RU211414U1

RU211414U1 - Rotary pulsation apparatus

Info

Publication number: RU211414U1
Application number: RU2022104121U
Authority: RU
Inventors: Валерий Владимирович Хомяков; Максим Александрович Промтов
Original assignee: Акционерное общество "ПлазмаТЭК технолоджи"
Filing date: 2022-02-17
Publication date: 2022-06-03

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для гидродинамического и акустического, в том числе за счет кавитационных эффектов, видов воздействий на обрабатываемую гомогенную или гетерогенную жидкость, и может быть использована в химической, нефтяной, фармацевтической, пищевой, и других отраслях промышленности для проведения и интенсификации различных физико-химических, гидромеханических и тепло-массообменных процессов, изменения физико-химических параметров обрабатываемых жидкостей.The utility model relates to devices for hydrodynamic and acoustic, including due to cavitation effects, types of influences on the processed homogeneous or heterogeneous liquid, and can be used in the chemical, petroleum, pharmaceutical, food, and other industries for carrying out and intensifying various physical -chemical, hydromechanical and heat and mass transfer processes, changes in the physicochemical parameters of the processed liquids.

Технический результат конструкции предлагаемой полезной модели заключается в повышении эффективности обработки жидкости за счет усиления гидродинамических и акустических видов воздействий.The technical result of the design of the proposed utility model is to increase the efficiency of liquid treatment by enhancing the hydrodynamic and acoustic types of impacts.

Поставленная задача решается тем, что в роторно-пульсационном аппарате, имеющем вращающийся дисковый ротор с каналами на торцевых стенках, установленном с зазором между двумя неподвижными дисковыми статорами с каналами на торцевых поверхностях, оси каналов ротора находятся на пересечениях радиальных лучей с угловым шагом β=α/z и окружностей с радиусами

, оси каналов статора располагаются на пересечении окружностей с радиусами

и линиями, по форме соответствующими Архимедовой спирали, описываемой уравнением

, где n - номер окружности расположения осей каналов n-го ряда, α=2π/k - угловой шаг расположения линий спиралей на торцевых поверхностях статоров, k - количество спиралей,

- радиус окружности расположения осей каналов n-го ряда, z - количество окружностей с радиусами

,

- угол поворота образующей спирали n-го ряда, α - параметр спирали, выбираемый из диапазона чисел от 10 до 500, причем должно выполняться условие

, где

- диаметр каналов n-го ряда в роторе и статорах,

- диаметр каналов (n+1)-го ряда в роторе и статорах. Линии спиралей расположения осей каналов одного статора, смещены относительно противолежащих линий расположения осей каналов другого статора на величину угла β. Каналы в роторе имеют сужение в виде конфузора, расширение в виде диффузора, симметричные относительно плоскости, равноудаленной от торцевых поверхностей ротора и соединяющую их цилиндрическую горловину с соотношениями длин конфузора, горловины и диффузора как 1:1:1 или выполнены в форме трубки Вентури. На ступице ротора установлены лопатки для нагнетания обрабатываемой жидкости в камеру второго, от входа в аппарат, статора.

The problem is solved by the fact that in a rotary pulsation apparatus having a rotating disc rotor with channels on the end walls, installed with a gap between two fixed disc stators with channels on the end surfaces, the axes of the rotor channels are located at the intersections of radial beams with an angular step β=α /z and circles with radii

, the axes of the stator channels are located at the intersection of circles with radii

and lines corresponding in shape to the Archimedean spiral described by the equation

, where n is the number of the circumference of the location of the axes of the channels of the n-th row, α=2π/k is the angular step of the location of the lines of the spirals on the end surfaces of the stators, k is the number of spirals,

- the radius of the circumference of the location of the axes of the channels of the nth row, z - the number of circles with radii

,

- the angle of rotation of the generatrix of the spiral of the n-th row, α - the parameter of the spiral, selected from the range of numbers from 10 to 500, and the condition must be satisfied

, where

- diameter of the channels of the n-th row in the rotor and stators,

- diameter of the channels of the (n + 1)th row in the rotor and stators. The lines of the spirals of the axes of the channels of one stator are displaced relative to the opposite lines of the axes of the channels of the other stator by the value of the angle β. The channels in the rotor have a narrowing in the form of a confuser, an expansion in the form of a diffuser, symmetrical with respect to a plane equidistant from the end surfaces of the rotor and a cylindrical neck connecting them with a ratio of the lengths of the confuser, the neck and the diffuser as 1:1:1 or made in the form of a Venturi tube. Vanes are installed on the rotor hub for pumping the processed liquid into the chamber of the second stator, from the entrance to the apparatus.

