EA012471B1 - Rotary cavitation device - Google Patents
Rotary cavitation device Download PDFInfo
- Publication number
- EA012471B1 EA012471B1 EA200800219A EA200800219A EA012471B1 EA 012471 B1 EA012471 B1 EA 012471B1 EA 200800219 A EA200800219 A EA 200800219A EA 200800219 A EA200800219 A EA 200800219A EA 012471 B1 EA012471 B1 EA 012471B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- cavitation
- stator
- rotor
- oval
- concentric
- Prior art date
Links
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Details Of Valves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для создания искусственной кавитации с целью использования возникающих кавитационных эффектов для интенсификации физико-химических процессов в различных отраслях промышленности, например химической, пищевой, биохимической и др.The invention relates to devices for the creation of artificial cavitation with the aim of using the emerging cavitation effects for the intensification of physical and chemical processes in various industries, such as chemical, food, biochemical, etc.
В настоящее время актуальной является проблема получения высококачественных нефтепродуктов, например композиционных, преимущественно углеводных, автомобильных или энергетических топлив, в том числе с использованием исходных материалов низкого качества. Чаще всего высококачественные нефтепродукты получают благодаря влиянию на них химических веществ (ПАВ, присадки) или тепловыми, электромагнитными и другими физическими полями. Однако влияние на нефть и нефтепродукты при помощи химических веществ приводит к существенному увеличению себестоимости конечного продукта, ускорению износа ректификационных колонн и является практически не регулированным процессом. Поэтому наиболее целесообразным является физическое влияние на обрабатываемую среду, такое как влияние кавитационной обработки. Но существующие устройства для осуществления кавитационной обработки не обеспечивают необходимый результат, то есть получение высококачественных нефтепродуктов с обеспечением приемлемых материальных затрат на процессы их обработки, что в первую очередь обусловлено конструктивными недостатками используемых устройств. Также актуальной проблемой является создание водотопливных эмульсий, которые имели бы высокую стойкость к расслоению воды и топлива. Такие эмульсии представляют собой особую разновидность топлива, которая существенно улучшает процесс горения и позволяет снизить расход нефтепродуктов, которые имеют достаточно высокую стоимость. Для создания подобных эмульсий также применяется кавитационная обработка среды, которая осуществляется при помощи кавитационных устройств. Однако использование кавитационных устройств существующей конструкции не позволяет обеспечить получение водотопливных эмульсий необходимого качества и с высокой стойкостью к расслоению без добавления к обрабатываемой среде специальных эмульгаторов или других добавок. Кроме того, конструкция существующих разновидностей кавитационных устройств является достаточно ненадежной и недолговечной благодаря неблагоприятному действию кавитационных процессов на силовые элементы конструкции. Однако несмотря на все перечисленные недостатки, кавитационные устройства широко используются и область их использования постоянно расширяется. Так, кавитационные устройства, при помощи которых осуществляют кавитационную обработку среды, используют в котлоагрегатах промышленных предприятий, в теплогенераторах и нефтяных базах для интенсификации перегонки нефти путем регулирования фазовых переходов сырья кавитационным влиянием. Перспективным является применение кавитационной обработки при осуществлении безреагентных методов очищения воды, что позволит существенно снизить стоимость очищения питьевой воды. Таким образом, очень актуальной является проблема разработки кавитационного устройства, которое бы обеспечивало необходимое качество конечного продукта благодаря эффективной интенсификации кавитационных процессов и было бы надежным и долговечным при эксплуатации.Currently, the problem of obtaining high-quality petroleum products, such as composite, mainly carbohydrate, automotive or energy fuels, including using low-quality starting materials, is an urgent issue. Most often, high-quality petroleum products are obtained due to the influence on them of chemical substances (surfactants, additives) or thermal, electromagnetic and other physical fields. However, the impact on petroleum and petroleum products with the help of chemicals leads to a significant increase in the cost of the final product, accelerated wear of distillation columns and is practically unregulated process. Therefore, the most appropriate is the physical impact on the treated environment, such as the influence of cavitation processing. But the existing devices for cavitation processing do not provide the necessary result, that is, the production of high-quality petroleum products with the provision of acceptable material costs for the processes of their processing, which is primarily due to the design flaws of the devices used. Also an urgent problem is the creation of water-fuel emulsions, which would have a high resistance to the separation of water and fuel. Such emulsions are a special type of fuel, which significantly improves the combustion process and reduces the consumption of petroleum products, which are quite expensive. To create such emulsions, cavitation treatment of the medium is also used, which is carried out using cavitation devices. However, the use of cavitation devices of the existing design does not allow to obtain water-fuel emulsions of the required quality and with high resistance to delamination without adding special emulsifiers or other additives to the processed medium. In addition, the design of existing varieties of cavitation devices is rather unreliable and short-lived due to the adverse effect of cavitation processes on the power elements of the structure. However, despite all the listed disadvantages, cavitation devices are widely used and the area of their use is constantly expanding. So, cavitation devices, with the help of which they carry out cavitation treatment of the medium, are used in boilers of industrial enterprises, in heat generators and oil bases to intensify the distillation of oil by regulating the phase transitions of the raw material by cavitation influence. The use of cavitation treatment in the implementation of non-reagent water purification methods is promising, which will significantly reduce the cost of purifying drinking water. Thus, the problem of developing a cavitation device, which would provide the necessary quality of the final product due to the effective intensification of cavitation processes and would be reliable and durable during operation, is very topical.
