Роторный аппарат

 

Изобретение относится к смесителям с вращающимися перемешивающими устройствами в неподвижных резервуарах и может быть использовано для растворения, эмульгирования, диспергирования и измельчения различных материалов, находящихся в виде гомогенных и гетерогенных суспензий. Роторный аппарат содержит корпус с входными и выходными патрубками, коаксиально установленные в корпусе ротор и статор с каналами в их боковых поверхностях. Особенностью заявляемой конструкции является оптимизированное соотношение каналов ротора и статора, форма профиля каналов ротора и угол наклона каналов статора. Технический результат состоит в оптимизации конструктивных параметров, увеличении разрушающего воздействия на обрабатываемый материал, снижении трудоемкости изготовления. 3 ил.

Изобретение относится к смесителям с вращающимися перемешивающими устройствами в неподвижных резервуарах и может быть использовано для растворения, эмульгирования, диспергирования и измельчения различных материалов, находящихся в виде гомогенных и гетерогенных суспензий.

Известны роторные аппараты /1,2/, содержащие корпус с входными и выходными патрубками и концентрично установленные в нем ротор и статор с отверстиями в боковых стенках.

Указанные аппараты, а также другие аналогичного назначения, имеют общую принципиальную схему и конструктивно незначительно отличаются друг от друга. Они имеют достаточно хорошие технические показатели, однако отсутствие оптимизации некоторых конструктивных параметров не обеспечивает высокую надежность их работы и предопределяет возможность дальнейшего повышения эффективности указанных выше процессов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому аппарату является роторный аппарат /3/, содержащий корпус с входными и выходными патрубками и коаксиально расположенные в нем ротор и статор в виде тел вращения с прорезями в боковых стенках, имеющими передние и задние кромки по ходу вращения ротора, при этом ротор с внутренней стороны снабжен криволинейными пластинами, расположенными на задних кромках прорезей, прорези выполнены наклонными, а их передние кромки скручены и расположены концентрично пластинам.

Указанный аппарат обеспечивает по сравнению с аналогичными увеличение динамического напора обрабатываемой суспензии в каналах ротора, что может увеличить давление гидроудара в момент перекрытия каналов ротора поверхность статора. Однако одновременное перекрытие всех каналов ротора статором (их количество одинаковое) приводит к "жесткому" режиму работы аппарата, что отражается на его надежной работе и долговечности. Кроме того, криволинейные пластины усложняют конструкцию аппарата, увеличивают трудоемкость его изготовления. Недостаточен и объем обрабатываемого материала, подвергающегося гидроударному воздействию из-за недостаточной длины каналов ротора (если бы криволинейные пластины были установлены на задних и передних кромках каналов, время воздействия гидравлического удара было больше, соответственно, большим был бы и объем каналов). Наклон каналов ротора увеличивает ширину прорези, выходящую на боковую поверхность ротора, что увеличивает время перекрытия прорези и при недостаточной частоте вращения ротора может исключить возникновение гидравлического удара. В идеальном случае, для обеспечения максимального проходного сечения каналов ротора и их минимальной ширины, выход каналов на боковую поверхность ротора должен быть радиальным.

Исходя из сказанного задачу, решаемую предлагаемым изобретением, следует сформулировать как повышение эффективности работы и упрощение конструкции.

Технический результат, возникающий при использовании изобретения заключается в оптимизации конструктивных параметров аппарата, увеличении разрушающего воздействия на обрабатываемый материал и снижение трудоемкости изготовления.

Указанный технический результат получают за счет того, что в известном роторном аппарате, содержащем корпус с патрубками входа и выхода среды и установленные в нем коаксиально друг другу ротор и статор, выполненные в виде тел вращения с равномерно распределенными по их боковой поверхности щелевидными каналами, имеющими передние и задние по ходу вращения ротора стенки и внутренние кромки, отношение числа каналов ротора к числу каналов статора равно 0,80 - 0,85 или 1,25 - 1,30, задние стенки каналов ротора выполнены по дуге окружности с радиусом, равным сумме толщины кольцевой части ротора и ширины канала ротора и центром, размещенным на касательной к точке пересечения оси каналов с боковой поверхностью ротора, передние стенки щелевидных каналов ротора образованы дугой окружности, проведенной из указанного центра указанным радиусом, уменьшенным на ширину щелевидных каналов и касательной к точке пересечения этой дуги с линией, соединяющей центр дуг с внутренней кромкой задней стенки канала, щелевидные каналы статора выполнены наклонными, а проекция их боковых стенок на боковую поверхность ротора равна ширине щелевидных каналов ротора.

Принципиальная схема аппарата представлена на чертежах, где на фиг. 1 - общий вид аппарата; на фиг. 2 - разрез по А-А фиг. 1; на фиг. 3 - схема построения профиля щелевидных каналов ротора.

