RU2215574C2

RU2215574C2 - Device for dissolving, emulsification and dispersion of fluid media

Info

Publication number: RU2215574C2
Application number: RU2001120732A
Authority: RU
Inventors: С.Г. Чиргин
Original assignee: Чиргин Сергей Георгиевич
Priority date: 2001-07-24
Filing date: 2001-07-24
Publication date: 2003-11-10

Abstract

FIELD: food-processing, chemical, oil-producing and other industries. SUBSTANCE: high velocity is imparted to fluid medium to be treated at hydrodynamic impact against structural members of rotor at complex trajectories of continuous forced turbulent and turbulent vortex motion. Device has housing with inlet and outlet branch pipes with rotor wheel arranged inside it on drive shaft; external lateral surface of this wheel is provided with radial cylindrical vortex chambers. Provided in plane of rotation of rotor wheel are two groups of passages connecting inner cavity of rotor wheel with radial cylindrical vortex chambers. Each passage in group is connected with two adjacent radial cylindrical vortex chambers; passages on one group are shifted relative to passages of other group in plane of rotation of rotor wheel. EFFECT: enhanced efficiency at absence of stator. 3 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для растворения, эмульгирования и диспергирования жидкотекучих сред и может быть использовано в пищевой, химической, кормовой, нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, парфюмерной промышленности, в строительной индустрии и т.д. The invention relates to devices for dissolving, emulsifying and dispersing liquid media and can be used in food, chemical, feed, oil, oil refining, perfumery industries, in the construction industry, etc.

Известны роторные аппараты гидроударного действия для растворения, эмульгирования и диспергирования жидкотекучих сред [1, 2, 3, 4, 5], содержащие корпус с входным и выходным патрубками и установленные в корпусе ротор и статор, выполненные в виде тел вращения и соприкасающиеся друг с другом боковыми стенками, в которых выполнены каналы. За счет периодического перекрытия каналов при вращении ротора происходит резкое торможение потока, сопровождаемое явлением гидравлического удара и резким повышением давления в среде. При совмещении каналов ротора и статора происходит резкий сброс давления, сопровождаемый возникновением зоны кавитации. За счет этих явлений обрабатываемая среда подвергается интенсивному растворению, эмульгированию или диспергированию. Known rotary hydropercussion devices for dissolving, emulsifying and dispersing liquid media [1, 2, 3, 4, 5], containing a housing with inlet and outlet nozzles and installed in the housing of the rotor and stator, made in the form of bodies of revolution and in contact with each other side walls in which the channels are made. Due to the periodic overlapping of the channels during rotation of the rotor, there is a sharp deceleration of the flow, accompanied by the phenomenon of water hammer and a sharp increase in pressure in the medium. When combining the rotor and stator channels, a sharp pressure drop occurs, accompanied by the appearance of a cavitation zone. Due to these phenomena, the processed medium is subjected to intensive dissolution, emulsification or dispersion.

Указанные аппараты имеют в общем случае принципиальную единую схему и конструктивно незначительно отличаются друг от друга. Все они обеспечивают удовлетворительные технико-экономические показатели указанных выше технологических процессов, однако возможности совершенствования аппаратов данного назначения имеют место. These devices have, in the general case, a single unified circuit and are structurally slightly different from each other. All of them provide satisfactory technical and economic indicators of the above technological processes, however, the possibility of improving the apparatus for this purpose takes place.

Известны роторно-пульсационные акустические аппараты [6, 7], обеспечивающие растворение, эмульгирование и диспергирование жидкотекучих сред и содержащие корпус, входной и выходной патрубки, статор, на торце которого, обращенном к ротору, размещены коаксиальные цилиндры с проточными каналами и ротор. Known rotary-pulsating acoustic devices [6, 7], providing dissolution, emulsification and dispersion of fluid media and containing a housing, inlet and outlet pipes, a stator, on the end of which, facing the rotor, are placed coaxial cylinders with flow channels and a rotor.

