ГОМОГЕНИЗАТОР

Техническое решение относится к устройствам для гомогенизации растворов высоковязких структурированных ньютоновских и неньютоновских с образованием тонкодисперсных эмульсий и может найти применение в химической, нефтехимической, пищевой, фармакологической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки сточных вод.
Известна конструкция пластосмесителя серии ПС для смешения и глубокой гомогенизации пластических масс, состоящего из камеры, загрузочной воронкой с откидной крышкой, пневмоцилиндра с плунжером для проталкивания массы в зазор между фигурными валками, вращающимися навстречу друг другу и разгрузочного раствора [Шаповалов Ю.Н., Шеин В.С. Машины и аппараты общехимического назначения: учебное пособие. - Воронеж, 1981. - С. 97-98].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся недостаточное микросмешение фигурными валками из-за образования застойных зон в зазорах между поверхностями. Это требует увеличение времени обработки и снижает общую производительность.
Известен гомогенизатор А1-ОГМ, предназначенный для получения тонкоизмельченного однородного продукта, который состоит из электродвигателя, станины, кривошипно-шатунного механизма. С системами смазки и охлаждения, плунжерного блока с гомогенизирующей и манометрической головками и предохранительным клапаном. Гомогенизирующая головка представляет собой корпус, в котором находится цилиндрический центрируемый клапан. Под давлением жидкости клапан поднимается, образуя кольцевую щель, через которую жидкость проходит с большой скоростью и затем выводится через штуцер из гомогенизатора [Машины и аппараты пищевых производств. Книга 1. под ред. В.А. Панфилова. М.: Высшая школа, 2001, с. 464-466].
Известны аппараты типа ГАР-280-4К и ГАР-140-4К-01, составляющие из цилиндрического корпуса, роторной головки с пятирядным излучателем рабочей камеры, стойки с приводом и муфты сцепления. В рабочей камере предусмотрены два штуцера для входа и выхода продукта [Тимонин А.С. основы конструирования и расчет химико-технологического и природоохранного оборудования. Справочник. Калуга. : Издательство Н. Бочкаревой, 2002 г., с. 908]
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, недостаточная производительность при перемешивании высоковязких, неньютоновских и структурированных растворов, эмульсий и суспензий, так как часть жидкости в застойных зонах емкости не попадает в зону работы роторного перемешивающего устройства, а медленно перемешивается тихоходной мешалкой на периферии.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является шнековый гомогенизатор, содержащий цилиндрический корпус, расположенный в корпусе червяк, прерыватель овальной формы формирующую головку, имеющую поперечное сечение внутренней поверхности в форме эллипса, привод вращения червяка и пружину, при этом прерыватель закреплен посредством пружины на конце червяка и снабжен валиком, установленном в подшипнике, расположенном в съемной крышке, причем отношение размера большой оси вала прерывателя к размеру малой оси эллипса формующей головки подчиняется условию:
,
где l - величина большой оси овала, мм; L - величина малой оси эллипса формующей головки, мм.
На конце валика дополнительно последовательно друг за другом установлены роликовые подшипники с цилиндрическими и коническими роликами (Патент №186316, РФ)
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная производительность по каплям микронного и субмикронного уровня из-за большого зазора в сепараторах подшипников с цилиндрическими и коническими роликами, установленных на конце валика последовательно друг за другом, в зазоре которых капли эмульсии измельчаются.
Техническим результатом предлагаемой конструкции гомогенизатора является увеличение производительности.
Поставленный технический результат достигается тем, что в гомогенизаторе, содержащем цилиндрический корпус, валик, а привод его вращения и установленные на валике последовательно друг за другом подшипники качения при этом валик выполнен ступенчатым с наибольшим диаметром в его  верхней части и наименьшим в нижней  его части, на каждой ступени валика закреплены внутренние обоймы подшипников качения, а на внутренней стенке корпуса в зонах, сопряженных с подшипниками качения, закреплены кольца, меньший внутренний диаметр которых равен наружному диаметру соответствующих подшипников.
В предлагаемой конструкции гомогенизатора используются отработанные подшипники качения с удаленной смазкой, т.е. предлагается вторичное использование подшипников. Выполнение валика ступенчатым с наибольшим диаметром в его верхней части и наименьшим в нижней его части, позволяет закреплять на каждой ступени последовательно внутренние обоймы подшипников качения,  изменяющихся сверху вниз от больших подшипников качения к малым, что позволяет постепенно дробить капли в отверстиях сепараторов этих подшипников между телами вращения (шариками, цилиндрами, роликами) сначала на крупные фракции затем на средние и в конце на самые мелкие, так как отверстия в сепараторах ступенчато изменяется от наибольших к наименьшим сверху вниз по мере движения перерабатываемой жидкой среды.
