Роторно-пульсационное устройство

Изобретение относится к устройствам для обработки водных пульп органических материалов и может быть использовано в пищевой промышленности, парфюмерии, при производстве технического и пищевого спирта, при переработке органических отходов и пр. Роторно-пульсационное устройство содержит привод, статор и ротор, установленные в корпусе, входное отверстие, выполненное в статоре, а выходное в корпусе, на рабочих поверхностях статора и ротора выполнены концентрично расположенные по окружности ряды зубцов, между которыми образованы пазы, причем зубцы соседних рядов смещены относительно друг друга, причем по периферии ротора выполнены лопасти крыльчатки, при этом в устройстве выполнена зона дробления частиц, образованная между лопастями ротора, установленными на рабочей поверхности ротора и дополнительными пазами статора, имеющими расширение от центра вращения, в статоре установлен штуцер подачи жидкости, оснащенный клапаном, на корпусе установлен штуцер подачи газа, соединенный каналами подачи газа с элементами распределения потока газа, прижатыми уплотнительной крышкой, вблизи которых движутся допасти крыльчатки, при этом для диагностики состояния рабочих органов и непрерывной коррекции частоты вращения вала, с наружной стороны статора установлен датчик детонации. На каждом элементе распределения потока газа и на уплотнительной крышке выполнено рифление, в виде накатки. Передняя кромка зубцов выполнена под острым углом, в диапазоне 60-85 град., относительно вектора скорости кромки. Изобретение позволяет: увеличить надежность устройства за счет уменьшения частоты остановок для ручной прочистки и уменьшить интенсивность отказов по причине поломки; увеличить ресурс уплотнения; увеличить эффективность обработки; расширить область применения за счет возможности обработки в автоматическом режиме водных пульп, содержащих крупнокусковые и протяженные фрагменты; обеспечить возможность насыщения обрабатываемой пульпы маленькими пузырьками газа; расширить возможность автоматизации при встраивании устройства в системы обработки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к устройствам для обработки водных пульп органических материалов, и может быть использовано в пищевой промышленности, парфюмерии, при производстве технического и пищевого спирта, при переработке органических отходов и пр.

Уровень техники

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является роторно-пульсационный аппарат (см. [1] патент РФ №2516559, МПК B01F 7/02, опубл. 10.02.2014), содержащий привод, корпус с входным и выходным патрубками и установленные в корпусе ротор и статор, на рабочих поверхностях которых выполнены концентрично расположенные по окружности ряды шипов, чередующихся с пазами, входные лопатки, жестко прикрепленные к рабочей поверхности ротора, и выходные лопатки, являющиеся выступами последнего ряда шипов и пазов, при этом устройство снабжено дополнительными входными лопатками, установленными между входными лопатками на роторе, который установлен с возможностью реверсивного вращения, при этом длина дополнительных входных лопаток меньше длины входных лопаток насоса, оси симметрии дополнительных входных лопаток, входных лопаток и выходных лопаток расположены радиально, а продольная ось напорного патрубка и центральные оси ротора и статора расположены на одной прямой.

Недостатком аналога является:

- отсутствие возможности получения информации о состоянии устройства, что увеличивает вероятность отказа устройства, исключает организацию самооочистки и усложняет построение интеллектуальных систем обработки материалов;

- недостаточная степень обработки из-за неоптимальной геометрии рабочих органов;

- при обработке волокнистых и крупнокусковых материалов возможно засорение устройства, устранение засора возможно только путем ручной прочистки, для этого требуется разборка устройства; самоочистка устройства не предусмотрена. Высокая вероятность засорения ограничивает область применения устройства. Идентификация этой ситуации в автоматическом режиме затруднена;

- используемое в устройстве торцевое уплотнение часто выходит из строя из-за наличия в сырье абразивных частиц;

- недостаточные напорные характеристики устройства увеличивают склонность его к засорению, а также вынуждают в некоторых случаях ставить дополнительные насосы на выходе устройства;

- не предусмотрена возможность насыщения обрабатываемых пульп микропузырьками газа.

Ухудшение или прекращение работы известных устройств возможно по нескольким причинам:

• Абразивный износ рабочих органов

В процессе функционирования устройства происходит постепенное изменение размеров некоторых зон рабочих органов, а также некоторых зон корпуса из-за истирания абразивными частицами. Износ рабочих органов приводит к постепенному ухудшению качества обработки сырья; одновременно меняется спектр колебаний, сопровождающих процесс обработки.

