Устройство для обработки минеральных и органических материалов в жидкости

(51) 02 7/06 (2011.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ интенсификации процесса обработки, повышении эффективности использования рабочего объема устройства,в уменьшении сопротивлений вращению ротора и снижению энергоемкости привода, в возможности эффективного смешивания жидкости с твердыми веществами, с жидкостями или газами для получения неразделяющихся эмульсий и суспензий. Предложено устройство для обработки минеральных и органических материалов в жидкости, содержащее корпус с входным и выходным патрубками, внутри которого на приводном валу смонтированы перфорированные диски - роторы, а к внутренней поверхности корпуса прикреплены шпонки, на которых смонтированы перфорированные диски - статоры, диски - роторы и диски - статоры расположены друг от друга на расстоянии,не превышающем толщину пограничного слоя жидкости на диске - роторе, а между соседними дисками - роторами и между соседними дисками - статорами установлены втулки, при этом у входного и выходного патрубков корпуса на приводном валу установлены насосные колеса, а на торцовых и боковых поверхностях дисков - роторов и дисков - статоров выполнены рифления.(72) Гурьянов Георгий Александрович Гельцер Александр Кондратьевич(73) Республиканское государственное казенное предприятие Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д.Серикбаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ МИНЕРАЛЬНЫХ И ОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ В ЖИДКОСТИ(57) Изобретение относится к области обработки органических и минеральных материалов в жидкости, и может быть использовано в горнорудной,металлургической,химической,строительной и дорожной отраслях,в гидравлических системах машин. Задача изобретения - повышение эффективности обработки органических и минеральных материалов в жидкости. Технический результат от использования изобретения заключается в увеличении разнообразия видов воздействий на органические и минеральные материалы при обработке в жидкости, 26443 Изобретение относится к области обработки органических и минеральных материалов в жидкости,например, к устройствам для сверхтонкого измельчения твердых материалов в жидкостях, может быть использовано в горнорудной, металлургической,химической, строительной и дорожной отраслях, в гидравлических системах машин и позволяет повысить эффективность обработки. Известна коллоидная мельница режущего действия с перфорированными дисками, в которой с целью получения высокодисперсных суспензий, диски роторы, имеющие скольжение по валу на шпонке,прижимаются пружиной к дискам - статорам, которые закреплены в корпусе на скользящей посадке (А.с. СССР 103310, 50 с, 18, 12 е 450). Недостатком данного устройства является низкая эффективность измельчения твердых частиц в жидкости вследствие ординарности воздействия на частицы, то есть для измельчения используется только непосредственное механическое воздействие на частицу ротора и статора, и не используются внутренние явления, протекающие в процессе работы устройства в самой жидкости, что не позволяет оказывать воздействие на частицы материала,взвешенные в жидкости и не контактирующие с дисками ротора или статора. Это требует большой концентрации обрабатываемого материала в жидкости. Также при работе устройства возникают большие сопротивления вращению ротора вследствие прижатия дисков ротора и статора друг к другу. Также с помощью этого устройства нельзя эффективно смешивать жидкость с твердым материалом,жидкостью или газом, например, до состояния неразделяющейся суспензии, либо неразделяющейся эмульсии. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является коллоидная дисковая мельница для обработки органических и минеральных материалов в жидкости, содержащая корпус, внутри которого на приводном валу смонтированы с возможностью перемещения, перфорированные диски ротора,перфорированные диски статора и прижимные пружины, а с целью повышения эффективности измельчения, к внутренней поверхности корпуса мельницы прикреплены шпонки, на которых смонтированы с возможностью перемещения диски статора, с целью регулирования прижима дисков ротора и статора между собой, прижимные пружины расположены вне корпуса, перфорация дисков выполнена в виде щелей. (А.