Обрабатываемая среда подвергается в каналах ротора и статора интенсивному гидромеханическому воздействию как со стороны элементов конструкции указанных каналов, так и благодаря пульсациям давления, скорости, турбулентным течениям. Кроме того, ротор и статор при работе аппарата совершают колебания, излучая в обрабатываемую среду мощные акустические волны, сопровождаемые пульсирующим давлением в среде. The medium being processed is subjected in the channels of the rotor and stator to an intense hydromechanical effect both from the side of the structural elements of these channels and due to pulsations of pressure, speed, and turbulent flows. In addition, the rotor and stator during operation of the apparatus oscillate, emitting powerful acoustic waves into the medium being processed, accompanied by pulsating pressure in the medium.

Известные аппараты, обеспечивая приемлемые показатели технологических процессов, тем не менее имеют неудовлетворительную надежность, т.к. их конструктивные элементы и, в первую очередь, ротор и статор работают в условиях интенсивного абразивного износа. Повысить надежность работы аппаратов можно, по крайней мере, двумя путями, во-первых, применением износостойких материалов и, во-вторых, сокращением числа конструктивных элементов, подвергающимся наибольшему абразивному износу. Known devices, providing acceptable performance indicators of technological processes, nevertheless have unsatisfactory reliability, because their structural elements and, above all, the rotor and stator operate in conditions of intense abrasive wear. The reliability of the apparatus can be improved in at least two ways, firstly, by using wear-resistant materials and, secondly, by reducing the number of structural elements that undergo the greatest abrasive wear.

Именно по второму пути пошли авторы известных устройств [8, 9], предназначенных для растворения, эмульгирования и диспергирования жидкотекучих сред. Эти конструкции имеют корпус с входным и выходным патрубками и размещенное в корпусе на приводном валу центробежное лопастное колесо. The authors of the well-known devices [8, 9], intended for dissolving, emulsifying and dispersing liquid fluids, followed the second path. These designs have a housing with inlet and outlet nozzles and a centrifugal impeller placed in the housing on the drive shaft.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является диспергатор [9] , содержащий корпус с входным и выходным патрубками и размещенное в корпусе на приводном валу центробежное лопастное колесо с закрепленными на нем цилиндрическими кольцами с окнами. Closest to the technical nature of the claimed device is a dispersant [9], comprising a housing with inlet and outlet nozzles and a centrifugal impeller located on the drive shaft with a cylindrical ring attached to it with windows.

Указанный диспергатор имеет простую конструкцию, содержащую только ротор, и не имеет статора. За счет этой простоты обеспечивается повышенная надежность работы, однако уровень диспергирования жидкотекучих сред недостаточен, т.к. они подвергаются воздействию только кавитации. The specified dispersant has a simple structure containing only a rotor, and does not have a stator. Due to this simplicity, increased reliability is ensured, however, the level of dispersion of fluid media is insufficient, because they are only exposed to cavitation.

Изобретение решает задачу повышения эффективности процессов растворения, эмульгирования и диспергирования жидкотекучих сред в условиях отсутствия одного из главных конструктивных элементов, а именно статора. The invention solves the problem of increasing the efficiency of the processes of dissolution, emulsification and dispersion of fluid media in the absence of one of the main structural elements, namely the stator.

Технический результат, получаемый при использовании изобретения, состоит в придании жидкотекучей обрабатываемой среде высоких скоростей движения с гидродинамическим ударом об элементы конструкции ротора весьма сложных траекторий непрерывного принудительного турбулентного и турбулентно вихревого движения. В жидкотекучей обрабатываемой среде при этом создаются значительные градиенты скорости в различных направлениях, частицы ее сталкиваются, соударяются между собой и с элементами конструкции ротора, а также подвергаются многократному кавитационному воздействию при прохождении обрабатываемой среды по каналам и резонаторам ротора. The technical result obtained by using the invention consists in imparting to a liquid fluid medium a high speed of motion with a hydrodynamic impact on the structural elements of the rotor of very complex trajectories of continuous forced turbulent and turbulent vortex motion. In a fluid process medium, significant velocity gradients are created in various directions, its particles collide, collide with each other and with the structural elements of the rotor, and are also subjected to repeated cavitation when the medium is passed through the channels and resonators of the rotor.

