования гетерогенных суспензий, в частности для придания кристаллическим веществам определенной, близкой к округлой, формы, которые в дальнейшем используются в композиционных составах.
Известен роторно-пульсационный аппарат по патенту РФ №2124935, содержащий роторный и статорный диски с зубчатыми элементами, размещенными по чередующимся концентрическим окружностям и выполненными со смещением по концентрическим окружностям на одном из дисков. Расстояние между соседними зубчатыми элементами одной концентрической окружности меньше или равно ширине зубчатого элемента следующей концентрической окружности в направлении к периферии. Зубчатые элементы одной или нескольких концентрических окружностей роторного или статорного дисков смещены на величину, обеспечивающую перекрытие сквозных сечений между зубчатыми элементами соседней пары концентрических окружностей роторного и статорного дисков при открытом положении сквозного сечения любой другой соседней пары.
Недостатком данного технического устройства, несмотря на его хорошие эмульгирующие возможности, является непригодность для обработки суспензий при получении необходимой формы твердых частиц, так как это устройство будет измельчать твердые частицы суспензии за счет ударных нагрузок и сдвиговых деформаций.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является измельчитель-диспергатор, содержащий корпус, внутри которого концентрично расположены полые статор и ротор с радиальными щелями, при этом полость ротора имеет входную часть, образованную входным осевым патрубком, выходную часть с упомянутыми радиальными щелями, ограниченную с одной стороны торцевой стенкой ротора, и кольцевую среднюю часть. Торцевая стенка ротора в зоне кольцевой средней части полости ротора имеет кольцевое углубление, поверхность которого сопрягает поверхность центральной стенки кольцевой средней части полости ротора с поверхностью торцевой стенки в зоне выходной части полости ротора. Кольцевое углубление имеет большую глубину, чем имеет геометрическая поверхность, имеющая в осевом сечении дугу окружности 90°С и сопрягающая те же поверхности. Внутренняя поверхность корпуса имеет форму витка спирали в сечении, перпендикулярном оси ротора и статора (Патент RU №2321448).
Недостатком данного диспергатора является то, что он предназначен для получения эмульсий либо для измельчения кристаллических веществ в суспензиях. Его действие основано на вибрационных либо кавитационных воздействиях на суспензии и эмульсии, сопряженных с ударными нагрузками за счет центростремительного ускорения и соударения частиц при прохождении сквозных каналов. Эти воздействия приводят к разлому кристаллов и их измельчению, вследствие чего кристаллы имеют неправильную форму с рваными острыми гранями.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка роторного аппарата гидромеханической обработки материалов, позволяющая получать кристаллические вещества с близкой к округлой формой частиц, которые в дальнейшем могут использоваться в композиционных составах.
Поставленная задача решается тем, что роторный аппарат гидромеханической обработки содержит корпус, внутри которого расположены статор и ротор с радиально-волновой поверхностью. Статор в форме диска жестко крепится к корпусу и радиально-волновой поверхностью расположен к ротору, а ротор, также в форме диска, крепится на вал привода и радиально-волновой поверхностью расположен к статору. Угол волны поверхности статора и ротора равен 5-25°, а зазор между статором и ротором составляет от 5 до 15 мм. Роторный аппарат работает как центробежный насос под заливом. Суспензия из аппарата, снабженного перемешивающим устройством, подается на всасывающий патрубок роторного аппарата, проходит между ротором и статором и через выходной патрубок возвращается обратно в аппарат. Суспензия может быть как водной, так и в органическом растворителе. Число оборотов ротора, диаметр ротора и статора подбираются таким образом, чтобы истечение суспензии между статором и ротором было турбулентным и число Рейнольдса превышало 14000.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображен общий вид роторного аппарата; на фиг.2 - статор, вид сбоку и вид сверху.
Роторный аппарат гидромеханической обработки содержит корпус (4) в форме «улитки» с входным (3) и выходным (1) патрубками, ротор (6), закрепленный на валу привода (5), и статор (2) жестко закрепленный к корпусу аппарата со стороны входного патрубка. Зазор между статором и ротором равен 5-15 мм. Угол α° наклона радиальной волны (а) составляет 5÷25°. Приводом роторного аппарата гидромеханической обработки является электродвигатель.
Обрабатываемая суспензия самотеком подается по входному патрубку и поступает между статором и ротором аппарата, где за счет вращения ротора, создающего центростремительные ускорения суспензии, происходит истирание острых граней и углов кристаллических веществ, содержащихся в суспензии за счет трения твердых частиц о волновую поверхность ротора и статора. В случае, если зазор между статором и ротором менее 5 мм, будет значительное истирание кристаллических веществ, что будет приводить к значительному изменению гранулометрического состава твердой фазы суспензии. Увеличение зазора выше 15 мм приведет к увеличению времени обработки и соответственно к увеличению энергозатрат.
Угол волны на рабочей поверхности статора и ротора обусловлен тем, что если угол α° будет меньше 5°, то время контакта твердых частиц за счет гидродинамических потоков с рабочей поверхностью будет снижено и это приведет к увеличению времени обработки. Увеличение угла волны более 25° будет приводить к увеличению лобовых столкновений частиц с поверхностью статора и ротора и разлому кристаллов. Число оборотов ротора, диаметр ротора и статора подбираются таким образом, чтобы истечение суспензии между статором и ротором было турбулентным и число Рейнольдса превышало 14000.