RU2317141C1

RU2317141C1 - Rotor apparatus

Info

Publication number: RU2317141C1
Application number: RU2006117959/15A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Червяков; Станислав Александрович Нагорнов; Александр Иванович Четырин; Роман Владимирович Фокин
Priority date: 2006-05-24
Filing date: 2006-05-24
Publication date: 2008-02-20

Abstract

FIELD: chemical industry; other industries; devices for creation of the acoustic vibrations in the running liquid medium.

SUBSTANCE: the invention is pertaining to the devices used for creation of the acoustic vibrations in the running liquid medium and may be used for carrying out and intensification of the different physical-chemical, hydromechanical and heat-mass exchange processes in the systems "fluid-fluid". The rotor apparatus contains the body with the medium inlet an outlet fitting pipes, concentrically mounted in it the rotor and the stator with the grooves in the side walls of the cylinders, the sound chamber, the drive gear, the source of additional pulsations. On the inlet fitting pipe there is the cylindrical vortex chamber of the big diameter and the liquid medium is fed in the chamber through the fitting pipe fixed tangentially to its internal surface. The invention ensures the increased power of the sound wave in the cavity of the rotor and dilating of the type-sizes of the used pumps.

EFFECT: the invention ensures the increased power of the sound wave in the cavity of the rotor and dilation of the type-sizes of the used pumps.

2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для создания акустических колебаний в проточной жидкой среде и может быть использовано для проведения и интенсификации различных физико-химических, гидромеханических и тепломассообменных процессов в системах «жидкость-жидкость».The invention relates to devices for generating acoustic vibrations in a flowing liquid medium and can be used to conduct and intensify various physicochemical, hydromechanical and heat and mass transfer processes in liquid-liquid systems.

Известен роторно-пульсационный аппарат, содержащий корпус с нагнетательным патрубком и камерой ввода, в которой размещен всасывающий патрубок, установленные в корпусе ротор и статор в виде концентричных цилиндров с прорезями и средство создания дополнительных пульсаций, имеющее кинематическую связь с ротором аппарата с передаточным отношением, равным единице. Средство для создания дополнительных пульсаций соединено с камерой ввода трубопроводом и выполнено в виде соосных дисков с прорезями, и число прорезей во вращаемом диске кратно числу прорезей в цилиндрах, при этом всасывающий патрубок снабжен обратным каналом(SU 1033169, B01F 7/28, 1981).Known rotary-pulsation apparatus, comprising a housing with a discharge pipe and an input chamber, in which a suction pipe is installed, a rotor and a stator installed in the housing in the form of concentric cylinders with slots and means for creating additional pulsations having a kinematic connection with the rotor of the apparatus with a gear ratio equal to unit. The means for creating additional pulsations is connected to the input chamber by a pipeline and made in the form of coaxial disks with slots, and the number of slots in the rotatable disk is a multiple of the number of slots in the cylinders, while the suction pipe is equipped with a return channel (SU 1033169, B01F 7/28, 1981).

Недостатком этого устройства являются дополнительные энергозатраты на вращение диска с прорезями, средства для создания дополнительных пульсаций и на подачу газа под давлением. Наличие дополнительной и дозирующей аппаратуры усложняет аппарат и снижает его надежность.The disadvantage of this device is the additional energy consumption for the rotation of the disk with slots, means for creating additional pulsations and for supplying gas under pressure. The presence of additional and dosing equipment complicates the apparatus and reduces its reliability.

Наиболее близким к изобретению по получаемому эффекту является роторный аппарат, содержащий корпус с входными и выходными патрубками, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках, привод и средство создания дополнительных пульсаций, имеющее кинематическую связь с ротором. Средство создания дополнительных пульсаций выполнено в виде центробежного насоса с числом лопаток в нем, кратным числу каналов в роторе, а передаточное отношение кинематической связи равно любому числу больше единицы (SU 1768269, В01F 7/28, 1992).Closest to the invention in terms of the effect obtained, it is a rotor apparatus comprising a housing with inlet and outlet nozzles, a rotor and a stator concentrically mounted in it with channels in the side walls, a drive and means for creating additional ripples having a kinematic connection with the rotor. The means of creating additional pulsations is made in the form of a centrifugal pump with the number of blades in it, a multiple of the number of channels in the rotor, and the gear ratio of the kinematic connection is equal to any number greater than unity (SU 1768269, B01F 7/28, 1992).

