Номер патента: 4080

Опубликовано: 30.09.2001

Автор: Нагула Петр Константинович

Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Государственное предприятие ОКБ Академическое Национальной академии наук Беларуси(73) Патентообладатель Государственное предприятие ОКБ Академическое Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Гомогенизатор, содержащий корпус, в котором выполнена рабочая полость, снабженная патрубками входа и выхода продукта, ротор, размещенный в рабочей полости корпуса и установленный консольно на вращающемся валу, снабженном уплотнением, причем ротор снабжен перекачивающими продукт лопаточными аппаратами, расположенными на входе и на выходе рабочей полости корпуса, а также установленными между лопаточными аппаратами вращающимися диспергирующими решетками, которые установлены поочередно с неподвижными диспергирующими решетками, при этом в рабочей полости корпуса образована проточная часть для продукта, отличающийся тем, что лопаточный аппарат на входе рабочей полости корпуса выполнен из двух частей - в виде спиральных центробежных лопаток и установленного перед ними шнека, вращающиеся и неподвижные диспергирующие решетки установлены поочередно в радиальном направлении от спиральных центробежных лопаток, а лопаточный аппарат на выходе рабочей полости корпуса установлен по наружному диаметру последней вращающейся диспергирующей решетки. 2. Гомогенизатор по п. 1, отличающийся тем, что уплотнение вращающегося вала выполнено в виде двух торцовых уплотнительных колец с запирающей буферной средой, причем поверхности контакта этих колец размещены в одной плоскости. Фиг. 1 3. Гомогенизатор по п. 1, отличающийся тем, что по внутреннему диаметру первой вращающейся диспергирующей решетки выполнены выступы. 4080 1 4. Гомогенизатор по п. 1, отличающийся тем, что вращающиеся диспергирующие решетки выполнены в виде радиальных каналов. 5. Гомогенизатор по п. 1, отличающийся тем, что на торцовых поверхностях ротора, обращенных к неподвижным диспергирующим решеткам, выполнены радиальные канавки. Изобретение относится к устройствам для диспергирования продукции в пищевой, молочной, лакокрасочной и других отраслях промышленности и касается усовершенствования агрегата, осуществляющего измельчение и перемещение обрабатываемого продукта. Например, в молочной промышленности получили распространение гомогенизаторы клапанного типа(1 стр. 57-64, рис. 36-40). Обрабатываемый продукт под давлением, создаваемым плунжерным насосом,подают в клапаны. В клапанах гомогенизатора поток продукта подвергается последовательным механическим воздействиям. Жировые шарики молока растягиваются в нити на входе в клапанную щель и разрываются на мелкие частицы либо совершают вращательное движение, в результате чего возникают центробежные силы, достаточные для преодоления сил поверхностного натяжения. Однако клапанные гомогенизаторы имеют низкую производительность при увеличенном габарите и значительных энергозатратах. Известны технические решения, позволяющие снизить энергоемкость и упростить конструкцию аппарата для обработки молочных продуктов. Например, Диспергатор-смеситель для приготовления жидкого заменителя цельного молока по 2. В этом техническом решении образован контур циркуляции жидкой основы,снабженный насосом и оборудованный смесителем в виде вращающегося барабана, по поверхности которого тонким слоем распределяется жир, смываемый затем жидкой основой. Однако это техническое решение не получило широкого распространения из-за своего существенного недостатка, связанного с ограниченными технологическими возможностями. Известно также использование буферной жидкости для герметизации рабочих полостей, в которых осуществляется гомогенизация молока. Например приведенное в Устройстве для гомогенизации молока по 3. В этом техническом решении для герметизации использована буферная жидкость, прокачиваемая радиальными каналами вращающегося ротора. При этом одновременно с помощью других каналов ротора повышают давление молока и подают его на клапанный диспергатор. В известном техническом решении может быть получена полная герметичность рабочих полостей. Однако затраты при эксплуатации значительно возрастают из-за увеличенных потерь энергии на прокачку буферной жидкости. Известно так же совмещение функций диспергирования и перекачки продукта в одном аппарате, например, Диспергатор-смеситель роторного типа по 4. В этом техническом решении на одном из двух вращающихся в противоположные стороны роторов