Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_2358
.pdf
проникнуть в обычный очень узкий рабочий зазор.
Также предполагается, что основное или создающее давление кольцевое пространство может быть снабжено
неподвижными лопастями в дополнение к вращающимся лопаткам с целью предварительного измельчения
твердых частиц, которые необходимо расщепить или включить в состав смеси, при этом лопасти или лопатки
могут быть изготовлены из более твердого и прочного материала, чем материал корпуса ротора или статора.
При описании различных модификаций моих машин предполагалось, что они работают с горизонтальной
осью, но они будут одинаково хорошо работать и в вертикальном положении, если будет предусмотрен
упорный подшипник, воспринимающий вес ротора.
В большинстве случаев наиболее выгодно использовать машины с горизонтальной осью вращения,
независимо от того, приводится ли они в движение ремнем от шкива на валу ротора, или напрямую
соединены с электродвигателем, газовым двигателем, турбиной или другим высокоскоростным первичным
двигателем.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствования в машинах для смешивания, добавления и измельчения.
Я, Г-н Ув Клерент Х. Ббелл, 51, Улунди Роуд, Блэкхит, Лондон, Юго-Восток 3, британец, настоящим заявляю о
природе данного изобретения и о способе его осуществления, которые будут подробно описаны и
установлены в следующем заявлении: Данное изобретение относится к типу машин, в которых
высокоскоростной ротор вращается в непосредственной близости от статора, или ко второму ротору,
вращающемуся в направлении, противоположном направлению вращения первого. Между вращающимися и
неподвижными, или вращающимися в противоположных направлениях частями, остается узкий зазор, через
который проходят жидкости, подлежащие смешиванию, жидкости и твердые вещества, подлежащие
добавлению, или твердые вещества в суспензии, подлежащие измельчению.
Не утверждается, что является новым осуществление смешивания, включения или измельчения с помощью
машин, имеющих быстро вращающиеся поверхности, находящиеся в непосредственном контакте с другими
поверхностями, или придание указанным поверхностям гладкости, волнистости или наличия небольших
выступов или лопаток.
Описанные в данной спецификации усовершенствованные методы конструирования лучше всего подходят
для машин с гладкими перемешивающими поверхностями или поверхностями с неглубокими выступами, в
которых зазор настолько мал, что в материале, прилипшем к поверхностям (быстро движущимся
относительно друг друга), с большой скоростью образуются новые спайки и разрывы, что приводит к плотному
перемешиванию и расслоению хрупких твердых частиц во взвешенном состоянии.
Мне известно, что были описаны машины, в которых обрабатываемый материал, будь то жидкости или
жидкости с взвешенными частицами, подается в центр вращающегося диска или на меньший конец
усеченного конуса с широким углом наклона; соответствующий диск или коническая поверхность,
противоположная вращающейся.
В машинах этого типа масса жидкости в зазоре имеет тенденцию выбрасываться в сторону большего
диаметра или выходного отверстия зазора из-за своей инерции, центробежной силы и расположения массы
жидкости, которая находится в плоскости вращения в случае дисковых машин и приближается к ней в случае
широкоугольных усеченных конусов. В машинах указанного типа наблюдается выраженная тенденция
жидкости к отводу жидкости из рабочего зазора, которая на практике приводит к тому, что обрабатываемый
материал, попадая в твердый поток, проходит через часть рабочих поверхностей большего диаметра в виде
отдельных масс или частиц с пустотами и полостями между ними; образование этих полостей обусловлено
большей скоростью вращающейся массы при большем диаметре и, следовательно, большей радиальной
силой, а также большей площадью и объемом зазора при большем диаметре.
Физическое состояние материалов в рабочем зазоре указанного выше типа оказалось не самым подходящим
для образования эмульсий, измельчения твердых веществ в жидкой суспензии или для других целей, для
которых такие пленочные мельницы используются в коммерческой деятельности.
Также установлено, что в уже известных мельницах указанного выше типа время, в течение которого
обрабатываемый материал находится в зазоре, трудно контролировать, поскольку любое количество
материала, поступающего через меньший диаметр, стремится сразу же вытеснить его и замедляется только
сопротивлением трения между жидкостью и стенками зазора, а также скоростью вращения.