Description

Полезная модель относится к устройствам для гидродинамического и акустического, в том числе за счет кавитационных эффектов, видов воздействий на обрабатываемую гомогенную или гетерогенную жидкость, и может быть использована в химической, нефтяной, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности для проведения и интенсификации различных физико-химических, гидромеханических и тепло-массообменных процессов, изменения физико-химических параметров обрабатываемых жидкостей.The utility model relates to devices for hydrodynamic and acoustic, including due to cavitation effects, types of influences on the processed homogeneous or heterogeneous liquid, and can be used in the chemical, petroleum, pharmaceutical, food and other industries for carrying out and intensifying various physical chemical, hydromechanical and heat and mass transfer processes, changes in the physicochemical parameters of the processed liquids.

Известна динамическая сирена, содержащая входной и выходной патрубки, ротор и статор, выполненные в виде тел вращения и снабженные отверстиями, расположенными одно под другим, в которой отверстия в статоре расположены по образующей, а в роторе сдвинуты по дуге его внешней поверхности на постоянную величину (А.с. СССР на изобретение SU 732026, МКИ В06В 1/20, опубл. 05.05.1980).A dynamic siren is known, containing inlet and outlet pipes, a rotor and a stator made in the form of bodies of revolution and provided with holes located one below the other, in which the holes in the stator are located along the generatrix, and in the rotor they are shifted along the arc of its outer surface by a constant value ( A.C. USSR for the invention SU 732026, MKI B06V 1/20, published 05.05.1980).

Известен роторный аппарат, содержащий роторный и статорный диски с зубчатыми элементами, размещенными по чередующимися концентрическим окружностям, причем зубчатые элементы одного из дисков выполнены со смещением по концентрическим окружностям на угол α=2π/(m⋅n), где m - число секторов, образуемых зубьями на соответствующем диске, n - число концентрических окружностей соответствующего диска, а размеры b элементов по дугам соответствующих концентрических окружностей радиуса r находятся в интервале r⋅n⋅α>b≥r⋅α (А.с. СССР на изобретение SU 921611, МКИ B01F 7/26, опубл. 23.04.1982).Known rotary apparatus containing rotor and stator disks with gear elements placed on alternating concentric circles, and the gear elements of one of the disks are offset along the concentric circles by an angle α=2π/(m⋅n), where m is the number of sectors formed teeth on the corresponding disk, n is the number of concentric circles of the corresponding disk, and the dimensions b of the elements along the arcs of the corresponding concentric circles of radius r are in the range r⋅n⋅α>b≥r⋅α (A.S. USSR for the invention SU 921611, MKI B01F 7/26, published 04/23/1982).

Известен роторный аппарат, содержащий корпус с патрубками входа и выхода среды, концентрично установленные в нем ротор и статор со сквозными каналами в боковых стенках, камеру озвучивания и привод, в котором каналы в стенке статора выполнены переменного сечения с чередующимися сужениями и расширениями (А.с. СССР на изобретение SU 1389830, МКИ B01F 7/28, опубл. 02.06.1986).A rotary apparatus is known, containing a housing with nozzles for inlet and outlet of the medium, a rotor and a stator concentrically installed in it with through channels in the side walls, a sound chamber and a drive in which the channels in the stator wall are made of variable cross section with alternating constrictions and expansions (A.s. USSR for the invention SU 1389830, MKI B01F 7/28, published 06/02/1986).

Известен высокочастотный многорядный роторно-импульсный аппарат, содержащий корпус с кольцевой рабочей камерой, установленные в корпусе концентрично с зазором, выполненные в виде тел вращения полые статор и ротор, в боковых стенках которых выполнены сквозные каналы, расположенные рядами с количеством рядов не менее одного, причем каналы ротора и статора выполнены таким образом, что в положении, когда каналы первого ряда ротора совмещены с каналами первого ряда статора, каналы других рядов ротора сдвинуты в окружном направлении относительно каналов соответствующих рядов статора на определенную величину (Патент РФ на изобретение RU 2179895, МПК В06В 1/20, опубл. 27.02.2002).A high-frequency multi-row rotary-pulse apparatus is known, containing a housing with an annular working chamber, installed in the housing concentrically with a gap, made in the form of bodies of revolution, a hollow stator and a rotor, in the side walls of which there are through channels arranged in rows with a number of rows of at least one, and the channels of the rotor and stator are made in such a way that in the position when the channels of the first row of the rotor are aligned with the channels of the first row of the stator, the channels of the other rows of the rotor are shifted in the circumferential direction relative to the channels of the corresponding stator rows by a certain amount (RF Patent for invention RU 2179895, IPC V06V 1/20, published on February 27, 2002).

