RU175742U1

RU175742U1 - Hydroacoustic unit with flow modulation

Info

Publication number: RU175742U1
Application number: RU2017119685U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Владимирович Ульрих; Сергей Егорович Денисов; Сергей Павлович Максимов; Олег Викторович Маршалов
Priority date: 2017-06-05
Filing date: 2017-06-05
Publication date: 2017-12-18

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для создания гидроакустических колебаний в проточной жидкой или газообразной среде и предназначена для получения тонкодисперсных эмульсий и суспензий с одновременным перемешиванием продукта.Техническим результатом заявляемой полезной модели является возможность повышения эффективности обработки за счет оптимизации импульсного гидроакустического воздействия на обрабатываемую проточную среду путем регулирования длительности импульсов, расширения диапазона возможных частот колебаний и формирования общего направленного потока обработанной среды из аппарата.Гидроакустический аппарат состоит из корпуса, в котором размещены ротор и статор. Ротор и статор имеют приводы независимого вращения. Статор выполнен в виде обоймы плотно прилегающих двух цилиндров, имеющих возможность взаимного поворота относительно друг друга для изменения геометрии сквозных отверстий. На внешней цилиндрической стороне статора располагаются равномерно расположенные радиальные лопасти.Сравнение заявленного устройства с известными позволяет сделать вывод о достижении нового положительного эффекта, выразившегося в повышении эффективности гидроакустического воздействия на обрабатываемую среду за счет регулирования длительности импульсов, расширения диапазона возможных частот колебаний и формирования общего направленного потока обработанной среды из аппарата. 3 ил.The invention relates to devices for generating hydroacoustic vibrations in a flowing liquid or gaseous medium and is intended to produce finely dispersed emulsions and suspensions while stirring the product. The technical result of the claimed utility model is the possibility of increasing processing efficiency by optimizing pulsed hydroacoustic effects on the processed flowing medium by regulating pulse duration, expanding the range of possible frequencies of oscillations and pho formation of the total directed flow of the treated medium from the apparatus. The hydroacoustic apparatus consists of a housing in which the rotor and stator are placed. The rotor and stator have independent rotation drives. The stator is made in the form of a cage of tightly adjacent two cylinders, with the possibility of mutual rotation relative to each other to change the geometry of the through holes. Evenly spaced radial blades are located on the outer cylindrical side of the stator. Comparison of the claimed device with the known ones allows us to conclude that a new positive effect has been achieved, which is manifested in an increase in the efficiency of hydroacoustic impact on the medium being processed by adjusting the pulse duration, expanding the range of possible oscillation frequencies and forming a general directed flow processed medium from the apparatus. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к устройствам для создания гидроакустических колебаний в проточной жидкой или газообразной среде и предназначена для получения тонкодисперсных эмульсий и суспензий с одновременным перемешиванием продукта.The utility model relates to devices for generating hydroacoustic vibrations in a flowing liquid or gaseous medium and is intended to produce finely dispersed emulsions and suspensions while stirring the product.

Известна гидродинамическая сирена (Патент РФ №2284229 от 27.09.2006) которая содержит коаксиально установленные цилиндрический статор в виде концентрического акустического резонатора и полый ротор, в смежных поверхностях которых выполнены равномерно расположенные по окружности сквозные отверстия, привод для равномерного вращения ротора, средство для подачи жидкой или газообразной смеси в ротор и выходной патрубок для вывода продукта. Ротор сирены выполнен с числом отверстий, отличным на единицу от числа отверстий статора для реализации бегущей резонансной волны колебаний в резонаторе - прямой относительно направления вращения ротора - в случае на единицу больше и обратной - в случае на единицу меньше, а выходной патрубок расположен по касательной к наружной поверхности статора в направлении бегущей волны.A well-known hydrodynamic siren (RF Patent No. 2284229 from 09/27/2006) which contains a coaxially mounted cylindrical stator in the form of a concentric acoustic resonator and a hollow rotor, in adjacent surfaces of which are made uniformly arranged circumferentially through holes, a drive for uniform rotation of the rotor, means for supplying liquid or a gaseous mixture into the rotor and the outlet pipe to output the product. The siren rotor is made with a number of holes different by one from the number of stator holes for implementing a traveling resonant wave of oscillations in the resonator — direct with respect to the direction of rotation of the rotor — in the case by one more and inverse — in the case by one less, and the outlet pipe is tangent to the outer surface of the stator in the direction of the traveling wave.