Ухудшение качества обработки на производстве выявляется с большой задержкой, обычно в результате анализа причин снижения качества обработки. Замена рабочих органов обычно проводится после выявления необходимости замены в планируемые заранее технологические перерывы. Таким образом, получается, что оборудование длительное время работает неэффективно.

Своевременная диагностика состояния рабочих органов обеспечивает возможность своевременной замены и обеспечения постоянной работы оборудования в штатном режиме.

• Засорение

Обрабатываемая органическая пульпа в большинстве случаев (за исключением применений в парфюмерной, пищевой промышленностях и при производстве спирта) содержит крупные частицы разных размеров. При работе аналогов наиболее крупные и протяженные частицы часто застревают между верхушкой лопастей и сопрягаемой с ней частью зубчатки (зона 12, фиг. 1). Скольжение частиц, зацепившихся за край лопасти вдоль поверхности зубчатки, приводит к интенсивному износу этой поверхности зубчатки, резкому увеличению потребляемой энергии, перегреву рабочей зоны. С увеличением зазора в результате износа между верхушкой лопастей и сопрягаемой с ней частью зубчатки скорость износа возрастает.

Другой механизм засорения заключается в налипании протяженных частиц на лопасти в зоне 15 на фиг. 1. Застрявшие частицы сокращают проходное сечение устройства, перекрывают вход для иных частиц и через некоторое время (обычно доли или единицы минут) поступление пульпы на вход устройства блокируется. Работа устройства в режиме засорения характеризуется нарастанием степени засорения, резким увеличением скорости износа поверхностей, существенным увеличением удельного расхода энергии.

• Появление воздуха в камере, отсутствие или мало сырья

По ряду причин подача сырья на обработку может прерываться (засорение подающего трубопровода, воздушный карман, неисправность оборудования и пр). В этом случае устройство осуществляет многократную обработку последней порции сырья. Напорные свойства устройства в этом режиме близки к нулю и без внешнего источника напора пульпы ситуация не меняется. Порция сырья быстро нагревается (3-20 минут в зависимости от вида сырья и режима обработки), вплоть до термического разложения. Удалить продукты разложения обычно можно только при ручной прочистке устройства.

• Выход из строя уплотнения вала

Частицы, входящие в состав сырья могут попасть в уплотнение и вывести его из строя. Особенно опасны абразивные компоненты (частицы с высокой твердостью), присутствующие в большинстве обрабатываемых устройством пульп.

Сущность изобретения

Задачей заявленного изобретения является улучшение эксплуатационных свойств устройства, осуществляющего гидроударное воздействие на пульпу, получение информации о текущем состоянии устройства, расширение области применения за счет устойчивости к засорению, увеличение напорных характеристик и ресурса уплотнений, усиление воздействия на частицы пульпы, обеспечение возможности насыщение пульп микропузырьками газов, гомогенизация водных пульп и измельчение органических включений.

Техническим результатом является:

• увеличение надежности устройства за счет уменьшения количества/интенсивности остановок для ручной прочистки и уменьшения интенсивности отказов по причине поломки, увеличение ресурса уплотнения;

• увеличение эффективности обработки;

• расширение области применения за счет возможности обработки в автоматическом режиме водных пульп, содержащих крупнокусковые и протяженных фрагментов;

• обеспечение возможности насыщения обрабатываемой пульпы маленькими пузырьками газа;

• расширение возможностей автоматизации при встраивании устройства в системы обработки.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет роторно-пульсационного устройства, содержащего привод, статор и ротор, установленные в корпусе, входное отверстие выполнено в статоре, а выходное - в корпусе, на рабочих поверхностях статора и ротора выполнены концентрично расположенные по окружности ряды зубцов, между которыми образованы пазы, причем зубцы соседних рядов смещены относительно друг друга, причем по периферии ротора выполнены лопасти крыльчатки, при этом в устройстве выполнена зона дробления частиц, образованная между лопастями ротора, установленными на рабочей поверхности ротора и дополнительными пазами статора, имеющими расширение от центра вращения, в статоре установлен штуцер подачи жидкости, оснащенный клапаном, на корпусе установлен штуцер подачи газа, соединенный каналами подачи газа с элементами распределения потока газа, прижатыми уплотнительной крышкой, вблизи которых движутся допасти крыльчатки, при этом для диагностики состояния рабочих органов и непрерывной коррекции частоты вращения вала, с наружной стороны статора установлен гидрофон.