с. СССР 328933, БИ 7 от 09.02.1972, В 02 С 7/06). Недостатком данного устройства является низкая эффективность измельчения твердых частиц в жидкости вследствие ординарности воздействия на частицы, то есть для измельчения используется только непосредственное механическое воздействие на частицу ротора и статора, и не используются внутренние явления, протекающие в процессе работы устройства в самой жидкости, что не позволяет оказывать воздействие на частицы материала,взвешенные в жидкости и не контактирующие в дисками ротора или статора. Это требует большой концентрации обрабатываемого материала в жидкости. 2 Также при работе устройства возникают большие сопротивления вращению ротора вследствие прижатия дисков ротора и статора друг к другу. Также с помощью этого устройства нельзя эффективно смешивать жидкость с твердым материалом,жидкостью или газом, например, до состояния неразделяющейся суспензии, либо неразделяющейся эмульсии. Задача изобретения - повышение эффективности обработки органических и минеральных материалов в жидкости. Технический результат от использования изобретения заключается в увеличении разнообразия видов воздействий на органические и минеральные материалы при обработке в жидкости,интенсификации процесса обработки, что позволит, в свою очередь,интенсифицировать химикотехнологические процессы в дисперсных(гетерогенных) обрабатываемых средах, либо, при измельчении твердых частиц в смазочных маслах и рабочих жидкостях, снизить износ в парах трения,например,в подшипниках,в возможности обрабатывать материал при любой его концентрации в жидкости,в повышении эффективности использования рабочего объема устройства, в уменьшении сопротивлений вращению ротора и снижению энергоемкости привода, в возможности эффективного смешивания жидкости с твердыми веществами, с жидкостями или газами для получения неразделяющихся эмульсий и суспензий. Сущность изобретения заключается в следующем. Предложено устройство для обработки минеральных и органических материалов в жидкости, содержащее корпус с входным и выходным патрубками, внутри которого на призодном валу смонтированы перфорированные диски - роторы, а к внутренней поверхности корпуса прикреплены шпонки, на которых смонтированы перфорированные диски статоры, диски - роторы и диски - статоры расположены друг от друга на расстоянии, не превышающем толщину пограничного слоя жидкости на диске - роторе, а между соседними дисками роторами и между соседними дисками - статорами установлены втулки, при этом у входного и выходного патрубков корпуса на приводном валу установлены насосные колеса, а на торцовых и боковых поверхностях дисков - роторов и дисков - статоров выполнены рифления. На фиг.1 изображено предлагаемое устройство общий вид на фиг.2 разрез А-А на фиг.1 расположение насосного колеса у выходного патрубка устройства. Устройство для обработки минеральных и органических материалов в жидкости содержит корпус 1 с входным патрубком 2 и выходным патрубком 3. Внутри корпуса 1 на валу 4 установлены диски роторы 5, а на корпусе 1 с помощью шпонок 6 закреплены диски - статоры 7. Между двумя соседними дисками - роторами 5 установлены втулки 8, а между двумя соседними дисками - статорами 7 установлены втулки 9, так, что между каждыми соседними дисками - роторами 5 и дисками статорами 7 обеспечивается расстояние , не превышающее толщины пограничного слоя жидкости на диске - роторе 5. У входного патрубка 2 на валу 4 установлено насосное колесо 10, а у выходного патрубка 3 на валу 4 установлено насосное колесо 11. Устройство для обработки минеральных и органических материалов в жидкости работает следующим образом. Вал 4 вместе с дисками роторами 5, втулками 8 и насосными колесами 10 и 11 приводится во вращение от привода (на схеме не показан). Жидкость вместе с обрабатываемым минеральным или органическим материалом поступает в корпус 1 через входной патрубок 2 на вращающееся насосное колесо 10 и проталкивается последовательно через перфорации в дисках - роторах 5 и дисках - статорах 7, заполняя корпус 1, в том числе промежутки между соседними дисками - роторами 5 и дисками - статорами 7. При быстром вращении дисков- роторов 5 относительно дисков - статоров 7 возникают деформации, износ и разрушение частиц от соударения со стенками корпуса 1 и дисками роторами 5 и дисками - статорами 7 (удар, сдвиг,истирание), а в результате быстрого чередования совмещения и несовмещения перфораций дисков роторов 5 и дисков - статоров 7 в жидкости возникают