Диспергатор-кавітатор

1. Диспергатор-кавітатор, що містить корпус із патрубками входу й виходу суміші й розташовані в корпусі з можливістю зустрічного обертання один відносно одного два диски, один із яких має отвори, який відрізняється тим, що диски виконані із зубчастими елементами й наскрізними прорізами між ними, розміщеними по декількох концентрич C2 2 (19) 1 3 правило, електродвигуни змінного струму, максимальна частота обертання яких не перевищує 3000 оборотів у хвилину. Оскільки швидкість руху суміші від осі дисків до їхньої периферії через наскрізні прорізи між їхніми зубчастими елементами пропорційна відцентровій силі обертового диска, а відцентрова сила пропорційна другій ступені частоти обертання цього диска, то частота обертання обертового диска, якщо вона навіть дорівнює 3000 оборотів у хвилину, недостатня для досягнення високого ступеня ефективності процесу. Найбільш близьким по технічній сутності до заявленого винаходу є диспергатор-кавітатор, описаний у [заявці Російської Федерації №99107991 (МПК B01F 7/10, пріоритет від 13.04.1999р.)] і прийнятий за прототип. Диспергатор-кавітатор містить корпус із патрубками входу й виходу суміші й розташовані в корпусі з можливістю зустрічного обертання один відносно одного два диски, один із яких має отвори. Ці ознаки збігаються з суттєвими ознаками заявленого винаходу. У прототипі другий диск виконаний із крильчатками й отворами. Завдяки тому що в прототипі два диски встановлені з можливістю зустрічного обертання один відносно одного, сумарна частота їхнього обертання один відносно одного може становити близько 6000 оборотів у хвилину. Це збільшує відцентрову силу, яка діє на суміш, що сприяє підвищенню інтенсивності її перемішування. При цьому в суміші виникає гідродинамічна кавітація, що сприяє перемішуванню й роздробленню наявних у суміші твердих речовин. Однак недоліком прототипу є те, що в ньому процес здійснюється шляхом механічного перемішування й за рахунок виникаючої при цьому гідродинамічній кавітації, що не забезпечує високий ступінь гомогенізації и диспергування суміші. В основу заявленого винаходу поставлене завдання створення диспергатора-кавитатора, що забезпечує одержання технічного результату, який полягає в суттєвому підвищенні ступеня гомогенізації й диспергування сумішей. Зазначений технічний результат досягається тим, що в диспергаторі-кавітаторі, що містить корпус із патрубками входу й виходу суміші й розташовані в корпусі з можливістю зустрічного обертання один відносно одного два диски, один із яких має отвори, диски виконані із зубчастими елементами й наскрізними прорізами між ними, розміщеними по декількох концентричних окружностях на обох дисках, причому зубчасті елементи одного диска виконані за умов ковзання між зубчастими елементами другого диска й перекриття зубчастими елементами одного диска наскрізних прорізів між зубчастими елементами другого диска, при цьому в диску з отворами й у корпусі виконані кільцеві концентричні виступи, що примикають один до одного та утворюють порожнину, а отвори в зазначеному диску виконані усередині його кільцевого концентричного виступу, при цьому патрубок входу суміші сполучений із зазначеною порожниною. 80188 4 Між сукупністю ознак заявленого винаходу, як він охарактеризований вище й у незалежному (першому) пункті формули винаходу й одержуваним новим технічним результатом існує причиннонаслідковий зв'язок. Виключення із зазначеної нової сукупності ознак хоча б однієї ознаки не забезпечує досягнення нового технічного результату, що полягає в суттєвому підвищенні ступеня гомогенізації й диспергування сумішей. Отже, зазначені ознаки є суттєвими, оскільки кожний з них, окремо взятий, необхідний, а всі, разом узяті, достатні для того, щоб відрізнити даний об'єкт винаходу від всіх інших об'єктів того ж призначення й одержати новий технічний результат. В одному окремому варіанті виконання диспергатора-кавитатора він оснащений закріпленими на дисках постійними магнітами, при цьому диски виконані з феромагнітного матеріалу, а постійні