Так же технический результат достигается за счет того, что на каждом элементе распределения потока газа и на уплотнительной крышке выполнено рифление, в виде накатки.

Так же технический результат достигается за счет того, что передняя кромка зубцов выполнена под острым углом, в диапазоне 60-85 град, относительно вектора скорости кромки.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 изображена установка для обработки органического сырья, общий вид (разрез).

На фиг.1 обозначены следующие позиции:

1 - статор (зубчатка); 2 - ротор (рабочее колесо); 3 - корпус; 4 - зубцы статора (зубчатые элементы); 5 - зубцы ротора (зубчатые элементы); 6 - вал привода; 7 - уплотнение вала; 8 - входное отверстие; 9 - выходное отверстие; 10 - лопасти крыльчатки; 11 - лопасти ротора; 12 - зона дробления частиц; 13 - штуцер подачи жидкости; 14 - клапан; 15 - зона налипания частиц; 16 - штуцер подачи газа; 17 - каналы подачи газа; 18 - элементы распределения потока газа; 19 - уплотнительная крышка; 20 - гидрофон (звукоприемник).

Осуществление изобретения

Роторно-пульсационное устройство (фиг. 1) содержит статор 1 и ротор 2, расположенные в корпусе 3.

Статор 1 выполнен или отдельно, или зацело с крышкой (на фиг. не показана) корпуса 1. На рабочей поверхности статора 1 выполнены, концентрично расположенные по окружности, ряды зубчатых элементов (зубцы статора 4), между которыми образованы пазы.

Ротор 2 выполнен в виде диска, на рабочих поверхностях которого выполнены концентрично расположенные по окружности ряды зубчатых элементов (зубцы ротора 5), между которыми образованы пазы. Ротор 2 закреплен на валу 6 привода (на фиг не показан) с возможностью вращения совместно с валом, причем между валом 6 и корпусом 3 выполнено уплотнение вала 7.

Кольцевые ряды зубцов 4 и 5 входят в соответствующие противоположно расположенные пазы статора 1 и ротора 2, причем зубцы 4 и 5 соседних рядов смещены относительно друг друга. Такое расположение зубцов исключает сквозной прохождение необработанной пульпы через открытые пазы. Передняя кромка зубцов 4 и 5 выполнена под острым углом, в диапазоне 60-85 град, относительно вектора скорости кромки, что обеспечивает интенсивное образование вихревого движения пульпы в замкнутом объеме паза. При таком вихревом движении создается ускорение в сотни G, что приводит к интенсификации создания дефектов клеточной структуры органических частиц, входящих в состав пульпы.

Подача пульпы осуществляется через входное отверстие 8, расположенное в центральной части статора 1. Выход обработанной пульпы осуществляется через выходное отверстие 9, выполненное в корпусе 3.

На внешнем диаметре ротора 2 выполнены лопасти крыльчатки 10 (крыльчатка), выполняющая функцию лопасти импеллера, которая направлена на выполнение трех основных функций:

• ускорение обработанной пульпы, что обеспечивает эвакуацию обработанной пульпы, исключая засорение внешней зоны устройства;

• создание разряжения потоком пульпы в зоне работы уплотнения и исключение попадания абразивных частиц в рабочую щель уплотнения вала 7;

• съем пузырьков с множества каналов (об этом ниже).

Для повышения эффективности обработки пульпы и устранения засорений/налипания частиц, в устройство дополнительно введена зона дробления частиц 12, образованная между лопастями ротора 11, выполненными на рабочей поверхности ротора 2, и дополнительными пазами статора 1 (на фиг. не показаны), имеющими расширение от центра вращения. Под действием вращения, застрявшие органические частицы, попадающие в этот паз, измельчаются между верхней кромкой лопасти 11 и дополнительными пазами статора (так называемая зубчатка), расположенными в зоне 12, при этом образующиеся фрагменты частиц под действием центробежных сил поступают в зону обработки зубцами 4 и 5. Расширение профиля паза от центра вращения обеспечивает эффективную эвакуацию фрагментов частиц.