Недостатком указанного устройства является то, что среды, подлежащие гидроакустической обработке, как правило, не имеют постоянных физических характеристик, таких как плотность, вязкость и др., зависящих, в том числе, и от температуры обрабатываемой среды. Поэтому скважность импульсов, которая определяет эффективность обработки импульсных систем, не может быть постоянной и должна варьироваться в зависимости от изменяющихся условий обработки. Изменение только частоты вращения ротора в этом случае не всегда приводит к положительным результатам.The disadvantage of this device is that the medium to be sonicated, as a rule, do not have constant physical characteristics, such as density, viscosity, etc., depending, in particular, on the temperature of the processed medium. Therefore, the duty cycle of pulses, which determines the processing efficiency of pulse systems, cannot be constant and must vary depending on the changing processing conditions. Changing only the rotor speed in this case does not always lead to positive results.

Другим недостатком представленного устройства является то, что частота создания акустических колебаний ограничивается частотой вращения приводного двигателя ротора, что ограничивает область использования устройства.Another disadvantage of the presented device is that the frequency of generation of acoustic vibrations is limited by the rotational speed of the drive motor of the rotor, which limits the scope of use of the device.

Недостатком указанного устройства также является то, что развитая турбулентность, пульсация давления и скорость потока жидкости распространяется строго в радиальном направлении по расположенным на неподвижном статоре сквозным отверстиям, что затрудняет формирование общего направленного потока обработанной среды из аппарата и создает дополнительные гидравлические сопротивления. В этом случае даже формирование бегущей резонансной волны колебаний в резонаторе не эффективно формирует направленный поток жидкости или газа.The disadvantage of this device is that the developed turbulence, pressure pulsation and fluid flow velocity propagates strictly in the radial direction through the through holes located on the fixed stator, which makes it difficult to form a general directed flow of the treated medium from the apparatus and creates additional hydraulic resistances. In this case, even the formation of a traveling resonant wave of oscillations in the resonator does not effectively form a directed flow of liquid or gas.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является возможность повышения эффективности обработки за счет оптимизации импульсного гидроакустического воздействия на обрабатываемую проточную среду путем регулирования скважности импульсов, расширения диапазона возможных частот колебаний и формирования общего направленного потока обработанной среды из аппарата.The technical result of the claimed utility model is the possibility of increasing the processing efficiency by optimizing the pulsed sonar impact on the processed flow medium by adjusting the duty cycle of the pulses, expanding the range of possible vibration frequencies and forming a general directed flow of the treated medium from the apparatus.

Указанный технический результат достигается тем, что в гидроакустическом аппарате с модуляцией потока статор имеет возможность независимого вращения и выполнен в виде обоймы плотно сопряженных цилиндров, имеющих возможность независимого поворота относительно друг друга для изменения геометрии сквозных отверстий, при этом на внешней стороне статора равномерно расположены радиальные лопасти произвольного количества динамически уравновешенные.The specified technical result is achieved by the fact that in the hydroacoustic apparatus with flow modulation, the stator has the possibility of independent rotation and is made in the form of a cage of tightly coupled cylinders that can independently rotate relative to each other to change the geometry of the through holes, while the radial blades are uniformly located on the outside of the stator an arbitrary amount of dynamically balanced.

