Роторный аппарат

1)4 В 01 Р ГОСУДАРСТВЕН ПО ДЕЛАМ ИЗ тет сссРи отнРытии.Р ОПИСА БРЕТЕ ВТОРСН ательыйой про енюк,49337 1 союз соВетснихсоциАлистическихРЕСПУБЛИК СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Патент франции У 12кл. В 01 Л, 1959АППАРАТ, содернными по октями и концент.положеннымилопатками,тем, что,процессов дисвания за счето акустическоимеют периоинув(54)(57) 1. РОТОРНЫЙжащий ротор с расположеружности упругими лонасричный ему статор с распо окружности упругимио т л и ч а ю щ и й с яс целью интенсификациипергирования и перемешисоздания широкополосногго поля, лопасти роторадически изменяющуюся дл12306602. Аппарат по п. 1, о т л и ч а. Аппарат по пп. 1 и бо т л ию щ и й с я тем, что длина лопастей ч а ю щ и й с я тем, что длина лопапериодически увеличивается на вели- ток периодически уменьшается на вечину Ь 6 личину д 13. Аппарат по п. 1, о т л и ч а. Аппарат по пп. 1 и 6, о т л ию щ и й с я тем, что длина лопастей ч а ю щ и й с я тем, что длина лопа.периодически уменьшается на величи- ток периодически увеличивается, а ну а 6 . затем уменьшается на величину а 14. Аппарат по и. 1, о т л и ч а. Аппарат по пп. 1 и 6, о т л ню щ и й с я тем, что длина лопастей ч а ю щ и й с я тем, что длина лопапериодически увеличивается, а затем ток периодически изменяется на вели" уменьшается на величину а 15. Аппарат по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что длина лопастейпериодически изменяется на величину 8 фа ах,где а 1 - постоянная величина изменения длины лопаток,11. Аппарат по пп. 1, 6 и 9, о тл н ч а ю щ и й с я тем, что а 8 Фф дЬ где а - постоянная величина изменения длины лопастей;- произвольная переменная величина6. Аппарат по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что лопатки статора имеют периодически изменяющуюся длину.7. Аппарат по пп. 1 и 6, о т л ич а ю щ и й с я тем, что длина лопаток периодически увеличивается на величину а 1 12. Аппарат но пп. 1, 6 и 9, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что лопас" ти ротора н лопатки статора установлены в две ступени, при этом длина лопастей ротора в одной ступени больше длины лопаток статора той хе сту" пени, а длина лопастей ротора в другой ступени меньше длины лопаток статора той хе ступени.Изобретение относится к смесительной технике и может быть использовано в химической промышленности для проведения цроцессов диспергирования, гомогенизации, перемешивания и т.д. в жидкотекучих средах, в частности при производстве фотографических .материалов.целью изобретения является интенсификация процессов диспергирования и перемешивания многокомпонентных ярких систем за счет создания широкополосного акустического цоля.На фиг, 1 избрашена.мешалка, продольный разрез (стрелками показано направление вращения ротора, направление двивения обрабатываемой лидкой среды);на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1, вариант с увеличивающейся на величину а 5 длиной лопастей на фиг. Э - то ае, вариант с уменьшаю 3щейся на величину ь 1 . длиной лопастей, на фиг. 4 - вариант с увеличи.вающейся и уменьшающейся на величину а длиной лопастей, на фиг. 5 " 5 вариант с.изменяющейся на величину31 = ьГз 1 п к; на фиг, 6 - вариантс увеличивающейся на величину а 1.длиной лопаток статора, на фиг. 7 -вариант с уменьшающейся на величи 1 в ну а 4 длиной лопаток статора, нафиг. 8 - вариант с увеличивающейсяи уменьшающейся на величину дЬ длиной лопаток статора, на фиг, 9 - ва-.риант с длиной лопаток, изменяющейся 15 на величину Е - Ь. вя х ; на фиг.10 сечение Б-В на фиг. 1, вариант срасположением лопастей и лопаток вдве ступени, при этом лопасти однойступени. длиннее лопаток другой ступе ни (стрелкой показано направлениевращения ротора), на фиг. 11 - сече660 40 з 230ние А-А .на фиг. 1, с различными вариантами изменения длин лопаток и лопастей. На фиг. 1-11 штрихпунктирной линией проведены огибающие лопаток и лопастей, образующие разнообраз ные каналы.Мешалка содержит корпус 1 с концентрично размещенными статорами 2и роторами 3. Между каждым ротором 3и статором 2 образованы камеры смеше ния 4, разделенные перегородками 5.В каждом статоре 2 по окружности установлены упругие лопатки 6 и 7 вдве ступени, имеющие периодическиизменяющуюся длину. На роторе 3 размещены упругие лопасти 8 и 9, имеющиепериодически изменяющуюся длину. Вкорпусе 1 установлены патрубки подвода компонент 10-17. Камеры смешения 4соединяются между собой посредством 20радиального зазора 18, расположенного между перегородками 5 и ротором 3.Корпус 1 снабжен выходным патрубком 19. В статорах 2 расположеныполости 20 для подвода в них теплоносителя, Кроме того, аппарат можетбыть снабжен датчиками температурыв каждой камере смешения 4, Лопастиротора 8 и 9 имеют периодически изменяющуюся длину. 30Известно, что частота собственныхколебаний пластин (лопаток, лопастей) определяется из выражения:35где Р - частота колебаний пластин,Э " безразмерный коэффициент,зависящий от формы колебаний и условий закрепления.пластин ( Э, = 15,4, а == 50,0, э = 104,0),- длина пластины,Е - модуль упругости материалапластины,- момент инерции сечения пластины,И - масса единицы длины пластины.Из выражения видно; что частотаколебаний пластин в большей степени 50зависит от ее длины 1 , и незначительное изменение длины лопаток и лопастей приводит к существенным изменениям частот их собственных колебаний. 55Выполнение лопастей ротора с периодически изменяющейся по различным зависимостям длиной, а также введение в каждую камеру смешениялопаток различной длины, установленных на статоре по окружности, длинакоторых также периодически меняетсяпо различным зависимостям, приводитк тому, что каждая лопатка и лопастьв камерах смешения имеют собственнуючастоту колебаний, определяемую изприведенного выражения, следовательно, в каждой камере смешения имеетместо широкополосное акустическоеполе, интенсивно воздействующее наобрабатываемую среду.Длина лопастей 8 и 9 и лопаток 6и 7 может периодически увеличиватьсяна величину А , в этом случае приобтекании лопаток и лопастей жидкойсредой на каждую иэ них воздействуетжидкость, оказывая давление, пропорциональноеЧ (где 0 - плотностьжидкости, ч - скорость жидкости).За последней самой длинной лопаткойобразуется зона срыва вихрей. В этойзоне имеет место кавитация, пульсация давления и в ней же располагаются следующие лопатки (лопасти). Та 1 ким образом, на лопасти (лопатки)оказывает действие пульсирующи 9 по.ток жидкости, заставляя каждую из нихколебаться с максимальной амплитудойв области частот, близких к собственной частоте колебаний.Длина лопастей 8 и 9 и лопаток 6и 7 может периодически уменьшатьсяна величину д 1 . В этом случае напервую лопатку (лопасть) оказываетнаибольшее динамическое воздействиенабегающий поток жидкости. За этойлопаткой образуется, как и в преды-дущем случае, зона срыва вихрей.Срывающиеся вихри образуются за каждойлопаткой (лопастью) . Это также способствует усилению пульсации в области установки группы лопаток, что,в свою очередь, интенсифицирует акустические явления в аппарате,Длина лопастей 8 и 9 и лопаток 6и 7 может периодически увеличиваться,а затем уменьшаться. В этом случаеэффект такой же, как в двух предыдущих вариантах,Длина лопастей 8 и 9 и лопаток 6 и 7 может периодически изменяться соответственно на величину 81 = а 1 эя к и 81 а эюх(где А 6 и аЬ - постоянные величины изменения длины лопас тей и лопаток, Х - произвольная переменная величина). При этом собстличных лопастей и лопаток, При этомразрушению (диспергированню) подвергаются у данной лопатки или лопаститолько те частицы дисперсной фазы,которые наиболее легко разрушаютсяпри действии на них данной частоты(частоты, с которой колеблется данная лопатка),Известно, что диаметр дисперсныхчастиц, подвергаемых разрушению (делению) в акустическом поле, находится в интервале 0,25-0,1 длины стоячей волны колеблющихся лопастей и лопаток. У другой лопатки (лопасти), колеблющейся с другой частотой, произойдет разрушение (дробление) частиц дисперсной фазы, имеющей другой размер, Таким образом, процесс диспергирования в аппарате в камерах смешения будет идти на оптимальных условиях для частиц дисперсной фазы различных размеров.При изменении длины лопастей и лопаток на величины й и 61. частоты их собственных колебаний будут меняться соответственно пропорционально величинам.% 12306венная частота колебаний лопастей илопаток меняется плавно.В аппарате может ь Ф ь . При этомчастоты колебаний лопастей ротораи лопаток статора неодинаковы, чторасширяет акустический спектр аппарата.Установка лопастей и лопаток вкаждой камере в две ступени, где длина лопастей в одной ступени больше 1 Одлины лопаток в этой ступени, а длина лопастей второй ступени меньшедлины лопаток в этой же ступени, приводит к тому, что при движении лопастей ротора относительно лопаток статора в зазорах между ними возникаютзначительные срезывающие напряженияв жидкости и пульсационные явления,интенсифицирующие процессы диспергирования, перемешивания. 20Количество ступеней, упругих лопаток 6 и 7 и упругих лопастей 8 и9 в каждой камере смешения 4, а также изменение длин лопаток и лопастей,их сочетание и расположение в грунпах может быть любым из перечисленных выше вариантов. Это зависит отсвойств вводимых в камеры смешения 4жидкотекучих продуктов,Аппарат работает следующим об- ЗОразом.