Также для повышения эффективности обработки пульпы и устранения засорений/налипания частиц (зона налипания частиц 15) в статоре 1 (если он выполнен зацело с крышкой корпуса) или также в крышке корпуса (если она выполнена отдельно от статора), установлен штуцер подачи жидкости 13, оснащенный клапаном 14. В качестве жидкости используют воду или, для биогазовых применений, жидкую часть эффлюента после сепаратора (фугат) с содержанием частиц менее 5%. Давление жидкости перед клапаном 5-10 атм. Ввод имеет небольшой диаметр 5-15 мм (примерно 0,1-0,3 от условного прохода ввода сырья).

Еще одним важным конструктивным решением является подача газа для насыщения органической пульпы пузырьками газа. Подачу газа осуществляют через штуцер подачи газа 16, установленный на корпусе 1. Газ из штуцера 16 поступает к каналам подачи газа 17, расположенным в элементах распределения потока 18, которые прижаты уплотнительной крышкой 19. На каждом элементе распределения потока газа 18 и на уплотнительной крышке 19 с одной стороны выполнено рифление (накатка).

Для диагностики состояния рабочих органов и оптимизацию режима работы в конструкцию устройства введен гидрофон 20 (звукоприемник). Частота вращения вала 6 может подгоняться под резонансы в камерах, а именно по показаниям датчика детонации 20 корректируется частота так, чтобы интенсивность обработки была максимальная.

Роторно-пульсационное устройство работает следующим образом.

Вращающиеся с высокой скоростью (обычно в диапазоне 2500-3300 об/мин) лопасти 11 обеспечивают вращение поступающего сырья. За счет центробежной силы сырье прижимается к неподвижным зубцам 4. В результате столкновения подвижной пульпы, движущейся со скоростью 10-50 м/с с неподвижными зубцами возникают множественные гидравлические удары, при этом передняя кромка зубцов направляет поток пульпы по вихревой траектории (кромка - подвижный зубец 5 - кромка неподвижного зубца 4). Движущиеся во встречном направлении потоки сталкиваются с подвижными зубцами 5 с увеличенной за счет встречного движения энергией, результатом столкновения вновь появляются гидравлические удары и движение потоков пульпы по вихревым траекториям (кромка подвижного зубца 5 - неподвижный зубец 4 - кромка подвижного зубца 5). Обычно для эффективной обработки расходуется от 1,5 до 5 кВт⋅ч/куб.м пульпы.

Наибольший эффект воздействия на обрабатываемое сырье возникает в том случае, если период возбуждения вихревого потока совпадает со средним временем движения вихревого потока внутри замкнутой ниши. Время движения зависит от вязкости пульпы а также меняется при изменении размеров зубцов вследствие абразивного износа. Наиболее эффективная работа устройства осуществляется при непрерывной коррекции частоты вращения вала 6 по критерию максимального сигнала, на рабочей частоте, регистрируемого гидрофоном 20.

При обработке пульп, содержащих крупные и протяженные фрагменты органических материалов, часть этих фрагментов может налипать на переднюю кромку лопастей в зоне 15. Клапан 14 периодически или по сигналу, сформированному из сигнала гидрофона 20, открывается на короткое время (несколько секунд) и поток жидкости через штуцер 13 направляется в зону налипания. Встречное движение потока жидкости и налипших частиц обеспечивает эффективное смывание частиц для их дальнейшей обработки в штатном режиме.

Часть фрагментов крупных и протяженных частиц органических материалов могут попадать в зазор между верхней поверхностью лопастей и сопрягаемой с ней частью зубчатки (зона 12, фиг. 1). Для исключения интенсивного износа поверхности зубчатки за счет скольжение зацепившихся частиц, на конусной поверхности зубчатки выполнены пазы глубиной 2-5 мм, имеющие расширение в направлении от центра вращения. Периодические удары, наносимые органическим фрагментам гранями пазов при движении вдоль поверхности зубчатки, практически мгновенно меняют размеры и геометрию фрагментов, что обеспечивает попадание этих фрагментов в зону обработки между зубцами 4 и 5.

Пульпа, подвергнутая многократным гидравлическим ударам, осуществляемых зубцами 4 и 5, поступает в зазор между ротором 2 и элементами, образующими наружную стенку (корпус 3, элементы распределения потока газа 18, уплотнительная крышка 19), выполненную в виде конуса, увеличивающего диаметр в сторону выходного отверстия 9. Лопасти 10 придают пульпе вращательное движение, а увеличение диаметра конуса обеспечивает уверенную эвакуацию обработанной пульпы из устройства. Движение пульпы создает небольшое (0,01-0,05 МПа) разряжение в зоне расположения уплотнения 7, которого в большинстве случаев достаточно для исключения поступления пульпы к уплотнению. Уменьшение доступа пульпы, содержащей, в том числе и абразивные компоненты, продляет ресурс работы уплотнению.