установлены лопатки, прокачивающие обрабатываемый продукт через проточную часть, которая образована отверстиями и прорезями в поочередно установленных вращающихся решетках упомянутых роторов. Это техническое решение обеспечивает интенсификацию процессов диспергирования. Однако оно недостаточно эффективно из-за сложности конструкции и увеличенных энергозатрат на вращение двух роторов. Из известных технических решений наиболее близким объектом к заявляемому является конструкция Гомогенизатора для вязких молочных продуктов по 5, принятая автором за прототип заявляемого изобретения. Принятый за прототип гомогенизатор содержит корпус, в котором выполнена рабочая полость, снабженная патрубками входа и выхода продукта, ротор, размещенный в рабочей полости и установленный консольно на вращающемся валу, снабженном уплотнением, причем ротор снабжен перекачивающими продукт лопаточными аппаратами, расположенными на входе и на выходе рабочей полости корпуса, а также установленными между лопаточными аппаратами вращающимися диспергирующими решетками, которые установлены 4080 1 поочередно с неподвижными диспергирующими решетками, при этом в рабочей полости корпуса образована проточная часть для продукта. Принятый за прототип гомогенизатор обеспечивает перекачивание и одновременное диспергирование обрабатываемого продукта. Однако достигаемое при этом качество продукта недостаточно. Задачей предлагаемого изобретения является использование дополнительных возможностей повышения эффективности обработки продукта, которые предоставляет применение для диспергирования решеток с постепенно увеличивающейся скоростью относительного движения. В результате решения этой задачи достигнут новый технический результат, заключающийся в разработке конструкции гомогенизатора с уменьшенной затратой энергии, уменьшенных габаритов, с полностью герметичной проточной частью, что обеспечивает высокое качество обработки продукта и высокую надежность работы. Использование изобретения при проектировании и изготовлении новых изделий позволит значительно расширить технологические возможности гомогенизатора, снизить затраты на его изготовление и эксплуатацию, что повышает конкурентоспособность заявляемого изобретения в сравнении с известными техническими решениями. Данный технический результат достигнут тем, что в гомогенизаторе, содержащем корпус, в котором выполнена рабочая полость, снабженная патрубками входа и выхода продукта, ротор, размещенный в рабочей полости и установленный консольно на вращающемся валу, снабженном уплотнением, причем ротор снабжен перекачивающими продукт лопаточными аппаратами, расположенными на входе и на выходе рабочей полости корпуса, а также установленными между лопаточными аппаратами вращающимися диспергирующими решетками, которые установлены поочередно с неподвижными диспергирующими решетками, при этом в рабочей полости корпуса образована проточная часть для продукта, согласно изобретению, лопаточный аппарат на входе рабочей полости корпуса выполнен из двух частей - в виде спиральных центробежных лопаток и установленного перед ними шнека, вращающиеся и неподвижные диспергирующие решетки установлены поочередно в радиальном направлении от спиральных центробежных лопаток, а лопаточный аппарат на выходе рабочей полости корпуса установлен по наружному диаметру последней вращающейся диспергирующей решетки. Данный технический результат достигнут также тем, что уплотнение вращающегося вала выполнено в виде двух торцовых уплотнительных колец с запирающей буферной средой, причем поверхности контакта этих колец размещены в одной плоскости, по внутреннему диаметру первой вращающейся диспергирующей решетки выполнены выступы, вращающиеся диспергирующие решетки выполнены в виде радиальных каналов, а на торцовых поверхностях ротора, обращенных к неподвижным диспергирующим решеткам, выполнены радиальные канавки. Отличительной особенностью заявляемого изобретения является то, что лопаточный аппарат на входе рабочей полости корпуса выполнен из двух частей - в виде спиральных центробежных лопаток и установленного перед ними шнека, вращающиеся и неподвижные диспергирующие решетки установлены поочередно в радиальном направлении от спиральных центробежных лопаток, а лопаточный аппарат на выходе рабочей полости корпуса установлен по наружному диаметру последней вращающейся диспергирующей решетки. Такое техническое решение позволяет обеспечить безкавитационное перекачивание обрабатываемого продукта при практически любых его