RU173223U1 - DISINTEGRATOR - Google Patents

Abstract

Рассматриваемая полезная модель относится к насосным, кавитационным, пульсационно-роторным устройствам для получения стабильно-устойчивых, высокодисперсных эмульсий и суспензий, интенсификации процессов растворения и экстрагирования веществ (гуминовых кислот), изменения физико-химических параметров жидкости, суспензий, эмульсий, деструкции молекулярных соединений гомогенизированных, жидких, мало или средне-вязких эмульсий и суспензий, многокомпонентных и трудносмешиваемых и нерастворимых частиц бурого угля, торфа, сапропеля и аналогичных активных органических соединений.Принцип работы дезинтегратора основан на процессах раздробления, измельчения и истирания, а также деструкции молекулярных соединений в виде «круговых бесконечных ножниц» за счет косозубых шестерен с разнонаправленными углами наклона зубьев, имеющих срезанные ножки зубьев для образования сквозных каналов в роторе и кольцевом статоре, имеющих микрометрический зазор между ротором и кольцевым статором. При работе диспергирующего узла возникает множество пятен контакта за счет разнонаправленных углов наклона зубьев ротора и кольцевого статора, а также отсутствие «холостого хода» в виду неполного перекрытия сквозных каналов кольцевого статора. Дезинтегратор позволяет достичь больших значений плотности гидродинамической и гидроакустической энергии за счет развитой турбулентности, интенсивной кавитации, пульсаций давления в локальных объемах суспензий при схлопывании каверн, жестком кумулятивном воздействии, высоких сдвиговых и срезывающих усилий, активации жидкости, эмульсии, суспензии.The utility model under consideration relates to pumping, cavitation, pulsating-rotary devices for producing stable, highly dispersed emulsions and suspensions, intensifying the processes of dissolution and extraction of substances (humic acids), changing the physicochemical parameters of liquids, suspensions, emulsions, and destroying molecular compounds of homogenized liquid, low or medium viscosity emulsions and suspensions, multicomponent and difficult to mix and insoluble particles of brown coal, peat, sapropel and ana organic active compounds. The principle of operation of the disintegrator is based on the processes of crushing, grinding and abrasion, as well as the destruction of molecular compounds in the form of "circular endless scissors" due to helical gears with multidirectional tooth angles having cut tooth legs to form through channels in the rotor and an annular stator having a micrometric clearance between the rotor and the annular stator. When the dispersing unit is operating, many contact spots arise due to multidirectional tilt angles of the teeth of the rotor and the annular stator, as well as the absence of "idle speed" due to incomplete overlap of the through channels of the annular stator. The disintegrator makes it possible to achieve high values of the density of hydrodynamic and hydroacoustic energy due to developed turbulence, intense cavitation, pressure pulsations in the local volumes of suspensions during collapse of cavities, severe cumulative effects, high shear and shear forces, activation of a liquid, emulsion, suspension.

Description

Полезная модель относится к машинам по механизации агрохимического обеспечения сельского хозяйства и предназначена для приготовления тонкодиспергированных гомогенизированных, жидких, мало или средневязких эмульсий и суспензий, многокомпонентных из трудносмешиваемых и нерастворимых частиц бурого угля и других активных органических соединений, включающих твердые кусковые частицы.The utility model relates to machines for mechanization of agrochemical support of agriculture and is intended for the preparation of finely dispersed homogenized, liquid, low or medium viscosity emulsions and suspensions, multicomponent of difficultly mixed and insoluble particles of brown coal and other active organic compounds, including solid lump particles.

Целью полезной модели является получение из диспергированных углеводородов гуминовых кислот в препаративной форме путем их глубокой экстракции.The purpose of the utility model is to obtain from dispersed hydrocarbons humic acids in preparative form by deep extraction.

Дезинтегратор может использоваться в медицинской промышленности для приготовления лекарственных веществ из растительного сырья, в пищевой промышленности для приготовления кетчупов, соусов, йогуртов, майонезов, фруктово-ягодных паст, пюре и других аналогичных по консистенции продуктов и средств, а также в химической, строительной и др. отраслях промышленности.The disintegrator can be used in the medical industry for the preparation of medicinal substances from plant materials, in the food industry for the preparation of ketchups, sauces, yoghurts, mayonnaise, fruit and berry pastes, mashed potatoes and other products and means similar in consistency, as well as in chemical, construction, etc. industries.