Известно роторно-кавитационное устройство, описанное в патенте Англии № 138889, которое имеет роторный и статорный диски с зубчатыми элементами, установленными за ходом концентрических кругов, в котором между элементами статорного диска от центра к периферии проходят сквозные радиальные каналы, а между элементами роторного диска сквозные с наклоном к радиусу основные (широкие) и вспомогательные (узкие) каналы.Known rotary cavitation device, described in patent of England No. 138889, which has a rotor and stator disks with toothed elements installed behind the course of concentric circles, in which through the radial channels between the elements of the stator disk from the center to the periphery, and through the elements of the rotor disk with a slope to the radius of the main (wide) and auxiliary (narrow) channels.
Недостатком описанного решения является относительно низкая продуктивность и недостаточная эффективность перемешивания, так как в общем случае число пульсаций за один оборот ротора определяется произведением количества элементов роторного и статорного дисков. Поэтому с точки зрения интенсификации и качества процессов, которые происходят в устройстве, желательно увеличивать количество элементов как на статорном, так и на роторном дисках. Однако если на статорном диске увеличение в определенных пределах числа элементов не встречает преград, то на роторном диске увеличение числа элементов может привести к нарушению ориентации каналов с наклоном и образованию сквозных радиальных каналов. Последнее обстоятельство является нежелательным, так как в этом случае часть компонентов, которые смешиваются, проходит через сквозные радиальные каналы статора и ротора, не поддаваясь влиянию элементов статорного и роторного дисков, вследствие чего интенсивность и качество перемешивания падают. Поэтому в данном устройстве количество элементов ротора меньше количества элементов статора, а количество локальных пульсаций за один оборот ротора меньше числа элементов статора.The disadvantage of the described solution is a relatively low productivity and insufficient mixing efficiency, since in the general case the number of pulsations per rotor rotation is determined by the product of the number of rotor and stator disk elements. Therefore, from the point of view of intensification and the quality of the processes that occur in the device, it is desirable to increase the number of elements on both the stator and rotor discs. However, if an increase in a certain number of elements on a stator disk does not meet any obstacles, then on a rotor disk, an increase in the number of elements can lead to a disruption in the orientation of channels with inclination and the formation of radial through channels. The latter circumstance is undesirable, since in this case some of the components that are mixed, pass through the through radial channels of the stator and rotor, without being influenced by the elements of the stator and rotor disks, as a result of which the intensity and quality of mixing fall. Therefore, in this device, the number of rotor elements is less than the number of stator elements, and the number of local pulsations per rotor revolution is less than the number of stator elements.
Известно кавитационное устройство, описанное в авторском свидетельстве СССР № 1358140, которое использует эффекты гидродинамической кавитации, создаваемой в замкнутой камере с жидкой рабочей средой, которая протекает через нее. Устройство содержит корпус, кавитатор, который выполнен в виде крыльчатки с клинообразной формой пересечения лопастей и острой передней кромкой, которая установлена на приводном валу с возможностью обращения и оборудована коаксиально установленным внешним цилиндром, жестко соединенным с ее лопастями, на котором закреплены кронштейны с установленными на них параллельно основной дополнительными крыльчатками с клинообразной формой пересечения лопастей и острой передней кромкой.Known cavitation device described in the author's certificate of the USSR No. 1358140, which uses the effects of hydrodynamic cavitation created in a closed chamber with a liquid working medium that flows through it. The device includes a housing, a cavitator, which is made in the form of an impeller with a wedge-shaped intersection of the blades and a sharp leading edge, which is mounted on the drive shaft with the possibility of circulation and equipped with a coaxially mounted outer cylinder rigidly connected to its blades, on which brackets are mounted with mounted on them parallel to the main additional impellers with a wedge-shaped intersection of the blades and a sharp leading edge.
Недостатком указанного устройства является невысокая продуктивность и относительно низкаяThe disadvantage of this device is low productivity and relatively low
- 1 012471 эффективность кавитационной обработки, особенно для энергоемких технологических процессов, которые обусловлены значительными затратами энергии на диссипативные явления - гидравлическое трение, преодоление гидравлического сопротивления среды и др.- 1 012471 efficiency of cavitation processing, especially for energy-intensive technological processes, which are caused by significant energy costs for dissipative phenomena - hydraulic friction, overcoming the hydraulic resistance of the medium, etc.