Известен насос-теплогенератор, на валу которого между корпусными торцевыми поверхностями (статорами) с зазором расположен минимум один диск (ротор), на обеих торцевых поверхностях которого выполнены минимум по два ряда лунок, на различных относительно вала радиусах, на прилегающей к торцевой поверхности диска с лунками корпусных торцевых поверхностях также выполнено минимум по два ряда подобных лунок на различных относительно вала радиусах (Патент РК на изобретение KZ 27948, МПК F24J 3/00, опубл. 25.12.2013).Known pump-heat generator, on the shaft of which between the housing end surfaces (stators) with a gap there is at least one disk (rotor), on both end surfaces of which at least two rows of holes are made, at different radii relative to the shaft, on the adjacent end surface of the disk with dimples of the housing end surfaces also have at least two rows of similar dimples at different radii relative to the shaft (RoK Patent for invention KZ 27948, IPC F24J 3/00, publ. 25.12.2013).

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемых технических решений является конструкция устройства для нагрева жидкости, состоящего из неподвижного цилиндрического корпуса (статора) и жестко связанной с ним крышки, имеющего входной патрубок, выходной патрубок, цилиндрическую полость, внутри которой с зазором установлен с возможностью вращения закрепленный на валу диск (ротор) с глухими отверстиями, расположенными по периферии в его торцах по окружности, и углублениями, выполненными на цилиндрической поверхности диска, на торцах диска и противолежащих поверхностях корпуса и крышки выполнены глухие отверстия, имеющие форму цилиндрической поверхности без фасок и округлений, и размещенные по окружности в виде радиальных рядов (Патент РФ на изобретение RU 2290573, МПК F24J 3/00, опубл. 27.12.2006).The closest analogue (prototype) of the proposed technical solutions is the design of a device for heating a liquid, consisting of a fixed cylindrical body (stator) and a cover rigidly connected to it, having an inlet pipe, an outlet pipe, a cylindrical cavity, inside which a fixed on the shaft there is a disk (rotor) with blind holes located along the periphery in its ends along the circumference and recesses made on the cylindrical surface of the disk, on the ends of the disk and opposite surfaces of the body and cover, blind holes are made having the shape of a cylindrical surface without chamfers and roundings, and placed around the circumference in the form of radial rows (RF Patent for the invention RU 2290573, IPC F24J 3/00, publ. 27.12.2006).

Недостатком вышеописанной конструкции является невысокая эффективность гидродинамического и акустического, в том числе за счет кавитационных эффектов, видов воздействий на обрабатываемую жидкость.The disadvantage of the above design is the low efficiency of hydrodynamic and acoustic, including due to cavitation effects, types of impact on the treated fluid.

,

, где

- диаметр каналов (n+1)-го ряда в роторе и статорах. Линии спиралей расположения осей каналов одного статора смещены относительно противолежащих линий расположения осей каналов другого статора на величину угла β. Каналы в роторе имеют сужение в виде конфузора, расширение в виде диффузора, симметричные относительно плоскости, равноудаленной от торцевых поверхностей ротора, и соединяющую их цилиндрическую горловину с соотношениями длин конфузора, горловины и диффузора как 1:1:1 или выполнены в форме трубки Вентури. На ступице ротора установлены лопатки для нагнетания обрабатываемой жидкости в камеру второго, от входа в аппарат, статора.The problem is solved by the fact that in a rotary pulsation apparatus having a rotating disc rotor with channels on the end walls, installed with a gap between two fixed disc stators with channels on the end surfaces, the axes of the rotor channels are located at the intersections of radial beams with an angular step β=α /z and circles with radii

,

, where

- diameter of the channels of the n-th row in the rotor and stators,

- diameter of the channels of the (n + 1)th row in the rotor and stators. The lines of the spirals of the axes of the channels of one stator are displaced relative to the opposite lines of the axes of the channels of the other stator by the angle β. The channels in the rotor have a narrowing in the form of a confuser, an expansion in the form of a diffuser, symmetrical with respect to a plane equidistant from the end surfaces of the rotor, and a cylindrical neck connecting them with a ratio of the lengths of the confuser, the neck and the diffuser as 1:1:1 or made in the form of a Venturi tube. Vanes are installed on the rotor hub for pumping the processed liquid into the chamber of the second stator, from the entrance to the apparatus.