магніти одного диска звернені однойменними полюсами до постійних магнітів другого диска. В іншому окремому варіанті виконання диспергатора-кавітатора він оснащений струмопровідними елементами, контактуючими з кожним диском і сполученими із джерелом електричного струму. Окремі відмітні ознаки, зазначені в залежних пунктах формули винаходи, характеризують заявлений диспергатор-кавітатор у конкретних окремих варіантах його виконання, розвивають і уточнюють ознаки, зазначені в незалежному (першому) пункті формули винаходу. Отже, вони є окремими суттєвими ознаками заявленого диспергаторакавітатора. Ці ознаки в сукупності з суттєвими ознаками винаходу забезпечують одержання окремих технічних результатів, які кількісно збільшують і якісно поліпшують технічний результат, досягнення якого покладено в основу створення винаходу. Сутність винаходу пояснюються графічними матеріалами, де на Фіг.1 представлений загальний вид диспергатора-кавітатора в поздовжньому розрізі; на Фіг.2 - розріз по А-А на Фіг.1. Диспергатор-кавітатор містить корпус 1 (Фіг.1) з патрубком 2 входу й патрубком 3 виходу суміші й розташовані в корпусі 1 з можливістю зустрічного обертання один відносно одного диски 4 і 5, при цьому диск 5 має отвори 6 (Фіг.2). Диски 4 і 5 виконані із зубчастими елементами 7 і 8 у диску 4 і 9 і 10 у диску 5 і наскрізними прорізами 11 між зубчастими елементами 7 у диску 4 і наскрізними прорізами 12 між зубчастими елементами 9 і 10 у диску 5. Зубчасті елементи 7 і 8 розміщені по концентричним окружностям на диску 4, а зубчасті елементи 9 і 10 - по концентричним окружностям на диску 5. Зубчасті елементи 7 і 8 диска 4 виконані за умови ковзання між зубчастими елементами 9 і 10 диска 5, тобто з мінімальним зазором, що забезпечує обертання одного диска відносно другого. При цьому зубчасті елементи 7 і 8 диска 4 виконані за умови перекриття ними наскрізних прорізів 12 диска 5, а зубчасті елементи 9 і 10 диска 5 виконані за умови перекриття ними наскрізних прорізів 11 диска 4. Ширина прорізів 11 і 12 може бути однакова й різна. У диску 5 виконаний кільцевий концентрич 5 ний виступ 13, а в корпусі 1 - кільцевий концентричний виступ 14, що примикає до кільцевого концентричного виступу 13 з мінімальним зазором, що забезпечує обертання диска 5. Кільцеві концентричні виступи 13 і 14 утворюють порожнину 15, отвори 6 у диску 5 виконані усередині його кільцевого концентричного виступу 13, а патрубок 2 входу суміші сполучений з порожниною 15. Диски 4 і 5 виконані з утворенням між ними порожнини 16. На диску 4 соосно його осі обертання встановлений постійний магніт 17, виконаний у вигляді кільця, а на диску 5 - такий же постійний магніт 18. Постійні магніти звернені один до одного однойменними полюсами. Диски 4 і 5 виконані з феромагнітного матеріалу. Диски 4 і 5 виконані за одне ціле з валами 19. Диспергатор-кавітатор оснащений струмопровідними елементами 20, контактуючими з кожним диском (його валом) і сполученими із джерелом електричного струму за допомогою електропроводів 21. Диски 4 і 5 приводяться в обертання електродвигунами 22. Диспергатор-кавітатор працює в такий спосіб. За допомогою електродвигунів 22 диски 4 і 5 приводять у зустрічне обертання один відносно одного, потім через патрубок 2 подають суміш у порожнину 15, з якої через отвори 6 суміш надходить у порожнину 16 між дисками 4 і 5. При обертанні дисків 4 і 5 суміш здобуває вихровий рух і під дією виникаючої в суміші відцентрової сили суміш протікає по наскрізних прорізах 11 і 12 між зубчастими елементами 7, 8, 9 і 10 і витікає через патрубок 3 виходу суміші. Оскільки при обертанні дисків 4 і 5 відбувається періодичне звуження прохідного перерізу наскрізних прорізів 11 і 12, швидкість руху суміші в них з тією же періодичністю збільшується, при цьому тиск у потоці зменшується. Зменшення тиску викликає появу парових пухирців. Коли при обертанні диски 4 і 5 стають у таке положення один відносно одного, при якому прохідний переріз наскрізних прорізів 11 і 12 стає максимальним і рівним перерізу прорізів, тиск у