Известно также роторно-кавитационное устройство, описанное в патенте РФ № 2165787, которое содержит корпус с впускным и выпускным отверстиями, установленные в нем статор и ротор и привод, при этом в боковых стенках статора и ротора выполнены каналы, на внешней цилиндрической поверхности ротора между каналами параллельно им выполнены канавки, размещенные на некотором расстоянии одна от другой.It is also known rotor-cavitation device, described in the patent of the Russian Federation No. 2165787, which includes a housing with inlet and outlet openings, installed in it a stator and a rotor and a drive, while channels are made in the side walls of the stator and rotor on the outer cylindrical surface of the rotor between the channels parallel to them are grooves placed at some distance from one another.
Недостатком данного устройства является высокая энергоемкость процесса обработки, который осуществляется при помощи указанного устройства, и необходимость установки дополнительного насоса для нагнетания жидкости под давлением в полость ротора, а также недостаточная продуктивность устройства и эффективность вследствие того, что устройство состоит из одной пары одноступенчатых ротора и статора.The disadvantage of this device is the high energy intensity of the processing process, which is carried out using the specified device, and the need to install an additional pump to inject fluid under pressure into the rotor cavity, as well as insufficient device productivity and efficiency due to the fact that the device consists of one pair of single-stage rotor and stator .
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения, является роторно-кавитационное устройство, описанное в авторском свидетельстве СССР № 1033169, содержащее корпус с впускным и выпускным отверстиями, статор в виде набора первых концентрических цилиндров с активационными элементами, каждая пара из которых образовывает концентрический зазор, и установленный на приводном валу дискообразный ротор в виде набора вторых концентрических цилиндров с активационными элементами, которые входят в зазоры между первыми концентрическими цилиндрами статора. В данном случае активационные элементы представляют собой прорези. Также устройство содержит средство для создания дополнительных пульсаций, которое выполнено в виде соосных дисков с прорезями, один из дисков кинематически связан с ротором и количество прорезей в нем кратно количеству прорезей в цилиндрах.The closest analogue of the claimed invention is a rotor-cavitation device described in the USSR author's certificate No. 1033169, comprising a housing with inlet and exhaust ports, a stator in the form of a set of first concentric cylinders with activation elements, each pair of which forms a concentric gap, and mounted on drive shaft disc-shaped rotor in the form of a set of second concentric cylinders with activation elements that enter the gaps between the first concentric cylinders Tatorey. In this case, the activation elements are slots. The device also contains a means for creating additional pulsations, which is made in the form of coaxial disks with slots, one of the disks is kinematically connected with the rotor and the number of slots in it is multiple to the number of slots in the cylinders.
Недостатками описанной конструкции является недостаточная интенсивность кавитационных процессов и низкий уровень надежности работы устройства. Первый из указанных недостатков обусловлен невозможностью обеспечения стойких кавитационных процессов в связи с особенностями конструктивного исполнения статора и ротора и в связи с геометрической формой активационных элементов стентора и ротора, то есть прорезей, которая не позволяет обеспечить высокую эффективность осуществления кавитационной обработки среды. Низкий уровень надежности работы устройства является следствием вышеуказанных факторов, а также неблагоприятного действия кавитационных процессов на силовые элементы конструкции.The disadvantages of the described design is the lack of intensity of cavitation processes and the low level of reliability of the device. The first of these drawbacks is due to the inability to ensure stable cavitation processes due to the structural features of the stator and rotor and the geometric shape of the activation elements of the stenter and the rotor, that is, the slits, which does not allow for high efficiency of the cavitation treatment of the environment. The low level of reliability of the device is a consequence of the above factors, as well as the adverse effect of cavitation processes on the power elements of the structure.
В основу заявляемого изобретения поставлена задача создания роторно-кавитационного устройства, которое благодаря оптимизации конструктивных параметров и проработке геометрической формы и размеров активационных элементов позволит обеспечить высокую интенсификацию кавитационных процессов, а также позволит снизить вредное влияние кавитационных процессов на элементы конструкции, существенно повысить уровень надежности работы устройства.The basis of the claimed invention is the task of creating a rotary cavitation device, which, by optimizing the design parameters and exploring the geometric shape and dimensions of the activation elements, will allow for a high intensification of cavitation processes, as well as reduce the harmful effects of cavitation processes on structural elements, significantly increase the level of reliability of the device .
Поставленная задача решается тем, что разработанное роторно-кавитационное устройство, содержащее корпус с впускным и выпускным отверстиями, статор в виде набора первых концентрических цилиндров с активационными элементами, каждая пара которых образует концентрический зазор, и установленный на приводном валу дискообразный ротор в виде набора вторых концентрических цилиндров с активационными элементами, которые входят в зазоры между первыми концентричными цилиндрами статора, при этом активационные элементы каждого концентрического цилиндра статора и ротора выполнены в виде периодически расположенных отверстий овальной формы с орбитально ориентированной маленькой осью овала, при этом промежуток между отверстиями превышает размер маленькой оси овала, что позволяет избежать проскок обрабатываемой среды сквозь отверстия, что, в свою очередь, позволяет повысить эффективность кавитационной обработки.The problem is solved in that the developed rotor-cavitation device comprising a housing with inlet and outlet openings, a stator in the form of a set of first concentric cylinders with activation elements, each pair of which forms a concentric gap, and a disk-shaped rotor mounted on the drive shaft as a set of second concentric cylinders with activation elements that enter the gaps between the first concentric stator cylinders, with the activation elements of each concentric the stator and rotor cylinders are made in the form of periodically located oval-shaped holes with an orbitally oriented small axis of the oval, while the gap between the holes exceeds the size of the small axis of the oval, which avoids the passage of the processed medium through the holes, which, in turn, improves the efficiency of cavitation processing .