Предлагаемый роторно-пульсационный аппарат (фиг. 1) содержит вращающийся ротор в форме диска 1 со сквозными каналами 2 на торцевых поверхностях 3, посаженный на вал 4, установленный в подшипниковом узле 5, располагаемый с зазорами между двумя неподвижными статорами в форме дисков 6 и 7 со сквозными каналами 8 и 9 на торцевых поверхностях 10 и 11. Статоры 6 и 7 установлены в корпусе 12, имеющем выходной патрубок 13, с торцевых поверхностей закрытых крышками 14 и 15 с патрубком ввода обрабатываемой жидкости 16. Крышки 14 и 15, статоры 6 и 7 образуют камеры статоров 20 и 21. Цилиндрические поверхности статоров 6 и 7, внутренних поверхностей крышек 14 и 15, корпуса 12 образуют рабочую камеру 22. У основания ступицы ротора 1 выполнены отверстия 23 для прохода обрабатываемой жидкости, а на ступице ротора 1 установлены лопатки 24 для ее нагнетания в камеру 20 второго, от входного патрубка 16 статора 6.The proposed rotary pulsation apparatus (Fig. 1) contains a rotating rotor in the form of a disk 1 with through channels 2 on the end surfaces 3, seated on a shaft 4, mounted in a bearing assembly 5, located with gaps between two fixed stators in the form of disks 6 and 7 with through channels 8 and 9 on the end surfaces 10 and 11. The stators 6 and 7 are installed in the housing 12, which has an outlet pipe 13, from the end surfaces closed by covers 14 and 15 with a pipe for inlet of the treated liquid 16. Covers 14 and 15, stators 6 and 7 form chambers of stators 20 and 21. Cylindrical surfaces of stators 6 and 7, inner surfaces of covers 14 and 15, housing 12 form a working chamber 22. Holes 23 are made at the base of the hub of the rotor 1 for the passage of the treated liquid, and blades 24 are installed on the hub of the rotor 1 for its injection into the chamber 20 of the second, from the inlet pipe 16 of the stator 6.

Каналы ротора 2, статоров 8 и 9 могут иметь цилиндрическую форму или сужения в виде конфузора 27 и расширения в виде диффузора 28, соединенные цилиндрической горловиной 29 с соотношениями длин конфузора, горловины и диффузора как 1:1:1 (фиг. 2, а). Геометрические параметры и форма конфузора 27 и диффузора 28 одинаковые и симметричные относительно плоскости, равноудаленной от торцевых поверхностей ротора 3. Часть канала ротора 2 выполняет функцию конфузора 27, если в нее входит поток жидкости из каналов статора 8 или 9. Часть канала ротора 2 выполняет функцию диффузора 28, если в нее входит поток жидкости из горловины 29.The channels of the rotor 2, stators 8 and 9 can have a cylindrical shape or narrowing in the form of a confuser 27 and expansion in the form of a diffuser 28, connected by a cylindrical neck 29 with a ratio of the lengths of the confuser, neck and diffuser as 1:1:1 (Fig. 2, a) . The geometric parameters and shape of the confuser 27 and diffuser 28 are the same and symmetrical with respect to a plane equidistant from the end surfaces of the rotor 3. Part of the channel of the rotor 2 performs the function of the confuser 27, if it includes the flow of fluid from the channels of the stator 8 or 9. Part of the channel of the rotor 2 performs the function diffuser 28, if it includes a flow of liquid from the neck 29.

Каналы статора 8 (фиг. 2, б) и 9 (фиг. 2, в) также могут быть выполнены в форме трубки Вентури, имеющей конфузор 27, цилиндрическую горловину 29 и диффузор 28.The stator channels 8 (Fig. 2b) and 9 (Fig. 2c) can also be made in the form of a Venturi tube having a confuser 27, a cylindrical neck 29 and a diffuser 28.

