CN110832167B - 高速脱水和粉碎涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于获得固体粉碎的颗粒并分离存在的水的高速脱水和粉碎涡轮机(1)，该涡轮机由以下形成：a)具有圆形几何形状的定子(6)，该定子具有在一端处的管道(7)，用于固体粉碎的颗粒的出口，和在底部部件中的管道，用于待粉碎的固体颗粒的入口；b)位于定子内部的带有叶片或翼片的叶轮或转子；以及c)中心固定组件，用于调节和固定形成叶轮或转子的所有元件。还描述了一种用于获得固体粉碎的和脱水的颗粒的方法，其中存在的水被分开。

Description

高速脱水和粉碎涡轮机
技术领域
本发明涉及在现有技术的不同领域中有机和无机固体产品的脱水和粉碎，例如诸如食物原料之类的产品、在蔬菜和水果的粉末和粉的生产中、在农业行业废料中、最终处置来自卫生行业的污泥以及来自诸如渔业、畜牧业、家禽业、林业和采矿业之类的若干制造行业的污泥和副产品。
本发明是一种高速脱水和粉碎涡轮机，该涡轮机能够破碎固体颗粒并使其中的水产生分离。另外，本发明提供一种使固体颗粒破碎和使其中的水分离的方法。
背景技术
涡轮机的基本元件是它的叶轮或转子，其包括围绕转子轮的周缘放置的叶片、翼片或螺旋桨。
最著名的涡轮机是水力涡轮机和蒸汽涡轮机。
US2006051210描述了法兰西斯(Francis)涡轮机和包括法兰西斯涡轮机的水力涡轮机。描述了一种法兰西斯涡轮机，包括盖和翼片带，其在盖和翼片带之间延伸并且限定液体流动通道。对于每个翼片最大厚度/平均长度的比率被限定为从0.1到0.2之间的值。翼片或叶片具有曲率并且在其表面上光滑，没有缝隙或孔。
US5780935描述了一种涡轮机***，该涡轮机***具有中空的基部构件和位于入口流体通道上方的张开的流体出口。涡轮机转轮安装在流体出口上方，并且包括连接到发电机的垂直轴。另外，多个涡轮机翼片在邻近流体出口的轴的下端上。翼片的上边缘是抛物线型的。
US7704045描述了涡轮机转子翼片，该翼片包括在翼片末端上的尖袋(squealerpocket)，以在翼片末端与发动机的外护罩之间提供密封。另外，翼片具有沿着压力侧壁延伸的一排孔和与每个孔相关的凹口。
US2012057985描述了一种涡轮机定子翼片，该翼片包括由陶瓷基质形成的翼片和支承该翼片的带。翼片在形状上是凹入的，内壁光滑，并且外壁凸出。
WO2009/048313描述了一种涡轮机/旋风分离器组件，其旨在用于将颗粒从较密实分离为较不密实，例如，其适合于从有机产品(诸如粮食、谷物之类)中去除水，也用于纯化不同的流体，例如从燃烧流体中去除杂质。WO2009/048313的涡轮机通过空化去除颗粒内的水分。
GB19540024360提到了设计用于以声速流动的流体流中的空气动力学轮廓，例如，涡轮机或压缩机的翼或翼片。形状上可以是三角形、正弦形、半圆形或梯形的齿的用途是防止边界层脱离，从而减少导致效率和速度降低的涡流的形成。
在现有技术中，存在用于涡轮机的翼片的不同类型，每种翼片都基于涡轮机的功能。然而，没有发现设有用于粉碎颗粒的合适翼片的涡轮机。因此，需要有一种具有特殊翼片的涡轮机，其适合于实现最佳的颗粒粉碎和其中的水的分离。
本发明的目的是提供一种脱水和粉碎涡轮机，该涡轮机能够破碎固体颗粒并引起其中的水分离。
本发明的另一个目的是提供一种使固体颗粒破碎并使其中的水分离的方法。
发明内容
本发明是一种高速脱水和粉碎涡轮机1，其能够破碎固体颗粒并使其中的水分离，以便获得水分离的固体粉碎的颗粒。
另外，本发明描述一种使固体颗粒破碎和使其中的水分离的方法。