Через штуцер 16 в каналы 17 подается газ. Состав газа зависит от решаемой задачи. Расход газа зависит от режима работы и обычно находится в диапазоне от 1 до 8% от расхода пульпы. Накатка, выполненная на одной поверхности элементов распределения потока газа 18 и уплотнительной крышке 19, обеспечивает распределение потока газа на тысячи каналов, имеющих эффективное сечение менее 0,1 мм2 каждый. Через эти каналы газ поступает в зазор между ротором 2 и элементами, образующими наружную стенку. На небольшом расстоянии (примерно 1 мм) от выходных отверстий каналов вращаются лопасти 10, обеспечивая интенсивное движение пульпы. Пульпа воздействует на выделяющиеся из каналов пузырьки газа и, благодаря высокой скорости (20-50 м/с), обеспечивает отрыв пузырьков диаметром 0,3 мм и менее. Регулирование скорости вращения позволяет регулировать средний размер пузырька. Поступательное движение пульпы и высокая степень турбуленции потока обеспечивают равномерное распределение пузырьков газа в потоке.

Все виды колебаний, происходящих в устройстве, регистрируются широкополосным гидрофоном 20. По спектру колебаний в реальном масштабе времени определяют режимы работы устройства.

Далее расписана причинно-следственная связь между техническим результатом и существенными признаками.

Крыльчатка

При работе прототипа избыточное давление обрабатываемой пульпы, создаваемое подающими лопастями 11, полностью расходуется при прохождении пульпой зубцов. Обработанная пульпа застаивается в наружной зоне улитки корпуса, центробежное воздействие из-за вращения ротора 2 приводит к расслаиванию пульпы, что приводит в некоторых случаях при обработке волокнистых материалов к засорениям. Недостаточность напорных свойств прототипа вынуждает применять его совместно с насосом.

Согласно изобретению введены лопасти крыльчатки (поз. 10). Они выполняют три функции:

- крыльчатка обеспечивает вращательное движение обработанной пульпы в корпусе, имеющем конусную внутреннюю поверхность, за счет этого происходит движение пульпы вовне, исключается застаивание и расслоение;

- воздействие крыльчатки на поток пульпы создает разряжение в зоне работы уплотнения и абразивные частицы не попадают в рабочую щель торцевого уплотнения (поз. 7);

- лопасти крыльчатки осуществляют, съем пузырьков с множества каналов элементов 18.

Эффективное функционирование лопастей с выполнением трех функций обеспечена признаками:

- внутренняя поверхность элементов распределения потока газа выполнена в виде конуса с расширением в сторону выходного отверстия;

- выходное отверстие смещено относительно плоскости вращения зубцов 4 и 5;

- в элементах распределения потока газа сформированы тысячи малых каналов, расположенных на расстоянии 1-3 мм от лопастей.

Устранение засорения/налипания частиц и, как следствие, повышение эффективности обработки

Склонность устройства к засорению устраняется двумя дополнениями в конструкции устройства:

Согласно изобретению на конусной поверхности зубчатки в зоне 12 выполнены пазы глубиной 2-5 мм, имеющие расширение в направлении от центра вращения. Периодические удары, наносимые органическим фрагментам гранями пазов при движении вдоль поверхности зубчатки, практически мгновенно меняют размеры и геометрию фрагментов, что обеспечивает попадание этих фрагментов в зону обработки между зубцами 4 и 5.

Согласно изобретению на статоре размещают ввод жидкости 13, оснащенный клапаном 14. В качестве жидкости используют воду или, для биогазовых применений, жидкую часть эффлюента после сепаратора (фугат) с содержанием частиц менее 5%. Давление жидкости перед клапаном 5-10 атм. Ввод имеет небольшой диаметр 5-15 мм (примерно 0,1-0,3 от условного прохода ввода сырья).