Известен дезинтегратор (патент SU 1530244 A1), содержащий корпус, в котором на вертикальных валах закреплены диски с ударными элементами в виде бил прямоугольной формы. На тыльной поверхности нижнего диска установлены ударные элементы пальцы, а нижний диск выполнен стаканчатой формы и имеет концентрично расположенные отверстия на торцовой поверхности, наклоненные к ней под углом 45° и боковой бортик.A known disintegrator (patent SU 1530244 A1), comprising a housing in which disks with percussion elements in the form of rectangular beats are fixed on vertical shafts. Fingers are installed on the back surface of the lower disk, and the lower disk is made in the form of a cup and has concentrically located holes on the end surface, inclined to it at an angle of 45 ° and a side rim.

Известны дезинтеграторы, содержащие два ротора, расположенных горизонтально и вращающихся в разные стороны, причем роторы расположены так, что концентрические окружности с билами одного ротора размещаются внутри концентрических окружностей с билами другого ротора.Disintegrators are known comprising two rotors arranged horizontally and rotating in opposite directions, the rotors being arranged so that concentric circles with beats of one rotor are placed inside concentric circles with beats of the other rotor.

1. (Дробление, измельчение и подготовка сырья к обогащению) Е.Е. Андреева, О.Н. Тихонов. Издательство Санкт-Петербургский горный институт. СПб. 2007, 439 стр.1. (Crushing, grinding and preparation of raw materials for enrichment) E.E. Andreeva, O.N. Tikhonov. Publishing house St. Petersburg Mining Institute. SPb. 2007, 439 pp.

2. (Химико-технологические агрегаты механической обработки дисперсных материалов) Н.М. Вареных, А.Н. Веригин, В.Г. Дглангирян, А.Г. Ишутан. Издательство Санкт-Петербургского университета. 2002, 481 с.2. (Chemical-technological units for the mechanical processing of dispersed materials) N.M. Varenykh, A.N. Verigin, V.G. Dglangiryan, A.G. Ishutan. Publishing House of St. Petersburg University. 2002, 481 p.

Общим недостатком таких дезинтеграторов является наличие «холостого хода», т.е. времени работы, когда каналы роторов или статора перекрыты промежутками между каналами ротора. В этот момент возникают транзитные течения через радиальный зазор между роторами или ротором и статором, уменьшающие гидравлическое сопротивление в рабочей камере дезинтегратора, уменьшается коэффициент полезного действия конструкции.A common drawback of such disintegrators is the presence of "idling", i.e. operating time when the channels of the rotors or stator are blocked by the gaps between the channels of the rotor. At this moment, transit flows occur through the radial clearance between the rotors or the rotor and the stator, which reduce the hydraulic resistance in the working chamber of the disintegrator, and the efficiency of the structure decreases.

Вторым недостатком описанных конструкций является большая металлоемкость и высокая трудоемкость изготовления их. (Пульсационные аппараты роторного типа. Теория и практика М.А. Промтов. Москва, Издательство «машиностроение» 2001, стр. 226.The second disadvantage of the described structures is the large metal consumption and the high complexity of manufacturing them. (Rotary-type pulsation apparatuses. Theory and practice of M.A. Promtov. Moscow, Mashinostroenie Publishing House 2001, p. 226.

Задачей полезной модели является повышение степени измельчения твердых частиц бурого угля и достижение тонкодиспергированного помола их в жидкостных потоках, исключение «холостого хода», повышение коэффициента полезного действия и значительное снижение металлоемкости и трудоемкости изготовления дезинтегратора.The objective of the utility model is to increase the degree of grinding of solid particles of brown coal and achieve finely dispersed grinding in liquid streams, the exclusion of "idle speed", an increase in the efficiency and a significant reduction in metal consumption and the complexity of manufacturing a disintegrator.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5.The essence of the proposed utility model is illustrated in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5.

На фиг. 1 представлена общая схема дезинтегратора, на фиг. 2 - разрез А-А, на фиг. 3 - узел Б ротора и кольцевого статора со срезанными ножками зубьев ротора и кольцевого статора, на фиг. 4 - схема сквозных каналов ротора и статора, на фиг. 5 - схема зоны перекрытия зубьев статора пятнами контактов К.In FIG. 1 shows a general diagram of a disintegrator; FIG. 2 is a section AA, in FIG. 3 - node B of the rotor and the annular stator with the cut legs of the teeth of the rotor and the annular stator, in FIG. 4 is a diagram of the through channels of the rotor and stator, in FIG. 5 is a diagram of the overlapping zone of the stator teeth with contact spots K.

