Насос-диспергатор и устройство для производства жидких кормов

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ НАСОС-ДИСПЕРГАТОР И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЖИДКИХ КОРМОВ(71) Заявитель Снопков Александр Сергеевич(72) Автор Снопков Александр Сергеевич(73) Патентообладатель Снопков Александр Сергеевич(57) 1. Насос-диспергатор, содержащий корпус с входным и выходным патрубком, расположенный в полости корпуса и связанный с выходным валом электродвигателя приводной вал, на котором установлено рабочее колесо, и установленный в полости корпуса коаксиально рабочему колесу диспергатор, отличающийся тем, что диспергатор выполнен в виде двух расположенных коаксиально и параллельно друг другу плоских кольцевых элементов, неподвижно закрепленных в полости корпуса по обе стороны от рабочего колеса в осевом направлении и связанных между собой множеством установленных перпендикулярно плоскости кольцевых элементов ножей, равномерно распределенных по одной окружности с зазоромпо отношению к радиальной поверхности рабочего колеса, каждый из которых представляет собой осевой элемент, образованный цилиндром и секущей плоскостью, расположенной параллельно оси цилиндра и под угломпо отношению к радиальной линии, связывающей ось кольцевого элемента и ось осевого элемента, причем 63872010.08.30 осевые элементы сгруппированы, по меньшей мере, в три группы, последовательно размещенные по одной окружности, а между каждыми двумя соседними группами осевых элементов установлен связанный с обоими кольцевыми элементами рассекатель, выполненный в виде треугольной призмы со скошенными углами, причем на гранях призмы,обращенных к оси кольцевого элемента, выполнено множество параллельных выемок,перпендикулярных оси рассекателя. 2. Насос-диспергатор по п. 1, отличающийся тем, что зазорсоставляет не более 7 мм. 3. Насос-диспергатор по любому из п. 1 или 2, отличающийся тем, что уголвыбирают из диапазона от 30 до 45. 4. Насос-диспергатор по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что выемки на рассекателе имеют -образную форму поперечного сечения. 5. Устройство для производства жидких кормов, содержащее рабочую емкость, снабженную загрузочным окном, краном подачи жидкости, заливочным и сливным отверстиями и датчиком температуры, и образующие рециркуляционный контур систему трубопроводов с запорно-регулирующими элементами и патрубком вывода целевого продукта, насос с электродвигателем и измельчающе-нагревательный аппарат, отличающееся тем, что измельчающе-нагревательный аппарат и насос с электродвигателем выполнены заодно в виде насоса-диспергатора по любому из пп. 1-4, при этом вход насоса-диспергатора связан трубопроводом со сливным отверстием рабочей емкости, а его выход связан трубопроводом с заливочным отверстием рабочей емкости.(56) 1. Патент 2163164 С 1, опубл. 20.02.2001. 2. Патент 2016644 С 1, опубл. 30.07.1994. 3. Патент 2094109 С 1, опубл. 27.10.1997. 4. Патент 2361482 С 2, опубл. 20.07.2009. 5. Установка для производства белковых кормов из растительных отходов УБК-2. Сайт Всероссийского научно-исследовательского технологического института ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка. найдено 09.10.2009. Найдено из Интернет Полезная модель относится к устройствам для перекачивания и одновременного диспергирования твердых дисперсных продуктов, например зерна, в жидкой среде, в частности к насосам-диспергаторам, которые могут быть использованы в устройствах для производства жидких кормов. Полезная модель далее относится также к устройствам для производства жидких кормов, в частности на основе зерна. В сельскохозяйственном животноводстве для различных целей используются специально приготовленные жидкие корма, в том числе с содержанием белков растительного происхождения. Для получения таких кормов в качестве исходного сырья используют зерно различных культур, которое, как правило, в рабочей емкости дозировано смешивается с жидкой средой, при необходимости, проходит специальную обработку (термическую, микробиологическую и т.