характеристиках как жидкости и в то же время разместить на участках с повышенной скоростью движения рабочие элементы, воздействующие на продукт, что значительно расширяет технологические возможности гомогенизатора, обеспечивает надежность работы элементов его проточной части. Отличительной особенностью заявляемой конструкции является также то, что уплотнение вращающегося вала выполнено в виде двух торцовых уплотнительных колец с запирающей буферной средой, причем поверхности контакта этих колец размещены в одной плоскости. Использование этой отличительной особенности обеспечивает полную герметичность проточной части и сохранение необходимого качества продукта. При этом в конструкции значительно уменьшается габарит узла уплотнения, так как буферная жидкость прокачивается через полость, образованную с одной стороны от плоскости, в которой размещены поверхности контакта обеих пар уплотнительных колец. Еще одной отличительной особенностью конструкции является то, что по внутреннему диаметру первой вращающейся диспергирующей решетки выполнены выступы. Эти выступы генерируют в потоке продукта ударные волны, которые дополнительно разрушают обрабатываемые компоненты продукта. Отличительной особенностью конструкции является также то, что вращающиеся диспергирующие решетки выполнены в виде радиальных каналов. Такое техническое решение позволяет обеспечить необходимую прочность и жесткость вращающихся решеток. Отличительной особенностью является также то, что на торцовых поверхностях ротора, обращенных к неподвижным диспергирующим решеткам, выполнены радиальные канавки. Эти каналы обеспечивают пе 3 4080 1 рекачивание продукта через торцовый зазор и препятствуют отложению там твердых частиц, что повышает качество продукта. Приведенные отличительные особенности позволяют получить гомогенизатор уменьшенных габаритов с полностью герметичной рабочей полостью и увеличить напор в потоке продукта. Кроме того, уменьшается энергия, требуемая для перекачивания и обработки продукта. Таким образом, отличительные особенности изобретения позволяют получить технические решения,обеспечивающие высокое качество продукта при существенно меньших затратах на изготовление и эксплуатацию. Приведенные отличительные особенности заявляемого изобретения в сравнении с известными техническими решениями позволяют создать дешевый и эффективно работающий, полностью герметичный гомогенизатор для широкого диапазона обрабатываемых продуктов. На фиг. 1 представлено продольное сечение заявляемого гомогенизатора. На фиг. 2 представлено сечение ротора по каналам диспергирующих решеток. На фиг. 3 приведен увеличенный вид места сопряжения вращающейся диспергирующей решетки с деталью, в которой выполнены неподвижные решетки, показанный на фиг. 1 выноской . На фиг. 4 показан вид А на радиальную канавку, выполненную на торце вращающейся решетки. На фиг. 5 показан вид Б на радиальные каналы первой вращающейся диспергирующей решетки. На фиг. 6 показан вид В на радиальный канал второй вращающейся диспергирующей решетки. Заявляемый гомогенизатор содержит корпус 1, в котором выполнена рабочая полость, снабженная патрубками входа 2 и выхода 3 продукта, ротор 4, размещенный в рабочей полости и установленный консольно на вращающемся валу 5, снабженном уплотнением. Ротор 4 снабжен перекачивающими продукт лопаточными аппаратами 6, 7 и 8, установленными на входе и на выходе рабочей полости корпуса 1, а также установленными между лопаточными аппаратами вращающимися диспергирующими решетками 9 и 10, которые установлены поочередно с неподвижными диспергирующими решетками 11 и 12, при этом в рабочей полости корпуса 1 образована проточная часть для продукта. Лопаточный аппарат на входе рабочей полости корпуса 1 выполнен из двух частей - в виде спиральных центробежных лопаток 7 и установленного перед ними шнека 6. Вращающиеся 9, 10 и неподвижные 11, 12 диспергирующие решетки установлены поочередно в радиальном направлении от спиральных центробежных лопаток 7, а лопаточный аппарат на выходе 8 установлен по наружному диаметру последней вращающейся диспергирующей решетки 10. Уплотнение вращающегося вала 5 выполнено в виде двух торцовых уплотнительных колец с запирающей буферной средой, причем поверхности контакта этих колец 13 и 14 размещены в одной плоскости, как это показано на фиг. 1, что упрощает технологию изготовления этих поверхностей. По внутреннему диаметру первой вращающейся диспергирующей решетки 9 выполнены выступы 15(фиг. 2). Вращающиеся