Диспергатор

УКРАЇНА (19) UА (11,12567 (із, С2 (61) б B01F3/08,5/16,7/00 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ОПИС ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ДО ПАТЕНТУ НА ВИНАХІД (54) ДИСПЕРГАТОР (21)94032073 (22)21.03.1994 (24,15.09 2000 (46) 15.09.2000, Бюл № 4, 2000 р. (72, Фесенко Анатолій Володимирович, Слуцький Борис Олександрович, Ровенській Олександр Іванович, Шумейко Олександр Сергійович, Беспалко Віктор Кузмич, Кухтік Євген Володимирович (73) Приватне підприємство "Науково-технічна фірма "НІП" (57,1. Диспергатор, содержащий корпус и крышку, образующие рабочую полость с каналами подвода и отвода жидкости, установленный в рабочей полости и соединенный с приводным валом ротор, выполненный в виде диска с радиально расположенными закрытыми и открытыми каналами разгона, отличающийся тем, что ротор выполнен с закрытыми каналами разгона, расположенными после канала подвода жидкости, снабженными кавитатором, выполненным в виде двух сопрягающихся друг с другом полостей большего, чем канал разгона сечения причем, каждая полость снабжена закрытым каналом отвода жидкости, отстоящим от основного закрытого канала разгона не менее чем на половину ширины полости и сообщаемым с открытым каналом разгона через неподвижный закрепленный на крышке дополнительный кавитатор, выполненный в виде замкнутого кольца с радиально расположенными отверстиями для прохода жидкости, при этом ширина перегородок между отверстиями кольца составляет не более половины ширины закрытого канала отвода жидкости из полости основного кавитатора. 2. Диспергатор по п 1 отличающийся тем, что перед входом жидкости в каналы разгона ротор имеет полость с установленными в ней направляющими лопатками 3 Диспергатор по п.п 1,2 отличающийся тем, что во входном канале диспергатора расположено устройство для смешения компонентов смеси, выполненное в виде конусообразных полостей, сообщающихся друг с другом, причем основной поток жидкости вводится в сужающуюся часть конусэ, а подвод дополнительных компонентов осуществляется в расширяющуюся часть конуса через отверстия в боковых стенках. СМ О Изобретение относится к области машиностроения, в частности к роторным аппаратам, предназначенным для получения тонкодисперсных суспензий, эмульсий и растворов в системах жидкость-жидкость, жидкость-газ при подготовке топливных сред, смазочно-охлаждающих жидкостей, лекарственных препаратов, удобрений и т.п., и может быть. использовано в промышленной, транспортной, коммунально-бытовой энергетике, в сельском хозяйстве, химико-фармацевтической промышленности. Известен диспергатор, содержащий корпус с входными и выходными каналами, размещенные в корпусе ротор и статор, выполненные в виде коаксиально расположенных цилиндров. Статор выполнен в виде перфорированного цилиндра, а ротор снабжен решеткой, охватывающей статор [1]. В известном диспергаторе основной процесс диспергирования происходит в цилиндрическом зазоре между вращающимся ротором и статором продавливанием через перфорированный статор. Скорость радиального потока жидкости по сравнению с окружной жидкостью в зазоре между коаксиальными цилиндрами гораздо меньше и при расчетах принимается равной нулю. Недостатком известного диспергатора является высокая потребляемая мощность, обусловленная потерями на трение в зазорах в основном между цилиндрическими поверхностями ротора и статора. Известен диспергатор, содержащий корпус с входными и выходными каналами, размещенные в корпусе ротор и статор, выполненные в виде дисков, на торцевых обращенных друг к другу поверхностях которых выполнены венцы, в которых прорезаны прямоугольные пазы [2]. В известном диспергаторе основной процесс диспергирования происходит за счет микро дробления частиц в торцевом зазоре и пазах венцов между ротором и статором, т.е. процесс диспергирования перенесен из цилиндрического в торцевой зазор. В этом диспергаторе получение мелкодисперсной среды за счет микро дробления частиц также связано с высокой потребляемой мощностью, обусловленной потерями на трение в зазоре между дисками ротора и статора. Известен диспергатор, содержащий корпус со статором и крышкой, каналами подвода и отвода to со см 12567 жидкости и установленный в полости корпуса и соединенный с приводным валом ротор, выполненный в виде диска Полый диск имеет центральную входную полость, объединенную с дисковой и периферийной полостями, и выполненные на периферии короткие выходные каналы, сориентированные на перегородки-наковальни, выполненные в виде упругой пластины с выступами, закрепленной на внутренней стенке корпуса. Пластина с выступами предназначена для мелкодисперсного дробления частиц струй жидкости, вытекающей из выходных каналов диска. Диск снабжен всасывающим патрубком с винтовой лопастью на входе. Полость патрубка сообщена с центральной входной полостью диска. На внутренней