Недостатком данного устройства является недостаточная величина дополнительных пульсаций, создаваемая центробежным насосом. Это вызвано тем, что при вращении лопасти насоса только частично перекрывают выходной патрубок центробежного насоса, т.к. поперечное сечение лопасти меньше поперечного сечения выходного патрубка. Следовательно, дополнительные колебания, вызываемые перекрыванием лопастями выходного патрубка, незначительны.The disadvantage of this device is the insufficient amount of additional ripple created by a centrifugal pump. This is due to the fact that during rotation of the pump blades only partially block the outlet of the centrifugal pump, because the cross section of the blade is less than the cross section of the outlet pipe. Therefore, additional fluctuations caused by overlapping vanes of the outlet pipe are insignificant.

Кроме того, данное изобретение предполагает применение в качестве нагнетателей обрабатываемой среды только центробежные и лопастные насосы. Насосы другого типа, например шестеренчатые, винтовые и т.п., часто используемые в промышленности, не обеспечивают заявленный эффект.In addition, this invention contemplates the use of centrifugal and rotary vane pumps as process medium blowers. Other types of pumps, such as gear, screw, etc., often used in industry, do not provide the claimed effect.

Техническая задача изобретения - увеличение энергии звуковой волны в полости ротора и расширение типоразмеров используемых насосов.The technical task of the invention is to increase the energy of the sound wave in the cavity of the rotor and the expansion of the sizes of the pumps used.

Указанная цель достигается тем, что в роторном аппарате, содержащем корпус с патрубками входа и выхода среды, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках цилиндров, камеру озвучивания, привод и источник дополнительных пульсаций, на входном патрубке установлена цилиндрическая вихревая камера большего диаметра, а жидкая среда подается в камеру через патрубок, выполненный тангенциально к ее внутренней поверхности.This goal is achieved by the fact that in the rotor apparatus containing a housing with medium inlet and outlet pipes, a rotor and a stator concentrically installed in it with channels in the side walls of the cylinders, a sounding chamber, a drive and a source of additional pulsations, a larger cylindrical vortex chamber is installed at the inlet diameter, and the liquid medium is fed into the chamber through a pipe made tangentially to its inner surface.

На фиг.1 изображен роторный аппарат, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.Figure 1 shows a rotary apparatus, a longitudinal section; figure 2 is a section aa in figure 1.

Роторный аппарат содержит корпус 1 с патрубком 2 выхода среды, крышку 3 с патрубком входа 4, статор 5 с каналами 6 в боковых стенках, ротор 7 с каналами 8 в боковых стенках, камеру озвучивания 9, образованную корпусом 1, крышкой 3 и статором 5, вихревую цилиндрическую камеру 10, установленную на входном патрубке 4, патрубок тангенциального ввода среды 11 в камеру 10.The rotary apparatus comprises a housing 1 with a medium outlet 2, a cover 3 with an inlet 4, a stator 5 with channels 6 in the side walls, a rotor 7 with channels 8 in the side walls, a sounding chamber 9 formed by the housing 1, the cover 3 and the stator 5, a vortex cylindrical chamber 10 mounted on the inlet pipe 4, the pipe of the tangential input of the medium 11 into the chamber 10.

