RU2019281C1 - Роторный аппарат гидроударного действия "сампо" - Google Patents
Роторный аппарат гидроударного действия "сампо" Download PDFInfo
- Publication number
- RU2019281C1 RU2019281C1 RU92005650A RU92005650A RU2019281C1 RU 2019281 C1 RU2019281 C1 RU 2019281C1 RU 92005650 A RU92005650 A RU 92005650A RU 92005650 A RU92005650 A RU 92005650A RU 2019281 C1 RU2019281 C1 RU 2019281C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blades
- rotor
- stator
- jumpers
- group
- Prior art date
Links
Landscapes
- Mixers Of The Rotary Stirring Type (AREA)
Abstract
Использование: изобретение относится к устройствам для приготовления суспензий и эмульсий. Сущность изобретения: устройство содержит установленные в корпусе статор 2 и ротор, образованные коаксильно размещенными с зазором цилиндрами с чередующимися по периметру перемычками и прорезями 3, патрубок ввода, соединенный с полостью приосевой части ротора, содержащего лопатки, патрубок вывода, соединенный с полостью между корпусом и статором, привод, соединенный с валом 5 ротора. Перемычки ротора выполнены заодно с лопатками и образуют лопасти первой и второй групп, лопасти первой группы длиннее лопастей второй группы, причем последние находятся между лопастями первой группы. Лопасти расширяются со знакопостоянной выпуклостью в сторону цилиндрической поверхности ротора, образуя на основаниях лопастей заостренные и тупые кромки и имея в приосевой части постоянное сечение. Основания лопастей ротора и перемычек статора заострены в тангенциальном направлении. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к устройствам для измельчения твердых веществ в жидкостях, приготовления суспензий и эмульгирования жидкостей и может быть использовано в областях обогащения полезных ископаемых, производстве строительных материалов, изготовления топливных смесей, в химической и нефтехимической промышленности.
Известны различные устройства для диспергирования, смешения, приготовления суспензий и эмульгирования различных веществ. Устройства такого типа обычно реализуются в виде размещенных в корпусе перемешивающих органов, при этом корпус содержит входные и выходные патрубки. Степень диспергирования или эмульгирования (в зависимости от вида дисперсионной и дисперсной сред) определяется формой и расположением рабочих органов, скоростями их перемещения, температурой и реологическими характеристиками обрабатываемой среды.
К широко известным устройствам для тонкого диспергирования и эмульгирования относятся так называемые "роторно-пульсационные аппараты" (РПА). Они представляют собой корпус, внутри которого по входному центральноосевому патрубку подается подлежащая обработке среда. Ротор и статор в таких устройствах перфорированы и установлены коаксиально с небольшим зазором. Выход подвергающегося обработке продукта осуществляется в радиальном направлении через перфорации в рабочих органах. Процесс обработки осуществляется в узких зазорах между поверхностями ротора и статора. Для повышения эффективности обработки и осуществления подачи среды в зону обработки на валу ротора устанавливаются лопасти.
Такие аппараты позволяют осуществить диспергирование и эмульгирование гетерогенных сред, однако, принцип, заложенный в основу их работы, обусловливает ряд технических недостатков. Так, воздействие на обрабатываемую среду "сдвиговыми" напряжениями в зазорах между поверхностями ротора и статора (роторными и/или статорными элементами, если последних много) создает большое гидравлическое сопротивление системы в целом, что влечет за собой большой расход энергии привода вращения ротора и износ рабочих органов, ограничивает производительность обработки среды. Кроме того, наличие малых зазоров между элементами ротора и статора, в том случае, когда таких элементов несколько, не позволяет реализовать резонансный режим работы по гидроударному воздействию на обрабатываемую среду.
Более перспективными устройствами для диспергирования и эмульгирования гетерогенных сред являются устройства типа гидродинамической сирены, в которых в обрабатываемой среде реализуются процессы гидроудара и кавитации. Такие устройства, в отличие от устройства известного типа, имеют одну пару рабочих органов (ротор - статор). Количество отверстий (перфораций) в роторе и статоре может быть различным, так же, как и их форма. Так, например, описан роторный аппарат - гидродинамическая сирена, в котором отверстия имеют радиальную направленность, а тело ротора между отверстиями выполнено в виде трехгранных призм с выпуклой гранью, обращенных к внутренней поверхности ротора.