Хочу, чтобы было понятно, что я не претендую на описание процессов или аппаратов, в которых жидкие и
твердые материалы проходят по извилистой или зигзагообразной траектории через отверстия и канавки в
концентрических цилиндрах, один или несколько из которых являются большими неподвижными, а другой или
другие вращаются с высокой скоростью; однако мое изобретение ограничивается аппаратами, в которых
частицы обрабатываемого материала проходят по спирали от одного конца зазора до другого, образуя тонкую
жидкую пленку, которая может удерживаться в зазоре по желанию, а не выбрасываться собственной массой и
вращением. Скорость вращения такова, что центробежная сила, создаваемая материалами в зазоре и
прилегающим к нему пространством, в сотни, а обычно и более чем в тысячу раз превышает прямое
притяжение силы тяжести. Хотя предполагается, что участки вращающихся и/или неподвижных поверхностей,
граничащих с зазором, могут быть шероховатыми для обеспечения предварительного разрушения, я не
предлагаю использовать межслойные штифты ни для предварительного, ни для окончательного разрушения.
Машины, изготовленные в соответствии с изобретением mv, отличаются тем, что рабочий зазор выполнен
таким образом, что при любой скорости вращения материалы не стремятся покинуть зазор из-за инерции его
содержимого, а выталкиваются из него под действием давления жидкости, создаваемого внешним
источником, или, предпочтительно, устройством, создающим давление и регулирующим подачу, которое
будет описано далее; которое является частью конструкции машины.
Для достижения желаемого результата я делаю рабочий зазор либо цилиндрическим, так что вращающаяся
масса жидкости не оказывает осевой силы, либо, если зазор имеет коническую форму, я направляю жидкость
через больший конец, и она проходит через зазор, преодолевая осевую составляющую центробежной силы,
создаваемой вращающейся массой; либо, как в одном из вариантов моей машины, где небольшая коническая
форма способствует прохождению жидкости через зазор, я делаю конусность настолько незначительной
(достаточной только для целей регулировки), что осевая составляющая центробежной силы пренебрежимо
мала по сравнению с замедлением потока из-за поверхностного прилипания, с одной стороны, и движущим
эффектом устройства подачи, с другой. Если говорить кратко, то тенденция материала к самопроизвольному
выталкиванию из зазора либо отсутствует, либо отрицательна, либо незначительна.
На чертежах, прилагаемых к техническому описанию: на фиг. 1 показан разрез одного из вариантов моей
машины.
Рис. 2 представляет собой разрез альтернативной формы. Рис. 3 представляет собой поперечный разрез
последнего рисунка.
Рис. 4 представляет собой дальнейшую модификацию формы, показанной на рис. 2.
На разных рисунках одинаковые детали обозначены одинаковыми порядковыми номерами.
В конструкции машины, показанной на фиг. 1, короткий цилиндрический или слегка сужающийся корпус 1,
который может иметь кольцевую водяную или паровую рубашку 2, имеет концентрически установленный
внутри себя вращающийся элемент 3, при этом между внутренней частью статора 1 и периферией ротора 3
остается небольшой зазор 4. Ротор 3 выполнен в виде простого шкива, имеющего центр вращения 3b и
выступ 3c. Поверхность ротора обычно довольно узкая, а в некоторых случаях может напоминать край диска.
На конце статора предусмотрена крышка 5, форма которой образует кольцевое пространство 6,
простирающееся от зазора 4 до области, близкой к оси. Внутренняя окружность кольцевого пространства 6
предпочтительно имеет выступ 7.
К роторному диску 3b прикреплены или сформированы на нем лопасти или лопатки 8, перемещающие поток
воздуха в кольцевом пространстве 6. Отверстие или труба 9 обеспечивает подачу обрабатываемых
материалов в пространство 6. Жидкие материалы перемещаются лопатками 8 аналогично тому, как это
происходит в хорошо известном центробежном насосе, и, таким образом, создают давление жидкости,
стремящееся заставить их попасть в рабочий зазор 4.