Роторный аппарат работает следующим образом. Обрабатываемая среда под давлением поступает тангенциально в вихревую камеру через патрубок 11, затем через патрубок 4 в полость ротора 7. Потом через каналы 8 ротора 7 и каналы 6 в статоре 5 поступает в камеру озвучивания 9 и выводится из аппарата через патрубок 2. Обрабатываемая среда, подаваемая в цилиндрическую камеру через тангенциально расположенный патрубок, образует вихревой поток. Затем вихревой поток поступает во входной патрубок роторного аппарата меньшего диаметра, при этом интенсивность вихря значительно возрастает и в нем возбуждаются упругие колебания. При срыве потока с кромок входного патрубка также генерируются упругие колебания. Таким образом, в полость ротора излучаются колебания широкого спектра частот. Основная частота колебания зависит от диаметра вихревой камеры, перепада давлений на ее входе и выходе, скорости звука в среде (Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Глав. ред. И.П.Голямина. - М: Советская энциклопедия, 1979, с.314). Одновременно в роторном аппарате генерируются колебания, вызываемые периодическим перекрыванием каналов статора промежутками между каналами ротора (основной тон). Основная частота этих колебаний зависит от угловой частоты вращения ротора, числа каналов в роторе и статоре и определяется по формуле, предложенной М.А.Балабудкиным.The rotary apparatus operates as follows. The medium being processed under pressure enters tangentially into the vortex chamber through the pipe 11, then through the pipe 4 into the cavity of the rotor 7. Then, through the channels 8 of the rotor 7 and the channels 6 in the stator 5, it enters the sounding chamber 9 and is removed from the apparatus through the pipe 2. The processed medium fed into the cylindrical chamber through a tangentially located pipe, forms a vortex flow. Then the vortex flow enters the inlet of the rotor apparatus of a smaller diameter, while the intensity of the vortex increases significantly and elastic vibrations are excited in it. When the flow stalls from the edges of the inlet pipe, elastic vibrations are also generated. Thus, oscillations of a wide spectrum of frequencies are emitted into the rotor cavity. The main oscillation frequency depends on the diameter of the vortex chamber, the pressure drop at its inlet and outlet, the speed of sound in the medium (Ultrasound. Little Encyclopedia. Edited by I.P. Golyamin. - M: Soviet Encyclopedia, 1979, p. 314). At the same time, oscillations are generated in the rotary apparatus caused by periodic overlapping of the stator channels by the gaps between the rotor channels (main tone). The main frequency of these oscillations depends on the angular frequency of rotation of the rotor, the number of channels in the rotor and stator and is determined by the formula proposed by M.A. Balabudkin.

Когда частота колебаний, излучаемых роторным аппаратом, совпадает с основной частотой колебаний, генерируемых вихревой камерой, создаются условия для возникновения резонанса. При этом амплитуды колебаний во всех точках среды удваиваются, а плотность энергии учетверяется (Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Глав. ред. И.П.Голямина. - М: Советская энциклопедия, 1979, с.395). Таким образом, в полости ротора обрабатываемая среда подвергается интенсивному воздействию звуковых колебаний, что приводит к интенсификации химико-технологических процессов, протекающих в системе «жидкость-жидкость».When the frequency of oscillations emitted by the rotor apparatus coincides with the fundamental frequency of the oscillations generated by the vortex chamber, conditions are created for the occurrence of resonance. In this case, the oscillation amplitudes double at all points of the medium, and the energy density is quadrupled (Ultrasound. Little Encyclopedia. Edited by I.P. Golyamin. - M: Soviet Encyclopedia, 1979, p. 395). Thus, in the rotor cavity the medium being processed is exposed to intense sound vibrations, which leads to the intensification of chemical-technological processes taking place in the liquid-liquid system.

Отметим преимущество заявляемого устройства по сравнению с прототипом, в котором для достижения резонанса можно изменять только частоту вращения ротора и число каналов в роторе и статоре, т.к. центробежные и лопастные насосы являются стандартными изделиями и излучают незначительные колебания на строго определенных частотах. Но эти параметры рассчитываются по специальным методикам для достижения наибольшей эффективности роторного аппарата. Достижение резонанса накладывает дополнительные ограничения, что усложняет расчет режимных и конструктивных параметров устройства. Этих недостатков лишено предлагаемое изобретение, т.к. получение резонанса легко достигается изменением внутреннего диаметра вихревой камеры.Note the advantage of the claimed device compared to the prototype, in which to achieve resonance, you can only change the rotor speed and the number of channels in the rotor and stator, because centrifugal and vane pumps are standard products and emit minor vibrations at well-defined frequencies. But these parameters are calculated by special methods to achieve the highest efficiency of the rotor apparatus. Achieving resonance imposes additional restrictions, which complicates the calculation of regime and structural parameters of the device. The present invention is devoid of these disadvantages, because obtaining resonance is easily achieved by changing the inner diameter of the vortex chamber.