На фиг. 3-5 показаны разрезы аппарата по плоскостям А-А, Б-Б и В-В. Разрезы А-А и В-В показывают вид торцевых поверхностей статоров 6 и 7 со стороны входного патрубка. На торцевых поверхностях статоров 6 и 7 выполнены сквозные каналы 8 и 9, центральные оси которых располагаются на пересечении окружностей с радиусами

, где

- радиус окружности расположения осей каналов n-го ряда, n - целое число, определяющее номер ряда,

- угол поворота образующей спирали n-го ряда, α - параметр спирали, определяющий кривизну линии спирали и выбираемый из диапазона чисел от 10 до 500.In FIG. 3-5 shows sections of the apparatus along the planes A-A, B-B and C-C. Sections A-A and B-B show the view of the end surfaces of the

stators

6 and 7 from the side of the inlet pipe. On the end surfaces of the

stators

6 and 7, through

channels

8 and 9 are made, the central axes of which are located at the intersection of circles with radii

, where

- radius of the circumference of the location of the axes of the channels of the n-th row, n - an integer that determines the number of the row,

- the angle of rotation of the generatrix of the spiral of the n-th row, α - the parameter of the spiral, which determines the curvature of the spiral line and is selected from a range of numbers from 10 to 500.

Величина угла между соседними радиальными лучами β=α/z, где z - количество окружностей для расположения рядов каналов в роторе и статорах. Угловой шаг расположения веток спиралей α для каналов статоров α=2π/k, где k - целое число, определяющее количество спиралей, располагаемых на торцевых поверхностях дисков. Оси расположения каналов 2 в роторе 1 находятся на пересечениях радиальных лучей и окружностей с радиусами

(фиг. 4).The angle between adjacent radial beams β=α/z, where z is the number of circles for the arrangement of rows of channels in the rotor and stators. The angular pitch of the branches of the spirals α for the channels of the stators α=2π/k, where k is an integer that determines the number of spirals located on the end surfaces of the disks. The axes of the channels 2 in the rotor 1 are located at the intersections of radial rays and circles with radii

(Fig. 4).

Линии спиралей для расположения осей каналов одного статора, смещены относительно противолежащих линий для расположения осей каналов другого статора на величину угла β (фиг. 3 и 5).The lines of the spirals for the location of the axes of the channels of one stator are displaced relative to the opposite lines for the location of the axes of the channels of the other stator by the angle β (Fig. 3 and 5).

С целью недопущения пересечения каналов на торцевых поверхностях ротора и статоров должно выполняться условие:

, где

- диаметр каналов (n+1)-го ряда в роторе и статорах.In order to prevent the channels from crossing on the end surfaces of the rotor and stators, the following condition must be met:

, where

- diameter of the channels of the n-th row in the rotor and stators,

- diameter of the channels of the (n + 1)th row in the rotor and stators.

На ступице ротора 1 установлены лопатки 24 для нагнетания обрабатываемой жидкости в камеру 20 второго, от входа в аппарат, статора 6.Blades 24 are installed on the hub of the rotor 1 for pumping the processed liquid into the chamber 20 of the second stator 6, from the entrance to the apparatus.

Роторно-пульсационный аппарат (фиг. 1) работает следующим образом. Обрабатываемая жидкость подается в устройство под давлением через патрубок 16, проходит в камеру статора 21, захватывается лопатками 24 и подается во вторую, от входа в аппарат, камеру статора 20, проникает в зазоры 25 и 26 между ротором 1 и статорами 6 и 7. Жидкость из камер статоров 20 и 21 через каналы статора 8 и 9, каналы ротора 2 также попадает в зазоры 25 и 26 между ротором и статорами. Обрабатываемая жидкость из камеры 20 через каналы 8 и каналы 2 попадает как в зазор 25, так и в зазор 26. Аналогично, жидкость из камеры 21 через каналы 9 и каналы 2 попадает как в зазор 26, так и в зазор 25.Rotary pulsation apparatus (Fig. 1) operates as follows. The treated fluid is fed into the device under pressure through the pipe 16, passes into the stator chamber 21, is captured by the blades 24 and is fed into the second, from the entrance to the apparatus, the stator chamber 20, penetrates into the gaps 25 and 26 between the rotor 1 and the stators 6 and 7. The liquid from the stator chambers 20 and 21 through the stator channels 8 and 9, the rotor channels 2 also enters the gaps 25 and 26 between the rotor and the stators. The liquid being processed from chamber 20 through channels 8 and channels 2 enters both gap 25 and gap 26. Similarly, liquid from chamber 21 through channels 9 and channels 2 enters both gap 26 and gap 25.