附图说明
下面将参考附图来描述本发明，附图中：
图1示出了本发明的高速脱水和粉碎涡轮机1的示意图。
图2示出了本发明的高速脱水和粉碎涡轮机1的示意图，具有内部部件的视图。
图3示出了脱水和粉碎涡轮机的示意图，具有内部叶片或翼片2的视图。
图4示出了包含内部叶片或翼片2的涡轮机内部部件(叶轮或转子)的示意图。
图5示出了包含内部叶片或翼片2的涡轮机内部部件(叶轮或转子)的示意图，其中其部件已分解。
图6示出了包含叶片或翼片的涡轮机内部部件的俯视图、侧视图和仰视图。
图7示出了具有正弦形上部边缘3的涡轮机叶片或翼片的示意图。
图8示出了具有三角形上部边缘4的涡轮机叶片或翼片的示意图。
图9示出了具有五个或更多个顶点的多边形上部边缘5的涡轮机叶片或翼片的示意图。
具体实施方式
本发明是一种高速脱水和粉碎涡轮机1，用于获得固体粉碎的颗粒和使存在的水分离，该涡轮机包括专门设计成实现有效粉碎的叶片或翼片2。另外，本发明描述用于使固体颗粒破碎和使其中的水分离的方法。
高速脱水和粉碎涡轮机1必须安装在支承其中心轴11的驱动***上，驱动***允许涡轮机以高速运行，从而破碎固体材料颗粒以及使固体材料中的水分离。该涡轮机包括以下元件：
-具有圆形几何形状的定子6，具有在一端处的管道7，用于输出固体粉碎的颗粒；
-在涡轮机底部部件中的管道10，用于输入待粉碎的固体颗粒；
-位于定子内部的带有叶片的叶轮或转子8，其包含以下元件：
-两个圆形的叶片固定和安装盘9；
-用以配装固定盘9的中心轴11；
-至少四个分开和安装杆12，它们平行于中心轴11行进并通过其
端部之一垂直附连到固定和安装盘9；和
-至少四个大致平坦的叶片2或翼片，它们连结到中心轴11并且径向定位，其中每个叶片2具有位于其侧部之一的底部处并靠近涡轮
机入口的下部内部狭槽13；
-中心固定组件，用于调节和固定形成叶轮或转子8的所有元件。
叶片或翼片2上部的外部形状可以是具有正方形齿或具有顶点的正弦形3、具有五个或更多个顶点的三角形4或多边形5(分别参见图7、8和9)。例如，可以呈现带有顶点的叶片，它们的顶部或末端成形为八条或更多条边的多边形的一半，或者具有的正弦形的末端的叶片。
每个叶片或翼片2，不论其顶部形状如何，在叶片的每个侧部处在顶部下面呈现两个上部开口斜槽型的孔14，并且在底部处，每个叶片在其侧部的一个(轮廓)上呈现笔直形状15，而在另一个上呈现凹入形状16。另外，具有凹入形状的相同侧部具有内部狭槽13；参见图5、7、8和9。在转子8叶片的笔直15和凹入16结构上，形成共振腔室，具有产生超声状况的声学振幅和频率，由于空气通过，由内部狭槽13产生的高速和声音引起的测量值大于120dB。
转子8可具有4、6、8、10、12、16或更多对叶片或翼片2。叶片或翼片沿着涡轮机的壳体或定子形状定位，围绕所述壳体6保持如限定的距离。
本发明的高速脱水和粉碎涡轮机1在其驱动***中包括双齿轮箱，以实现其高速。旋转速度较佳地在从约2,000rpm到约10,000rpm的范围内或者包括该范围。此外，粉碎涡轮机可以在室温下或在从大约30℃至大约100℃的设定温度下运行。
叶片2的每个侧部处的顶部上部开口斜槽型的孔14允许随着叶轮或转子在定子内部旋转，用以定子6内部的叶片自由循环以及固体颗粒的速度增加。在另一方面，每个转子叶片的末端多边形5、三角形4或正弦形3的形状允许防止材料在定子6的壁中积聚而使设备停止，即防止通过在固定部件(定子壁)和移动部件(叶轮或转子)之间的空间中在定子内部循环的材料引起的涡轮机的摩擦或限制。旨在防止循环材料的制动“衬里(balata)”效应；因此，应当将叶片的顶部调整为定子的固定部件的形状，但是上部轮廓的形状会发生变化，上部轮廓的形状诸如是方形齿、波浪形、顶点或允许阻止制动效果的任何其它形状。想法是相对于固定部件的轮廓减小表面轮廓，使得叶片封壳(envolvente)相对于固定部件的内部封壳呈现小的形状变化。
