СМЕСИТЕЛЬ-ЭМУЛЬСАТОР
MIXER-EMULSIFIER

Изобретение относится к смесителям, в частности к системам для приготовления эмульсий и суспензий для сжигания в топках энергетических установок, а также в химической технологии.
Известен смеситель (см. а.с. №1416163, МКП В01F 7/02), состоящий из цилиндрического корпуса, содержащего входное и выходное отверстия. Внутри корпуса на его оси установлен неподвижный сердечник, жестко закрепленный при помощи двух центрирующих крестовин и обтекателей. От осевого перемещения крестовины удерживаются гайками. В корпусе установлен полый шнек, одним концом опирающийся на подшипники качения, установленные на неподвижном сердечнике, а другим концом - на подшипники качения, установленные в корпусе. Подшипники выполняют роль смесительно-дросселирующих элементов. На наружной поверхности шнека выполнена прерывисто винтовая нарезка в виде лопастей, при этом нарезка смещена в месте разрыва на угол до 90 град., а угол подъема каждой последующей части винтовой нарезки превышает угол подъема предыдущей в направлении выходного отверстия, чем достигается увеличение сдвиговых напряжений в композите. Шнек выполнен с перфорацией, оси которых наклонены к его горизонтальной оси.
Недостатком данной конструкции смесителя является его неэффективная работа при малых скоростях потока обрабатываемой среды, повышенный расход энергии при движении вязких сред, большое гидравлическое сопротивление при движении обрабатываемой среды. При использовании в качестве обрабатываемой среды топлива с механическими примесями, особенно мазута, происходит забивание отверстий, ухудшение работы смесителя, снижение его производительности.
Известен роторно-пульсационный аппарат (см. Патент SU 1346221, МКП В01F 7/12), состоящий из корпуса с подвижно установленными патрубком ввода и патрубком вывода. В корпусе размещены концентрично установленные цилиндры ротора и статора, по периметру которого размещены прорези. На одном конце патрубка ввода по его периметру выполнены циркуляционные отверстия, и этот конец размещен внутри корпуса с образованием кольцевого канала между патрубком ввода и цилиндром статора. В цилиндрах статора выполнены циркуляционные отверстия, расположенные напротив отверстий патрубка ввода, при этом суммарная площадь сечения отверстий составляет 0,05-0,3 площади прорезей в цилиндрах ротора и статора. Площадь сечения кольцевого канала составляет не более 0,5 суммарной площади отверстий. Патрубок ввода установлен с возможностью поворота.
Недостатком данной конструкции является снижение эффективности работы при применении среды с повышенным содержанием твердых включений. При применении жидкого топлива создание эффекта давления между цилиндрами статора и ротора при перекрывании отверстий практически будет сводиться на нет из-за наличия демпферных эффектов, создаваемых отверстиями в статоре. Кроме того, часть среды будет миновать взаимно-перекрываемые отверстия из-за наличия свободных отверстий в патрубке входа и отверстий в цилиндрах статора. Все это снижает качество эмульсии.
Технической задачей изобретения является интенсификация процесса и повышение качества готового продукта за счет увеличения поверхности контакта смешиваемых компонентов.
Технический результат достигается тем, что смеситель-эмульсатор снабжен улиткообразными камерами, расположенными на входе и выходе устройства и соединенными патрубками ввода и вывода жидкости, при этом лопасти ротора выполнены с серповидными на периферии участками, переходящими в плоские участки, расположенные у ротора и параллельные его продольной оси. Диаметр отверстий в дисках увеличивается по направлению от оси корпуса к его периферии.
На фиг.1 изображена смесительная камера, продольный разрез; на фиг.2 - то же, аксонометрия; на фиг.3 - многокамерное выполнение смесителя; на фиг.4 - лопасть ротора; на фиг.5 - сечение А-А на фиг. 4; на фиг.6 - смеситель, вид сбоку с частичным вырезом; на фиг. 7 - то же, аксонометрия.
Смеситель-эмульсатор состоит из цилиндрического корпуса 1, вала 2, установленного по оси корпуса, многолопастного ротора 3, размещенного на валу 2, радиально закрепленных на роторе лопастей 4, перфорированного диска 5, установленного в корпусе за ротором по ходу движения жидкости, патрубков ввода 6 и вывода 7 жидкости и привода 8.
Смеситель-эмульсатор снабжен улиткообразными камерами 9 и 10, расположенными на входе и выходе устройства и соединенными патрубками ввода 6 и вывода 7 жидкости, при этом лопасти ротора выполнены с серповидными на периферии участками 11, переходящими в плоские участки 12, расположенные у ротора и параллельные его продольной оси. Диаметр отверстий 13 в диске 5 увеличивается по его направлению от оси корпуса к его периферии.
Смеситель-эмульсатор работает следующим образом. Поток жидкости под давлением от постороннего источника подается во входную камеру 9, в которой, получая вращательное движение и закручиваясь на выходе из нее, поток вступает во взаимодействие с ротором 3, участки 12 лопастей ротора 3 вызывают турбулизацию потока и изменение направления его движения на противоположное. Механические примеси разбиваются сильно турбулизированным потоком жидкости, создаваемым на начальном участке 12 вращающихся лопастей 4 ротора и многократным изменением направления его движения. Серповидные участки 11 ротора 3 закручивают поток по винновой траектории, создают подпор потоку и отбрасывают его к диску 5 с многорядовым расположением отверстий 13, число и диаметр которых при удалении от оси аппарата к периферии возрастает. Проходя через диск 5 с отверстиями, поток выпрямляется с одновременным делением на большое количество струй, которые подаются в камере 10, выполненной в виде улитки. В выходной камере 10 поток закручивается по винтообразной траектории, что обеспечивает дополнительное механическое воздействие на него.
Для дальнейшего повышения эффективности смешения потока смеситель может иметь несколько последовательно установленных камер, в которых улиткообразный выход предыдущей камеры является входом последующей камеры, при этом поток жидкости подвергается многократному воздействию ударно-срезывающего эффекта для улучшения структуры и однородности потока.
Известно, что для создания гомогенной (однородной) жидкой среды двух взаимо-нерастворимых жидкостей, необходимо увеличить поверхность контакта сред, которую можно создать за счет турбулизации потока, ударного воздействия, резкого снижения и повышения давления. В прототипах это явление недостаточно реализовано.
Оригинальность предлагаемого изобретения заключается в интенсификации процесса смешения и повышения качества готового продукта за счет увеличения поверхности контакта смешиваемых компонентов, для чего смеситель-эмульсатор снабжен улиткообразными камерами, расположенными на входе и выходе смесителя эмульсатора и соединенными с патрубками ввода и вывода жидкости, при этом лопасти ротора выполнены с серповидными на периферии участками, переходящими в плоские участки, расположенные у ротора и параллельные его продольной оси, а диаметр отверстий в диске увеличивается по направлению от оси корпуса к его периферии.