Дезинтегратор фиг. 1 содержит площадку крепления 1 с закрепленным на ней электродвигателем 2, корпус 4 с вваренными в него всасывающим патрубком 5, тангенциально расположенным нагнетающим патрубком 22 фиг. 2, двух проставков 6 и 9, с расположенным между ними фланцем 13, находящейся на валу электродвигателя переходной вал-втулки 10 крепления центробежной крыльчатки 11 и ротора 3, неподвижного кольцевого статора 12, образующих диспергирующий узел в виде «круговых бесконечных ножниц». Рабочая часть камеры герметизируется за счет торцевого уплотнения 7 и керамического кольца 8. Коаксально установленные проставки 6 и 9 с расположенным между ними фланцем 13 фиксируются на фланце электродвигателя и скрепляются с помощью шпилек 14 и колпачковых гаек 15. Крепление корпуса 4 к проставку 6 осуществляется с помощью шпилек 16 и колпачковых гаек 15, крепление вал-втулки 10 на валу электродвигателя осуществляется с помощью установочного винта 17 и контргайки 18. Опорная шпилька 20 служит для снятия консольных нагрузок при монтаже дезинтегратора в технологических линиях его использования.The disintegrator of FIG. 1 comprises a mounting pad 1 with an electric motor 2 fixed thereon, a housing 4 with a suction pipe 5 welded into it, a tangentially located discharge pipe 22 of FIG. 2, two spacers 6 and 9, with a flange 13 located between them, located on the adapter motor shaft of the adapter shaft of the hub 10 of the centrifugal impeller 11 and the rotor 3, the fixed annular stator 12, forming a dispersing unit in the form of "circular endless scissors". The working part of the chamber is sealed by a mechanical seal 7 and a ceramic ring 8. Coaxially mounted spacers 6 and 9 with a flange 13 located between them are fixed on the motor flange and fastened with studs 14 and cap nuts 15. The housing 4 is attached to the spacer 6 using studs 16 and cap nuts 15, fixing the shaft sleeve 10 to the motor shaft is carried out using the set screw 17 and lock nut 18. The support stud 20 is used to remove cantilever loads during installation of the disintegrator torus in the technological lines of its use.

В результате изготовления и практического применения описываемой конструкции дезинтегратора измельчения бурых углей на линии приготовления комплексных удобрений на основе гуминовых в Хакасии был получен удовлетворительный результат по гранулометрическим показаниям измельчения бурого угля в границах 50 мкн, что позволило увеличить концентрацию гуминовых кислот до 70 мг/литр в готовой продукции.As a result of the manufacture and practical application of the described design of the brown coal grinding disintegrator on the humic-based complex fertilizer preparation line in Khakassia, a satisfactory result was obtained from the granulometric readings of brown coal grinding within 50 microns, which allowed to increase the concentration of humic acids to 70 mg / liter in the finished products.

Поставленная задача достигается тем, что дезинтегратор, содержащий площадку крепления с закрепленным на ней электродвигателем, корпус с вваренными в него всасывающим, тангенциально расположенном нагнетающим патрубком двух проставков с расположенным между ними фланцем, находящейся на валу электродвигателя переходной вал-втулки крепления центробежной крыльчатки и ротора, неподвижного кольцевого статора, образующих диспергирующий узел в виде «круглых бесконечных ножниц» и деталей крепления узлов дезинтегратора, согласно полезной модели, конструкция ротора и кольцевого статора, выполнена в виде косозубых шестерен с разнонаправленными углами наклона зубьев со срезанными ножками зубьев, образующих сквозные каналы со стороны выхода суспензии или эмульсии из внутренней полости ротора, внутри которого расположена центробежная крыльчатка, в сторону кольцевого статора, имеющего микрометрический зазор между кольцевым статором и ротором в сторону тангенциального нагнетающего патрубка рабочей камеры корпуса дезинтегратора.The task is achieved in that the disintegrator containing the mounting pad with an electric motor fixed to it, a housing with a suction spigot welded into it, tangentially located by the discharge pipe of two spacers with a flange located between them, located on the electric motor shaft of the transitional shaft of the mounting sleeve of the centrifugal impeller and rotor, a fixed annular stator, forming a dispersing unit in the form of "round endless scissors" and mounting parts of the units of the disintegrator, according to useful spruce, the design of the rotor and the annular stator is made in the form of helical gears with multidirectional tooth angles with cut tooth legs forming through channels from the outlet side of the suspension or emulsion from the inner cavity of the rotor, inside which the centrifugal impeller is located, towards the annular stator having a micrometric the gap between the annular stator and the rotor towards the tangential discharge pipe of the working chamber of the cage body.