Наиболее близкий изобретению аналог (прототип) - роторный аппарат гидроударного действия для диспергирования суспензий, содержит корпус с входным и выходным патрубками. Внутри корпуса концентрично друг другу расположены ротор и статор. В роторе выполнены щели, равномерно сужающиеся в своем поперечном сечении от осевой части ротора в сторону статора. Щели, выполненные в статоре, расширяются в сторону корпуса и имеют вогнутые поверхности, что способствует созданию в обрабатываемой среде интенсивной гидродинамической кавитации. В приосевой полости тело ротора имеет форму лопаток для создания в обрабатываемой среде центробежного потока.
Однако, наряду с преимуществами, касающимися широкого спектра обрабатываемых гетерогенных сред (от эмульсий до суспензий твердых абразивных веществ), известные роторные аппараты гидроударного действия имеют и ряд недостатков. К основным из них следует отнести нереализованность возможности создания резонансного режима в гетерогенной (многофазной) обрабатываемой среде. Скорость распространения ударных волн примерно равна скорости звука в жидкости и достаточно велика. Из-за последнего обстоятельства акустический резонанс реализуется лишь в так называемой "резонансной камере озвучивания" гидродинамических сирен и в принципе не может быть достигнут в рассматриваемых устройствах в узком пространстве отверстий (перфораций, щелей) ротора и статора для приемлемых с точки зрения потребляемой мощности и числа оборотов привода устройства размеров ротора и статора.
Таким образом, решаемая настоящим изобретением техническая задача состоит в повышении эффективности устройства за счет создания в обрабатываемой среде акустического резонанса не только в объеме камеры озвучивания, но и в объемах между перемычками (в отверстиях, щелях) ротора и статора.
Данная техническая задача решается за счет того, что в роторном аппарате гидроударного действия, включающем установленные в корпусе статор и ротор, образованные коаксиально размещенными с зазором цилиндрическими элементами с чередующимися по периметру перемычками и прорезями, патрубок ввода, соединенный с полостью приосевой части ротора, содержащего лопатки, патрубок вывода, соединенный с полостью между корпусом и статором, привод, соединенный с валом ротора, перемычки ротора выполненные заодно с лопатками и образующие лопасти первой и второй групп, лопасти первой группы длиннее лопастей второй группы, причем последние находятся между лопастями первой группы, сами лопасти расширяются со знакопостоянной выпуклостью в сторону цилиндрической поверхности ротора, образуя на основаниях лопастей заостренные и тупые кромки и имея в приосевой части постоянное сечение, при этом основания лопастей ротора и перемычек статора заострены в тангенциальном направлении.
Дополнительные отличия состоят в том, что перемычки статора имеют по одному участку, вытянутому в тангенциальном направлении, имеющему постоянную толщину в радиальном направлении, и по одному участку, вытянутому в радиальном направлении, имеющему постоянную толщину в тангенциальном направлении.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана конструкция роторного аппарата гидроударного действия в сечении, перпендикулярном к оси вала ротора.
Изобретение основано на следующем.
Для того, чтобы резонанс гидроударов достигался не только в "камере озвучивания", но и в объеме между перемычками ротора и статора, в предлагаемом устройстве за счет выполнения перемычек определенной формы в указанном объеме создается и квазистационарно поддерживается режим начальной стадии кавитации. В этом случае обрабатываемая среда становится существенно квазистационарно двухфазной (жидкость + пар), причем резонансные свойства среды в рассматриваемом случае определяются, главным образом, скрытой теплотой фазового перехода, а скорость распространения ударных волн становится пропорциональной давлению и много меньшей скорости звука в однофазной среде, что предопределяет возможность реализации резонанса в малых по размеру объемах: длины упругих волн в "камере озвучивания" и в пространстве между перемычками в таком режиме будут достаточно малы, благодаря чему и возможен акустический резонанс системы в целом.
На чертеже показана конструкция аппарата.