另一方面，叶片或翼片的下部内部狭槽13允许它们以确定的速度旋转，以产生低频信号和较高频率的谐波，以允许涡轮机内部的材料和水颗粒被雾化。
用于破碎固体颗粒和使其中的水分离的方法包括：
a.-具有如先前限定的高速脱水和粉碎涡轮机1以及与其相关的驱动***；
b.-使驱动***投入运行，以使涡轮机实现所需的高速；
c.-在涡轮机1的底部10处，在负压或抽吸的状况下，输入空气承载的固体颗粒流；
d.-粉碎固体颗粒并使固体颗粒内的水分离。
空气承载的固体颗粒流通过抽吸或负压在底部10处进入高速涡轮机1。一旦在涡轮机内部，由于涡轮机翼片2的旋转、由于下部内部狭槽13以及由于转子叶片的形状的原因，空气承载的固体颗粒以高速旋转。颗粒另外在涡轮机内部以高速再循环。在高速涡轮机和壳体6的设计中，再循环由压力和抽吸点的接近性引起。为了促进颗粒在涡轮机内部的再循环，从圆形端部到入口10的壳体6设计为圆锥形，所述锥体的较小直径与涡轮机转子8的下部固定盘9的直径一致。转子内的叶片和高速涡轮机的内部设计允许随着转子8旋转，使材料在定子内部循环，以通过固定部件(定子)和移动部件(叶轮或转子)之间的空间；则必须使叶片或翼片2的移动部件适应定子6的固定部件。进而，固定组件的功能是双重的，因为一方面，它使得固定形成转子8的所有件或元件，而另一方面，它调节固定盘9在叶片2上的压力，从而使它们伸展或收缩，并防止固体材料在定子的内表面中积聚。同样，转子8的叶片2的多边形、三角形或正弦形状允许防止材料在定子6壁中积聚而使设备停止。随着通过涡轮机内部，空气承载的固体颗粒离开涡轮机，转变成带有微分散的空气承载的水的空气承载的固体颗粒。
已经将高速脱水和粉碎涡轮机设计为同时执行以下物理原理：
·产生负压以及输入材料的轴向和切向偏移。产生输入材料的摩擦及其破裂。
·通过产生与空气一起移动和位移的超声波，产生水分离的材料的微分散。
·产生大于400mm.wc.(毫米水柱)的气压，在入口10处的行进速度从约40m/s至约90m/s。
·引起低频高振幅信号和二次谐波。
·在材料行进通过叶片中产生材料的压缩。
·产生伯努利效应，该效应通过叶片的下部内部狭槽13在涡轮机的不同点产生速度和压力改变。
·通过叶片设计防止材料在涡轮机壁中积聚。
·保持流入和流出管道的几何形状，从而有利于材料行进和几何不连续地积聚。
另一方面，设定点温度的调节与每种材料相关，以便防止使其经受胶粘(粘性)区域，并允许材料自由行进(自由流动)状况。

Claims (24)

1.高速脱水和粉碎涡轮机(1)，用于获得固体粉碎的颗粒并分离水，其特征在于，它包括以下元件：
a)具有圆形几何形状的定子(6)，所述定子(6)具有在一端处的管道(7)，用于输出固体粉碎的颗粒，和在底部部件中的管道，用于输入待粉碎的固体颗粒；
b)位于所述定子内部的带有叶片(2)的转子(8)，所述转子(8)包含以下元件：
i)两个圆形的叶片固定用安装盘(9)；
ii)用以配装所述安装盘(9)的中心轴(11)；
iii)至少四个分开的安装杆(12)，所述至少四个分开的安装杆(12)平行于所述中心轴(11)行进并通过它的端部之一垂直附连到所述安装盘(9)；和
iv)至少四个平坦的叶片(2)，所述至少四个平坦的叶片(2)
连结到所述中心轴(11)并且径向定位，其中每个叶片(2)具有位于它的侧部之一的底部处并靠近所述涡轮机入口的下部内部狭槽(13)，