Предлагаемое устройство позволяет также «исправить» ошибки при проектировании и изготовлении роторного аппарата, т.к. вихревая камера излучает колебания широкого спектра частот, то всегда найдется частота, совпадающая с основным тоном, генерируемым роторным аппаратом.The proposed device also allows you to "fix" errors in the design and manufacture of a rotary apparatus, because Since the vortex chamber emits oscillations of a wide range of frequencies, there is always a frequency that matches the fundamental tone generated by the rotary apparatus.

Пройдя первичную обработку в вихревой камере и полости ротора, жидкая среда затем подвергается дальнейшему воздействию акустических колебаний и кавитации в каналах статора и в камере озвучивания.After passing the initial treatment in the vortex chamber and the rotor cavity, the liquid medium is then subjected to further exposure to acoustic vibrations and cavitation in the stator channels and in the sounding chamber.

Турбулентные пульсации также способствуют интенсификации химико-технологических процессов. При вращении ротора жидкая среда вращается за счет сил трения в том же направлении. Если тангенциальный патрубок 11 расположить таким образом, чтобы направление вращение вихревого движения среды, поступающей через патрубок 4, было противоположно вращению ротора, то турбулизация жидкости в полости ротора возрастет. Это создает благоприятные условия для интенсификации процессов, проводимых в роторных аппаратах.Turbulent pulsations also contribute to the intensification of chemical-technological processes. When the rotor rotates, the fluid rotates due to friction in the same direction. If the tangential nozzle 11 is positioned so that the direction of rotation of the vortex motion of the medium entering through the nozzle 4 is opposite to the rotation of the rotor, then the turbulization of the fluid in the cavity of the rotor will increase. This creates favorable conditions for the intensification of processes carried out in rotary devices.

К важным преимуществам предлагаемого конструктивного решения относится то, что возникновение дополнительных пульсаций среды в полости ротора роторного аппарата не зависит от типа используемого насоса.An important advantage of the proposed design solution is that the occurrence of additional pulsations of the medium in the rotor cavity of the rotor apparatus does not depend on the type of pump used.

Еще одним преимуществом заявляемого устройства является то, что это конструктивное решение можно использовать для модернизации практически всех существующих конструкций роторных аппаратов с минимальными затратами.Another advantage of the claimed device is that this constructive solution can be used to upgrade almost all existing designs of rotary devices with minimal cost.

Для подтверждения эффективности предлагаемого устройства проведены эксперименты на водопроводной воде. Основная частота колебаний, генерируемых роторным аппаратом, составляла 300 Гц. Рассчитанный диаметр вихревой камеры для конкретного насоса составлял ~130 мм. Величина амплитуды звуковых колебаний в полости ротора определялась с помощью гидрофона из титаната бария. В результате опытов установлено, что после установки на входном патрубке вихревой камеры амплитуда звуковых колебаний возросла примерно в 1,7 раза. Таким образом, экспериментально подтверждена эффективность предлагаемой конструкции роторного аппарата.To confirm the effectiveness of the proposed device, experiments were performed on tap water. The main oscillation frequency generated by the rotary apparatus was 300 Hz. The calculated diameter of the vortex chamber for a particular pump was ~ 130 mm. The amplitude of sound vibrations in the rotor cavity was determined using a hydrophone from barium titanate. As a result of experiments, it was found that after installing a vortex chamber at the inlet pipe, the amplitude of sound vibrations increased by about 1.7 times. Thus, experimentally confirmed the effectiveness of the proposed design of the rotary apparatus.

Claims

A rotary apparatus comprising a housing with medium inlet and outlet nozzles, a rotor and a stator concentrically mounted in it with channels in the side walls of the cylinders, a sounding chamber, a drive and an additional pulsation source, characterized in that a larger cylindrical vortex chamber is installed on the inlet branch, and the liquid medium is fed into the chamber through a pipe made tangentially to its inner surface.