Аппарат состоит из корпуса 1, внутри которого размещен жестко соединенный с корпусом статор 2, выполненный в форме полого цилиндра с отверстиями 3. Внутри статора коаксиально с зазором установлен ротор 4, закрепленный на валу 5, связанном с приводом (не показан). Ротор состоит из длинных лопастей 6 и коротких лопастей 7.
На чертеже также обозначены: 8 - прорези между основаниями 9 ротора, резонаторы 10 и 11 и выходной патрубок 12.
Короткие лопасти расположены между длинными лопастями, причем число коротких лопастей не меньше числа длинных лопастей. Внешние стороны лопастей лежат на кривых:
φn(r) : φ = 2π + (r2-R ),, где NR - общее число лопастей;
ωo - угловая скорость вращения ротора (тангенциальный угол отсчитывается в направлении обратном направлению вращения ротора);
n - номер лопасти;
Ro - радиус окружности, на которой лежат обращенные к валу (внутренние) окончания длинных лопастей;
hr - высота цилиндра ротора;
r - расстояние от оси вала;
Yo - номинальный расход установки в режиме циркуляции, рассчитываемый по формуле
Yo = Sобщ. ˙ ωo R, где R - радиус окружности, на которой лежат обращенные к периферии ротора (внешние) окончания длинных лопастей;
Sобщ - общее эффективное проходное сечение установки, которое находится из расчета потерь напора при турбулентном режиме (Re > 104):
= 3,78 + 1- +
+ f(Nc,λ) - 2α · F(Nc,λ)+ - , где Sпрох= min(hr, hc) · , где Sпрох. - проходное сечение роторно-пульсационного аппарата (РПА);
QR, Qc - тангенциальная ширина отверстий ротора (статора) на радиусах R, (R + δ);
δ - радиальный зазор между ротором и статором;
Nc - число отверстий в статоре;
hc - высота цилиндра статора;
R1 - радиус окружности, на которой лежат обращенные к валу окончания коротких лопастей;
σ - приращения площади проходного сечения между внешней поверхностью статора (радиус Rc и внутренней поверхностью корпуса, приходящееся на угловой период статора (2 π/Nc);
Sвых - эффективное проходное сечение внешнего (циркуляционного) контура;
α = 0,36 · ; λ = + ;
f(Nc,λ) = 1- +(λ-1)ln + - ;
F(Nc,λ)= 1- -(λ-1)ln + - (λ-1) lnNc+
+ φ·(λ-1)·ln+ζ·(λ-1)L - L - - ;
L(z)= dx , где ζR , ζ , ( φ ) - коэффициенты, зависящие от числа Рейнольдса и геометрии перемычек ротора, статора и внутренней поверхности корпуса в областях резкого сужения (расширения) местных проходных сечений, могут быть найдены из справочников по гидравлике.
φn(r) : φ = 2π + (r2-R
ωo - угловая скорость вращения ротора (тангенциальный угол отсчитывается в направлении обратном направлению вращения ротора);
n - номер лопасти;
Ro - радиус окружности, на которой лежат обращенные к валу (внутренние) окончания длинных лопастей;
hr - высота цилиндра ротора;
r - расстояние от оси вала;
Yo - номинальный расход установки в режиме циркуляции, рассчитываемый по формуле
Yo = Sобщ. ˙ ωo R, где R - радиус окружности, на которой лежат обращенные к периферии ротора (внешние) окончания длинных лопастей;
Sобщ - общее эффективное проходное сечение установки, которое находится из расчета потерь напора при турбулентном режиме (Re > 104):
= 3,78 + 1- +
+ f(Nc,λ) - 2α · F(Nc,λ)+ - , где Sпрох= min(hr, hc) · , где Sпрох. - проходное сечение роторно-пульсационного аппарата (РПА);
QR, Qc - тангенциальная ширина отверстий ротора (статора) на радиусах R, (R + δ);
δ - радиальный зазор между ротором и статором;
Nc - число отверстий в статоре;
hc - высота цилиндра статора;
R1 - радиус окружности, на которой лежат обращенные к валу окончания коротких лопастей;
σ - приращения площади проходного сечения между внешней поверхностью статора (радиус Rc и внутренней поверхностью корпуса, приходящееся на угловой период статора (2 π/Nc);
Sвых - эффективное проходное сечение внешнего (циркуляционного) контура;
α = 0,36 · ; λ = + ;
f(Nc,λ) = 1- +(λ-1)ln + - ;
F(Nc,λ)= 1- -(λ-1)ln + - (λ-1) lnNc+
+ φ·(λ-1)·ln+ζ·(λ-1)L - L - - ;
L(z)= dx , где ζR , ζ , ( φ ) - коэффициенты, зависящие от числа Рейнольдса и геометрии перемычек ротора, статора и внутренней поверхности корпуса в областях резкого сужения (расширения) местных проходных сечений, могут быть найдены из справочников по гидравлике.