Это увеличивает производительность, так как позволяет получать тонкодисперсные эмульсии с каплями микронного и  субмикронного уровня без необходимости повторной обработки.
Закрепление на внутренней стенке корпуса в зонах, сопряженных с подшипниками качения колец, наименьший внутренний диаметр которых  равен наружному диаметру обойм соответствующих подшипников качения, позволяет при вращении валика от привода сохранять неподвижными наружные обоймы подшипников качения, что приводит к высоким скоростям вращения их внутренних обойм, закрепленных на ступенчатом валике, а вместе с ними высоким скоростям вращения тел вращения в сепараторах интенсивному перемешиванию жидкой среды протекающей сверху вниз в отверстиях сепараторов. Это так же способствует увеличению производительности по каплям микронного и субмикронного уровня.
Установка на одной ступени валика разных подшипников по классу: шариковых, роликовых или конических позволяет избежать возникновения ламинарного течения, так как вращающиеся шарики и ролики резко  изменяют траектории потоков жидкости, что приводит к образованию вихрей и дроблению капель, что увеличивает производительность.
в1
в2
в3
Н1
в1
в2
в3
Н1
Н2
Н3
в2
Н2
Н2
Н3
Гомогенизатор состоит из цилиндрического корпуса 1 и ступенчатого валика 2, соединенного с приводом вращения (на рисунке не показан). Валик выполнен ступенчатым по диаметру и имеет размеры D, D, D, уменьшающиеся сверху вниз. Внутри корпуса 1 между его внутренним диаметром D  и диаметрами ступенчатого валика 2, установлены подшипники качения 3 с внутренними диаметрами обойм D, D, D, соответствующим равным с ними диаметрам ступенчатого валика 2, и наружными диаметрами обойм D, D, D. В средней зоне подшипников 3 с диаметрами D и D на цилиндрическом корпусе 1 закреплено кольцо 6,  сопряженное с наименьшим внутренними диаметром D, а в нижней зоне подшипников 3 также сопряжено с корпусом 1 закрепленное нижнее кольцо 7 с внутренним диаметром  D.  В гомогенизаторе могут быть использованы подшипники качения 3, как однорядные, так и многорядные. Сверху цилиндрический корпус 1 закрыт герметичной крышкой 8. В крышке 8 установлен патрубок 10 для подачи исходной смеси, предназначенной для приготовления тонкодисперсной эмульсии, а на нижнем кольце 7 осесимметрично со ступенчатым валом 2 установлен сливной патрубок 11. На внешней поверхности корпуса 1 закреплены опоры 12.
Устойчивость подшипников 3 в нижней части по его внешней обойме у неподвижной стенки аппарата обеспечивается нижерасположенным кольцом, наибольший внутренний диаметр которого равен внутреннему диаметру наружной обоймы этого подшипника 3.
Гомогенизатор работает следующим образом. По патрубку 10 внутрь корпуса 1 подается исходная смесь жидкостей для приготовления тонкодисперсной эмульсии, а включают привод вращения ступенчатого валика 2. Смесь, последовательно проходя через большие зазоры сепараторов подшипников качения 3 верхней ступени валиках 2 вращающимися шариками или роликами этих больших по размеру подшипников и соответственно больших зазоров в сепараторах дробиться на капли, образуя эмульсию с крупной фракцией капель. Поступая в среднюю зону цилиндрического корпуса 1 и проходя средние по размеру отверстия в сепараторах подшипников 3, эмульсия с крупными каплями, дробясь средними по размеру шариками или роликами,  уменьшает свой размер до средних значений, а попадая в нижнюю зону с малыми отверстиями в сепараторах подшипника 3 вращающимися шариками или роликами по размеру капли еще более измельчаются, образуя тонкодисперсную эмульсию, которая выходит наружу через патрубок 11.
Таким образом, предлагаемая конструкция гомогенизатора позволяет последовательно уменьшать размеры капель в жидкой смеси от крупных фракций на первой ступени дробления в отверстиях сепараторов подшипников качения 3 самых мелких, образующихся в малых отверстиях сепараторов подшипников качения 3, на нижней ступени валика 2, что способствует увеличению производительности, так как позволяет получать тонкодисперсные эмульсии с каплями, микронного и субмикронного уровня без необходимости повторной обработки.
Кроме того, целесообразно использовать отработанные подшипники качения, что снижает стоимость самого гомогенизатора и получаемых эмульсий, а также позволяет их как вторичное использование.