Возникновение пульсаций потока газообразной или жидкой среды в радиальных направлениях в области рабочей зоны роторно-кавитационного устройства при его работе возникает за счет того, что при вращении ротора, отверстия в стенках концентрических цилиндров, из которых он набран, могут перекрываться сплошными частями аналогичных цилиндров, из которых складывается статор. При этом частота и амплитуда пульсаций потока определяется скоростью вращения ротора и геометрией ротора и статора устройства. Таким образом, вышеупомянутое конструктивное исполнение устройства обеспечивает возможность осуществления кавитационной обработки среды с высокой интенсивностью. Геометрическая форма активационных элементов, то есть отверстий статора и ротора, позволяет существенно интенсифицировать кавитационное вихреобразование в отверстиях и зазорах концентрических цилиндров ротора и статора благодаря возможности создания стойких кавитационных вихрей, а также благодаря созданию кавитационных микровихрей. В зоне встречи потоков кавитационных вихрей интенсивно образуются кавитационные пузырьки оптимальных размеров, которые при схлопывании инициируют кавитационные эффекты, которые активизируют физико-химические процессы в рабочей среде. Выполнение статора и ротора в виде набора концентрических цилиндров, то есть выполнение их многоступенчатыми, приводит к снижению энергии, которая расходуется на единицу рабочего объема устройства, то есть к увеличению его эффективности как механо-химического активатора и кавитатора.The emergence of pulsations of the flow of a gaseous or liquid medium in radial directions in the region of the working area of the rotary cavitation device during its operation arises due to the fact that during the rotation of the rotor, the holes in the walls of the concentric cylinders from which it is assembled can overlap with solid parts of similar cylinders which folds the stator. The frequency and amplitude of the flow pulsations is determined by the speed of rotation of the rotor and the geometry of the rotor and stator of the device. Thus, the aforementioned embodiment of the device allows cavitational processing of the medium with high intensity. The geometric shape of the activation elements, that is, the holes of the stator and rotor, allows to significantly intensify the cavitation vortex formation in the holes and gaps of the concentric cylinders of the rotor and stator due to the possibility of creating stable cavitation vortices, as well as through the creation of cavitation microvortices. In the meeting zone of cavitation vortex flows, cavitation bubbles of optimal size are formed intensively, which, upon collapsing, initiate cavitation effects, which activate physical and chemical processes in the working environment. The implementation of the stator and the rotor in the form of a set of concentric cylinders, that is, the execution of their multi-stage, leads to a decrease in energy that is consumed per unit of the working volume of the device, that is, to increase its effectiveness as a mechanochemical activator and cavitator.
Целесообразным является выполнение роторно-кавитационного устройства, при котором каждыйIt is advisable to perform a rotary cavitation device, in which each
- 2 012471 цилиндр большего диаметра имеет отверстия меньших размеров, чем смежный цилиндр меньшего диаметра. Такое конструктивное выполнение устройства разрешает повысить эффективность осуществления кавитационной обработки благодаря предотвращению проскока обрабатываемой среды.- 2 012471 cylinder of a larger diameter has openings of a smaller size than the adjacent cylinder of a smaller diameter. Such a constructive implementation of the device allows to increase the efficiency of the implementation of cavitation processing by preventing the penetration of the processed medium.
Также целесообразным является выполнение роторно-кавитационного устройства, при котором каждый цилиндр большего диаметра имеет радиальную толщину стенки меньших размеров, чем смежный цилиндр меньшего диаметра. Такое конструктивное выполнение устройства благодаря постепенному уменьшению радиальной толщины стенок цилиндров позволяет оптимизировать расходы энергии устройством, которое, в свою очередь, позволяет повысить экономическую эффективность использования устройства, а также такое конструктивное выполнение устройства разрешает предотвратить уменьшение скорости движения жидкости во время цикла ее обработки.It is also advisable to perform a rotary cavitation device, in which each cylinder of a larger diameter has a radial wall thickness of smaller dimensions than the adjacent cylinder of a smaller diameter. Such constructive execution of the device due to the gradual reduction of the radial wall thickness of the cylinders allows to optimize the energy consumption of the device, which, in turn, allows to increase the economic efficiency of using the device, and such a constructive implementation of the device allows you to prevent a decrease in the speed of the fluid during the processing cycle.