п.) и далее насосом подается в измельчающенагревательный аппарат для измельчения твердого зерна и получения гомогенного жидкого продукта. Установки (устройства) различных мощностей для производства жидких кормов с использованием зерна, таким образом, содержат, в общем случае, рабочую емкость и образующие рециркуляционный контур систему трубопроводов с запорнорегулирующими элементами и патрубком вывода целевого продукта, насос с электродви 2 63872010.08.30 гателем и измельчающе-нагревательный аппарат. В различных известных системах каждое из устройств имеет свои конструктивные особенности. При этом одну из основных функций по обеспечению гомогенности жидкого корма выполняет измельчающенагревательный аппарат, в качестве которого обычно используется диспергатор определенной конструкции. В то же время существует ряд технических решений устройств, которые объединяют в себе конструктивные элементы, а следовательно, и функции как насоса, так и диспергатора. В таких конструкциях, как правило, в корпусе насоса с рабочим колесом дополнительно размещается (как правило, статично) орган, обеспечивающий функцию диспергирования. Такие конструкции известны и используются в различных отраслях промышленности (химическая, нефтеперерабатывающая, фармацевтическая, строительная, пищевая и т.д.) 1-3. Большинство из известных насосов-диспергаторов имеет очень сложную и взаимосогласованную конструкцию (в частности, геометрию) рабочего колеса и диспергирующего органа, как правило, снабженного отверстиями определенной формы. Кроме того, процессы диспергирования не достаточно интенсивны, поскольку отверстия диспергирующего органа могут забиваться частицами твердого вещества (в частности,зерна). Эта конструктивная особенность выполнения диспергирующего органа в ряде случаев также не может обеспечить достижение температуры, необходимой для наиболее эффективного режима измельчения твердого продукта (в частности, зерна) и гомогенного распределения частиц в объеме жидкости. Анализ уровня техники показал, что в качестве прототипа для заявляемого насосадиспергатора по совокупности существенных признаков может быть принят насосдиспергатор, содержащий корпус с входным и выходным патрубком, расположенный в полости корпуса и связанный с выходным валом электродвигателя приводной вал, на котором установлено рабочее колесо и установленный в полости корпуса коаксиально рабочему колесу диспергатор 3. Как уже было упомянуто выше, в установках для производства жидких кормов функцию перекачивания корма (смеси зерна и жидкой среды) и функцию измельчения и диспергирования в жидкой среде зерна выполняют разные устройства. Такое конструктивное решение повышает энергоемкость установок, поскольку в этом случае измельчающенагревательный аппарат, который выполняет функцию измельчения зерна и его диспергирования в жидкой среде, как правило, содержит вращающийся рабочий орган, на вращение которого расходуется дополнительная энергия. Кроме того, дополнительная энергия расходуется также на принудительный подогрев смеси зерна и жидкой среды для обеспечения оптимальных условий измельчения и диспергирования зерна. Иногда для обеспечения требуемых значений размеров дисперсных частиц зерна в жидкой среде и гомогенной консистенции готового корма организуют многократный циклический процесс пропускания продукта по замкнутому контуру через диспергатор (измельчающе-нагревательный аппарат) 4. Таким образом, известные из уровня техники установки для производства жидких кормов (например, 5, 6), как правило, не отличаются высокой эффективностью и имеют достаточно высокую энергоемкость. Так, из уровня техники известно устройство для приготовления жидких зерновых кормов, которое по совокупности своих существенных признаков может быть выбрано в качестве прототипа для заявляемого устройства и содержит рабочую емкость, снабженную загрузочным окном, краном подачи жидкости, заливочным и сливным отверстиями и датчиком температуры, и образующие рециркуляционный контур систему трубопроводов с запорно-регулирующими элементами и патрубком вывода целевого продукта, насос с электродвигателем и измельчающе-нагревательный аппарат 7. Данному устройству также присущи упомянутые