На короткое время (1-2 сек) клапан открывают и жидкость через ввод направляется на зону налипания частиц. Скорость истечения жидкости 2-5 м/с. Встречная линейная скорость движения налипших частиц 15-30 м/с. Короткий импульс жидкости эффективно смывает налипшие частицы, так как сила сцепления частиц и лопастей ротора мала. Обработку периодически повторяют, периодичность зависит от вида сырья, в наиболее сложных случаях периодичность составляет 3 мин. Организация работы клапана по сигналу датчика 14 позволяет экономно расходовать воду и энергию на срабатывание клапана только в случае возникновения начала процесса засорения.

Насыщение газом

В ряде применений устройства требуется насыщение органической пульпы пузырьками газа. Например, для получения биогаза полезно насыщать пульпу пузырьками углекислого газа, в пищевой промышленности - воздухом, например при промышленном приготовлении бизе, пастилы, зефира, конфетных масс.

При использовании в биогазовой отрасли удобно применять не чистый углекислый газ, а биогаз, состоящий из смеси метана, углекислого газа и иных газов. Вместо углекислого газа можно использовать также очищенные выхлопные газы работающей когенерационной установки - они состоят в основном из азота и углекислого газа.

В пищевой промышленности чаще всего используют очищенный воздух, но возможно применение также азота, углекислого газа и иных газов.

Для исключения излишних элементов, а также для увеличения эффективности ввода газа, получения малых пузырьков, наиболее удобно вводить газ непосредственно в устройство. В этом случае устройство осуществляет функции обработки пульпы, перекачки и насыщение газом, что экономнее, чем применять три разных устройства для осуществления этих функций.

Важным параметром при вводе газа является размер полученных пузырьков. Для основных применений важно получать пузырьки как можно меньшего размера, менее 0,5 мм. Согласно изобретению ввод газа осуществляется через один или несколько рядов малых (эффективный диаметр ∅ 0,3-0,5 мм) радиально расположенных отверстий, выполненных на элементах (поз. 18), которые смонтированы возле ротора со смещением в сторону подшипникового узла. На расстоянии 0,5-1 мм от отверстий с высокой скоростью (20-50 м/с) вращается лопасть крыльчатки 10. Интенсивный поток жидкости сдувает появляющиеся пузырьки малого размера (диаметр 0,1-0,5 мм) не позволяя им дойти до размера 2-5 мм, получаемых таким путем без интенсивного воздействия жидкости. Для изменения среднего размера пузырьков используют регулирование скорости вращения вала 6, например, с помощью частотного преобразователя.

Элементы 18, на которых выполнены отверстия, образуют внутреннюю поверхность камеры в виде конуса с расширением (уклоном), направленным к выходному отверстию. Уклон конуса обычно выбирают в диапазоне 0,03-0,2. Вращение потока жидкости вокруг конусной поверхности обеспечивает непрерывное смещение слоя жидкости относительно расположения отверстий, вводящих газ в жидкость, а поток пульпы после воздействия зубцов 4 и 5 в ближней зоне сохраняет высокую турбулентность. Таким образом, обеспечено равномерное распределение пузырьков газа в объеме жидкости.

Для исключения дорогой операции сверления множества отверстий согласно изобретению отверстия получены путем запрессовки деталей, по поверхности которых нанесено мелкое рифление 0,5 мм. Запрессовка таких элементов поз. 18 обеспечивает более тысячи отверстий условным диаметром менее 0,37 мм каждого отверстия при диаметре детали 200 мм. Получение отверстий накаткой решает проблему сверления отверстий малого диаметра, а также обеспечивает возможность практического применения описанного устройства, так как стоимость сверления множества отверстий диаметром 0,5 мм исключает практическое использование по экономическим причинам.

Гидрофон

При устройстве линий по обработке сырья важно получать информацию о состоянии устройства проточной обработки сырья, входящего в состав такой линии.

Диагностика состояния рабочих органов обеспечивает возможность своевременной замены и постоянной работы оборудования в штатном режиме. Износ рабочих органов сопровождается изменением характера шума, сопровождающего процесс обработки. Интенсивность основного тона снижается пропорционально степени износа, существенно снижается интенсивность высокочастотной составляющей, низкочастотных тонов обычно не возникает.

Застрявшие частицы в области (поз. 15), существенно меняют шум, сопровождающий процесс обработки. При этом уменьшается интенсивность колебаний основной частоты за счет блокирования части зубцов, возникают характерные низкочастотные колебания в диапазоне 50 Гц за счет возникновения дисбаланса ротора, увеличивается ток потребляемый двигателем. Величина изменений пропорциональна степени засорения.

