Роторный аппарат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

69) (11) (51)4 В 01 Р 7 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

17

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3812484/23-26 (22) 14.11.84 .(46) 15.05.86. Бюл. В 18 (71) Казанский научно-исследовательский технологический и проектный иистйтут химико-фотографической промыиленности (72) В ° М.Фомин, P.Ø.Àþïîâ, А.Д.Аралов, И.M.Çsåðåâ, Л.Н,Семенюк, М.Н.Перминов и Б.М.Куницын (53). 66.063(088.8) (56) Патент Франции If 1249337, кл. В 01 J 1959 ° (54) (57) 1. РОТОРНЦЙ AIIOAPAT содержащий ротор с расположенными по окружности упругими лопастями и концентричный ему статор с расположенными по окружности упругими лопатками, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процессов диспергирования и перемешивания за счет создания широкополосного акустического поля, лопасти ротора имеют периодически изменяющуюся длину.

12306

2. Аппарат по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что длина лопастей периодически увеличивается на величину at

3. Аппарат по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что длина лопастей .периодически уменьшается на величину at .

4. Аппарат по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что длина лопастей периодически увеличивается, а затем уменьшается на величину at

5. Аппарат по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что длина лопастей периодически изменяется на величину

Ве=Е ы", где аС вЂ” постоянная величина изменения длины лопастей; — произвольная переменная величина

6. Аппарат по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что лопатки статора имеют периодически изменяющуюся длину.

7. Аппарат по пп. 1 и 6, о т л ич а ю шийся тем, что длина лопаток периодически увеличивается на величину a L

6, Аппарат по пп. 1 и б,.о т л ич а ю шийся тем, что длина лопаток периодически уменьшается на величину aL

9. Аппарат по пп. 1 и 6, о т л ич а ю шийся тем, что длина лопаток периодически увеличивается,.а затем уменьшается на величину aL

10. Аппарат по пп. 1 и 6, о т л нч а ю шийся тем, что длина лопаток периодически изменяется на величину

3L *dL sr y где al — постоянная величина изменения длины лопаток.

11. Аппарат по пп. 1, 6 и 9, о тл н ч а ю шийся тем, что ьС Ф ф aL

12. Аппарат по пп. 1, 6 и 9, о тл и ч а ю шийся тем, что лопас" ти ротора н лопатки статора установлены s две ступени, при этом длина лопастей ротора в одной ступени больше длины лопаток статора той хе сту" пени, а дпина лопастей ротора в другой ступени меньше длины лопаток статора той ше ступени.

Изобретение относится к смесительной технике и может быть использовано в химической промышленности для проведения цроцессов диспергирования, гомогениэации, перемешивания и т.д. в жидкотекучих средах, в частности при производстве фотографических .материалов.

Целью изобретения является интенсификация процессов диспергирования IO и перемешивания многокомпонентных ярких систем sa счет создания широкополосного акустического ноля.

На фиг. 1 избрашена мешалка, продольный разрез:(стрелками показано 15 направление вращения ротора, направление двикения обрабатываемой шидкой среды);на фиг.2 — сечение А-А на фиг. 1, вариант с увеличивающейся на величину аС длиной лопастей на 20 фиг. Э вЂ” то ше, вариант с уменьшаю2 щейся на величину bt . длиной лопастей, на фиг. 4 — вариант с увеличи .вающейся и уменьшающейся на величину аС длиной лопастей, на фиг. 5 " вариант с.изменяющейся на величину

33 = bFlsin к; на фиг. 6 - вариант с увеличивающейся на величину aL. длиной лопаток статора, на фиг. 7— вариант с уменьшающейся на величину аЬ длиной лопаток статора, на фиг. 8 — вариант с увеличивающейся и уменьшающейся на величину aL длиной лопаток статора, на фиг. 9 — вариант с длиной лопаток, изменяющейся на величину SL =* AL sin x ; на фиг.10сечение Б-Б на фиг. 1, вариант с располошением лопастей и лопаток в две ступени, при этом лопасти одной ступени. длиннее лопаток другой ступени (стрелкой показано направление вращения ротора), на фиг. 11 — сече660

40 з 1230 ние А-А на фиг. 1, с различными вариантами изменения длин лопаток и лопастей. На фиг. 1-11 штрихпунктирной линией проведены огибающие лопаток и лопастей, образующие разнообраз-5 ные каналы.

Мешалка содержит корпус 1 с концентрично размещенными статорами 2 и роторами 3. Между каждым ротором 3 и статором 2 образованы камеры смеше-10 ния 4, разделенные перегородками 5.

В каждом статоре 2 по окружности ус тановлены упругие лопатки 6 и 7 в две ступени, имеющие периодически изменяющуюся длину. На роторе 3 раз- 15 мещены упругие лопасти 8 и 9, имеющие периодически изменяющуюся длину. В корпусе 1 установлены патрубки подвода компонент 10-17. Камеры смешения 4 соединяются между собой посредством 20 радиального зазора 18, расположенного между перегородками 5 и ротором 3.