выше недостатки. Таким образом, задачей полезной модели является разработка насоса-диспергатора и устройства для производства жидких кормов, содержащего насос-диспергатор, которые 3 63872010.08.30 имели бы более низкую энергоемкость и обеспечивали бы более высокую эффективность процесса измельчения и диспергирования зерна в жидкой среде. В частности, конструкция насоса-диспергатора должна обеспечивать не только перекачку продукта и измельчение и диспергирование зерна в жидкой среде, но и самонагрев смеси зерна и жидкой среды до температуры, необходимой для эффективного и интенсивного измельчения и диспергирования зерна. Поставленная задача решается заявляемым насосом-диспергатором, содержащим корпус с входным и выходным патрубком, расположенный в полости корпуса и связанный с выходным валом электродвигателя приводной вал, на котором установлено рабочее колесо и установленный в полости корпуса коаксиально рабочему колесу диспергатор. Задача решается за счет того, что диспергатор выполнен в виде двух расположенных коаксиально и параллельно друг другу плоских кольцевых элементов, неподвижно закрепленных в полости корпуса по обе стороны от рабочего колеса в осевом направлении и связанных между собой множеством установленных перпендикулярно плоскости кольцевых элементов ножей, равномерно распределенных по одной окружности с зазоромпо отношению к радиальной поверхности рабочего колеса, каждый из которых представляет собой осевой элемент, образованный цилиндром и секущей плоскостью, расположенной параллельно оси цилиндра и под угломпо отношению к радиальной линии, связывающей ось кольцевого элемента и ось осевого элемента, причем осевые элементы сгруппированы, по меньшей мере, в три группы, последовательно размещенные по одной окружности, а между каждыми двумя соседними группами осевых элементов установлен связанный с обоими кольцевыми элементами рассекатель, выполненный в виде треугольной призмы со скошенными углами, причем на гранях призмы, обращенных к оси кольцевого элемента,выполнено множество параллельных выемок, перпендикулярных оси рассекателя. Предложенная конструкция диспергатора, выполненного в виде двух кольцевых элементов, связанных между собой множеством ножей и рассекателями со специально подобранной формой, обеспечивает создание на пути перемещающегося в полости корпуса потока продукта такого препятствия, которое не только эффективно измельчает зерно, но и разогревает смесь до необходимой температуры без затрат дополнительной энергии. Предложенные и охарактеризованные выше формы выполнения ножей и рассекателей, а также их распределение по радиусу кольцевых элементов были выбраны по результатам многочисленных испытаний как обеспечивающие наиболее эффективный процесс измельчения, диспергирования и дополнительного самонагрева продукта. Для определения оптимальных характеристик формы ножей диспергатора и расстояния (зазора ) между ножами и радиальной поверхностью рабочего колеса неоднократно в производственных условиях проводились испытания. В результате было определено, что для достижения максимальной эффективности использования насосного агрегата, оборудованного диспергатором, зазордолжен составлять не более 7 мм. Однако и при большем значениинасос-диспергатор по различным параметрам превосходит аналогичные устройства из уровня техники. Также по результатам многочисленных испытаний был определен предпочтительный диапазон значений угла , который составляет от 30 до 45. Выемки на рассекателе, равномерно распределенные по радиусумежду группами ножей, т.