При этом ударные элементы бил выполнены в виде профиля стандартного зуба косозубой шестерни с нормальным углом зацепления 20° со срезанной ножкой зуба, а количество одновременно участвующих бил ротора и кольцевого статора равно 101 или более зубьев.In this case, the impact elements of the beats are made in the form of a profile of a standard tooth of a helical gear with a normal angle of engagement of 20 ° with a cut tooth leg, and the number of simultaneously participating beaters of the rotor and the annular stator is 101 or more teeth.

На периферийной части центробежной крыльчатки выполнены ряды мелких отверстий, расположенных вдоль лопастей крыльчатки, создающих активное кавитационное поле за счет образования и схлопывания каверн, усиливающих локальные течения и гидродинамическое давление в зоне диспергации.On the peripheral part of the centrifugal impeller, rows of small holes are made located along the impeller blades, creating an active cavitation field due to the formation and collapse of caverns, reinforcing local flows and hydrodynamic pressure in the dispersion zone.

Принцип работы дезинтегратора фиг. 1 заключается в следующем:The principle of operation of the disintegrator of FIG. 1 is as follows:

Перекачиваемая, обрабатываемая среда, суспензия бурого угля, торфа, сапропеля и других аналогичных продуктов подводится к всасывающему патрубку 5 и попадает во внутреннюю часть рабочей камеры, образованной центробежной крыльчаткой 11, имеющей на периферийной части калибровочные отверстия и совместно работающим, находящимся на одной оси с ним ротором 3. Коаксиально установленный неподвижный кольцевой статор 12, закрепленный в корпусе дезинтегратора 4 и ротор 3 выполнены в виде косозубых шестерен с разнонаправленными углами наклона зубьев фиг. 4 со срезанными ножками зубьев 19, 21,образующих сквозные каналы со стороны выхода суспензии из внутренней полости ротора 3 фиг. 1 в сторону статора 12 и выхода через сквозные каналы кольцевого статора 12, имеющего микрометрический зазор С фиг. 3 между кольцевым статором 12 и ротором 3 в сторону рабочей камеры к тангенциально расположенному нагнетающему патрубку 22 (фиг. 2).The pumped, processed medium, a suspension of brown coal, peat, sapropel and other similar products is fed to the suction pipe 5 and enters the inner part of the working chamber, formed by a centrifugal impeller 11, which has calibration holes on the peripheral part and is working on the same axis as it rotor 3. Coaxially mounted fixed annular stator 12, mounted in the cage 4 and rotor 3 are made in the form of helical gears with multidirectional tooth angles FIG. 4 with the cut legs of the teeth 19, 21 forming the through channels from the outlet side of the suspension from the inner cavity of the rotor 3 of FIG. 1 toward the stator 12 and exit through the through channels of the annular stator 12 having a micrometric gap C of FIG. 3 between the annular stator 12 and the rotor 3 in the direction of the working chamber to the tangentially located discharge pipe 22 (Fig. 2).

При вращении ротора с частотой 3000 об/мин между зубьями ротора и кольцевого статора, имеющих общее количество зубьев 101 и более и осуществляющих принцип разрушения и срезания частиц в суспензиях в виде «бесконечных цилиндрических ножниц», возникает множество пятен контактов К фиг. 5 в зоне перекрытия сквозных отверстий 21 кольцевого статора 12 фиг. 4.When the rotor rotates at a frequency of 3000 rpm between the teeth of the rotor and the annular stator, having a total number of teeth of 101 or more and implementing the principle of destruction and cutting of particles in suspensions in the form of “endless cylindrical scissors”, many contact spots appear. FIG. 5 in the overlapping zone of the through holes 21 of the annular stator 12 of FIG. four.