дополнительные воздействия в виде кавитационных явлений,пульсаций скоростей и давлений,гидравлических ударов и импульсных деформаций среды с большими амплитудами, воздействующих на взвешенные в жидкости минеральные и органические вещества, повышающие эффективность их обработки и приводящие, например, к их сверхтонкому измельчению. При определенной частоте вращения дисков - роторов 5, величина которой зависит от толщины дисков - статоров 7, можно добиться полного гидравлического удара и максимального эффекта обработки (например, сверхтонкого измельчения). Также вращение дисков - роторов 5 относительно дисков - статоров 7 при установке их друг от друга на расстоянии,не превышающем толщины пограничного слоя на диске - роторе, при наличии на боковых и торцовых поверхностях дисков - роторов 5 и дисков 4- статоров 7 рифлений, выполненных,например, в виде канавок, дополнительно приводит к турбулизации (завихрениям) в обрабатываемой жидкости и появлению разнонаправленных ускорений,вызывающих явления сдвига и разрыва при высоких значениях градиентов скоростей сдвига, а также к неочевидному эффекту микрокавитации на торцовых и боковых поверхностях дисков - роторов 5 и дисков статоров 7, что также повышает эффективность обработки минеральных и органических материалов в жидкости, например, их сверхтонкое измельчение. После прохождения всех дисков-роторов 5 и дисков-статоров 7 жидкость поступает на насосное колесо 11, способствующее удалению жидкости из устройства и выводится из корпуса 1 через патрубок 3. Все вышеперечисленные явления увеличивают разнообразие видов воздействий на минеральные и органические материалы при их обработке в жидкости,оказывают дополнительное воздействие,интенсифицируют процесс обработки и повышают эффективность обработки минеральных и органических материалов за счет использования дополнительных явлений, происходящих в жидкости при работе устройства, позволяют обрабатывать материалы как за счет непосредственного их контакта с дисками - роторами и дисками - статорами, так и материалы, взвешенные в жидкости, и не контактирующие с дисками, при любой их концентрации в жидкости. А то, что диски - роторы 5 не соприкасаются при работе с дисками - статорами 7 уменьшает сопротивления вращению ротора и снижает энергоемкость привода. Также разнообразие явлений и видов воздействий на обрабатываемый материал, происходящих при работе устройства, позволяют применять его для перемешивания жидкости с твердыми веществами, с жидкостями или газами и получения неразделяющихся эмульсий или суспензий. Для например, наиболее эффективной обработки материалов в жидкости, для их сверхтонкого измельчения, рекомендуется принимать значение зазора 8 между соседними дисками - роторами 5 и дисками - статорами 7, равное 0,10,5 мм. Для изменения величины зазора 5 необходимо заменить втулки 8 между соседними дисками - роторами 5 и втулки 9 между соседними дисками - статорами 7 на втулки большей или меньшей ширины,соответственно, приближая диски - роторы 5 и диски статоры 7 друг к другу при уменьшении зазора , или отдаляя их друг от друга при увеличении зазора . Также повышению эффективности работы устройства способствует то, что жидкость внутри корпуса 1 расчленена на небольшие объемы, которые насыщены рабочими органами, вследствие чего обработка осуществляется во всем объеме устройства,что повышает эффективность использования объема, а воздействие на жидкость осуществляется перпендикулярно направлению течения жидкости. При этом, изменяя количество подвижных и неподвижных дисков, можно изменять количество ступеней обработки. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Устройство для обработки минеральных и органических материалов в жидкости, содержащее корпус с входным и выходным патрубками, внутри которого на приводном валу смонтированы перфорированные диски-роторы, а к внутренней поверхности корпуса прикреплены шпонки, на которых смонтированы перфорированные дискистаторы, отличающееся тем, что диски-роторы и диски-статоры расположены друг от друга на расстоянии, не превышающем толщину пограничного слоя жидкости на диске-роторе, а между соседними дисками-роторами и между соседними дискамистаторами установлены втулки, при этом у входного и выходного патрубков корпуса на приводном валу установлены насосные колеса, а на торцовых и боковых поверхностях дисков-роторов и дисковстаторов выполнены рифления.