Роторный аппарат содержит корпус 1 с патрубками входа 2 обрабатываемой среды и выхода 3. В корпусе 1 коаксиально друг другу установлены ротор 4 и статор 5. На боковой поверхности ротора выполнены щелевидные каналы 6, имеющие передние 7 и задние 8 по ходу вращения ротора стенки и внутренние кромки 9. Задние 8 стенки щелевидных каналов ротора выполнены (см. фиг. 3) по дуге окружности с радиусом R₁, равным сумме толщины кольцевой части 10 ротора и ширины "b" каналы 6 и центром "O", размещенным на касательной MM к точке "K" пересечения оси каналов с боковой поверхностью ротора. Передние 7 стенки щелевидных каналов 6 ротора образованы дугой окружности, проведенной из центра "O" радиусом R₂, равным разности R₁ - b и касательной FF к точке "N" пересечения этой дуги с линией 0-9, соединяющей центр "O" с внутренней кромкой 9 задней 8 стенки каналов 6 ротора 4. На статоре 5 выполнены наклонные щелевидные каналы 11. Угол наклона указанных каналов выбран из условия равенства проекции их боковых стенок на боковую поверхность ротора и ширины "b" щелевидных каналов ротора 4. Отношение числа каналов 6 ротора 4 к числу каналов 11 статора 5 выбрано равным 0,80 - 0,85 или 1,25 - 1,30. Ротор 4 в своей внутренней полости 12 имеет лопатки 13.

Выбранное альтернативное значение интервалов отношения числа каналов ротора и статора равное 0,80 - 0,85 или 1,25 - 1,30 обеспечивает более "мягкую" работу аппарата, т.е. только при этом соотношении в каждый момент времени общая площадь сечений открытых каналов ротора колеблется в минимальных пределах. Другое соотношение числа каналов этого не обеспечивает.

Профиль щелевидных каналов ротора обеспечивает при радиальном выходе их на боковую поверхность ротора согласование угла выхода вектора скорости обрабатываемой суспензии сходящей с лопаток 13 с входом в щелевидные каналы 6 ротора, что уменьшает гидравлическое сопротивление аппаратов. При соблюдении этого условия длина каналов ротора при ограниченной по конструктивным соображениям толщине кольцевой части 10 ротора будет обеспечивать более длительное во времени действие гидравлического удара на обрабатываемую среду и больший объем этой среды.

Угол наклона каналов статора, при котором обеспечивается равенство проекции его боковой стенки на боковую поверхность ротора и ширины каналов ротора, выбран из условия дополнительного ударного воздействия струи обрабатываемой суспензии о поверхность статора при выходе ее из каналов ротора, что увеличивает эффективность аппарата.

Рассмотрим работу роторного аппарата на примере измельчения золотосодержащего минерального сырья. Смесь минерального сырья с водой при соотношении жидкого к твердому 1:1 и более жидкости по входному патрубку 2 корпуса 1 поступает в полость 12 ротора 4. При вращении ротора 4 смесь взаимодействует с лопатками 13 и получает вращательное движение. Скорость входа смеси в патрубке входа 2 определяется расходом смеси и сечением патрубка 2. Под действием центробежных сил обрабатываемая смесь получает значительную кинетическую энергию, определяемую частотой вращения ротора и его диаметром. Скорость смеси на выходе с лопаток 13 и при перемещении по щелевым каналам 6 ротора значительно превышают скорость входа. При выходе из канала 6 струя смеси с высокой скоростью ударяется о боковую стенку наклонных каналов 11 статора 5. В результате этого взаимодействия происходит измельчение твердой составляющей смеси. В момент перекрытия канала 6 поверхностью статора 5 происходит резкое повышение давления в полости канала 6 ротора, вследствие возникновения прямого гидравлического удара. Давление гидравлического удара разрушает частицы минерального сырья до требуемой крупности. В момент совмещения каналов ротора и статора смесь с высокой скоростью ударяется о боковую поверхность каналов статора и дополнительно измельчается. Из каналов статора обрабатываемая смесь поступает в корпус аппарата и далее через выходной патрубок 3 идет на обезвоживание или другой технологический передел, например обогащение. На формирование выходных параметров аппарата оказывает влияние частота вращения ротора, количество каналов ротора и статора, соотношение их количества. В зависимости от требований технологического процесса и вида обрабатываемого материала роторный аппарат для обеспечения требуемых параметров энергетического воздействия может быть расчитан на широкий диапазон изменения своих выходных параметров, при этом в экспериментах получены практические результаты, превышающие достижения известных аналогичных конструкций. Так, например, измельчение минерального сырья в заявляемом аппарате на порядок превышает показатель известных мельниц тонкого измельчения.

Источники информации 1. Авт. свид. СССР N 1546121, B 01 F 7/28, 04.06.87.

2. Авт. свид. СССР N 1584900, B 01 F 7/26, 29.02.88.

3. Авт. свид. СССР N 1579549, B 01 F 7/28, 29.06.87.

Формула изобретения

Роторный аппарат, содержащий корпус с патрубками входа и выхода среды и установленные в нем коаксиально друг другу ротор и статор, выполненные в виде тел вращения с равномерно распределенными по их боковой поверхности щелевидными каналами, имеющими передние и задние по ходу вращения ротора стенки и внутренние кромки, отличающийся тем, что отношение числа каналов ротора к числу каналов статора равно 0,80 - 0,85 или 1,25 - 1,30, задние стенки каналов ротора выполнены по дуге окружности с радиусом, равным сумме толщины кольцевой части ротора и ширины канала ротора, и центром, размещенным на касательной к точке пересечения оси каналов с боковой поверхностью ротора, передние стенки щелевидных каналов ротора образованы дугой окружности, проведенной из указанного центра указанным радиусом, уменьшенным на ширину щелевидных каналов, и касательной к точке пересечения этой дуги с линией, соединяющей центр дуг с внутренней кромкой задней стенки канала, щелевидные каналы статора выполнены наклонными, а проекция их боковых стенок на боковую поверхность ротора равна ширине щелевидных каналов ротора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3