Быстрое определение момента начала засорения (в течение до 1-3 сек) позволяет применить систему автоматической прочистки, которая включает режим прочистки только по необходимости. Такой алгоритм работы обеспечивает максимальную экономию ресурсов на прочистку (каждое включение - это расход энергии), экономит жидкость (которая разбавляет обрабатываемую пульпу), а также максимальную эффективность системы прочистки (одиночные частицы легче удалить, чем сформировавшийся засор). Работающая в автоматическом режиме система прочистки позволяет практически исключить ручное удаление засоров.

Возможна ситуация когда в камере появляется воздух, отсутствует или мало сырья - что сопровождает резкое падение напорных свойств и нужно скорректировать процесс подачи сырья. Исключить такие ситуации можно путем анализа спектра шума, регистрируемого гидрофоном. В этой ситуации резко падает интенсивность шума на всех частотах. Сигнал об отсутствии сырья может быть использован для остановки работы устройства для исключения негативных последствий.

В случае наличия некачественной пульпы (много камней и абразива) диагностируется неоднократные удары о примеси, которых в сырье не должно быть. Эта ситуация идентифицируется по сигналу от гидрофона, характеризуемого неоднократными интенсивными сериями всплесков, имеющими широкий спектр.

Для получения информации об этих режимах на передней крышке корпуса или с наружной стороны статора устройства установлен широкополосный гидрофон 20, в качестве которого может быть использован широкий набор датчиков, например, автомобильный датчик детонации типа G305 или иные типы устройств. Колебания жидкости и рабочих органов, вызывают упругие колебания материала статора 1, доходят до расположенного в непосредственной близости (в разных моделях устройств от 15 до 50 мм) от источника колебаний датчика 20. Датчик преобразует колебания в переменное напряжение, спектр которого несет информацию о режиме работы устройства. Иные шумы, например звуки от электродвигателя, не влияют на процесс измерения, так как они существенно меньше по величине, их источник расположен гораздо дальше (200-500 мм), имеют иной спектральный диапазон. Сигнал с датчика (первичного преобразователя) поступает в специализированный анализатор спектра, реализованный на микропроцессоре. По спектру сигнала блок обработки принимает решение о режиме работы роторно-пульсационного устройства.

Выбранные углы атаки зубцов рабочих органов, в диапазоне 70-85 град., обеспечивают увеличение эффективности устройства, то есть увеличение степени обработки.

Новая функция ввода газа обеспечена специально разработанным вводом с множеством отверстий и движущимися на небольшом расстоянии от них лопастями крыльчатки. Это позволяет расширить область применения устройства.

Лопасти крыльчатки совместно с конусной формой внутренней поверхности корпуса увеличивают напорные характеристики устройства, уменьшают риск засорения, обеспечивают работу ввода газа, создают разряжение возле ввода вала в корпус, что обеспечивает увеличение ресурса уплотнения.

Наличие системы автоматической прочистки для волокнистых материалов увеличивает долговечность рабочих органов, уменьшает частоту остановок, и существенно расширяет область применения устройства.

Наличие дополнительных пазов статора 1 зоны истирания частиц 12, ребер на верхней крышке увеличивает устойчивость к засорению.

Наличие внутренней диагностики устройства за счет использования сигнала датчика 20 позволяет:

- работать системе прочистки в экономном режиме;

- обеспечить защиту работы устройства при нарушениях подачи и состава сырья;

- создавать интеллектуальные системы обработки с использованием устройства.

1. Роторно-пульсационное устройство, содержащее привод, статор и ротор, установленные в корпусе, входное отверстие, выполненное в статоре, а выходное - в корпусе, на рабочих поверхностях статора и ротора выполнены концентрично расположенные по окружности ряды зубцов, между которыми образованы пазы, причем зубцы соседних рядов смещены относительно друг друга, отличающееся тем, что

- по периферии ротора выполнены лопасти крыльчатки,

- при этом в устройстве выполнена зона дробления частиц, образованная между лопастями ротора, установленными на рабочей поверхности ротора и дополнительными пазами статора, имеющими расширение от центра вращения,

- в статоре установлен штуцер подачи жидкости, оснащенный клапаном,

- на корпусе установлен штуцер подачи газа, соединенный каналами подачи газа с элементами распределения потока газа, прижатыми уплотнительной крышкой, вблизи которых движутся допасти крыльчатки,

- при этом для диагностики состояния рабочих органов и непрерывной коррекции частоты вращения вала с наружной стороны статора установлен гидрофон.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на каждом элементе распределения потока газа и на уплотнительной крышке выполнено рифление в виде накатки.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что передняя кромка зубцов выполнена под острым углом, в диапазоне 60-85 град., относительно вектора скорости кромки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано при монтаже буксовых узлов колесных пар подвижного состава. Предложен гомогенизатор, в котором поставляемая в депо бочка со смазкой целиком вовлечена в технологический процесс в качестве основного функционального элемента оснастки.