При обозначенном угловом вращении ротора направленное движение пятен контакта К осуществляется от точки а к точке 6 (фиг. 5) кольцевых пазов статора по всей его периферийной части, создавая зону повышенного давления по ходу движения перед пятнами и зону «отрицательного» пониженного давления за пятнами. В результате коротких промежутков времени перекрытия каналов статора и изменение направления локальных потоков в полость каналов статора распространяется импульс давления. В виду того, что единичный вектор импульса силы имеет определенную физическую величину, можно утверждать, что в турбулентном потоке жидкости в канале статора скорость имеет большие значения и будет зависеть от суммарного количества пятен контактов, определяющих общее суммарное количество импульсов. Инерционные силы в потоке жидкости создают растягивающее напряжение в жидкости, что вызывает кавитацию. Кавитационные пузырьки растут при воздействии импульса пониженного давления и схлопываются или пульсируют при увеличении давления в канале статора. Мерцающий поток пятен перекрытия К определяет плотность гидродиамической и гидроакустической энергии за счет развитой турбулентности, интенсивной кавитации, определенной числом кавитаций в диспергирующей паре косозубых шестерен со срезанными ножками, пульсациях давления в локальных объемах суспензий, эмульсий при схлопывании каверн, жестком комулятивном воздействии, высоких сдвиговых и срезывающих усилиях, активации жидкости. Конструкция решает отсутствие «холостого хода» за счет неполного перекрытия каналов статора осуществляемого парой шестерен имеющих разнонаправленные углы наклона, имеет малую металлоемкость, проста в изготовлении, т.к. предполагает стандартные зуборезные фрезы, а точность изготовления диспергигующего узла определяет надежную работу узла. Ремонтно-эксплуатационные расходы можно свести к минимуму за счет наварки вершин зубьев ротора твердосплавным электродом с последующей его шлифовкой под изношенный статор при соблюдении микрометрического зазора между статором и ротором.With the indicated angular rotation of the rotor, the directional movement of the contact spots K is from point a to point 6 (Fig. 5) of the annular grooves of the stator along its entire peripheral part, creating a zone of increased pressure along the direction of the spots and a zone of "negative" reduced pressure behind the spots. As a result of short periods of time of overlapping stator channels and a change in the direction of local flows, a pressure pulse propagates into the cavity of the stator channels. In view of the fact that the unit vector of the force pulse has a certain physical value, it can be argued that in a turbulent fluid flow in the stator channel, the velocity is large and will depend on the total number of contact spots that determine the total total number of pulses. Inertial forces in the fluid flow create tensile stress in the fluid, which causes cavitation. Cavitation bubbles grow under the influence of a pulse of reduced pressure and collapse or pulsate with increasing pressure in the stator channel. The flickering flow of overlapping spots K determines the density of hydrodynamic and hydroacoustic energy due to the developed turbulence, intense cavitation, a certain number of cavitations in the dispersing pair of helical gears with cut legs, pressure pulsations in the local volumes of suspensions, emulsions during collapse of caverns, high shear and aggressive impact shearing forces, fluid activation. The design solves the absence of “idling” due to incomplete overlapping of the stator channels by a pair of gears having multidirectional tilt angles, has a low metal consumption, and is easy to manufacture, because involves standard gear cutting mills, and the accuracy of the manufacture of the dispersing assembly determines the reliable operation of the assembly. Repair and maintenance costs can be minimized by welding the tops of the teeth of the rotor with a carbide electrode, followed by grinding it under a worn stator while observing the micrometric gap between the stator and the rotor.

Claims (2)

1. Дезинтегратор, содержащий площадку крепления с закрепленным на ней электродвигателем, корпус с вваренными в него всасывающим и тангенциально расположенным нагнетающим патрубками, две проставки с расположенным между ними фланцем, находящуюся на валу электродвигателя переходную вал-втулку крепления центробежной крыльчатки и ротора, неподвижного кольцевого статора, образующих диспергирующий узел в виде круговых бесконечных ножниц и деталей крепления узлов дезинтегратора, отличающийся тем, что конструкция ротора и кольцевого статора выполнена в виде косозубых шестерен с разнонаправленными углами наклона зубьев со срезанными ножками зубьев, образующих сквозные каналы со стороны выхода суспензии или эмульсии из внутренней полости ротора, внутри которого расположена центробежная крыльчатка, в сторону кольцевого статора, имеющего микрометрический зазор между кольцевым статором и ротором, в сторону тангенциального нагнетающего патрубка рабочей камеры корпуса дезинтегратора.1. A disintegrator containing a mounting pad with an electric motor mounted on it, a housing with a suction and tangentially located discharge nozzles welded into it, two spacers with a flange located between them, an adapter shaft located on the motor shaft, a hub-hub for mounting a centrifugal impeller and rotor, a fixed ring stator forming a dispersing assembly in the form of circular endless scissors and mounting parts of disintegrator assemblies, characterized in that the design of the rotor and the annular stator made in the form of helical gears with multidirectional tooth angles with cut tooth legs forming through channels from the outlet of the suspension or emulsion from the inner cavity of the rotor, inside of which there is a centrifugal impeller, towards the annular stator, which has a micrometric gap between the annular stator and the rotor, in side of the tangential discharge pipe of the working chamber of the cage body. 2. Дезинтегратор по п.1, отличающийся тем, что на периферийной части центробежной крыльчатки выполнены ряды калибровочных отверстий, распложенных вдоль лопастей крыльчатки.2. The disintegrator according to claim 1, characterized in that on the peripheral part of the centrifugal impeller there are rows of calibration holes located along the impeller blades.

Images