Указанный технический результат получают за счет того, что в известной конструкции устройства для растворения, эмульгирования и диспергирования жидкотекучих сред, включающей корпус с входным и выходным патрубками, внутри которого на приводном валу размещено роторное колесо с внутренней полостью, снабженной лопатками, и каналами, соединяющими внутреннюю полость с внешней боковой поверхностью роторного колеса, на внешней боковой поверхности роторного колеса выполнены радиальные цилиндрические вихревые камеры, в плоскости вращения роторного колеса выполнены две группы каналов, соединяющих внутреннюю полость роторного колеса с радиальными цилиндрическими вихревыми камерами, каждый канал в группе соединен с двумя смежными радиальными цилиндрическими вихревыми камерами, при этом каналы одной группы смещены относительно каналов другой группы в плоскости вращения роторного колеса, каждая радиальная цилиндрическая вихревая камера соединена с двумя смежными с ней каналами по одному из группы, а на выходе каждой радиальной цилиндрической вихревой камеры установлен насадок. Сечение каналов роторного колеса выполнено сужающимся к периферии колеса, а насадки радиальных цилиндрических вихревых камер установлены с возможностью их демонтажа. The specified technical result is obtained due to the fact that in the known design of a device for dissolving, emulsifying and dispersing liquid media, including a housing with inlet and outlet nozzles, inside of which a rotor wheel with an internal cavity equipped with blades and channels connecting the internal cavity with an outer lateral surface of the rotor wheel, radial cylindrical vortex chambers are made on the outer lateral surface of the rotor wheel, in the plane of rotation The main wheel has two groups of channels connecting the inner cavity of the rotor wheel with radial cylindrical vortex chambers, each channel in the group is connected to two adjacent radial cylindrical vortex chambers, while the channels of one group are offset relative to the channels of the other group in the plane of rotation of the rotor wheel, each radial cylindrical the vortex chamber is connected to two adjacent channels along one of the groups, and at the output of each radial cylindrical vortex chamber we are installed Adok. The cross section of the channels of the rotor wheel is made tapering to the periphery of the wheel, and the nozzles of the radial cylindrical vortex chambers are installed with the possibility of dismantling.

Изложенная выше совокупность существенных признаков устройства позволит получить хорошие технические показатели работы устройства при отсутствии статора как одной и наиболее изнашиваемой детали роторных аппаратов гидроударного действия и получить по сравнению с прототипом повышение эффективности процессов растворения, эмульгирования и диспергирования жидкотекучих сред. The above set of essential features of the device will allow to obtain good technical performance of the device in the absence of a stator as one of the most wearing parts of rotary apparatuses of hydropercussion action and to obtain, in comparison with the prototype, an increase in the efficiency of the processes of dissolution, emulsification and dispersion of fluid media.

Принципиальная схема устройства представлена на чертежах. Schematic diagram of the device shown in the drawings.

На фиг.1 изображен вертикальный разрез аппарата; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение В-В на фиг.1; на фиг.4 - сечение С-С на фиг.1; на фиг.3 - сечение Д-Д на фиг.3; на фиг.6 - сечение F-F на фиг.4; на фиг.7 - сечение N-N на фиг.2 (развертка). Figure 1 shows a vertical section of the apparatus; figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3 - section bb in figure 1; figure 4 - section CC in figure 1; figure 3 is a section DD in figure 3; figure 6 is a cross-section F-F in figure 4; Fig.7 is a cross-section N-N in Fig.2 (scan).