Расположение каналов в статорах выполнено таким образом, чтобы не происходило сквозного совпадения каналов 2 в роторе 1 и каналов 8 и 9 в статорах 6 и 7. Импульс давления при совмещении каналов 8 и каналов 2 распространяется в канал 2, так как в камере 20 давление больше чем в канале 2. Соответственно, импульс давления при совмещении каналов 9 и каналов 2 распространяется в канал 2, так как в камере 21 давление больше, чем в канале 2. При получении импульса движения за счет перепада давления между камерой 20 и каналом 2, соответственно, между камерой 21 и каналом 2, в каналах 8 и 9 возникает кавитация за счет большой скорости потока и локального падения давления до давления насыщенных паров в жидкости.The arrangement of channels in the stators is made in such a way that channels 2 in rotor 1 and channels 8 and 9 in stators 6 and 7 do not end-to-end coincide. than in channel 2. Accordingly, when channels 9 and channels 2 are combined, the pressure pulse propagates into channel 2, since the pressure in chamber 21 is greater than in channel 2. When a motion impulse is received due to the pressure difference between chamber 20 and channel 2, respectively , between chamber 21 and channel 2, cavitation occurs in channels 8 and 9 due to the high flow rate and local pressure drop to the saturated vapor pressure in the liquid.

При течении потока жидкости в каналах 2, имеющих форму конфузора 27, диффузора 28 и соединяющую их горловину 29, в каналах 8 и 9, в том числе выполненных в виде трубки Вентури, интенсивность кавитации выше, чем при течении потока через цилиндрический канал (фиг. 2). Это обусловлено тем, что сжатие потока жидкости в конфузоре 27 увеличивает кинетическую энергию потока в горловине 29. За счет увеличения скорости потока в горловине 29 давление в потоке снижается. Если давление в горловине близко или достигает давления насыщенных паров веществ, имеющихся в обрабатываемой жидкости, то находящиеся в жидкости микропузыри газов начинают расти с большой скоростью, то есть возникает кавитация. Кавитационные пузыри выносятся в диффузор 28 и далее в зазоры 25 и 26, где пульсируют и схлопываются, оказывая интенсивное гидродинамическое и акустическое воздействие на обрабатываемую жидкость.When a liquid flow flows in channels 2, having the form of a confuser 27, a diffuser 28 and a neck 29 connecting them, in channels 8 and 9, including those made in the form of a Venturi tube, the cavitation intensity is higher than when the flow flows through a cylindrical channel (Fig. 2). This is due to the fact that the compression of the fluid flow in the confuser 27 increases the kinetic energy of the flow in the neck 29. By increasing the flow velocity in the neck 29, the pressure in the flow decreases. If the pressure in the neck is close to or reaches the saturated vapor pressure of the substances present in the treated liquid, then the gas microbubbles in the liquid begin to grow at a high speed, that is, cavitation occurs. Cavitation bubbles are carried out into the diffuser 28 and further into the gaps 25 and 26, where they pulsate and collapse, exerting an intense hydrodynamic and acoustic effect on the treated liquid.

При вращении ротора 1 на его торцевых стенках 3 в пристеночном слое жидкости создаются большие центробежные силы, которые за счет создания перепада давления вытягивают жидкость из каналов 2 в зазоры 25 и 26. За счет разрежения в каналах 2 также возникает кавитация, которая оказывает гидродинамическое и акустическое воздействие на жидкость. При больших усилиях сдвига на поверхностях 3 ротора 1 и поверхностях 10 и 11 статоров 6 и 7, а также в зазорах 25 и 26 возникают большие силы трения, которые локально нагревают жидкость в малом объеме. В силу это фактора, в зазорах 25 и 26 создаются условия для возникновения новых зон кавитационных эффектов для гидродинамического и акустического воздействия на обрабатываемую жидкость. Из зазоров 25 и 26 обрабатываемая жидкость попадает в рабочую камеру 22 и выводится из устройства через патрубок 13.When the rotor 1 rotates on its end walls 3, large centrifugal forces are created in the near-wall liquid layer, which, due to the creation of a pressure drop, draw the liquid out of the channels 2 into the gaps 25 and 26. Due to rarefaction in the channels 2, cavitation also occurs, which has a hydrodynamic and acoustic effect. effect on the liquid. At high shear forces on the surfaces 3 of the rotor 1 and the surfaces 10 and 11 of the stators 6 and 7, as well as in the gaps 25 and 26, large friction forces arise, which locally heat the liquid in a small volume. Due to this factor, in gaps 25 and 26, conditions are created for the emergence of new zones of cavitation effects for hydrodynamic and acoustic effects on the treated liquid. From the gaps 25 and 26, the processed liquid enters the working chamber 22 and is discharged from the device through the nozzle 13.