Гидроакустические аппараты различных видов и модификаций нашли применение в гидромеханических и тепло- массообменных процессах за счет широкого спектра факторов воздействия:Hydroacoustic devices of various types and modifications have found application in hydromechanical and heat and mass transfer processes due to a wide range of impact factors:

- механическое воздействие на частицы гетерогенной среды, заключающееся в ударных, срезывающих и истирающих нагрузках и контактах с рабочими частями роторного аппарата;- mechanical impact on particles of a heterogeneous medium, consisting in shock, shearing and abrasion loads and contacts with the working parts of the rotor apparatus;

- гидродинамическое воздействие, выражающееся в больших сдвиговых напряжениях в жидкости, развитой турбулентности, пульсациях давления и скорости потока жидкости;- hydrodynamic effects, expressed in large shear stresses in the fluid, developed turbulence, pressure pulsations and fluid flow rates;

- гидроакустическое воздействие на жидкость осуществляется за счет мелкомасштабных пульсаций давления, интенсивной кавитации, ударных волн и вторичных нелинейных акустических эффектов.- the hydroacoustic effect on the liquid is due to small-scale pressure pulsations, intense cavitation, shock waves and secondary non-linear acoustic effects.

Качественно на работу аппарата влияют такие параметры, как ширина отверстий в роторе и статоре, величина зазора между ротором и статором, перепадом давлений жидкости на модуляторе, периодом модуляции и т.д. Скважность - один из классификационных признаков импульсных систем, определяющий отношение его периода следования (повторения) к длительности импульса. Период следования задается частотой относительного вращения ротора и статора, а длительность - шириной отверстий на статоре.Qualitatively, the operation of the apparatus is affected by such parameters as the width of the holes in the rotor and stator, the gap between the rotor and stator, the differential pressure of the liquid on the modulator, the modulation period, etc. Duty rate is one of the classification features of impulse systems, which determines the ratio of its repetition period (repetition) to the pulse duration. The repetition period is determined by the frequency of relative rotation of the rotor and stator, and the duration is determined by the width of the holes on the stator.

При вращении ротора гидроакустического аппарата, его отверстия периодически совмещаются с отверстиями статора. Выходя из отверстий статора, жидкость собирается в рабочей камере и выводится через выходной патрубок. В период времени, когда отверстия ротора перекрыты стенкой статора, в полости ротора давление возрастает, а при совмещении отверстия ротора с отверстием статора давление за короткий промежуток времени сбрасывается и в результате этого в отверстие статора распространяется импульс давления.When the rotor of the hydroacoustic apparatus rotates, its openings are periodically aligned with the openings of the stator. Coming out of the stator holes, the liquid is collected in the working chamber and is discharged through the outlet pipe. During the period when the rotor holes are blocked by the stator wall, the pressure in the rotor cavity increases, and when the rotor hole is combined with the stator hole, the pressure is released in a short period of time and, as a result, a pressure pulse propagates into the stator hole.

На фиг. 1 показана схема гидроакустического аппарата. Гидроакустический аппарат состоит из корпуса 1, в котором размещены ротор 2 и статор 3. На корпусе 1 выполнены патрубки 4 для входа обрабатываемой среды в рабочую камеру ротора 2 и выхода 5 обработанной среды после прохождения сквозных отверстий статора 3. Ротор 2 имеет привод вращения от двигателя 6. Статор 3 посредством механической передачи 7 имеет привод вращения от двигателя 8. В роторе 2 и статоре 3 выполнены сквозные отверстия. На внешней цилиндрической стороне статора 3 располагаются равномерно расположенные радиальные лопасти 9 (фиг. 2). Статор 3 выполнен в виде обоймы плотно прилегающих двух цилиндров, имеющих возможность взаимного поворота относительно друг друга для изменения геометрии сквозных отверстий (фиг. 3).In FIG. 1 shows a diagram of a sonar apparatus. The hydroacoustic apparatus consists of a housing 1, in which a rotor 2 and a stator 3 are placed. On the housing 1, nozzles 4 are made for entering the medium to be processed into the working chamber of the rotor 2 and output 5 of the treated medium after passing through the through holes of the stator 3. Rotor 2 has a rotation drive from the engine 6. The stator 3 through a mechanical transmission 7 has a rotation drive from the engine 8. Through-holes are made in the rotor 2 and the stator 3. On the outer cylindrical side of the stator 3 are evenly spaced radial blades 9 (Fig. 2). The stator 3 is made in the form of a cage of tightly adjacent two cylinders, with the possibility of mutual rotation relative to each other to change the geometry of the through holes (Fig. 3).