Выражение для Sобщ справедливо для случая, когда внешний цилиндр статора плотно прилегает к внутренней кромке выходного патрубка. В противном случае во втором слагаемом в квадратных скобках вместо Nсследует использовать Nc*, которое определяется из известных формул деления потока в разветвленной сети.
Для коротких лопастей r в формуле (2) изменяется от R1 до R при соблюдении условия Ro < R1 < R.
Внутренние стороны лопастей во внешней части ротора (при r ≈ R) резко приближаются к соответствующей части соседней лопасти, а затем (при R > r > R1) гладко выходят на кривые (1) с поправкой, обусловленной минимально конструктивно возможной толщиной лопастей.
Отверстия в статоре в сечении имеют приближающуюся к прямоугольной форму, а их просвет лимитирован лишь конструктивной прочностью.
Устройство работает следующим образом.
Ротор приводится во вращение через вал 5, связанный с приводом. Подлежащий обработке материал в виде суспензии (эмульсии) самотеком или под давлением подается в полость ротора через центральноосевой патрубок ввода. Для этих целей удобно использовать бак-накопитель, снабженный вентилем для регулировки производительности аппарата. При вращении ротора 4 лопасти 6 и 7, выполненные в виде приливов на его торцевой поверхности, захватывают суспензию (эмульсию) и направляют ее на периферию к прорезям 8 в цилиндрической поверхности ротора. Эти прорези образованы промежутками между основаниями 9 длинных 6 и коротких 7 лопастей.
В процессе периодического перекрытия прорезей 8 ротора и прорезей 3 статора, образованных промежутками между основаниями перемычек статора, суспензия (эмульсия) подвергается воздействию гидравлических ударов, акустических волн, распространяющихся в резонаторах 10 ротора и 11 статора. Основания лопастей ротора 9 и перемычек статора заострены в тангенциальном направлении, что создает квазистационарный режим начальной кавитации в резонаторах 10 и 11, благодаря чему эффективные длины волн гидравлических пульсаций уменьшаются и становятся равными резонансным, при этом резко возрастает амплитуда пульсаций давления и частота "схлопывания" кавитационных пузырьков.
Claims (2)
1. Роторный аппарат гидроударного действия, включающий установленные в корпусе статор и ротор, образованные коаксиально размещенными с зазором цилиндрическими элементами с чередующимися по периметру перемычками и прорезями, патрубок ввода, соединенный с полостью приосевой части ротора, содержащего лопатки, патрубок вывода, соединенный с полостью между корпусом и статором, привод, соединенный с валом ротора, отличающийся тем, что перемычки ротора выполнены заодно с лопатками и образуют лопасти первой и второй групп, а лопасти первой группы длиннее лопастей второй группы, причем последние находятся между лопастями первой группы, при этом лопасти расширяются со знакопостоянной выпуклостью в сторону цилиндрической поверхности ротора, образуя на основаниях лопастей заостренные и тупые кромки, и имеют в приосевой части постоянное сечение, а основания лопастей ротора и перемычек статора заострены в тангенциальном направлении.