Корпус 1 снабжен выходным патрубком 19. В статорах 2 расположены полости 20 для подвода в них тепло- 2S носителя. Кроме того, аппарат может быть снабжен датчиками температуры в каждой камере смешения 4. Лопасти ротора 8 и 9 имеют периодически изменяющуюся длину. 30

Известно, что частота собственных колебаний пластин (лопаток, лопастей) определяется из выражения:

35 где Р„ — частота колебаний пластин, Эд " безразмерный коэффициент, зависящий от формы колебаний и условий закрепления. пластин (, = 15,4, а =

= 50,0, э = 104,0), — длина пластины, Š— модуль упругости материала пластины, — момент инерции сечения плас- 45 тины, In — масса единицы длины пластины.

Из выражения видно, что частота колебаний пластин в большей степени S0 зависит от ее длины E, и незначительное изменение длины лопаток и лопастей приводит к существенным изменениям частот их собственных колебаний. 55

Выполнение лопастей ротора с периодически изменяющейся по различным зависимостям длиной, а также введение в каждую камеру смешения лопаток различной длины, установленных на статоре по окружности, длина которых также периодически меняется по различным зависимостям, приводит к тому, что каждая лопатка и лопасть в камерах смешения имеют собственную частоту колебаний, определяемую из приведенного выражения, следовательно, в каждой камере смешения имеет место широкополосное акустическое поле, интенсивно воздействующее на обрабатываемую среду.

Длина лопастей 8 и 9 и лопаток 6 и 7 может периодически увеличиваться на величину А3, в этом случае при обтекании лопаток и лопастей жидкой средой на каждую иэ них воздействует жидкость, оказывая давление, пропорциональное V (где p — плотность жидкости, — скорость жидкости).

За последней самой длинной лопаткой образуется зона срыва вихрей. В этой зоне имеет место кавитация, пульсация давления и в ней же располагаются следующие лопатки (лопасти). Та ким образом, íà JIoEIBcTH (лопатки) оказывает действие пульсирующий по-! .ток жидкости, заставляя каждую из них колебаться с максимальной амплитудой в области частот, близких к собственной частоте колебаний.

Длина лопастей 8 и 9 и лопаток 6 и 7 может периодически уменьшаться на величину д1 . В этом случае на первую лопатку (лопасть} оказывает наибольшее динамическое воздействие набегающий поток жидкости. За этой лопаткой образуется, как и в преды- дущем случае, зона срыва вихрей.Срывающиеся вихри образуются за каждой лопаткой (лопастью) . Это также способствует усилению пульсации в области установки группы лопаток, что, в свою очередь, интенсифицирует акустические явления в аппарате.

Длина лопастей 8 и 9 и лопаток 6 и 7 может периодически увеличиваться, а затем уменьшаться. В этом случае эффект такой же, как в двух предыдущих вариантах.

Длина лопастей 8 и 9 и лопаток 6 и 7 может периодически изменяться соответственно на величину30 = al sin x и SL aL sins(rye b,f u aL — постоянные величины изменения длины лопас тей и лопаток, X — произвольная переменная величина). При этом собстличных лопастей и лопаток. При этом разрушению (диспергированию) подвергаются у данной лопатки или лопасти только те частицы дисперсной фазы, которые наиболее легко разрушаются при действии на них данной частоты (частоты, с которой кЬлеблется данная лопатка) .

Известно, что диаметр дисперсных частиц, подвергаемых разрушению (делению) в акустическом поле, находится в интервале 0,25-0,1 длины стоячей волны колеблющихся лопастей и лопаток. У другой лопатки (лопасти), колеблющейся с другой частотой, произойдет разрушение (дробление) частиц дисперсной фазы, имеющей другой размер. Таким образом, процесс диспергирования в аппарате в камерах смешения будет идти на оптимальных условиях для частиц дисперсной фазы различных размеров.

При изменении длины лопастей и лопаток на величины и и aL частоты их собственных колебаний будут меняться соответственно пропорционально величинам.

$ 12306 венная частота колебаний лопастей и лопаток меняется плавно.

В аппарате может ь| 8 aL . При этом частоты колебаний лопастей ротора и лопаток статора неодинаковы, что расширяет акустический спектр аппарата.

Установка лопастей и лопаток в каждой камере в две ступени, где длина лопастей в одной ступени больше 10 длины лопаток в этой ступени, а длина лопастей второй ступени меньше длины лопаток в этой же ступени, приводит к тому, что при движении лопастей ротора относительно лопаток ста- 15 тора в зазорах между ниии возникают значительные срезывающие напряжения в жидкости и пульсационные явления, интенсифицирующие процессы диспергирования, переиешивания. 20

Количество ступеней .упругих лопаток 6 и 7 и упругих лопастей 8 и

9 в каждой камере смешения 4, а также изменение длин лопаток и лопастей, их сочетание и расположение в грун- 25 пах может быть любым из перечисленных выше вариантов. Это зависит от свойств вводимых в камеры смешения 4 жидкотекучих продуктов.

Аппарат работает следующим об- 50 разом.