Изобретение относится к устройствам для смешивания и дозированной выдачи кормов и может быть использовано для подачи кормов на ленточные, скребковые и винтовые кормораздатчики.

Изобретение относится к кормопроизводству, а именно экструдированию смеси кормовых продуктов. Смеситель-дозатор пресс-экструдера содержит бункер (смесительную емкость), в нижней части которого крепится подающий шнек.

Эмульсер // 2621998
Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к оборудованию для получения эмульсий. Эмульсер содержит вертикальный корпус, подающий лоток для исходных компонентов, корытообразный смеситель с двумя коаксиально установленными валами.

Изобретение относится к оборудованию для крахмалопаточной промышленности, а именно к конструкциям реакционных аппаратов периодического действия, и может быть использовано для интенсификации технологических процессов, в том числе с выделением или поглощением тепла, в частности к устройствам для модификации (в т.ч.

Изобретение относится к способу и устройству для добавления измельченного твердого материала к жидкости и, в частности, может применяться в способе и устройстве для добавления измельченного флюса в алюминий в плавильно-раздаточных печах.

Описан способ непрерывного смешения волокон со связующим при изготовлении волокнистых плит с применением непрерывно работающего смесительного устройства, содержащего, по меньшей мере, одну смесительную камеру и один или несколько закрепленных на вращающемся смесительном вале смесительных инструментов, при этом смесительные инструменты смешивают волокна со связующим и перемещают их через смеситель в направлении подачи.

Роторно-пульсационный аппарат относится к устройствам для диспергирования, гомогенизации и перемещения гомогенных смесей и содержит ротор (1) и статор (2), расположенные в корпусе (3).

Изобретение относится к области смешения взрывчатых составов, а также может найти применение в качестве предварительного смесителя в других отраслях химической промышленности.

Изобретение относится к динамическому смесителю для вязких компонентов и может использоваться, в частности, для смешивания стоматологических масс. .

Изобретение относится к устройствам для обработки водных пульп органических материалов и может быть использовано в пищевой промышленности, парфюмерии, при производстве технического и пищевого спирта, при переработке органических отходов и пр. Роторно-пульсационное устройство содержит привод, статор и ротор, установленные в корпусе, входное отверстие, выполненное в статоре, а выходное в корпусе, на рабочих поверхностях статора и ротора выполнены концентрично расположенные по окружности ряды зубцов, между которыми образованы пазы, причем зубцы соседних рядов смещены относительно друг друга, причем по периферии ротора выполнены лопасти крыльчатки, при этом в устройстве выполнена зона дробления частиц, образованная между лопастями ротора, установленными на рабочей поверхности ротора и дополнительными пазами статора, имеющими расширение от центра вращения, в статоре установлен штуцер подачи жидкости, оснащенный клапаном, на корпусе установлен штуцер подачи газа, соединенный каналами подачи газа с элементами распределения потока газа, прижатыми уплотнительной крышкой, вблизи которых движутся допасти крыльчатки, при этом для диагностики состояния рабочих органов и непрерывной коррекции частоты вращения вала, с наружной стороны статора установлен датчик детонации. На каждом элементе распределения потока газа и на уплотнительной крышке выполнено рифление, в виде накатки. Передняя кромка зубцов выполнена под острым углом, в диапазоне 60-85 град., относительно вектора скорости кромки. Изобретение позволяет: увеличить надежность устройства за счет уменьшения частоты остановок для ручной прочистки и уменьшить интенсивность отказов по причине поломки; увеличить ресурс уплотнения; увеличить эффективность обработки; расширить область применения за счет возможности обработки в автоматическом режиме водных пульп, содержащих крупнокусковые и протяженные фрагменты; обеспечить возможность насыщения обрабатываемой пульпы маленькими пузырьками газа; расширить возможность автоматизации при встраивании устройства в системы обработки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх