Роторный аппарат

 

Использование: для обработки волокнистой, например растительной, массы путем разрезания, рубки, раздавливания и обработки экстрагентом и отделения экстракта от клетчатки. Сущность: роторный аппарат содержит корпус с загрузочным и разгрузочными устройствами, прорезной цилиндрический статор, коаксиально расположенный в нем приводной ротор, имеющий диск с гребневидными лопатками, отверстиями и шнеком, ведомый ротор с неподвижным и возвратно-перемещаемым в осевом направлении дисками с гребнями, между которыми с эксцентриситетом расположен диск приводного ротора с ответными гребневидными лопатками и впадинами. 3 ил.

Изобретение относится к агрохимическому и сельскохозяйственному машиностроению, в частности к устройству для обработки волокнистой, например растительной, массы путем разрезания, рубки, раздавливания и обработки экстрагентом и отделения экстракта от клетчатки.

Изобретение может применяться в различных отраслях промышленности, например: в пищевой промышленности в качестве соковыжималки, то есть для отделения сока от мякоти; в молочной промышленности в качестве сепаратора для отделения сливок от молока; в лесной промышленности в качестве измельчителя и агрегата для приготовления древесно-лиственной или хвойной муки; в химической промышленности в качестве пресс-фильтра для нетермической и безвакуумной сушки пастообразных масс и т.п.

Известен роторный экстрактор, предназначенный для интенсификации процесса экстракции в системе жидкость - твердое тело [1]. Данное техническое решение принято за базовый образец.

Базовый образец состоит из коаксиально расположенных прорезных цилиндров ротора и статора, снабженных с обеих сторон прорезей цилиндрическими элементами. Обрабатываемая среда проходит через прорези ротора и статора в радиальном направлении, подвергается ударам, истиранию и пульсациям давления, диспергируется и экстрагируется.

Недостатки базового образца - низкая надежность аппарата из-за забивания зазора и пространства между глухими цилиндрическими элементами и низкие амплитуды пульсаций давления из-за больших зазоров между ротором и статором. Забивание роторного экстрактора можно уменьшить, если зубья ротора и статора выполнить коническими, а амплитуды пульсаций давления можно увеличить, если ротор снабдить лопастями.

Известен роторный экстрактор, содержащий лопастной ротор, снабженный диском с прорезными гребнями, утопающими в ответных гребневых впадинах дискового статора [2]. Данное техническое решение роторного экстрактора принято за аналог.

Аналог содержит корпус с патрубками подвода-отвода рабочих сред, дисковый статор с гребнями, взаимодействующими с ответными гребнями диска лопастного приводного ротора. Гребни ротора и статора снабжены радиальными прорезями. Обрабатываемое сырье нагнетается лопастями ротора в прорези и в зазор между гребнями, диспергируется и экстрагируется.

Недостатки роторного экстрактора - потребность дополнительного оборудования для мелкофракционного дробления сырья, разделения и очистки продукта, а также невозможность обработки волокнистых материалов из-за их значительного механического повреждения при прохождении трех пар рабочих гребней ротора-статора.

Известно техническое решение роторного экстрактора, частично устраняющее отмеченные недостатки [3], принятое за прототип.

Роторный экстрактор-прототип содержит корпус с загрузочным и разгрузочным устройствами, прорезной цилиндрический статор и коаксиально расположенный в нем приводной ротор имеющий диск с гребневидными лопатками, отверстиями и шнеком. Обрабатываемую среду подают в загрузочное устройство. Вращающийся шнек создает предварительный напор и отбрасывает рабочую среду на гребневидные лопатки диска и отверстия ротора. Обработанные компоненты, пройдя через отверстия приводного ротора и прорези статора, отводятся через разгрузочные устройства из корпуса.

Недостатки прототипа - низкая интенсивность процесса экстракции и недостаточная надежность аппарата из-за забивания шнека и полости ротора обрабатываемой волокнистой массой. Это обусловлено небольшими проходными сечениями прорезей в статоре и отверстий в роторе. Если же отверстия и прорези увеличить, то измельчение волокнистой массы будет недостаточным для проведения интенсивной экстракции.

Цель изобретения - интенсификация процесса экстракции и повышение надежности работы аппарата.

Поставленная цель достигается тем, что роторный экстрактор, содержащий корпус с загрузочным и разгрузочными устройствами, прорезной цилиндрический статор и коаксиально расположенный в нем приводной ротор, имеющий диск с гребневидными лопатками, отверстиями и шнеком, снабжен дополнительно ведомым ротором с неподвижным и возвратно-перемещаемым в осевом направлении дисками с гребнями, между которыми с эксцентриситетом расположен диск приводного ротора с ответными гребневидными лопатками и впадинами.

Достижимость поставленной цели изобретения и, следовательно, существенность отличительных признаков обосновываются тем, что отличительные признаки создают новый механизм разрушения - это раздавливание вместо резания. При этом происходят постоянные радиальные перемещения гребней дисков приводного и ведомого ротора относительно друг друга за счет эксцентриситета, что ведет к механическому сжатию массы и выдавливанию сока из нее. Центробежные силы и осевое возвратное перемещение одного диска относительно другого позволяет создать в полости ведомого ротора уплотненную массу из обрабатываемого материала. Следовательно, создается возможность отделения сока или экстракта от волокнистой (клетчатки растительной) массы и одновременный отвод последней из зоны обработки через радиальные прорези в гребнях без разрушения структуры и забивания аппарата, т.е. отличительные признаки соответствуют критерию "положительный эффект".

Сравнительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что в нем отсутствуют признаки, сходные с прототипом, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Поиск аналогичных технических решений в заявляемой и смежных областях техники показал, что в них отсутствуют признаки заявляемого технического решения. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 схематически изображен роторный экстрактор, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.

l - эксцентриситет w - угловая скорость Роторный экстрактор содержит сборно-разборный корпус 1, снабженный цилиндрическим статором 2, с торцовыми прорезями 3, отводящим патрубком 4, люком 5 и загрузочным бункером 6. В корпусе 1 на пустотелой консоли 7 с помощью подшипников 8 смонтирован приводной ротор 9, расположенный концентрично в статоре 2 и с эксцентриситетом l = (1-5) мм в ведомом роторе 10. Ведомый ротор 10 закреплен с помощью своей пустотелой цапфы 11 и подшипника 12 в корпусе 1 с возможностью свободного вращения относительно корпуса 1 и приводного ротора 9. Приводной ротор 9 снабжен концентрическими рядами гребней 13 с прорезями 14 и наклонными отверстиями 15, шнеком 16 с рубящими винтовыми лопастями 17, приводным валом 18 и нагнетающий лопастной втулкой 19. Ведомый ротор 10 выполнен в виде двух дисков, один из которых подвижный диск 20 снабжен радиальными прорезями 21 и выполнен возвратно-перемещающимся в осевом направлении за счет упругих элементов 22, утопленных в отбортовке 23. Диски ведомого ротора 10 снабжены ответными гребнями 24 под ряды впадин и гребней 13 приводного ротора 9. Проходное сечение радиальных прорезей 21 изменяется от нуля до максимума при осевом перемещении подвижного диска 20. Упругие элементы 22 ведомого ротора 10 выполнены в виде индивидуальных цилиндрических пружин сжатия, что предпочтительно, или состоят из набора упругих шайб, тарельчатых пружин, упругих резиновых втулок и т.д. В загрузочном бункере 6 смонтирован колосник 25.

Роторный экстрактор работает следующим образом. Волокнистое сырье, подлежащее переработке например хвойные ветки и экстрагент подают в загрузочный бункер 6. При вращении приводного ротора 9 рубящие винтовые лопасти 17 шнека 16 и ребра колосника 25 осуществляют первичное крупное измельчение хвои путем рубки до размеров 1-15 мм и гонят эту массу в рабочую зону нагнетающей лопастной втулки 19. Здесь растительная масса ударяется о ее лопасти и отбрасывается центробежными силами на статор 2 и в его прорези 3, измельчаясь дополнительно за счет ударов и срезывающего действия. В зоне лопастной втулки 19 и при проходе сквозь прорези 3 растительная масса вторично измельчается до размеров 1-3 мм. Далее хвойная масса забивает зазоры между впадинами и гребнями 13 и 24, перемещаясь по ним к периферии за счет центробежной силы и расширения проходного сечения из-за увеличения радиуса. Возникающая сила трения между хвойной массой, приводным ротором 9 и ведомом ротором 10 приводит последний во вращение. Поскольку приводной ротор 9 смонтирован эксцентрично ведомому ротору 10, то хвойная масса подвергается механическому обжатию между впадинами и гребнями 13, 24 и дополнительному к центробежной силе механическому перемещению к периферии роторов 9 и 10. При этом происходит выдавливание из хвойной массы жидкой фракции и обезвоживанию клетчатки. За счет разницы в плотностях, обезвоженная клетчатка перемещается к периферии, а экстракт по наклонным отверстиям 15 продвигается к центру и выливается через пустотелую цапфу 11 в отводящий патрубок 4. Стенки прорезей 14 работают как нагнетательные лопасти, не позволяя жидкому экстракту выходить в зону лопастной втулки 19 и через радиальный зазор между подвижным диском 20 и наружной стенкой статора 2 в полость корпуса 1. По мере накопления обезвоженной клетчатки на периферии роторов 9 и 10 плотность ее и давление на подвижный диск 20 возрастают. Это вызывает осевое перемещение его и открытие радиальных прорезей 21. Обезвоженная клетчатка выбрасывается через них центробежной силой во внутреннюю полость корпуса 1, из которой удаляется через люк 5. Давление в зазоре между гребнями 13, 24 падает и упругие элементы 22 возвращают диск 20 в исходное положение. Радиальные прорези 21 или закрываются или остаются минимально открытыми, автоматически регулируя вывод обезвоженной клетчатки из зоны обжатия и отвод жидкого экстракта через пустотелую цапфу 11 в отводящий патрубок 4.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в высокой эффективности и интенсивности работы. Это обусловлено постоянным радиальным перемещением впадин и гребней 13 и 14 относительно друг друга за счет эксцентриситета роторов 9 и 10, что ведет к выдавливанию экстракта из растительной массы, и осевым возвратно-поступательным перемещением подвижного диска 20, что исключает забивание и повышает надежность работы аппарата.

Формула изобретения

РОТОРНЫЙ АППАРАТ, содержащий корпус с загрузочным и разгрузочными устройствами, прорезной цилиндрический статор и коаксиально расположенный в нем приводной ротор, имеющий диск с гребневидными лопатками, образующими между собой впадины, отверстиями и шнеком, отличающийся тем, что, с целью, интенсификации процесса экстракции и повышения надежности в работе аппарата, приводной ротор снабжен ведомым ротором с неподвижным и возвратно-перемещаемым в осевом направлении дисками с гребнями, между которыми с эксцентриситетом расположен диск приводного ротора, при этом гребни диска одного ротора расположены во впадинах другого и имеют одинаковую с впадинами форму.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3