При движении жидкости в зазоре между ротором и статором она испытывает большие сдвиговые напряжения, как за счет градиента скорости в окружном направлении при вращении ротора, так и за счет движения в радиальном направлении за счет перепада давления между входом и выходом из аппарата, а также за счет центробежного давления, создаваемого при вращении ротора.When the liquid moves in the gap between the rotor and the stator, it experiences large shear stresses, both due to the velocity gradient in the circumferential direction during the rotation of the rotor, and due to movement in the radial direction due to the pressure drop between the inlet and outlet of the apparatus, as well as due to centrifugal pressure generated by the rotation of the rotor.

Движущей силой в зазорах 25 и 26 является перепад давления между входным и выходным патрубками аппарата и центробежная сила. Для создания дополнительной динамической движущей силы в зазорах 25 и 26 от центральной оси к периферии ротора порядок совмещения каналов 8 и 9 с каналами 2 подбирается таким образом, чтобы происходила «бегущая волна» пульсаций давления в зазорах 25 и 26, от первой окружности (ряда) к последней окружности (ряда) расположения каналов 2, 8 и 9, и далее к камере 22. Это достигается за счет расположения осей каналов статоров на линиях, соответствующих по форме части Архимедовой спирали, описываемой уравнением

, где n - номер окружности расположения осей каналов n-го ряда,

- радиус окружности расположения осей каналов n-го ряда,

- угол поворота образующей спирали n-го ряда, β=α/z - угловой шаг расположения радиальных лучей для определения центров каналов статора, z - количество окружностей с радиусами

, α=2π/k - угловой шаг расположения линий спиралей, k - целое число, определяющее количество спиралей, располагаемых на диске для размещения центров каналов в статорах, α - параметр спирали, выбираемый из диапазона чисел от 10 до 500.The driving force in the

gaps

25 and 26 is the pressure difference between the inlet and outlet nozzles of the apparatus and the centrifugal force. To create an additional dynamic driving force in

gaps

25 and 26 from the central axis to the periphery of the rotor, the order of alignment of

channels

8 and 9 with channels 2 is selected in such a way that a “traveling wave” of pressure pulsations occurs in

gaps

25 and 26, from the first circle (row) to the last circle (row) of the location of

channels

2, 8 and 9, and further to chamber 22. This is achieved by locating the axes of the stator channels on lines corresponding in shape to the part of the Archimedean spiral described by the equation

, where n is the number of the circle of the location of the axes of the channels of the nth row,

- the radius of the circumference of the location of the axes of the channels of the n-th row,

- the angle of rotation of the generatrix of the n-th row, β=α/z - the angular step of the arrangement of the radial rays to determine the centers of the stator channels, z - the number of circles with radii

, α=2π/k is the angular pitch of the helix lines, k is an integer that determines the number of helixes located on the disk to accommodate the channel centers in the stators, α is the helix parameter selected from the range of numbers from 10 to 500.