е. расположенные на равном расстоянии друг от друга, могут иметь любую подходящую форму, обеспечивающую увеличение трения, но в предпочтительных формах реализации имеют -образную форму поперечного сечения. Поставленная задача решается также заявляемым устройством для производства жидких кормов, содержащим рабочую емкость, снабженную загрузочным окном, краном подачи воды, заливочным и сливным отверстиями и датчиком температуры, и образующие рециркуляционный контур систему трубопроводов с запорно-регулирующими элементами и патрубком вывода целевого продукта, насос с электродвигателем и измельчающе 4 63872010.08.30 нагревательный аппарат. Задача решается за счет того, что измельчающе-нагревательный аппарат и насос с электродвигателем выполнены заодно в виде насоса-диспергатора предлагаемой и описанной выше конструкции. При этом вход насоса-диспергатора связан трубопроводом со сливным отверстием рабочей емкости, а его выход связан трубопроводом с заливочным отверстием рабочей емкости. В общем случае, следует отметить, что в заявляемом насосе-диспергаторе наиболее существенными для достижения заявленных технических результатов являются конструкция диспергатора и его расположение относительно рабочего колеса. В связи с этим в рамках данного описания конструкция заявляемого насоса диспергатора будет подробно рассматриваться только в отношении диспергатора. Перечисленные выше и другие достоинства и преимущества заявляемых насосадиспергатора и устройства для производства жидких кормов, содержащего насосдиспергатор, будут следовать из приведенных ниже предпочтительных, но не ограничивающих примеров реализации, проиллюстрированных с помощью чертежей, на которых схематично представлены фиг. 1 - общий вид заявляемого насоса диспергатора с местным вырезом в зоне установки рабочего колеса и диспергатора фиг. 2 - фронтальный вид диспергатора в разрезе по плоскости симметрии диспергатора фиг. 3 - вид сбоку диспергатора по фиг. 2 фиг. 4 - схема устройства для производства жидких кормов. На фиг. 1 схематично изображен общий вид заявляемого насоса-диспергатора 1, содержащего корпус 2 с входным 3 и выходным 4 патрубком, расположенный в полости 5 корпуса 2 и связанный с выходным валом электродвигателя (на чертеже позициями не обозначены) приводной вал 6, на котором установлено рабочее колесо 7 и установленный в полости 5 корпуса 2 коаксиально рабочему колесу 7 относительно оси 8 приводного вала 6 диспергатор 9. Диспергатор 9 более подробно представлен на фиг. 2 и фиг. 3. Диспергатор 9 выполнен в виде двух расположенных коаксиально и параллельно друг другу плоских кольцевых элементов 10 (см. фиг. 3). Плоские кольцевые элементы 10 неподвижно закреплены в полости 5 корпуса 2 по обе стороны от рабочего колеса 7 (см. фиг. 1) в осевом направлении (направлении оси 8 приводного вала 6). Плоские кольцевые элементы 10 связаны между собой множеством установленных перпендикулярно плоскости кольцевых элементов 10 ножей 11, равномерно распределенных по одной окружности (обозначена тонкой штрихпунктирной линией) с зазоромпо отношению к радиальной поверхности рабочего колеса 7 (на фиг. 2 положение радиальной поверхности рабочего колеса 7 схематично обозначено жирной штрихпунктирной линией). Каждый нож 11 представляет собой осевой элемент, образованный цилиндром 12 и секущей плоскостью 13, расположенной параллельно оси 14 цилиндра и под угломпо отношению к радиальной линии 15,связывающей ось 16 кольцевого элемента 10 и ось 14 осевого элемента (цилиндра 12). Ножи 11 в представленной на чертежах форме реализации сгруппированы в три группы,последовательно размещенные по одной окружности. Между каждыми двумя соседними группами ножей 11 установлен связанный с обоими кольцевыми элементами 10 рассекатель 17, выполненный в виде треугольной призмы со скошенными углами. На гранях призмы, обращенных к оси 16 кольцевого элемента 10, выполнено множество параллельных выемок 18, перпендикулярных оси 19 рассекателя 17 (см. фиг. 3). На фиг. 3 для упрощения изображены только один нож 11 и один рассекатель 17. В представленной на чертежах форме реализации выемки 18 имеют -образную форму поперечного сечения. На фиг. 4 представлена схема заявляемого устройства для производства жидкого корма, которое содержит рабочую емкость 20, снабженную загрузочным окном 21, краном подачи жидкости 22, заливочным 23 и сливным 24 отверстиями и датчиком 25 температу 5 63872010.08.30 ры. Устройство содержит также образующие рециркуляционный контур систему трубопроводов 26 с запорно-регулирующими элементами 27 и патрубком 28 вывода целевого продукта и насос-диспергатор 1 с электродвигателем 29. Заявляемый насос-диспергатор 1 в составе заявляемого