технологическая установка

Формула изобретения

1. Технологическая установка, содержащая технологическую емкость, трубопроводы для подачи продукта в нее и удаления его из нее, трубопровод для носителя тепла или холода, являющийся составной частью канала для носителя тепла или холода, соединенного с теплообменником, расположенным в технологической емкости, мешалку, механически связанную с ее приводом, отличающаяся тем, что привод мешалки является составной частью канала для носителя тепла или холода, его ротор механически связан с этой мешалкой, а его рабочая полость соединена с полостями составных частей канала для носителя тепла или холода, при этом носитель тепла или холода является приводной средой для этого привода.

2. Технологическая установка по п.1, отличающаяся тем, что теплообменник выполнен в виде полой мешалки, являющейся составной частью канала для носителя тепла или холода и установлен в ней с возможностью вращения.

3. Технологическая установка по п.1, отличающаяся тем, что привод связан со сплошной мешалкой, а его ротор соединен с этой мешалкой.

4. Технологическая установка по п.1, отличающаяся тем, что подающий трубопровод и отводящий трубопровод для носителя тепла или холода соединены между собой обводным патрубком.

5. Технологическая установка по п.1, отличающаяся тем, что трубопровод для тепла или холода соединен с трубопроводом для вспомогательной среды.

Описание изобретения к патенту

Технологическая установка относится к устройствам, рассчитаным для проведения различных процессов, например для термической обработки жидкой среды при ее перемешивании, и может найти широкое применение в химической и пищевой промышленности.

Известна технологическая установка, содержащая технологическую емкость с теплообменником (RU 2128687 от 10.04.99).

Недостатком известного устройства является узкая возможность применения.

Целью предлагаемого изобретения является расширение возможности применения устройства.

Эта цель достигается тем, что перемешивающее устройство выполнено в виде теплообменника, установленного в технологической емкости с возможностью вращения, кинематически связанного с его приводом, при этом канал для теплоносителя этого теплообменника не соединен с технологической емкостью. Привод может быть соединен с трубопроводом для носителя тепла или холода, при этом рабочая его полость соединена с полостью этого трубопровода, а ротор этого привода механически соединен с теплообменником.

Устройство поясняется следующими чертежами:

Фиг.1 - Принципиальная схема устройства.

Фиг.2 - Пример выполнения устройства.

Фиг.3 - Приводной узел.

Фиг.4 - Пример выполнения устройства.

Фиг.5 - Приводной узел.

Фиг.6 - Пример выполнения устройства.

Фиг.7 - Пример выполнения устройства.

Фиг.8 - Кинематическая схема привода.

Фиг.9 - Пример выполнения привода.

Фиг.10 - Пример выполнения привода, вид сверху.

Фиг.11 - Пример выполнения устройства.

Фиг.12 - Кинематическая схема перемешивающего узла.

Фиг.13 - Кинематическая схема технологической установки.

Фиг.14 - Лопастной теплообменник.

фиг.15 - Кинематическая схема приводного узла.

Фиг.16 - Кинематическая схема приводного узла.

Фиг.17 - Кинематическая схема дополнительной мешалки с приводом.

Технологическая установка содержит технологическую емкость 1, к которой подведен трубопровод 2 для газообразного или жидкого носителя тепла или холода, которым может быть пар, воздух, рассол, биоглюколь или вода. Трубопровод 2 соединен с неподвижной частью ступицы 3, подвижная часть которой соединена с подводящим патрубком 4, установленным на крышке технологической емкости 1 при помощи подшипников 4а с возможностью вращения, часть которого размещена в технологической емкости 1. Окончание патрубка 4 соединено с полой мешалкой 5, имеющей форму патрубка, который в свою очередь может иметь форму полой лопасти и которую можно назвать теплообменником. В данном примере полая мешалка 5 выполнена винтовой формы и в поперечном сечении может иметь определенный наклон к горизонтали. Нижняя часть мешалки 5 соединена с отводящим патрубком 6, который соединен с подвижной частью ступицы 7. Неподвижная часть ступицы 7 соединена с отводящим патрубком 8. На патрубке 4 может быть закреплена шестеренка 9, которая кинематически соединена с шестеренкой 10, установленной на валу 11 привода 12, например электродвигателя. К технологической емкости 1 подсоединены подающий трубопровод 13 и отводящий трубопровод 14 для подачи в нее полуфабриката и отвода из нее готового продукта. Патрубки 4 и 6 выполнены соосными и расположенными один под другим. Аналогично можно сказать, что крепежные части, в данном примере ступицы 3 и 7, перемешивающего теплообменника, в данном примере полой мешалки 5, выполнены соосными и расположены одна под другой (Фиг.1).