Преобладающим является выполнение устройства с обеспечением его крыльчаткой, которая установлена на приводном валу между ротором и смежной с ним стенкой корпуса. Такое расположение крыльчатки приводит к увеличению количества ступеней обработки и за счет повышения насосного эффекта позволяет применять устройство для активации жидкостных систем, вязкость которых колеблется в широких границах, без снижения производительности работы устройства. Кроме того, установление крыльчатки позволяет создать дополнительное разрежение во внутреннем объеме устройства, которое обуславливает повышение кавитационного эффекта и качества конечного продукта.The predominant is the implementation of the device with the provision of its impeller, which is mounted on the drive shaft between the rotor and the adjacent wall of the housing. Such an arrangement of the impeller leads to an increase in the number of processing steps and, by increasing the pumping effect, allows the device to be used to activate liquid systems, the viscosity of which fluctuates within wide limits, without reducing the performance of the device. In addition, the establishment of the impeller allows you to create an additional vacuum in the internal volume of the device, which causes an increase in the cavitation effect and the quality of the final product.
Преобладающим также является выполнение устройства таким образом, чтобы отношение величины большой оси овала к величине маленькой оси овала радиальных отверстий составляло от 1,5 до 2,5. Выполнение радиальных отверстий с указанным соотношением величины большой оси овала к величине маленькой оси овала позволяет обеспечить оптимальность процесса кавитационной обработки по величине производительности через минимальные значения гидросопротивления при избранной для каждого конкретного случая высоте цилиндров.The device is also dominated in such a way that the ratio of the magnitude of the major axis of the oval to the value of the small axis of the oval of the radial holes is from 1.5 to 2.5. The implementation of the radial holes with the specified ratio of the magnitude of the major axis of the oval to the magnitude of the small axis of the oval allows to ensure the optimality of the cavitation processing process in terms of productivity through minimum values of hydraulic resistance at the selected cylinder height for each case.
Перечень графического материалаList of graphic material
Фиг. 1 - поперечный разрез роторно-кавитационного устройства;FIG. 1 is a cross section of a rotary cavitation device;
фиг. 2 - геометрическая форма активационных элементов;FIG. 2 - the geometric shape of the activation elements;
фиг. 3 - схема образования вихрей;FIG. 3 shows the formation of vortices;
фиг. 4 - геометрические соотношения радиальной толщины стенок цилиндров в торцевом пересечении статора.FIG. 4 - geometric ratios of the radial wall thickness of the cylinders in the end intersection of the stator.
На фиг. 1 представлен поперечный разрез роторно-кавитационного устройства, на котором представлено устройство, которое содержит корпус 1 с впускным 2 и выпускным 3 отверстиями, статор 4 в виде набора первых концентрических цилиндров 5 с активационными элементами, установленный на приводном валу 6, ротор 7 в виде набора вторых концентрических цилиндров 8 с активационными элементами. Также на фиг. 1 представлена крыльчатка 9 устройства.FIG. 1 shows a cross section of a rotary cavitation device, which presents a device that includes a housing 1 with inlet 2 and exhaust 3 holes, a stator 4 in the form of a set of first concentric cylinders 5 with activation elements mounted on a drive shaft 6, a rotor 7 in the form of a set second concentric cylinders 8 with activation elements. Also in FIG. 1 shows the impeller 9 of the device.
На фиг. 2 представлена геометрическая форма активационных элементов 10, выполненных в роторе 7. Активационные элементы 10 выполнены в виде периодически расположенных отверстий овальной формы с орбитально ориентированной маленькой осью а овала, большой осью Ь овала и промежутком между отверстиями с.FIG. 2 shows the geometrical shape of the activation elements 10 made in the rotor 7. The activation elements 10 are made in the form of periodically arranged oval holes with an orbitally oriented small axis a of the oval, the major axis b of the oval and the gap between the holes with.