Устройство работает следующим образом. Обрабатываемая среда поступает через патрубок 4 в рабочую камеру ротора 2, откуда под действием внешнего давления и давления центробежных сил она движется через периодически перекрывающиеся сквозные отверстия ротора 2 и отверстия статора 3, образующие модулятор - нелинейное гидравлическое сопротивление потоку обрабатываемой проточной среды. Ротор 2 приводится во вращение посредством двигателя 6. При этом в процессе изменения проходного сечения потока при движении жидкости из сквозных отверстий ротора в сквозные отверстия статора возникают переменные импульсы давления. Статор 3 имеет возможность вращения от двигателя 8 посредством передачи 7. Так для увеличения частоты импульсов статор вращают в противоположном направлении вращению ротора 2. Их относительные частоты вращения в данном случае складывают, что существенно увеличивает технологические возможности аппарата. При смещении обоймы цилиндров статора 3 изменяется геометрия (ширина) его сквозных отверстий, что определяет величину длительности импульса. Кроме того, вращающийся статор 3 с равномерно расположенными на нем радиальными лопастями 9 придает дополнительное вращение потоку обработанной среды и формирует направленное движение последней по спиральной траектории к выходному патрубку 5.The device operates as follows. The medium to be processed enters through the nozzle 4 into the working chamber of the rotor 2, from where, under the influence of external pressure and the pressure of centrifugal forces, it moves through the periodically overlapping through holes of the rotor 2 and the holes of the stator 3, forming a modulator - nonlinear hydraulic resistance to the flow of the processed flow medium. The rotor 2 is driven into rotation by the engine 6. In this case, during the change in the flow cross section when the fluid moves from the through holes of the rotor into the through holes of the stator, alternating pressure pulses occur. The stator 3 has the ability to rotate from the engine 8 by means of transmission 7. So, to increase the frequency of the pulses, the stator is rotated in the opposite direction to the rotation of the rotor 2. Their relative rotation frequencies in this case are added up, which significantly increases the technological capabilities of the apparatus. When the casing of the cylinders of the stator 3 is displaced, the geometry (width) of its through holes changes, which determines the magnitude of the pulse duration. In addition, a rotating stator 3 with radial blades 9 evenly spaced on it gives additional rotation to the flow of the treated medium and forms a directional movement of the latter along a spiral path to the outlet 5.

Сравнение заявленного устройства с известными позволяет сделать вывод о достижении нового положительного эффекта, выразившегося в повышении эффективности гидроакустического воздействия на обрабатываемую среду за счет регулирования длительности импульсов, расширения диапазона возможных частот колебаний и формирования общего направленного потока обработанной среды из аппарата.A comparison of the claimed device with the known ones allows us to conclude that a new positive effect has been achieved, which is reflected in an increase in the efficiency of hydroacoustic effects on the medium being processed by adjusting the pulse duration, expanding the range of possible vibration frequencies and forming a general directed flow of the treated medium from the device.

Claims

A hydroacoustic apparatus with flow modulation, including a coaxially mounted cylindrical stator in the form of a concentric acoustic resonator and a hollow rotor, in adjacent surfaces of which through holes are evenly spaced around the circumference, a drive for uniform rotation of the rotor, means for supplying a liquid or gaseous mixture to the rotor and the outlet pipe for outputting the product, and the outlet pipe is located tangential to the outer surface of the stator in the direction of the traveling wave, characterized in that The stator has the ability to independently rotate and is made in the form of a cage of tightly mated cylinders that can independently rotate relative to each other to change the geometry of the through holes, while on the outside of the stator radial blades of an arbitrary number of dynamically balanced are uniformly located.