В тех случаях, когда рабочий зазор 4 параллелен, указанное давление жидкости должно проталкивать
жидкости через ограниченное пространство, преодолевая сопротивление трения, а в тех случаях, когда
рабочие поверхности имеют коническую форму с большим концом в точке 8, давление жидкости должно
дополнительно преодолевать осевую составляющую силы вращающейся жидкости, действующей на
наклонные стенки.
Станок мог бы работать с меньшим концом под номером 8, но в этом случае зазор имел бы тенденцию к
заполнению, что нежелательно по причинам, указанным ранее.
Жидкие материалы, перемещаясь по осевой длине зазора 4, совершают множество оборотов, так что каждую
частицу жидкости можно считать движущейся по спирали с малым шагом, чтобы достичь выходного конца
зазора 4, откуда они попадают в пространство 10 торцевой крышки 11 и выводятся через отверстие 15.
Чем выше скорость подачи материалов в отверстие 9, тем больше будет вес вращающейся массы жидкости в
пространстве 6, и тем сильнее будет давление, создаваемое этим потоком, что приведет к увеличению
осевого течения вдоль зазора 4. Теперь ясно, что эта скорость потока, а вместе с ней продолжительность и
тщательность обработки, автоматически регулируется скоростью подачи материалов через порт 9.
Отверстие 9 может располагаться в центре крышки 5 или вблизи него, в этом случае оно будет действовать
как всасывающее или впускное отверстие центробежного насоса и будет служить для подъема
необработанных жидких материалов с более низкого уровня. Однако предпочтительнее расположить
отверстие на некотором расстоянии от окружности, чтобы давление вращающейся жидкости могло
сдерживать или контролировать поступление свежего материала.
Крышка 11 снабжена подшипниками 12 и 13, один из которых может быть размещен во втулке 14,
регулируемой в осевом направлении, для регулирования ширины зазора 4 в местах, где рабочие поверхности
имеют коническую форму, или на вал может быть установлен любой известный тип упорного подшипника,
который будет приводиться в действие винтом, кулачком или рычагом для осуществления желаемой
регулировки. Там, где скорость кормления сравнительно низкая, тогда требуется очень тщательная
обработка.
Для жидкостей требуемая величина осевой нагрузки недостаточна для того, чтобы повредить обычные
кольцевые шарикоподшипники.
В качестве альтернативы, один из подшипников может находиться в противоположной крышке.
Ввиду того, что обрабатываемые в мельнице жидкости разбрасываются в стороны центробежной силой,
обычно отсутствует утечка через центральное отверстие, через которое выступают валы 16, однако при
желании в крышке можно легко предусмотреть сальник 17.
Лопасти или лопатки 8, помимо создания движения жидкости вокруг оси вращения, в сочетании с
вращающейся поверхностью 3b и неподвижной крышкой, будут создавать вращение под прямым углом к
упомянутой плоскости вращения. Эти лопатки могут быть выполнены в виде ножей или режущих элементов и
изготовлены из твердого материала для измельчения или рубки кусков или фрагментов твердых веществ,
находящихся в состоянии покоя, которые слишком велики, чтобы попасть в зазор. В пространстве 6 могут
располагаться расположенные друг напротив друга режущие элементы или подходящая абразивная
поверхность для облегчения предварительной дезинфекции.
Очевидно, что в описанной выше односторонней машине будет возникать определенная осевая тяга,
обусловленная либо величиной дисбаланса давления жидкости в зазоре 4 и рабочем пространстве 6 в случае
машин с коническими поверхностями; либо всем давлением в 6, необходимым для создания осевого потока в
случае параллельных цилиндрических поверхностей.
Однако для более интенсивной подачи и более высокого давления жидкости в зазоре я предпочитаю
использовать модифицированный тип мельницы, показанный на рис. 2, 3 и 4.
- В модифицированном варианте, показанном на фиг. 2 и 3, корпус или статор 21 с водяной рубашкой 22 или
без нее имеет цилиндрический зазор 24 или слегка сужающийся или конусообразный зазор между внутренней
периферией и ротором 23, причем внешняя поверхность последнего приблизительно соответствует
отверстию статора; - конусность рабочих поверхностей очень мала, например, 1 или 2 градуса, как и для
ранее упомянутой цели.