Трубопровод 2 может быть напрямую соединен с приводом 15, который может быть выполнен в виде гидропривода, пневмопривода или паропривода в зависимости от вида носителя тепла или холода. Подвижная часть 16 привода 15 соединена с патрубком 4, окончание которого может быть соединено с входом параллельно установленных полых лопастей 17 мешалки 5, а выход этих лопастей соединен с патрубком 6 (Фиг.2).

Привод 15 может содержать ротор 18, например, винтовой формы, установленный, например, непосредственно на части патрубка 4, расположенной внутри привода 15 и через отверстие в нижней части корпуса привода 15 выведено наружу с возможностью совместного вращения, заглушенной сверху, а под ротором 18 в нем выполнены проходные отверстия 19, соединяющие рабочую внутреннюю полость привода 15, в которой установлен ротор 18, с полостью патрубка 4. На заглушенной части патрубка 4 установлен шток 20, на котором запрессованы подшипники 21, внешнее кольцо которого запрессовано в обойме 22, которая распорками 23 закреплена на корпусе привода 15. Под ротором 18 на патрубке 4 установлена шайба 24, например приварена к нему, размещенная в пазе 25 с возможностью вращения, образованном нижней крышкой 26 привода 15 и кольцеобразной перегородкой 27, закрепленной на корпусе этого привода между ротором 18 и крышкой 26, в целом это соединение можно назвать подшипником скольжения. К верхней части привода 15 подсоединен трубопровод 20, полость которого соединена с рабочей полостью этого привода 15 (Фиг.3).

Привод 15 может быть установлен на нижней части технологической емкости 1 и его вход соединен с трубопроводом 6, а его выход соединен с патрубком 8, например, своей подвижной частью (Фиг.4).

Для последнего примера привод 15 может содержать накидную гайку 28, через которую во внутреннюю часть привода 15 проведен патрубок 6 с заглушенным окончанием, а в пазе 25, образованном накидной гайкой и корпусом 29 привода 15, размещен диск 24, закрепленный на патрубке 6, например приварен к нему, с возможностью вращения в этом пазе. Это соединение также можно назвать подшипником скольжения. Ротор 18 в данном примере может быть установлен на штоке 20, который приварен к заглушенному окончанию патрубка 6, а выход привода 15 соединен с трубопроводом 8, например, при помощи фланцев 30, приваренных к трубопроводу 8 и нижней части корпуса привода 15, в остальном конструкция привода 15 совпадает с предыдущим примером (Фиг.5).

Привод 15 может быть установлен на верхней части технологической емкости 1, а носитель тепла или холода может поступать в полую мешалку 5 снизу, т.е. к ступице 7 подсоединен подающий трубопровод 2, а выход привода 15 соединен с отводящим трубопроводом 8 (Фиг.6).

На трубопроводе 2 может быть установлена трехходовая запорная арматура 31, например трехходовой кран, аналогичная трехходовая запорная арматура установлена и на трубопроводе 8, один из выходов которого соединяет трубопровод 2 обводным патрубком 33 с трубопроводом 8. На обводном патрубке 33 установлены обратный клапан 34 и нагнетательное устройство 35, например компрессор или насос. Перед нагнетательным устройством 35 к обводному патрубку 33 может быть подсоединен подпитывающий трубопровод 36 для вспомогательной среды, например воды, пара или воздуха, который соединен с трубопроводом для носителя тепла или холода, например с трубопроводом 2 или трубопроводом 8, в данном случае через обводной патрубок 33. На трубопроводах 2, 8 и патрубке 33 могут быть установлена запорная арматура 37, например вентили. На трубопроводе 8 может быть установлен конденсатоотводчик 38, если в качестве теплоносителя, поступающего по трубопроводу 2 в перемешивающее устройство - полые лопасти 17 (Фиг.7), подается пар.

На Фиг.8 показана упрощенная кинематическая схема привода 15 с винтовым ротором 18.

Привод 15 может быть выполнен в виде шестеренчатого привода 39, по своей конструкции аналогично шестеренчатому насосу или шестеренчатому расходомеру. Вход привода 39 может быть связан с трубопроводом 2. В корпусе привода 39 установлены шестеренки 40 и 41. В корпусе привода 39 выполнены соосные отверстия 42 с уплотнением, например, подшипников и в шестеренке 41 выполнено отверстие, соосное отверстию 42, в котором запрессован патрубок 4 с возможностью совместного вращения с этой шестеренкой 41 и который проходит через отверстие 42, верхняя часть которого соединена патрубком 43 с выходом привода 39 через ступицу 44 (Фиг.9 и Фиг.10).

Привод 39 может быть установлен на верхней части технологической емкости 1, и трубопровод 2 подведен к перемешивающему устройству - к полым лопастям 17с нижней стороны технологической емкости 1. В этом примере на патрубке 4 запрессована шестеренка 41, установленная на входе привода 39, а патрубок 43 соединяет его выход через ступицу 44 со входом привода 39, на патрубке 4 перед входом привода 39 установлен фильтр 45, а выход этого привода соединен с трубопроводом 8 (Фиг.11).

Ротор 18 привода 15 может быть механически связан с валом 46, который установлен при помощи подшипника 47 на верхней крышке привода 15, например, они могут быть соединены друг с другом при помощи сварки. На вале 46 установлены сплошные лопасти 48, размещенные в технологической емкости 1, а рабочая полость привода 15 через отверстия 49 в его корпусе и патрубки 50 соединена с рубашкой 51, например паровой рубашкой, установленной на дне технологической емкости 1 и с которой соединены отводные трубопроводы 52 (Фиг.12).

Корпус мешалки 5, включая полые лопасти 17, может быть выполнен гофрированным, т.е. содержащим гофры 53, увеличивающие поверхность теплообмена и увеличивающие его прочность.

Технологическая установка работает следующим образом.

Носитель тепла или холода, например пар, поступает по трубопроводу 2, например, из котельной через ступицу 3 и патрубок 4 на полую мешалку 5, которую можно назвать вращающимся теплообменником, и, пройдя через нее, поступает через ступицу 7 на отводящий патрубок 8, который отводит его в дренаж или на вход производителя тепла, например паровой котел, или производитель холода, например компрессорная. Привод 12 через редуктор, например шестеренки 10 и 9, начинает вращать трубчатую мешалку 5, которая благодаря своей винтовой форме хорошо перемешивает и прогревает жидкую среду, находящуюся в технологической емкости 1.

Привод полой мешалки 5 может представлять собой составную часть канала, по которому проходит носитель тепла или холода, составными частями которого являются трубопровод 2, патрубок 4, мешалка 5, выполненная, например, в виде лопастей 17, патрубок 6, ступица 7, трубопровод 8. При таком выполнении привода 15 носитель тепла или холода, например жидкость, пар или воздух, по трубопроводу 2 поступая во внутреннюю часть корпуса привода 15, начинает вращать его ротор 18, например, винтовой формы, но так как он механически соединен с патрубком 4, то и этот патрубок начинает вращаться, а через него вращение передается и мешалке 5, кроме этого, через отверстия 19 носитель тепла или холода поступает в патрубок 4 и через него в полую мешалку 5, выполненную, например, в виде полых лопастей 17, и, пройдя ее через ступицу 7, поступает в отводящий трубопровод 8, таким образом происходит перемешивание обрабатываемой среды в технологической емкости 1 и ее прогрев.