диспергирующие решетки 9 и 10 выполнены в виде радиальных каналов 16 и 17, форма которых показана соответственно на фиг. 5 и на фиг. 6. На торцовых поверхностях ротора 4, обращенных к неподвижным диспергирующим решеткам, выполнены радиальные канавки 18, показанные на фиг. 3 и 4. Для герметизации рабочей полости использована буферная жидкость, прокачиваемая через полость, размещенную на фиг. 1 справа от плоскости поверхностей контакта обоих пар 13 и 14 торцового уплотнения,через штуцеры 19 (на фиг. 1 показан только один штуцер). Заявляемый гомогенизатор работает следующим образом. Перед началом работы с помощью штуцеров 19 подключают полость двойного торцового уплотнения к контуру буферной жидкости - воды, обеспечивая расход через полость уплотнения 50100 л/час. При этом обеспечивается полная герметичность рабочей полости гомогенизатора, что гарантирует качество обрабатываемого продукта. При включении двигателя привода вал 5 приводится во вращение. Обрабатываемый продукт подают в патрубок 2. Шнек 6 плавно разгоняет поток продукта и подает его на лопаточный аппарат 7, выполненный в виде двух спиральных центробежных лопаток, как это показано на фиг. 2. Наличие шнека 6, установленного перед лопаточным аппаратом 7, обеспечивает безкавитационную работу последнего и значительно расширяет диапазон продуктов, которые могут быть обработаны заявляемым гомогенизатором. При этом шнек 6 и лопаточный аппарат 7 создают достаточный напор для продавливания продукта через неподвижные 11, 12 и вращающиеся 9, 10 диспергирующие решетки. На выходе из первой неподвижной диспергирующей решетки 11 поток продукта имеет радиальное направление. Экспериментально установлено, что в струях продукта, вытекающих из каналов решетки 11, при столкновении с выступами 15, выполненными по внутреннему диаметру первой вращающейся диспергирующей решетки 9, генерируются возмущения типа ударных волн, которые способствуют разрушению твердых частиц в потоке продукта. 4080 1 Проходя затем через каналы вращающейся диспергирующей решетки 9, каналы неподвижной решетки 12 и каналы вращающейся решетки 10, продукт перерабатывается в однородную гомогенную массу с размером твердых частиц до 2 мкм. Форма каналов неподвижных и вращающихся решеток выполнена аналогичной и показана на фиг. 5 и 6. Первая пара неподвижной 11 и вращающейся 9 решеток выполнена с каналами 16 увеличенного проходного сечения, вторая пара неподвижной 12 и вращающейся 10 решеток выполнена с каналами меньшего размера 17, но с суммарной площадью проходного сечения большей, чем суммарная площадь проходного сечения первой пары решеток 11 и 9. Размеры и протяженность каналов всех диспергирующих решеток устанавливаются экспериментально из условия безкавитационного прохода продукта через проточную часть гомогенизатора и получения заданной величины измельчения твердых частиц. Канавки 18, выполненные на торцовых поверхностях ротора 4, обращенных к детали, образующей неподвижные диспергирующие решетки, а именно на торцах вращающихся диспергирующих решеток 9 и 10,выполняют функцию насосных элементов, прокачивающих продукт через торцовый зазор, показанный на выноске(фиг. 3), что предотвращает отложение твердых частиц в этом зазоре. Радиальные лопатки 8, установленные по наружному диаметру последней вращающейся диспергирующей решетки 10, на выходе из рабочей полости, работают как лопатки любого центробежного насоса и обеспечивают перемещение готового продукта далее по контуру технологической установки. При этом появляется возможность использовать в конструкции все наработанные в насосостроении приемы передачи энергии текучей среде и обеспечить с помощью заявляемого гомогенизатора не только обработку продукта,но и его перемещение на следующие технологические операции. Таким образом, приведенные отличительные особенности заявляемого изобретения позволяют создать гомогенизатор уменьшенных габаритов и с уменьшенными энергозатратами на обработку продукта. В сравнении с техническим решением, приведенным в качестве прототипа, изобретение повышает конкурентоспособность гомогенизатора, так как оно обеспечивает повышение надежности эксплуатации, а также расширяет технологические возможности обработки продуктов. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.

МПК / Метки

МПК: B01F 5/06, A01J 11/16

Метки: гомогенизатор

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/6-4080-gomogenizator.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Гомогенизатор</a>

Похожие патенты