2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что перемычки статора имеют по одному участку, вытянутому в тангенциальном направлении, имеющему постоянную толщину в радиальном направлении, и по одному участку, вытянутому в радиальном направлении, имеющему постоянную толщину в тангенциальном направлении.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU92005650A RU2019281C1 (ru) | 1992-11-10 | 1992-11-10 | Роторный аппарат гидроударного действия "сампо" |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU92005650A RU2019281C1 (ru) | 1992-11-10 | 1992-11-10 | Роторный аппарат гидроударного действия "сампо" |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2019281C1 true RU2019281C1 (ru) | 1994-09-15 |
RU92005650A RU92005650A (ru) | 1994-11-30 |
Family
ID=20131856
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU92005650A RU2019281C1 (ru) | 1992-11-10 | 1992-11-10 | Роторный аппарат гидроударного действия "сампо" |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2019281C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004110606A1 (fr) * | 2003-06-19 | 2004-12-23 | Anatoliy Fyodorovich Motorin | Disperseur |
RU2488438C2 (ru) * | 2011-07-07 | 2013-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" (ГОУ ВПО ТГТУ) | Устройство для физико-химической обработки жидкой среды |
-
1992
- 1992-11-10 RU RU92005650A patent/RU2019281C1/ru active
Non-Patent Citations (8)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1586759, кл. B 01F 7/12, 1990. * |
Авторское свидетельство СССР N 476587, кл. C 10K 7/06, 1975. * |
Балабудкин М.А. О закономерностях изменения проходного сечения роторно-пульсационных аппаратов // Динамические эффекты мощного ультразвука, Ижевск, 1977, с.42-45. * |
Богданов В.В. и др. Эффективные малообъемные смесители, Л.: Химия, 1989, с.49-52. * |
Ландау Л.Д., Лившиц И.М. Гидродинамика, М.: Наука, 1988. * |
Патент США N 3533567 по классу B 02C 19/18, опубл. 1967. * |
Пирсол И. Кавитация, М.: Мир, 1975. * |
Темцев Б.Т. Техническая гидродинамика, М.: Машиностроение, 1978. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004110606A1 (fr) * | 2003-06-19 | 2004-12-23 | Anatoliy Fyodorovich Motorin | Disperseur |
RU2488438C2 (ru) * | 2011-07-07 | 2013-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" (ГОУ ВПО ТГТУ) | Устройство для физико-химической обработки жидкой среды |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4118797A (en) | Ultrasonic emulsifier and method | |
US4136971A (en) | Apparatus for creating acoustic oscillations in a running liquid medium | |
US4266879A (en) | Fluid resonator | |
RU2325959C2 (ru) | Гидродинамический генератор акустических колебаний ультразвукового диапазона и способ создания акустических колебаний ультразвукового диапазона | |
WO2006068537A1 (fr) | Procede d'echange de chaleur-masse-energie et dispositif de mise en oeuvre de ce procede | |
RU2019281C1 (ru) | Роторный аппарат гидроударного действия "сампо" | |
WO1980001497A1 (en) | Device for dispersing and homogenizing drilling mud | |
RU77176U1 (ru) | Гидродинамический ультразвуковой депарафинизатор насосно-компрессорных труб | |
SU944627A1 (ru) | Аппарат дл приготовлени бурового раствора | |
RU2146967C1 (ru) | Роторно-пульсационный акустический аппарат (варианты) | |
SU955993A1 (ru) | Устройство дл приготовлени эмульсий | |
US3344766A (en) | Rotating liquid whistle | |
SU1729564A2 (ru) | Кавитационный диспергатор | |
RU2434674C1 (ru) | Устройство для физико-химической обработки жидкой среды | |
RU2146170C1 (ru) | Акустический роторно-пульсационный аппарат (варианты) | |
RU2155634C2 (ru) | Роторный аппарат | |
RU2085273C1 (ru) | Ультразвуковой активатор | |
RU2136356C1 (ru) | Способ и устройство для эмульгирования | |
RU2149713C1 (ru) | Акустический излучатель | |
RU1813543C (ru) | Роторно-пульсационный аппарат | |
RU2476261C1 (ru) | Способ возбуждения акустических колебаний в текучей среде и устройство (варианты) для его осуществления | |
RU2393391C1 (ru) | Роторный, кавитационный, вихревой насос-теплогенератор | |
RU2787081C1 (ru) | Кавитационный теплогенератор | |
UA57614C2 (ru) | Смеситель-диспергатор | |
RU2284229C2 (ru) | Гидроакустическая сирена |