Привод 15 может быть установлен в конце канала для носителя тепла или холода, например в нижней части технологической емкости 1. В этом примере на вход привода 15 через патрубок 6 поступает носитель тепла или холода, прошедший через полую мешалку 5, и аналогично предыдущему примеру начинает вращать патрубок 6, который механически связан с его ротором, который вращает выходящий носитель тепла или холода. Более подробно этот вариант рассмотрен в примере Фиг.5, в нем носитель тепла или холода поступает по патрубку 6 через отверстия 19 во внутрь привода 15, начинает вращать ротор 18, который начинает вращать в свою очередь патрубок 6, механически связанный с ним, и мешалку 5. Носитель тепла или холода, пройдя через корпус привода 15, поступает в отводящий трубопровод 8. Этот вариант исполнения технологической установки хорошо подходит для случая, когда используется в качестве носителя тепла пар.

Подающий трубопровод 2 может быть подведен к технологической емкости 1 снизу, тогда привод 15 может быть установлен в верхней части этой технологической емкости 1, в остальном принцип работы привода 15 совпадает с предыдущим вариантом его исполнения.

Для того чтобы можно было управлять мешалкой 5, например, выполненной в виде полых лопастей, без подачи носителя тепла или холода и регулировать ее температуру, а через нее и температуру жидкой среды в технологической емкости 1, не теряя напора среды перед приводом 15, вход и выход канала для носителя тепла или холода по отношению технологической емкости 1, в данном примере трубопровод 2 и трубопровод 8, соединены обводным патрубком 33. Нагнетательное устройство 35 заставляет циркулировать жидкую или газообразную среду, полностью или частично, по замкнутому каналу: трубопровод 2, ступица 7, патрубок 6, мешалка 5 или полые лопасти 17, патрубок 4, привод 15, трубопровод 8, обводной патрубок 33 и снова трубопровод 2, одновременно смешивая поступающий носитель тепла или холода с выходящим носителем тепла или холода, имеющие разную температуру. Если необходимость в температурном воздействии на среду, находящуюся в технологической емкости 1, отпадает, то можно вращать мешалку 5 приводом 15 при помощи среды, например воды, циркулирующей по замкнутому каналу, составляющие которого перечислены выше, а давление в нем будет стабилизироваться при помощи среды, например воды, поступающей по трубопроводу 36, а перед замкнутым каналом вентили 37 на трубопроводах 2 и 8 могут быть перекрыты.

Можно, не включая нагнетательное устройство, подавать среду, например воду, на привод 15 по трубопроводу 36 части обводного патрубка 33, через трубопровод 2 или 8, вращая мешалку 5.

При выполнении привода 15 в виде шестеренчатого привода 39 в одном случае носитель тепла или холода подается на его вход по трубопроводу 2, вращая шестеренки 40 и 41, при этом шестеренка 41 начинает вращать патрубок 4, с которым она механически соединена, и через него мешалку 5. С выхода привода 39 по патрубку 43 и через ступицу 44 носитель тепла или холода поступает в патрубок 4 и через него в мешалку 5 (Фиг.9).

В другом случае носитель тепла или холода, пройдя через мешалку 5, например лопасти 17, поступает в патрубок 6 и, пройдя через него и ступицу 44, поступает в патрубок 43, а через него поступает на вход привода 39 и, войдя в него, начинает вращать шестеренки 40 и 41, при этом шестеренка 41 начинает вращать патрубок 6, с которой он механически соединен, а вместе с ним и мешалку 5, лопасти 17 и выходит по патрубку 8 (Фиг.11).