Ротор 23 имеет перемычку 23b, расположенную приблизительно по центру по всей его длине, и установлен на
выступе 23C и валу 36, а также подшипниках 32 и 33. В тех случаях, когда используется слегка
конусообразный ротор, один из таких роторов, например, 33, устанавливается на регулируемой втулке, как
показано на рис. 14, или может быть использован любой другой хорошо известный способ придания
продольного движения вращающемуся валу.
Жидкости, обработанные при прохождении через зазор, поступают в торцевые пространства 30 и 30а между
ротором и крышками 31 и 31а и отводятся через выходные отверстия 35 и 33, причем указанные крышки, при
необходимости, снабжены сальниками 37 и 31а.
Ротор 23 может иметь простую форму, подобную обычному хорошо известному чугунному шкиву, с канавкой
39 для приема и распределения необработанных материалов, которые могут либо поступать через отверстие
25 против давления, оказываемого вращающейся массой жидкости, но предпочтительно материалы подаются
самотеком через трубку или отверстие 29, которое может иметь расширяющееся в форме колокола отверстие
29, откуда они попадают в расходящуюся внутрь U-образную канавку 26. В нижней части этой канавки
отверстия 40 сообщаются с кольцевым пространством 39 по окружности.
На практике установлено, что расположение приемной канавки 26, отверстий 40 и толкающей или
распределяющей канавки 39 может быть удобно осуществлено путем близкого расположения отверстий 40,
так что твердые части 28, расположенные между соседними отверстиями, действуют как рабочие колеса,
которые обеспечивают перемещение массы жидкости и создают давление жидкости за счет центробежной
силы.
Я не обязуюсь изготавливать ротор типа, показанного на фиг. 2 и 3, из одного куска металла с проделанными
в нем отверстиями, но могу достичь желаемого результата, используя отдельные пластины или диски,
скрепленные заклепками или иным способом, причем сплошные части 28 будут выступать в качестве
распорных элементов и рабочих колес.
Еще один альтернативный метод подачи заключается в том, чтобы пропускать жидкость через зазор, который
зависит от давления жидкости в точке 39, и это давление изменяется в зависимости от радиальной глубины
жидкости в канавке 39 и отверстиях 40, идущих от нее к окружности и внутренней канавке 26. Следовательно,
если материалы подаются со скоростью 29 достаточно быстро, то при заданной скорости они в значительной
степени заполнят указанные отверстия и канавку, но если подача будет медленной, образуется лишь
небольшое радиальное скопление с соответствующим уменьшением давления в точке 39, и материал будет
протекать через точку 24. Таким образом, скорость обработки автоматически регулируется скоростью подачи
материала в машину.
Такая скорость подачи может обеспечиваться любым внешним устройством или средством, но нерегулярная
или слишком объемная подача может регулироваться установкой предохранительного клапана на отверстие
25 и возвращением необработанных материалов в источник, когда давление в отверстии 39 достигнет
заранее установленного значения; или же демпфер, закрепленный на отверстии 25, может приводиться в
действие с помощью соответствующего рычага, дроссельного клапана на трубе или подобного устройства,
выходящего в отверстие 29.
В модификации последней описанной или двухсторонней сбалансированной машины (рис. 2 и 3), показанной
на рис. 4, ротор состоит из двух частей 23 и 23а в виде усеченных конусов с малым или умеренным углом
наклона к оси. Верхушки конусов примыкают друг к другу или сближаются в центре. Полуроторы,
раздвигаемые винтом 43 или другими подобными средствами, прижимаются друг к другу с наклонной
внутренней поверхностью статора 21 и уменьшают рабочий зазор.
Лопасти 28, помимо выполнения уже описанной функции создания давления жидкости и (при необходимости)
разрушения комков твердых частиц во взвешенном состоянии, могут удобно располагаться таким образом,
чтобы сцепляться друг с другом и заставлять две половины 23 и 23а вращаться вместе как одно целое.
Хотя в целом наиболее удобно конструировать описанные здесь машины с горизонтально расположенными
осями, их конструкция позволяет использовать их в вертикальном или наклонном положении.
Подробно описав и определив природу моего изобретения и способ его осуществления, я заявляю, что 1
Соседние файлы в папке патенты