Обрабатываемая жицкотекучая среда поступает в корпус через патрубки . ввода 10-17. В камере смешения 4 при вращении ротора 3 она подвеРгается воздействию со стороны упругих лопастей 8 и 9, закрепленных на роторе 3, а также со стороны упругих лопаток 6 и 7, закрепленных на статоре 2. При этом жидкотекучая среда эффективно 40 перемешивается в камерах смешения 4, так как упругие лопатки 6 и 7, закрепленные в статоре 2, предотвращают . ее закрутку.

При движении ротора 3 с закреплен45 ными на нем лопастями 8 и 9, установленными в две ступени (при этом длины лопастей меняются по перечисленным зависимостям), имеет место относительное движение жидкой среды как относительно лопастей 8 и 9 ротора 3, так и относительно лопаток 6 и 7 статора 2. За самыми длинными лопастями и лопатками образуются зоны высокочастотного срыва вихрей, в которых пульсирует давление, скорость и т.д., что заставляет упругие лопасти и лопатки совершать колебания. Частотный

60 6спектР акустических колебаний в таких зонах достаточно широк..Он вызывает интенсивные колебания лопаток и лопастей, причем увеличение амплитуды их колебаний происходит тогда, когда частоты собственных колебаний лопаток и лопастей в группах совпадают с частотами вынуждающих возмущений. Таким образом, имеет место более полное использование энергии акустических колебаний лопаток и лопастей, так как можно добиться такого режима срыва вихрей (подбором частоты вращения, материала лопаток и лопастей, длины, закона их изменения), что все лопатки и лопасти в группах будут совершать интенсивные (с максимальной амплитудой) колебания.

Колеблющиеся лопатки и лопасти интенсивно воздействуют на протекаю-. щую в каналах между ними жидкотекучую многокомпонентную среду. В этой среде находятся частицы различных размеров, диапазон которых бывает

I значителен. Перемещаясь в камерах смешения 4, частицы дисперсной фазы различных размеров оказываются у раз25

4 3

7 12306 где k - -число лопастей в группе лопастей, изменяющих длину за один период, Н вЂ” число лопаток в группе лопаток, изменяющих длину за один период.

Шаг изменения частоты колебаний зависит от шага изменения длины лопаток и лопастей 1 и aL . Чтобы уменьшить разницу в собственных час- 10 тотах колебаний двух соседних лопаток и лопастей (уменьшить шаг частот), шаг изменения длины лопаток и лопастей целесообразно менять пропорционально функции синуса. В этом случае при малых изменениях синусной функции длина лопастей и лопаток меняется на незначительную величину 68 =

= &(sin x и 3L = dL sih x а частоты собственных колебаний таких лопастей и лопатокбудут пропорциональны величинам

При таком плавном изменении частот собственных колебаний лопаток и лопастей будет иметь место более плотный акустический спектр частот в аппарате. Большая плотность акустического поля повышает интенсивность диспергирования жидкотекучих систем.

При движении жидкости в осевом направлении аппарата она попадает в зазор между двумя ступенями лопаток 35 и лопастей. Поскольку эти лопасти и лопатки перекрывают друг друга по длине, в этой области камеры смешения 4 имеют место высокие градиенты скорости, ускорения и т.д., вызван- 40 ные не только вращением лопастей ротора относительно лопаток статора, но и интенсивными колебаниями последних. Взаимное расположение лопаток и лопастей, их групп в этой области будет циклически меняться, что, в свою очередь, приведет к взаимному

60 8 влиянию лопаток на лопасти (на характер их колебаний) и наоборот. Высокие градиенты скоростей, ускорений, сложная акустическая (меняющаяся во времени) обастановка в этой области интенсифицируют процессы диспергирования, растворения, т.е. интенсифи/ цируют обработку жидкотекучих систем.

Обрабатываемая жидкость из одной камеры смешения в другую поступает через радиальные зазоры 18 между перегородками 5 и ротором 3. Пройдя через весь аппарат, жидкость через .выходной патрубок 19 выходит из него.

При неодинаковой длине лопастей ! ротора и лопаток статора и синусоидальном изменении длины лопастей и лопаток в аппарате создается широкополосное акустическое поле, интенсифицирующее процессы диспергирования в жидких гетерогенных средах, благодаря избирательному воздействию различных длин волн на частицы определенного интервала размеров . При движении лопастей ротора относительно лопаток статора, из-эа движения в том же направлении жидкости, находящейся в камерах смешения, имеет место движение последней в канале переменного сечения с резким сужением или расширением. Известно, что в таких каналах имеет место высокочастотный срыв,вихрей, кавитация, что приводит к гидравлическим ударам, а это способствует процессу диспергирования дисперсной фазы, находящейся в диснерсной системе. Расположение лопаток и лопастей в камерах смешения в две ступени приводит к возникновению больйих градиентов скоростей, ускорений и т.д., возникающих в жидкой среде под действием вращающихся и колеблющихся лопастей ротора и колеблющихся и неподвижных лопаток статора в области перехода от одной ступени к другой. Это также интенсифицирует процесс диспергирования в аппарате.

1230660

1230660

Фи2.!О

Фиг t1

Составитель Н.Федорова

Техред Г.Гербер Корректор М.Самборская

Редактор К.Волощук. Тираж 578 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 2476/10

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4