При выполнении сплошной мешалки со сплошными лопастями носитель тепла или холода через привод 15, вращая его ротор 18, поступает в теплообменник 51 и выходит из него по трубопроводу 52. Ротор 18 вращает вал 46, с которым он механически соединен, а вместе с ним и лопасти 48. В данном варианте функции теплообмена со средой в технологической емкости 1 и ее перемешивания разделены, в отличие от предыдущих вариантов, между теплообменником 51 и мешалкой 48.

Ротор 18 привода 15 может быть соединен с валом 54, например приварен к нему, на котором установлена шестеренка 55, кинематически соединенная с шестеренкой 56, закрепленной на промежуточном валу 57, который установлен в направляющей 58. На противоположном конце вала 57 установлена шестеренка 59, кинематически соединенная с шестеренкой 60, установленной на патрубке 4, например запрессованной на нем. Патрубок 4, в данном примере, через ступицу 61 соединен с патрубком 62 с возможностью вращения относительно этого патрубка 62. Патрубок 62 соединен со входом привода 15, например приварен к его дну, полость этого патрубка 62 соединена с рабочей полостью привода 15. Таким образом, ротор 18 привода 15 кинематически или механически связан с патрубком 4, а через него с мешалкой 5 через зубчатую передачу или редуктор, в данном примере состоящей из шестеренок 55, 56, 59 и 60. Привод 15 может находится со стороны верхней крышки 63 технологической емкости 1, в самой емкости 1 или вне ее, или находится со стороны дна 64 технологической емкости 1, в самой емкости 1 или вне нее. Технологическая емкость 1 заполнена жидкой средой 65 для ее термической переработки. (Фиг.13)

На мешалке 5 могут быть установлены дополнительные лопасти 66, например приварены к ней, при этом поверхность этих лопастей может быть гофрированной, т.е. содержать гофры 67 (Фиг.14).

В технологической установке, кроме привода 15, может быть выполнен дополнительный привод 68, например электропривод, на валу 69 которого установлена шестеренка 70, соединенная с шестеренкой 71, установленной, например, на валу 54 (Фиг.15).

Дополнительный привод 68 может быть кинематически связан с мешалкой 5, например, через ее патрубок 7, на котором установлена шестеренка 72, соединенная с шестеренкой 70 (Фиг.16).

В технологической установке наряду с мешалкой 5 может быть выполнена дополнительная мешалка 73 закрепленная, например, при помощи сварки на полом валу 74, имеющем форму цилиндрической втулки, установленном в направляющих 75, например в герметизированных подшипниках скольжения, в которых вал 74 является составной подвижной частью, с возможностью вращения, при этом вал 74 расположен аксиально и соосно патрубку 2. На валу 74 установлена шестеренка 76, соединенная с шестеренкой 70 (Фиг.17).

В примере Фиг.13 устройство работает следующим образом.

Носитель тепла или холода проходит по патрубку 2, ступице 7, мешалке 5, патрубку 4, ступице 61, патрубку 62 и поступает под давлением в рабочую полость привода 15, вращая ротор 18. Вращение ротора 18 передается валу 54 с установленной на нем шестеренкой 55, которая через шестеренку 56, вал 57, шестеренку 59, шестеренку 60 начинает вращать патрубок 4 с мешалкой 5 и патрубком 6.

Лопасти 66 улучшают процесс перемешивания жидкой среды в технологической емкости 1, а гофры 67 улучшают процесс теплопередачи.

Вспомогательный привод 68 усиливает мощность привода 15, помогая ему через шестеренки 70, 71 или 72 вращать мешалку 5 или вращать ее при прекращении подачи в патрубок 2 носителя тепла или холода, а значит при прекращении работы привода 15.

Вспомогательная мешалка 73 под воздействием на нее своим вращающим моментом вала 69 вспомогательного привода 68 через шестеренки 70, 76 и вал 74, вращаясь, помогает перемешиванию жидкой среды 65. В этом примере мешалка 5 может меньше выполнять функции перемешивания и больше выполнять функции вращающегося теплообменника, каким она в сущности является во всех вышеизложенных примерах, и ее можно назвать теплообменной (Фиг.17).