устройства для производства жидкого корма работает следующим образом. В рабочую емкость 20 дозированно в соответствии с рецептурой через загрузочное окно 21 загружают твердые компоненты корма (в частности, зерно), а через кран подачи жидкости 22 заливают жидкие компоненты. Далее, смесь твердых и жидких компонентов через сливное отверстие 24 по соответствующему трубопроводу 26 подают на вход насоса-диспергатора 1, приводимого от электродвигателя 29. Смесь твердых и жидких компонентов (далее по тексту - продукт) через входной патрубок 3 поступает в полость 5 корпуса 2 насоса-диспергатора 1 в зону размещения рабочего колеса 7, установленного на приводном валу 6, и диспергатора 9. Диспергатор 9 статично установлен в полости 5 корпуса 2 коаксиально рабочему колесу 7 таким образом, что его плоские кольцевые элементы 10 расположены по обе стороны от рабочего колеса в направлении оси 8 приводного вала 6, а между ножами 11 и рассекателями 17 диспергатора 9 и радиальной поверхностью рабочего колеса 7 сформирован зазор . Благодаря описанным выше конструктивным особенностям отдельных элементов диспергатора и его расположению относительно рабочего колеса 7 в полости 5 корпуса 2 насоса-диспергатора 1 формируется большое количество разнонаправленных потоков продукта, перемещающихся по различным траекториям с различной скоростью и в различных направлениях. Вследствие этого из-за сил трения между этими различными потоками, а также между потоками продукта и конструктивными элементами насоса-диспергатора 1 происходит разогрев всего объема продукта и создаются условия для более тонкого размола твердых компонентов и достижения необходимой степени гомогенности корма. Этому способствует также форма выполнения ножей 11 (которые за счет наличия скоса, расположенного под углом , формируют достаточное по площади препятствие для твердых частиц, которые разбиваются об него) и рассекателей 17 (которые перераспределяют потоки). Далее, продукт через выходной патрубок 4 из насоса-диспергатора 1 поступает в соответствующий трубопровод 26 и либо через патрубок 28 вывода целевого продукта направляется потребителям, либо через соответствующий трубопровод 26 через заливочное отверстие 23 поступает на дальнейшую технологическую обработку (например, температурную и/или микробиологическую) в рабочую емкость 20 и далее, как описано выше, на повторный цикл обработки в насос-диспергатор 1. Направление потока продукта в трубопроводе 26 в соответствии с технологическим режимом и/или характеристиками контрольного объема продукта регулируется посредством запорно-регулирующих элементов 27. Температурный режим в рабочей емкости 20 в соответствии с технологией контролируют с помощью датчика 25 температуры. Испытания показали, что заявляемый насос-диспергатор, в частности в составе заявляемого устройства для производства жидкого корма, обеспечивает значительное снижение потребления энергии на единицу объема готового корма, а также позволяет получить жидкий корм с улучшенными физическими характеристиками (в частности, степень измельчения твердых компонентов, отсутствие твердых осязаемых частиц, степень гомогенности жидкого корма и т.п.). Таким образом, с учетом многообразия форм реализации рабочего колеса, полости корпуса и т.п. конструктивных элементов общей конструкции, при использовании предложенных и подробно рассмотренных выше технических решений можно получить широкий ряд насосов-диспергаторов, каждый из которых в определенных условиях применения может показать максимально возможную эффективность. Более того, используя подробно описанные выше конструктивные особенности именно диспергатора в составе заявляемого насоса-диспергатора, путем незначительной доработки можно переоборудовать в высо 6 63872010.08.30 коэффективные насосы-диспергаторы уже существующие серийно выпускаемые насосы,например, типа консольного насоса К 100-65-200 А, что с наименьшими затратами позволит значительно увеличить эффективность существующего стандартного технологического оборудования (насосов) и значительно расширит сферу его применения. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 8