На фиг. 3 представлена схема образования вихрей, то есть потоков и гидродинамических явлений, которые возникают в многоступенчатом роторно-кавитационном устройстве, на примере первой ступени. При вращении ротора 7 в направлении, показанном стрелкой 11, скорость жидкости в радиальном зазоре δ между цилиндром ротора 7 и цилиндром статора 4 резко изменяется от значения окружной скорости ротора 7 к нулю возле поверхности статора 4. Эпюра 12 окружных скоростей в значительной степени зависит от свойств обрабатываемой жидкости, параметров устройства и скорости обращения ротора 7. При этом поток жидкости в зазоре δ поддается периодическим радиальным возмущениям, которые возникают при совмещении отверстий 10. Взаимодействие окружного и радиального потока с элементами статора 4 приводит к изменениям направления вращения потока после прохождения отверстий статора 4, что показано ломаной стрелкой 13. В зоне изменения направления потока образуются стойкие кавитационные вихри, которые представлены круговой стрелкой 14. В центре такого кавитационного вихря на протяжении значительного времени (несколько десятков периодов) содержится обрабатываемая среда, которая вращается в направлении вращения вихря. Также на фиг. 3 изображены кавитационные микровихри 15 (изображенные спиральной стрелкой), которые образуются при взаимодействии потока с острокромковыми поверхностями рабочих элементов ротора 7 и статора 4.FIG. 3 shows a diagram of the formation of vortices, that is, flows and hydrodynamic phenomena that occur in a multistage rotary-cavitation device, for example, the first stage. When the rotor 7 rotates in the direction shown by arrow 11, the fluid velocity in the radial clearance δ between the rotor cylinder 7 and the stator cylinder 4 sharply changes from the value of the peripheral speed of the rotor 7 to zero near the surface of the stator 4. The plot 12 of the peripheral speed largely depends on the properties the processed fluid, the device parameters and the speed of rotation of the rotor 7. In this case, the fluid flow in the gap δ is subject to periodic radial perturbations that occur when the holes are aligned 10. The interaction of A forced flow with elements of the stator 4 leads to changes in the direction of rotation of the flow after passing through the holes in the stator 4, which is indicated by broken arrow 13. Persistent cavitation vortices are formed in the direction of flow direction, which are represented by a circular arrow 14. In the center of such a cavitation vortex for a considerable time ( several tens of periods) contains the processed medium, which rotates in the direction of rotation of the vortex. Also in FIG. 3 shows cavitation microvortexes 15 (shown with a spiral arrow), which are formed by the interaction of the flow with sharp edge of the working elements of the rotor 7 and the stator 4.
На фиг. 4 представлены геометрические соотношения радиальной толщины стенок концентрических цилиндров в торцевом пересечении статора 4, где изображены цилиндры 5 статора 4, в данном случае статор 4 выполнен в виде набора из четырех концентрических цилиндров 5, причем каждый цилиндр статора 5 большего диаметра выполнен с радиальной толщиной стенки меньших размеров, чем у смежного цилиндра меньшего диаметра, то есть обеспечивается соотношение 1ΐ|>1ι2>1ι3>1ι4. где 1ΐ| 1ι2. 1ι3 и 1ι4 радиальные толщины стенки цилиндров. Цилиндр статора 4 с наибольшим диаметром выполнен сплошным, что оказывает содействие уменьшению разрушения корпуса 1 и крыльчатки 9 от вредного влияния происходящих кавитационных процессов.FIG. 4 shows the geometric ratios of the radial wall thickness of the concentric cylinders in the end intersection of the stator 4, which shows the cylinders 5 of the stator 4, in this case, the stator 4 is made as a set of four concentric cylinders 5, each with a larger diameter radial wall thickness 5 sizes than the adjacent cylinder of smaller diameter, that is, a ratio of 1ΐ |> 1ι 2 > 1ι 3 > 1ι 4 is provided. where 1ΐ | 1ι 2 . 1ι 3 and 1ι 4 radial wall thickness of the cylinders. The stator cylinder 4 with the largest diameter is made solid, which helps to reduce the destruction of the housing 1 and the impeller 9 from the harmful effects of the ongoing cavitation processes.
- 3 012471- 3 012471
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
Среда, которая подлежит обработке, поступает сквозь впускное отверстие 2 в полость корпуса 1. При этом среда под действием входного давления перетекает сквозь активационные элементы, выполненные в концентрических цилиндрах 5 статора 4 в полость ротора 7, которому придается вращательное движение благодаря вращению приводного вала 6, который можно вращать с помощью любого пригодного электродвигателя. При периодическом совпадении отверстий 10 в концентрических цилиндрах 5 и 8 ротора 7 и статора 4 происходит изменение скорости и давления потока среды, которая инициирует кавитационные процессы. При вращении ротора скорость жидкости в радиальном зазоре δ между ротором 7 и статором 4 резко изменяется от значения окружной скорости ротора 7 к нулю возле поверхности статора 4. При этом поток жидкости в зазоре δ поддается периодическим радиальным возмущениям, которые возникают при совмещении отверстий 10. Взаимодействие кругового и радиального потока с элементами статора 4 приводит к изменениям направления обращения потока после прохождения отверстий статора 4. В зоне изменения направления потока образуются стойкие кавитационные вихри 14. В центре такого кавитационного вихря на протяжении значительного времени (несколько десятков периодов) удерживают обрабатываемую среду, которая вращается в направлении вращения вихря. Также при взаимодействии потока с острокромковыми поверхностями рабочих элементов ротора 7 и статора 4 образуются кавитационные микровихри 15. С помощью крыльчатки 9 осуществляют дополнительное разряжение в объеме корпуса и подают обрабатываемую жидкость сквозь выпускное отверстие 3 корпуса 1 или на новый цикл обработки, или к емкости готовой продукции.The medium to be processed enters through the inlet 2 into the cavity of the housing 1. At the same time, under the action of the input pressure, the medium flows through the activation elements made in concentric cylinders 5 of the stator 4 into the cavity of the rotor 7, which is rotated by rotation of the drive shaft 6, which can be rotated using any suitable electric motor. When periodic coincidence of the holes 10 in the concentric cylinders 5 and 8 of the rotor 7 and the stator 4, there is a change in the velocity and pressure of the flow of the medium, which initiates cavitation processes. When the rotor rotates, the fluid velocity in the radial gap δ between the rotor 7 and the stator 4 sharply changes from the circumferential speed of the rotor 7 to zero near the surface of the stator 4. In this case, the fluid flow in the gap δ is subject to periodic radial disturbances that occur when the holes 10 are aligned. circular and radial flow with elements of the stator 4 leads to changes in the direction of flow after passing through the holes of the stator 4. In the zone of change in the direction of flow, persistent cavitation vortices are formed and 14. In the center of such a cavitation whirl for a considerable time (several tens of periods) they keep the medium being processed, which rotates in the direction of the rotation of the whirlwind. Also, when the flow interacts with sharp-edged surfaces of the working elements of the rotor 7 and the stator 4, cavitation microvortexes 15 are formed. Using the impeller 9, additional discharge is carried out in the body volume and the treated fluid is supplied through the outlet 3 of the body 1 or to a new processing cycle or to the finished product capacity .