Обрабатываемая жицкотекучая средапоступает в корпус через патрубкиввода 10-17, В камере смешения 4 привращении ротора 3 она подвергаетсявоздействию со стороны упругих лопастей 8 и 9, закрепленных на роторе 3,а также со стороны упругих лопаток 6и 7, закрепленных на статоре 2. Приэтом жидкотекучая среда эффективноперемешивается в камерах смешения 4,так как упругие лопатки 6 и 7, закрепленные в статоре 2, предотвращаютее закрутку,При движении ротора 3 с закреплен 45ными на нем лопастями 8 и 9, установленными в две ступени (при этом длины лопастей меняются по перечисленным зависимостям), имеет место относительное движение жидкой среды какотносительно лопастей 8 и 9 ротора 3,так и относительно лопаток 6 и 7 статора 2. За самыми длинными лопастямии лопатками образуются зоны высокочастотного срыва вихрей, в которых 55пульсирует давление, скорость и т.д.,что заставляет упругие лопасти и лопатки совершать колебания. Частотный 60 6.спектр акустических колебаний в.таких зонах достаточно широкОн вызывает интенсивные колебания лопатоки лопастей, причем увеличение амплитуды их колебаний происходит тогда,когда частоты собственных колебанийлопаток и лопастей в группах совпадают с частотами вынуждающих возмущений. Таким образом, имеет местоболее полное использование энергииакустических колебаний лопаток илопастей, так как можно добитьсятакого режима срыва вихрей (подбором частоты вращения, материала лопаток и лопастей, длины, закона их изменения), что все лопатки и лопасти в группах будут совершать интенсивные (с максимальной амплитудой) колебания,Колеблющиеся лопатки и лопасти интенсивно воздействуют на протекающую в каналах между ними жидкотекучую многокомпонентную среду. В этой среде находятся частицы различных размеров, диапазон которых бывает1значителен. Перемещаясь в камерах смешения 4, частицы дисперсной фазы различных размеров оказываются у раз 1йРьР)25 7 12306 где 1 - число лопастей в группе лопастей, изменяющих длину заодин период,Н - число лопаток в группе лопаток, изменяющих длину заодин период.Шаг изменения частоты колебаний зависит от шага изменения длины лопаток и лопастей дВ и дЬ . Чтобы уменьшить разницу в собственных час тотах колебаний двух соседних лопаток и лопастей (уменьшить шаг частот), шаг изменения длины лопаток и лопастей целесообразно менять пропорционально функции синуса. В этом случае 15 при малых изменениях синусной функции длина лопастей и лопаток меняется на незначительную величину 61 = = д 6 зепх и 3 =д, зюх, а частоты собственных колебаний таких 20 лопастей и лопатокбудут пропорциональны величинам Р . х ьн, а хф (1 д 3 5 п х 1 (Ьд и х 1При таком плавном изменении частотсобственных колебаний лопаток и лопастей будет иметь место более плотныйакустический спектр частот в аппарате. Большая плотность акустическогополя повышает интенсивность диспергирования жидкотекучих систем,При движении жидкости в осевомнаправлении аппарата она попадает взазор между двумя ступенями лопаток 35и лопастей. Поскольку эти лопасти илопатки перекрывают друг друга подлине, в этой области камеры смешения 4 имеют место высокие градиентыскорости, ускорения и т.д вызван" 40ные не только вращением лопастей ротора относительно лопаток статора,но и интенсивными колебаниями последних. Взаимное расположение лопатоки лопастей, их групп в этой области ф 5будет циклически меняться, что, всвою очередь, приведет к взаимному 60 8влиянию лопаток на лопасти (на характер их колебаний) и наоборот. Высокие градиенты скоростей, ускорений, сложная акустическая (меняющаяся во времени) обастановка в этой области интенсифицируют процессы диспергирования, растворения, т.е. интенсифицируют обработку жидкотекучих систем.Обрабатываемая жидкость из одной камеры смешения в другую поступает через радиальные зазоры 18 между перегородками 5 и ротором 3. Пройдя через весь аппарат, жидкость через выходной патрубок 19 выходит из него. При неодинаковой длине лопастейротора и лопаток статора и синусоидальном изменении длины лопастей и лопаток в аппарате создается широкополосное акустическое поле, интенсифицирующее процессы диспергирования в жидких гетерогенных средах, благодаря избирательному воздействию различных длин волн на частицы определенного интервала размеров, При движении лопастей ротора относительно лопаток статора, из-эа движения в том же направлении жидкости, находящейся в камерах смешения, имеет место движение последней в канале переменного сечения с резким сужением или расширением. Известно, что в таких каналах имеет место высокочастотный срыв,вихрей, кавитация, что приводит к гидравлическим ударам, а это способствует процессу диспергирования дисперсной фазы, находящейся в диснерсной системе. Расположение лопаток и лопастей в камерах смешения в две ступени приводит к возникновению больвих градиентов скоростей, ускорений и т.д., возникающих в жидкой среде под действием вращающихся и колеблющихся лопастей ротора и колеблющихся и неподвижных лопаток статора в областиерехода от одной ступени к другой. Это также интенсифицирует процесс диспергирования в аппарате.