Устройство для растворения, эмульгирования и диспергирования жидкотекучих сред включает корпус 1 с патрубками входа 2 и выхода 3 обрабатываемых жидкотекучих сред. Внутри корпуса 1 на приводном валу 4 размещено роторное колесо 5, снабженное лопатками 6 и имеющее внутреннюю полость 7. На внешней боковой поверхности 8 роторного колеса 5 выполнены радиальные цилиндрические вихревые камеры 9. В плоскости вращения роторного колеса 5 выполнены каналы 10, сечение которых уменьшается к периферии роторного колеcа 5. Каналы 10 соединяют внутреннюю полость 7 роторного колеса 5 с радиальными цилиндрическими вихревыми камерами 9. При этом с одной стороны внутренней полости 7 выполнена одна группа каналов, показанная на фиг.3, а с другой стороны - другая, показанная на фиг.4. Каналы одной группы смещены относительно каналов другой группы в плоскости вращения роторного колеса 5. Каждый канал 10 в обеих группах с помощью тангенциальных каналов 11 соединен с двумя смежными радиальными цилиндрическими вихревыми камерами 9. Каждая радиальная цилиндрическая вихревая камера 9 соединена с двумя смежными с ней каналами по одному и из каждой группы. На выходе каждой радиальной цилиндрической вихревой камеры 9 с возможностью демонтажа установлены насадки 12. A device for dissolving, emulsifying and dispersing a fluid medium includes a housing 1 with nozzles of the input 2 and output 3 of the processed fluid. Inside the housing 1 on the drive shaft 4 there is a rotor wheel 5 provided with blades 6 and having an internal cavity 7. On the outer side surface 8 of the rotor wheel 5 there are made radial cylindrical vortex chambers 9. In the plane of rotation of the rotor wheel 5 there are channels 10, the cross section of which decreases to the periphery of the rotor wheel 5. The channels 10 connect the inner cavity 7 of the rotor wheel 5 with the radial cylindrical vortex chambers 9. In this case, one group of channels is shown on one side of the inner cavity 7, shown in ig.3, and on the other - the other, as shown in Figure 4. The channels of one group are displaced relative to the channels of the other group in the plane of rotation of the rotor wheel 5. Each channel 10 in both groups is connected via two tangential channels 11 to two adjacent radial cylindrical vortex chambers 9. Each radial cylindrical vortex chamber 9 is connected to two adjacent channels along one and from each group. At the exit of each radial cylindrical vortex chamber 9, nozzles 12 are installed with the possibility of dismantling.

Устройство для растворения, эмульгирования и диспергирования жидкотекучих сред работает следующим образом. A device for dissolving, emulsifying and dispersing a fluid medium works as follows.

При вращении роторного колеса 5 от привода (не показан) через приводной вал 4 жидкотекучая среда поступает через патрубок входа 2 корпуса 1 во внутреннюю полость 7, где, взаимодействуя с лопатками 6, получает вращательное движение. Под действием центробежных сил поток среды получает значительное приращение радиальной скорости, зависящее от частоты вращения роторного колеса 5 и его диаметра. При движении по каналам 10 жидкотекучая среда получает дополнительное приращение скорости, как за счет действия центробежных сил, так и за счет сужения поперечного сечения каналов 10. При входе в тангенциальные каналы 11 струя жидкотекучей среды с большой скоростью ударяется о стенки тангенциальных каналов, при этом частицы среды разбиваются на более мелкие частички частично истираются. В каналах 10 и 11 частицам обрабатываемой жидкотекучей среды сообщаются весьма сложные траектории непрерывного принудительного турбулентного движения, создаются значительные градиенты скорости в различных направлениях. Далее жидкотекучая среда тангенциально поступает в радиальные цилиндрические вихревые камеры 9. В каждую такую камеру одновременно поступает среда от двух смежных с ней каналов 10 - по одному из каждой группы. При этом в каждой радиальной цилиндрической вихревой камере 9 возникает мощное турбулентно вихревое движение обрабатываемой среды, сопровождаемое явлениями кавитации и интенсивным излучением звуковой и ультразвуковой энергии. В результате возникновения волн уплотнения и разрежения происходит возникновение и "схлопывание" кавитационных пузырьков и интенсивное воздействие на обрабатываемую жидкотекучую среду, что значительно ускоряет процессы растворения, эмульгирования и диспергирования. При входе в насадки 12 вновь формируется высокоскоростная струя обрабатываемой жидкотекучей среды, которая взаимодействует с корпусом 1 устройства и дополнительно интенсифицирует процессы, происходящие при движении среды по каналам и элементам роторного колеса 5. Далее обрабатываемая среда через патрубок выхода 3 направляется на другие технологические линии. When the rotor wheel 5 is rotated from the drive (not shown) through the drive shaft 4, the fluid flows through the inlet 2 of the housing 1 into the internal cavity 7, where, interacting with the blades 6, it receives a rotational movement. Under the action of centrifugal forces, the flow of the medium receives a significant increment of radial velocity, depending on the frequency of rotation of the rotor wheel 5 and its diameter. When moving through channels 10, a fluid medium receives an additional velocity increment, both due to the action of centrifugal forces and due to the narrowing of the cross section of the channels 10. When entering the tangential channels 11, the jet of a fluid medium hits the walls of the tangential channels with high speed, while the particles environments are divided into smaller particles partially abrasion. In channels 10 and 11, the particles of the processed fluid medium are given very complex trajectories of continuous forced turbulent motion, significant velocity gradients in various directions are created. Further, the fluid medium enters tangentially into the radial cylindrical vortex chambers 9. The medium from two adjacent channels 10 simultaneously enters into each such chamber — one from each group. In this case, in each radial cylindrical vortex chamber 9, a powerful turbulent vortex motion of the medium being processed is accompanied by cavitation phenomena and intense emission of sound and ultrasonic energy. As a result of the occurrence of waves of compaction and rarefaction, the emergence and “collapse” of cavitation bubbles and intense exposure to the processed fluid medium, which significantly accelerates the processes of dissolution, emulsification and dispersion. At the entrance to the nozzles 12, a high-speed jet of the processed fluid medium is again formed, which interacts with the device body 1 and further intensifies the processes that occur when the medium moves along the channels and elements of the rotor wheel 5. Then, the processed medium is directed through other outlet pipes 3 to other production lines.

Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает высокую интенсивность обработки жидкотекучих сред без применения одной из наиболее подверженных абразивному износу деталей, а именно статора, что обеспечивает более надежную его работу в сравнении с известными аналогичными аппаратами. Thus, the claimed device provides a high intensity of processing fluid media without the use of one of the most abrasive parts, namely the stator, which ensures its more reliable operation in comparison with known similar devices.

Источники информации, принятые во внимание
1. Авт. свид. СССР 1586759, B 01 F 7/12, заявлено 06.05.88.Sources of information taken into account
1. Auth. testimonial. USSR 1586759, B 01 F 7/12, claimed 06.05.88.

2. Авт. свид. СССР 1611429, B 01 F 7/24, заявлено 20.01.89. 2. Auth. testimonial. USSR 1611429, B 01 F 7/24, declared 01.20.89.

3. Патент РФ 2064822, В 01 F 7/00, заявлено 16.12.92. 3. RF patent 2064822, 01 F 7/00, pending 16.12.92.

4. Патент РФ 2067022, B 01 F 7/00, заявлено 08.02.94. 4. RF patent 2067022, B 01 F 7/00, pending 02/08/94.

5. Патент РФ 2149680, В 01 F 7/00, заявлено 24.03.99. 5. RF patent 2149680, 01 F 7/00, pending 03.24.99.

6. Патент РФ 2162731, В 01 F 7/00, заявлено 28.05.99. 6. RF patent 2162731, 01 F 7/00, pending 05.28.99.

7. Патент РФ 2162732, В 01 F 7/00, заявлено 28.05.99. 7. RF patent 2162732, 01 F 7/00, pending 05.28.99.

8. Авт. свид. СССР 806087, В 01 F 3/00, заявлено 10.04.79. 8. Auth. testimonial. USSR 806087, 01 F 3/00, claimed 10.04.79.

9. Авт. свид. СССР 1577811, В 01 F 7/26, заявлено 02.06.83 (прототип). 9. Auth. testimonial. USSR 1577811, 01 F 7/26, claimed 02.06.83 (prototype).

Claims

1. A device for dissolving, emulsifying and dispersing fluid media, comprising a housing with inlet and outlet nozzles, inside of which a rotor wheel with an internal cavity provided with blades and channels connecting the internal cavity with the outer side surface of the rotor wheel is located on the drive shaft, characterized in that radial cylindrical vortex chambers are made on the outer lateral surface of the rotor wheel, two groups of channels are connected in the plane of rotation of the rotor wheel the cavity of the rotor wheel with radial cylindrical vortex chambers, each channel in the group is connected to two adjacent radial cylindrical vortex chambers, while the channels of one group are displaced relative to the channels of the other group in the plane of rotation of the rotor wheel, each radial cylindrical vortex chamber is connected to two adjacent to it channels - one from each group, and nozzles are installed at the output of each radial cylindrical vortex chamber.

2. The device according to p. 1, characterized in that the cross-section of the channels of the rotor wheel is made tapering to the periphery of the wheel.

3. The device according to p. 1 or 2, characterized in that the nozzles of the radial cylindrical vortex chambers are installed with the possibility of dismantling.