Для определения основных технологических характеристик разработанного роторнокавитационного устройства в данном случае провели эксперименты из механической и кавитационной обработки водоугольных суспензий трех видов с изменяемым отношением твердая-жидкая среда. При этом очевидным является изменение вязкости среды, которая обрабатывается. Экспериментально было доказано, что производительность аппарата практически не зависит от вязкости обрабатываемой среды в довольно широком интервале изменения соотношения твердое-жидкое. В соответствии с полученными в экспериментах результатами, критерием эффективности любой конструкции роторно-кавитационного устройства может служить комплекс его конструктивных и энергетических параметров:In order to determine the main technological characteristics of the developed rotor-cavitation device, in this case, experiments were conducted from mechanical and cavitation treatment of three types of coal-water slurries with a variable ratio of solid-liquid medium. In this case, it is obvious that the viscosity of the medium being processed is changed. It was experimentally proved that the productivity of the apparatus is practically independent of the viscosity of the medium being processed in a rather wide range of changes in the solid-liquid ratio. In accordance with the results obtained in experiments, the criterion of the effectiveness of any design of a rotary cavitation device can be a set of its design and energy parameters:
ξ - диссипация механической мощности в единицы объема среды, которая обрабатывается;ξ is the dissipation of mechanical power per unit volume of the medium that is being processed;
I - среднее значение градиента скорости сдвига обрабатываемой среды в зазоре между рабочими органами устройства;I - the average value of the gradient of the shear rate of the processed medium in the gap between the working parts of the device;
Г0 - основная частота пульсаций динамического давления в рабочем объеме.G 0 - the main frequency of the pulsations of the dynamic pressure in the working volume.
Регулирование частоты вращения ротора устройства позволяет регулировать вышеупомянутые его параметры в следующих границах:Regulation of the frequency of rotation of the rotor of the device allows you to adjust the above parameters in the following limits:
ξ == (0,5-8,9) мВт/м3;ξ == (0.5-8.9) mW / m 3 ;
(200-100000) с1;(200-100000) from 1 ;
/о = (300-1800) Гц./ o = (300-1800) Hz.
На основании экспериментальных исследований с использованием критерия эффективности, который учитывает конструктивные и энергетические параметры устройства, а также в зависимости от среды, которая обрабатывается, разработаны следующие конструкции роторно-кавитационного устройства.On the basis of experimental studies using the efficiency criterion, which takes into account the structural and energy parameters of the device, as well as, depending on the medium that is being processed, the following rotor-cavitation device designs are developed.
ТаблицаTable
Технические характеристики роторно-кавитационных устройствTechnical characteristics of rotary cavitation devices
В целом повышение производительности (интенсивности) обработки достигает 50-70% по отношению к производительности прототипа. Надежность роторно-кавитационного устройства, основным показателем которого является ресурс, благодаря конструктивному выполнению устройства возрастает в 2-5 раз.In general, the increase in productivity (intensity) of processing reaches 50-70% relative to the performance of the prototype. The reliability of the rotary cavitation device, the main indicator of which is the resource, due to the constructive performance of the device increases 2-5 times.
Таким образом, заявляемое изобретение представляет собой роторно-кавитационное устройство, которое благодаря оптимизации конструктивных параметров и проработке геометрической формы и размеров активационных элементов позволяет обеспечить высокую интенсификацию кавитационныхThus, the claimed invention is a rotary-cavitation device, which, by optimizing the design parameters and exploring the geometric shape and dimensions of the activation elements, allows for a high intensification of cavitation
- 4 012471 процессов, а также позволяет снизить вредное влияние кавитационных процессов на элементы конструкции, существенным образом повысить уровень надежности работы устройства.- 4 012471 processes, as well as reduces the harmful effects of cavitation processes on structural elements, significantly improve the reliability of the device.