поверхности полого диска, обращенной к центральной входной полости, установлена крыльчатка для дополнительного перемешивания жидкости внутри полого диска [3]. В известном диспергаторе жидкость по всасывающему патрубку подается в полость ротора. В полости жидкость перемешивается крыльчаткой. В процессе перемешивания в полости сложно получить мелкодисперсную среду, так как нет условий для микро дробления частиц. Под действием центробежных сил жидкость смещается к периферии полости диска и далее выдавливается из него через выходные каналы. Вытекающие из выходных каналов струи жидкости соударяются с перегородками-наковальнями. В известном диспергаторе процесс диспергирования происходит за счет циркуляционного перемешивания жидкости в полости диска и за счет соударения вытекающей из выходных каналов жидкости с перегородками-наковальнями. Микро дробление частиц жидкости осуществляется в основном за счет соударения струй с перегородками-наковальнями Однако, радиальная составляющая скорости жидкости внутри полости меньше окружной скорости, направленное перемещение жидкости к перегородкам-наковальням осуществляется только в выходных каналах диска. Поэтому на микро дробление расходуется значительно меньше энергии, чем на перемешивание в полости диска. В диспергаторе снижены потери на трение между ротором и диспергируемой жидкостью, исключено жидкостное трение в малых зазорах между ротором и статором Изменен принцип диспергирования - процесс диспергирования за счет жидкостного трения в малых зазорах между вращающимся ротором и статором заменен на процесс кавитгіционого диспергирования и диспергирования за счет соударения вытекающей из выходных каналов ротора струй с перегородками-наковальнями, закрепленными на корпусе. Недостатком известного диспергатора является то. что в нем значительный удельный вес энергии расходуется на диспергирование за счет циркуляционного перемешивания в полости диска, остальная часть энергии расходуется на диспергирование за счет микро дробления в результате соударения вытекающих струй с перегородками-наковальнями Поэтому затруднено получение тонкодисперсной среды, т.е. для этого необходимо увеличить скорость вращения ротора. При этом увеличивается потребляемая на диспергирование мощность. Известен диспергатор, содержащий корпус и крышку с входным патрубком, размещенный в корпусе цилиндрический ротор со сквозными отверстиями в центральной части и радиальными открытыми каналами разгона (канавками) на торцах, сообщенными с кольцевыми канавками, выполненными по периферии корпуса и крышки [4]. Недостаток известного диспергатора состоит в том, что диспергирование за счет перетирания жидкости в малых зазорах между ротором и статором связано с большими потерями мощности на жидкостное трение в малых зазорах. Другой недостаток известного диспергатора - необходимость многократного пропускания через него предварительно подготовленной смеси для получения мелкодисперсной эмульсии. Вследствие этого - большие расходы электроэнергии на получение эмульсии Известен диспергатор, содержащий корпус и крышку, образующие рабочую полость с каналами подвода и отвода жидкости, установленный в полости и соединенный с приводным валом ротор, выполненный в виде диска с радиально расположенными закрытыми каналами разгона. Диск имеет центральную входную полость, которая изолированными друг от друга каналами разгона сообщена с закрытыми входными каналами, расположенными на периферии диска. Каналы разгона прерываются полостями (кавитаторами), в которых размещены перегородки-наковальни [5J. Этот диспергатор выбран в качестве прототипа. В известном диспергаторе диспергирование обеспечивается за счет микро дробления частиц жидкости при соударении с перегородками-наковальнями, а также за счет кавитационных процессов, происходящих в расширенных полостях каналов. Недостатком известного диспергатора является то, что при установившихся режимах сужаются области, в которых протекают кавитационные процессы, что может привести к понижению степени микро дробления частиц. Задачей изобретения является создание диспергатора, в котором за счет постоянного поддержания неустановившихся процессов движений жидкости в каналах разгона можно добиться высокой степени дисперсности смеси. Эта задача решается тем, что диспергатор содержит корпус и крышку, образующие рабочую полость с каналами подвода и отвода жидкости, в которой установлен ротор, выполненный в виде диска с радиально расположенными открытыми и закрытыми каналами разгона. Последние снабжены кавитатором, выполненным в виде двух сопрягающихся друг с другом цилиндрических полостей большего, чем канал, сечения. Каждая полость снабжена индивидуальным закрытым каналом отвода жидкости, отстоящим от основного закрытого канапа разгона не менее чем на радиус цилиндрической полости и сообщаемым с открытым каналом