所述下部内部狭槽(13)产生低频信号和高频谐波，以允许所述涡轮机内部的材料被雾化；以及
c)中心固定组件，用于调节和固定形成所述转子(8)的所有元件。
2.根据权利要求1所述的高速脱水和粉碎涡轮机，其特征在于，所述下部内部狭槽(13)产生低频信号和高频谐波，以允许所述涡轮机内部的水颗粒被雾化。
3.根据权利要求1所述的高速脱水和粉碎涡轮机，其特征在于，所述叶片(2)在所述叶片的每个侧部处还具有两个上部开口斜槽型的孔(14)，所述两个上部开口斜槽型的孔(14)紧邻在每个叶片的顶部下方，允许随着所述转子在所述定子内部旋转，用以所述定子(6)内部的所述叶片自由循环以及所述固体颗粒的速度增加。
4.根据权利要求1或3中任一项所述的高速脱水和粉碎涡轮机，其特征在于，所述叶片(2)的顶部的外部形状能够是具有正方形齿或具有顶点的正弦形(3)、三角形(4)或多边形(5)，并且其中所述顶部的所述形状允许防止所述材料在所述定子的壁中积聚，从而避免所述涡轮机的摩擦或限制。
5.根据权利要求1或3中任一项所述的高速脱水和粉碎涡轮机，其特征在于，在底部处，每个叶片在其侧部的一个轮廓上呈现笔直形状(15)，而在另一个上呈现凹入形状(16)，其中，在具有所述凹入形状的相同侧部上具有所述内部狭槽(13)，使得在所述转子(8)叶片的所述笔直形状(15)和凹入形状(16)上形成共振腔室，具有产生超声状况的声学振幅和频率，由于空气通过，由所述内部狭槽(13)产生的高速和声音引起的测量值大于120dB。
6.根据权利要求1或3中任一项所述的高速脱水和粉碎涡轮机，其特征在于，所述涡轮机还安装在支承所述涡轮机的中心轴(11)的驱动***上，所述驱动***允许所述涡轮机以高速运行，并且包括双齿轮箱，以实现它的高速。
7.根据权利要求1或3中任一项所述的高速脱水和粉碎涡轮机，其特征在于，所述涡轮机的所述转子(8)能具有6、8、10、12、16或更多对叶片(2)，并且其中，所述叶片沿着所述涡轮机的定子形状定位，围绕所述定子(6)保持限定的距离。
8.根据权利要求1所述的高速脱水和粉碎涡轮机，其特征在于，所述转子为叶轮，而所述叶片为翼片。
9.根据权利要求1所述的高速脱水和粉碎涡轮机，其特征在于，所述高速脱水和粉碎涡轮机，用于从以下获得固体粉碎的颗粒并分离水：食物原材料、在蔬菜和水果的粉的生产中、在农业行业废料中、最终处置来自卫生行业的污泥以及来自制造行业的污泥和副产品。
10.根据权利要求9所述的高速脱水和粉碎涡轮机，其特征在于，所述制造行业包括：渔业、畜牧业、家禽业、林业和采矿业。
11.根据权利要求9所述的高速脱水和粉碎涡轮机，其特征在于，所述蔬菜和水果的粉包括所述蔬菜和水果的粉末。
12.用于获得固体粉碎的和脱水的颗粒的方法，其特征在于，所述方法包括：
I)具有包括以下元件的高速脱水和粉碎涡轮机(1)：
a)具有圆形几何形状的定子(6)，所述定子具有在一端处的管道(7)，用于输出固体粉碎的颗粒，和在底部部件中的管道，用于输入待粉碎的固体颗粒；
b)位于所述定子内部的带有叶片(2)的转子(8)，所述转子(8)
包含以下元件：
i)两个圆形的叶片固定用安装盘(9)；
ii)用以配装所述固定用安装盘(9)的中心轴(11)；
iii)至少四个分开的安装杆(12)，所述至少四个分开的安装杆(12)平行于所述中心轴(11)行进并通过它的端部之一垂直附连到所述安装盘(9)；和
iv)至少四个平坦的叶片(2)，所述至少四个平坦的叶片(2)连结到所述中心轴(11)并且径向定位，其中每个叶片(2)具有位于它的侧部之一的底部处并靠近所述涡轮机入口的下部内部狭槽(13)，所述下部内部狭槽(13)产生低频信号和高频谐波，以允许所述涡轮机内部的材料被雾化；以及