Claims (5)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA200703326A UA92155C2 (en) | 2007-03-28 | 2007-03-28 | Rotary cavitation device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA200800219A1 EA200800219A1 (en) | 2008-10-30 |
| EA012471B1 true EA012471B1 (en) | 2009-10-30 |
Family
ID=40851940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA200800219A EA012471B1 (en) | 2007-03-28 | 2008-01-31 | Rotary cavitation device |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA012471B1 (en) |
| UA (1) | UA92155C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019032076A1 (en) * | 2017-08-07 | 2019-02-14 | Евгений Ефимович ДОМАНОВ | Cavitation apparatus for treating liquid media |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2075352A (en) * | 1980-05-09 | 1981-11-18 | Banyaszati Fejlesztesi Intezet | Equipment for the delivery of slurry and refinement during delivery |
| SU952755A1 (en) * | 1979-03-26 | 1982-08-23 | Среднеазиатский научно-исследовательский институт природного газа | Method and apparatus for preparing drilling mud |
| SU1033169A1 (en) * | 1981-01-30 | 1983-08-07 | Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Металлургической Теплотехники,Цветной Металлургии И Огнеупоров | Rotor-type pulsation apparatus |
| US4564333A (en) * | 1981-05-22 | 1986-01-14 | The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland | Fuel supply apparatus |
| RU2156648C1 (en) * | 1999-11-30 | 2000-09-27 | Закрытое акционерное общество "Катализаторная компания" | Rotary disperser |
| RU2206380C1 (en) * | 2002-06-19 | 2003-06-20 | предприниматель Волков Герман Альфредович | Multi-stage rotor pulsating apparatus |
-
2007
- 2007-03-28 UA UAA200703326A patent/UA92155C2/en unknown
-
2008
- 2008-01-31 EA EA200800219A patent/EA012471B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU952755A1 (en) * | 1979-03-26 | 1982-08-23 | Среднеазиатский научно-исследовательский институт природного газа | Method and apparatus for preparing drilling mud |
| GB2075352A (en) * | 1980-05-09 | 1981-11-18 | Banyaszati Fejlesztesi Intezet | Equipment for the delivery of slurry and refinement during delivery |
| SU1033169A1 (en) * | 1981-01-30 | 1983-08-07 | Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Металлургической Теплотехники,Цветной Металлургии И Огнеупоров | Rotor-type pulsation apparatus |
| US4564333A (en) * | 1981-05-22 | 1986-01-14 | The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland | Fuel supply apparatus |
| RU2156648C1 (en) * | 1999-11-30 | 2000-09-27 | Закрытое акционерное общество "Катализаторная компания" | Rotary disperser |
| RU2206380C1 (en) * | 2002-06-19 | 2003-06-20 | предприниматель Волков Герман Альфредович | Multi-stage rotor pulsating apparatus |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019032076A1 (en) * | 2017-08-07 | 2019-02-14 | Евгений Ефимович ДОМАНОВ | Cavitation apparatus for treating liquid media |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| UA92155C2 (en) | 2010-10-11 |
| EA200800219A1 (en) | 2008-10-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3072579B1 (en) | Cavitation device | |
| RU2166987C1 (en) | Cavitation apparatus | |
| RU185434U1 (en) | PUMP | |
| EP2918945A1 (en) | Method and apparatus for heating liquids | |
| RU2438769C1 (en) | Rotor-type hydrodynamic cavitator for fluids processing (versions) | |
| EA012471B1 (en) | Rotary cavitation device | |
| US10240774B2 (en) | Method and apparatus for heating and purifying liquids | |
| RU74976U1 (en) | GAS-STABILIZING CENTRIFUGAL PUMP MODULE FOR OIL PRODUCTION | |
| RU2422733C1 (en) | Heat cavitation generator | |
| RU2329862C2 (en) | Disperser-activator | |
| RU195298U1 (en) | PUMP | |
| RU2495337C2 (en) | Electrically driven pump-sealed rotary heat generator | |
| RU2516559C2 (en) | Rotary pulsating machine | |
| UA22997U (en) | Rotary-cavitation device | |
| RU74084U1 (en) | CAVITATION HYDRAULIC DISPERSANT | |
| RU2591974C1 (en) | Rotor-pulsation apparatus | |
| RU2600049C1 (en) | Rotary hydrodynamic apparatus | |
| RU2666418C1 (en) | Disk cavitational apparatus for liquid and viscous treatment | |
| RU2433873C1 (en) | Rotor universal cavitation generator-disperser | |
| RU192514U1 (en) | PUMP | |
| RU222858U1 (en) | MIXER | |
| RU2041395C1 (en) | Pump-dispergator | |
| RU2245898C1 (en) | Water-fuel emulsion manufacture process | |
| RU2578689C1 (en) | Mixer-emulsifier | |
| RU2786546C1 (en) | Topping gas stabilizing device (variants) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM BY |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AZ KZ KG MD TJ TM RU |