разгона через неподвижный и закрепляемый на крышке дополнительный кавитатор, выполненный в виде замкнутого кольца с радиально расположенными отверстиями для прохода жидкости. Ширина перегородок между отверстиями составляет не более половины ширины закрытого канала отвода жидкости из цилиндрической полости 12567 основного кавитатора. Во входном канале диспергатора расположено устройство для смешения компонентов смеси, выполненное в виде конусообразных полостей, сообщающихся друг с другом Основной поток жидкости вводится в сужающуюся часть конуса, а подвод дополнительных компонентов осуществляется в расширяющуюся часть конуса через отверстия в боковых стенках Перед входом жидкости в канал разгона в специальной полости установлены направляющие лопатки БлагодаїЯя тангенциальному подводу жидкости из закрытого канала к цилиндрическим полостям, возникают завихрения и первичное дробление жидкости. При наличии сужающих устройств в кавитаторах (основном и дополнительном) происходит резкое падение давления за кавитаторами, сопровождающееся кавитационными процессами в жидкости. При этом ввиду меняющегося давления за дополнительным кавитатором вследствие непостоянного сечения для прохода жидкости, эти явления ещё более усиливаются за счет периодических пульсаций. Все вышеизложенное приводит к гидроударам, акустическим колебаниям и, как следствие, к микро дроблению диспергируемой среды. На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого диспергатора, на фиг. 2 - сечение фиг.1 по А-А, каналы разгона жидкости с кавитаторами. Диспергатор содержит корпус 1 и крышку 2, образующие между собой рабочую полость, внутри которой вращается ротор 3, получающий движение от приводного вала 4. Ротор имеет изолированные друг от друга и от его торца каналы разгона 5, основной 6 и дополнительный 7 кавитаторы. Отвод жидкости осуществляется через закрытый канал отвода 8, открытый канал 9 ротора, окружную канавку 10 крышки и сливной патрубок 11. Основной кавитатор показан на примере двух сопрягающихся друг с другом цилиндрических полостей, большего чем канал 5, сечения. Закрытый канал отвода 8 отстоит от основного закрытого канала 5 не менее чем на радиус цилиндрической полости. Дополнительный кавитатор 7, сообщаемый с каналом отвода 8, выполнен в виде замкнутого кольца с радиально расположенными отверстиями 12 для истечения жидкости. Ширина перегородок 13 между отверстиями составляет не более половины ширины закрытого отводящего канала разгона 8 для возможности прохода жидкости. Для по лучения закрытых пазов использован диск 14, имеющий заборную полость 15 с расположенными на периферии лопатками 16, предназначенными для разгона смеси и уменьшения сопротивления при её входе в каналы разгона. Во входном канале диспергатора 17 расположено устройство для смешения компонентов смеси. Оно выполнено в виде двух конусообразных полостей 18 и 19, причем основной поток жидкости вводится в сужающуюся часть конуса, а подвод дополнительных компонентов осуществляется в расширяющуюся часть конуса через отверстия 20 в его боковых стенках Диспергатор работает следующим образом. Перед пуском канал 17 подвода основной жидкости и канал 21 смешиваемого компонента закрыты. После того, как диск ротора наберет обороты, подают жидкость в центральную входную полость 15. Из полости 15 жидкость поступает в каналы 5 разгона и под действием напора и центробежных сил устремляется к кавитаторам 6 и 7. Проходя по каналам 8 и отверстиям 12 кавитаторов, жидкость приобретает большую скорость с понижением давления за кавитаторами. При этом развиваются кавитационые процессы с разрывом сплошности смеси и сопровождающими её процессами микро дробления смеси. Из кавитатора 7 жидкость устремляется в открытые каналы 9 и далее через кольцевую канавку 10 крышки 2 поступает в сливной патрубок 11. В местах сужения потока жидкости (каналы разгона 5, каналы 8 отвода жидкости из основного кавитатора 6, отверстия 12 дополнительного кавитатора 7, открытые каналы 9 отвода жидкости) скорость возрастает и становится больше критической (например, для воды при атмосферном давлении Укр = 14... 15 м/с). Давление внутри жидкости резко падает и жидкость разрывается В результате этого в ней образуются каверны (пузырьки), наполненные парами жидкости, то есть жидкость локально закипает при пониженном давлении. В местах входа потока жидкости в расширяющиеся полости (например, в кавитаторы 6 и 7) скорость потока резко падает, а давление возрастает. При этом происходит конденсация паров жидкости с захлопыванием каверн (пузырьков). Это явление (кавитация) сопровождается вибрациями звуковой, сверхзвуковой частоты и гидроударами, что приводит к микро дроблению диспергируемой смеси жидкости. 12567 Фиг.1 Фиг 2 Тираж 50 екз. Лоліфафічний комбінат ВАТ "Патент" вул. Гагаріна, 101, м. Ужгород, 88000, Україна (03122) 3-72-89 2-59-54