суміші, що перебуває в наскрізних прорізах, збільшуються й парові пухирці із силою стискаються, викликаючи гідродинамічну кавітацію, що забезпечує при цьому ефективне перемішування суміші, її гомогенізацію й диспергування, забезпечуючи здрібнювання присутніх у суміші твердих речовин. Особливістю заявленого як винахід диспергатора-кавітатора є те, що його диски виконані із зубчастими елементами й наскрізними прорізами між ними, розміщеними по декількох концентричних окружностях на обох дисках. При цьому зубчасті елементи одного диска виконані з умови ковзання між зубчастими елементами другого диска, тобто з мінімальним зазором між ними, що забезпечує відносне обертання дисків. При цьому ширина зубчастих елементів виконана більшою ніж ширина наскрізних прорізів між ними, що забезпечує періодичне перекриття цих прорізів зубчастими елементами при обертанні дисків. При обертанні дисків 4 і 5 відбувається не тільки періодичне звуження прохідного перерізу наскрізних прорізів 80188 6 11 і 12, що збільшує швидкість руху в них суміші, знижує тиск у суміші й викликає появу парових пухирців, але й періодичне перекриття наскрізних прорізів 11 і 12, при якому швидкість руху суміші в наскрізних прорізах стає рівної нулю. При цьому тиск у суміші в перекритих наскрізних прорізах різко збільшується, що підвищує ефективність виникаючої гідродинамічної кавітації. Періодичне перекриття наскрізних прорізів одного диска зубчастими елементами другого диска приводить до різкого припинення руху суміші в перекритих наскрізних прорізах, що викликає гідравлічні удари із частотою відносного обертання, помноженою на кількість зубчастих елементів, розміщених на одній концентричній окружності на одному диску. У наведеному в заявці прикладі конкретного виконання диспергатора-кавітатора на кожній концентричній окружності кожного диска розміщено 24 зубчастих елемента. Якщо диски обертаються в різні сторони із частотою 3000 обертів за хвилину кожний, то частота гідравлічних ударів у секунду в кожної наскрізної порожнини дорівнює: 3000×2×24:60=2400Гц, де: 3000 - частота обертання одного диска, об/хв; 2 - кількість дисків; 24 - число зубчастих елементів на одній концентричній окружності в диску; 60 - кількість секунд в одній хвилині, сек. Гідравлічні удари викликають у суміші акустичні коливання, які викликають у суміші акустичну кавітацію. Таким чином, у заявленому як винахід диспергаторі-кавітаторі в порівнянні із прототипом виникає не тільки гідродинамічна кавітація, але й гідравлічні удари й акустична кавітація, що забезпечує більш високий ступінь гомогенізації й диспергування суміші. Крім того, завдяки тому що й гідродинамічна, і акустична кавітація знищують бактеріальну мікрофлору, що перебуває в суміші, диспергаторкавітатор може бути використаний для знезаражування рідини (води, молока, соків, пива й так далі) без їх теплової або хімічної обробки. Крім того, завдяки тому що при роботі диспергатора-кавітатора суміш (або рідина) інтенсивно нагрівається, він може бути використаний у системах автономного опалення. У варіанті виконання диспергаторакавитатора, у якому він оснащений закріпленими на дисках постійними магнітами, при цьому диски виконані з феромагнітного матеріалу, а постійні магніти одного диска звернені однойменними полюсами до постійних магнітів другого диска, феромагнітні тверді речовини, якщо вони є в суміші, здобувають однополюсну намагніченість, що сприяє їхньому взаємному відштовхуванню, а це сприяє кращому диспергуванню суміші. У варіанті виконання диспергатора-кавітатора, у якому він оснащений струмопідводними елементами, які примикають до кожного диска й сполучені із джерелом електричного струму, у суміші, що перебуває між дисками, виникає вихровий рух твердих струмопровідних часток, які є в суміші, що 7 80188 також додатково сприяє кращому диспергуванню суміші. Комп’ютерна верстка І.Скворцова 8 Розроблено конструкторську документацію диспергатора-кавітатора, виготовлений і випробуваний дослідний зразок Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601