c)中心固定组件，用于调节和固定形成所述转子(8)的所有元件；
II)使所述涡轮机投入运行，以使涡轮机实现所需的高速；
III)在所述涡轮机(1)的底部(10)处，在负压的状况下，输入空气承载的固体颗粒流；
IV)粉碎所述固体颗粒并使所述固体颗粒内的水分离。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述下部内部狭槽(13)产生低频信号和高频谐波，以允许所述涡轮机内部的水颗粒被雾化。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述空气承载的固体颗粒流通过负压在底部(10)处进入所述涡轮机(1)，以高速通过所述叶片(2)。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述涡轮机还安装在支承所述涡轮机的中心轴(11)的驱动***上，所述驱动***允许所述涡轮机以高速运行，并且在于，在所述涡轮机入口中的所述固体颗粒的行进速度为从40m/s至90m/s。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，旋转速度在包括从2,000rpm到10,000rpm的范围内。
17.根据权利要求12至16中的任一项所述的方法，其特征在于，所述叶片(2)在所述叶片的每个侧部处还具有两个上部开口斜槽型的孔(14)，所述两个上部开口斜槽型的孔(14)紧邻在每个叶片的顶部下方，允许随着所述转子在所述定子内部旋转，用以所述定子(6)内部的所述叶片自由循环以及所述固体颗粒的速度增加。
18.根据权利要求12至16中任一项所述的方法，其特征在于，所述叶片(2)的顶部的外部形状能够是具有正方形齿或具有顶点的正弦形(3)、三角形(4)或多边形(5)，并且其中所述顶部的所述形状允许防止所述材料在所述定子的壁中积聚而避免所述涡轮机的摩擦或限制。
19.根据权利要求12至16中任一项所述的方法，其特征在于，在底部处，每个叶片在其侧部的一个轮廓上呈现笔直形状(15)，而在另一个上呈现凹入形状(16)，其中，在具有所述凹入形状的相同侧部上具有所述内部狭槽(13)，使得在所述转子(8)叶片的所述笔直形状(15)和凹入形状(16)上形成共振腔室，具有产生超声状况的声学振幅和频率，由于空气通过，由所述内部狭槽(13)产生的高速和声音引起的测量值大于120dB。
20.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述转子为叶轮，而所述叶片为翼片。
21.根据权利要求12或14所述的方法，其特征在于，所述负压通过抽吸产生。
22.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，存在的水从以下分离：食物原材料、在蔬菜和水果的粉的生产中、在农业行业废料中、最终处置来自卫生行业的污泥以及来自制造行业的污泥和副产品。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述制造行业包括：渔业、畜牧业、家禽业、林业和采矿业。
24.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述蔬菜和水果的粉包括所述蔬菜和水果的粉末。
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