Направление вращения ротора выбирается таким образом, чтобы при совмещении каналов ротора с каналами статора, каналы ротора по мере поворота ротора совмещались с каналами статоров в последовательности от первого ряда каналов к последующим рядам. То есть, если центры каналов статоров располагаются на так называемой правой спирали, если смотреть со стороны входного патрубка (фиг. 3 и 5), то ротор (фиг. 4) вращается против часовой стрелки, если центры каналов статоров располагаются на «левой» спирали, то ротор вращается по часовой стрелке. Одновременно, будут совпадать каналы n-го и (n+1) рядов каналов ротора с n-ым рядом каналов одного из статоров и с (n+1) рядом каналов другого статора, либо будут совпадать каналы первого ряда первого статора с каналами первого ряда ротора и каналы последнего ряда второго статора с каналами последнего ряда ротора. Это условие позволяет избегать пульсации из каналов одного ряда статоров, направленных навстречу друг другу, и соответственно, гасящих друг друга импульсы давления. При указанном порядке совмещения каналов статоров и ротора, пульсации давления, возникающие при их совмещении, будут проталкивать жидкость в зазорах от первого ряда каналов к последующим, т.е. от центра к периферии дисков статора, что увеличивает движущую силу для течения жидкости от входа до выхода из аппарата.The direction of rotation of the rotor is chosen in such a way that when the channels of the rotor are aligned with the channels of the stator, the channels of the rotor, as the rotor turns, are aligned with the channels of the stators in the sequence from the first row of channels to the next rows. That is, if the centers of the stator channels are located on the so-called right-handed spiral, when viewed from the side of the inlet pipe (Fig. 3 and 5), then the rotor (Fig. 4) rotates counterclockwise if the centers of the stator channels are located on the "left" spiral , then the rotor rotates clockwise. At the same time, the channels of the n-th and (n + 1) rows of the rotor channels will coincide with the n-th row of channels of one of the stators and with the (n + 1) row of channels of the other stator, or the channels of the first row of the first stator will coincide with the channels of the first row rotor and channels of the last row of the second stator with channels of the last row of the rotor. This condition makes it possible to avoid pulsations from the channels of one row of stators directed towards each other and, accordingly, damping each other's pressure pulses. With the specified order of combining the channels of the stators and the rotor, the pressure pulsations that occur when they are combined will push the liquid in the gaps from the first row of channels to the next, i.e. from the center to the periphery of the stator disks, which increases the driving force for the fluid flow from the inlet to the outlet of the apparatus.

Таким образом, предлагаемая конструкция роторно-пульсационного аппарата позволяет повысить эффективность гидродинамического и акустического, в том числе кавитационного, видов воздействия на обрабатываемую жидкость, обеспечить интенсификацию различных физико-химических, гидромеханических и тепло-массообменных процессов, изменить физико-химические параметры обрабатываемых жидкостей, например, снизить вязкость и температуру застывания парафинистой нефти и вязких нефтепродуктов, получить тонкодисперсные и стойкие эмульсии и суспензии, ускорить процесс растворения веществ в жидкости, увеличить выход целевых компонентов из различного вида сырья в раствор при экстрагировании.Thus, the proposed design of the rotary pulsation apparatus makes it possible to increase the efficiency of hydrodynamic and acoustic, including cavitation, types of influence on the treated liquid, to ensure the intensification of various physicochemical, hydromechanical and heat and mass transfer processes, to change the physicochemical parameters of the treated fluids, for example , reduce the viscosity and pour point of paraffinic oil and viscous oil products, obtain finely dispersed and stable emulsions and suspensions, accelerate the process of dissolution of substances in a liquid, increase the yield of target components from various types of raw materials into solution during extraction.

Claims

1. A rotary pulsation apparatus containing a rotating rotor in the form of a disk with through channels on the end surfaces, installed in a bearing assembly and positioned with gaps between two stators in the form of disks with through channels on the end surfaces, installed in a housing with covers having an inlet and outlet pipe, characterized in that the axes of the rotor channels are located at the intersections of radial rays with an angular pitch β=α/z and circles with radii

,

- the angle of rotation of the generatrix of the spiral of the n-th row, α - the parameter of the spiral, selected from the range of numbers from 10 to 500.

2. The rotary pulsation apparatus according to claim 1, characterized in that the lines of the spirals for locating the axes of the channels of one stator are displaced relative to the opposite lines of the spirals for locating the axes of the channels of the other stator by the angle β formed by two adjacent radial beams passing through the centers of the channels lying on the same line of the spiral.

3. Rotary pulsation apparatus according to claim 1, characterized in that the condition must be met

, where

- diameter of the channels of the n-th row in the rotor and stators,

- diameter of the channels of the (n + 1)th row in the rotor and stator.

4. Rotary pulsation apparatus according to claim 1, characterized in that the channels in the rotor have a narrowing in the form of a confuser, an expansion in the form of a diffuser, symmetrical with respect to a plane equidistant from the end surfaces of the rotor, and a cylindrical neck connecting them with the ratio of the lengths of the confuser, the neck and diffuser as 1:1:1.

5. Rotary pulsation apparatus according to claim 1, characterized in that the channels in the stators have a narrowing in the form of a confuser, a cylindrical neck and an expansion in the form of a diffuser, corresponding in profile to a Venturi tube.

6. Rotary pulsation apparatus according to claim 1, characterized in that blades are installed on the rotor hub for pumping the treated liquid into the chamber of the second stator, from the entrance to the apparatus.