RU2317849C2 - Гидроударно-кавитационный диспергатор для приготовления углерод-углеродных композиций - Google Patents
Гидроударно-кавитационный диспергатор для приготовления углерод-углеродных композиций Download PDFInfo
- Publication number
- RU2317849C2 RU2317849C2 RU2005128169/15A RU2005128169A RU2317849C2 RU 2317849 C2 RU2317849 C2 RU 2317849C2 RU 2005128169/15 A RU2005128169/15 A RU 2005128169/15A RU 2005128169 A RU2005128169 A RU 2005128169A RU 2317849 C2 RU2317849 C2 RU 2317849C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- stator
- diffusers
- compositions
- filler
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Mixers Of The Rotary Stirring Type (AREA)
- Disintegrating Or Milling (AREA)
Abstract
Изобретение относится к углеродной промышленности и предназначено для приготовления углерод-углеродных композиций на основе твердого углеродного наполнителя и жидкого углеродного компонента. Гидроударно-кавитационный диспергатор содержит корпус с входным и выходным патрубками, внутренний ротор с лопастями центробежного насоса и цилиндрическим кольцом, по периметру которого выполнены конфузоры. Статор концентрически охватывает внутренний ротор и имеет диффузоры по периметру цилиндрического кольца, в расширяющихся отверстиях которых на расстоянии не менее 3/4 толщины стенок статора от внутреннего его диаметра установлены резонирующие стержни. Изобретение позволяет объединить процессы получения тонкого помола твердого углеродного наполнителя и его гомогенного смешения с жидким углеродным компонентом. При этом улучшается процесс смачивания частиц углеродного наполнителя, повышается гомогенность композиций, улучшается экология на рабочих местах за счет исключения открытого пылеобразования. 4 ил.
Description
Изобретение относится к углеродной промышленности и предназначено для приготовления углерод-углеродных композиций (УУК) на основе твердого углеродного наполнителя и жидкого углеродного компонента.
Известен роторный гидроударный аппарат для приготовления водоугольной суспензии (ВУС) (патент России №2138335, м. кл. В02С 19/00, 27.09.1999, бюл.№27), содержащий корпус с входными и выходными патрубками, внутренний ротор с лопастями центробежного насоса и цилиндрическим кольцом. По периметру цилиндрического кольца выполнены щелевидные диффузоры. Рабочая камера и внешний ротор противоточного вращения с конфузорами по периметру его цилиндрического кольца, охватывают внутренний ротор. Недостатком известного роторного гидроударного аппарата является невозможность качественной гомогенизации твердой фазы в вязкопластичных средах.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является кавитационный диспергатор для измельчения труднообогадимых руд (патент России №2203738, м. кл. В02С 19/00, 10.05.2003, бюл.№13). Гидроударно-кавитационный диспергатор содержит корпус с входными и выходными патрубками, ротор с разгонными лопастями, статор с диффузорами в боковых стенках, причем устройство снабжено резонирующими стержнями, закрепленными в теле статора вдоль оси щелей (диффузоров). Процесс заключается в дозированной подаче суспензии руда-вода на кавитационный диспергатор и измельчении ее со вскрытием зерен полезных ископаемых по естественным дефектам.
Кавитационный диспергатор генерирует последовательно кавитационные импульсы, образованные расширением канала потока и колебаниями резонирующих стержней, установленных в дополнительных резонирующих кольцах в рабочей камере соосно с щелями статора.
Недостатком кавитационного диспергатора является существующее конструктивное исполнение, не позволяющее качественно проводить диспергацию и гомогенизацию твердой фазы в вязкопластичных средах, какими являются углерод-углеродные композиции.
Техническая задача - повышение эффективности измельчения УУК по сравнению с прототипом.
Технический результат заключается в увеличении степени измельчения за счет увеличения содержания мелких фракций в гидроударно-кавитационных диспергаторах, последовательно генерирующих гидроударные и кавитационные импульсы с частотой резонансного разрыва частиц за счет установки резонаторов в расширенной части диффузора статора.
Поставленная задача достигается тем, что в гидроударно-кавитационном диспергаторе для приготовления углерод-углеродных композиций, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, установленный внутри корпуса ротор, в котором выполнены конфузоры, снабженный разгонными лопастями, и статор, в котором выполнены диффузоры, при этом в диффузорах статора установлены резонаторы, в виде стержней, согласно изобретению резонаторы закреплены в диффузорах статора соосно диффузорам на расстоянии не менее 3/4 толщины стенок статора от внутреннего его диаметра.
Повышение степени гомогенности УУК достигается за счет разрушения конгломератов наполнителя в результате дополнительного воздействия резонансных кавитационных импульсов, генерируемых резонаторами, установленными в диффузоре статора соосно диффузорам. Сила сжатия частиц наполнителя в композиции при каждом гидроударе определяется зависимостью:
ΔP=ρ·(ν1-ν0)·α,
где
ΔР - изменение давления, Н/м2;
ρ - плотность суспензии, кг/м3;
ν0 и ν1 - скорости потока соответственно до перекрывания канала резонатора и после перекрывания, м/с;
α - скорость распространения ударной волны вдоль канала резонатора, равная скорости распространения звука в композиции, м/с.
Обоснование расположения резонатора на расстоянии не менее 3/4 толщины стенок статора от внутреннего его диаметра заявители определили наличие этой границы теоретически и подтвердили экспериментально. Теоретические предпосылки получены из характера истечения жидкости и газов из суживающихся сопел - конфузоров. В нашем случае таким соплом является конфузор, расположенный в роторе. Теория говорит [Дейч М.Е. Техническая газодинамика. М. - Л. Госэнергоиздат, 1961], что в истекающей из конфузора струе образуется зона разрежения клиновидной формы, основание которой лежит в плоскости выходного сечения конфузора. Дальнейшее распространение струи вдоль оси имеет такой характер, что за зоной разрежения следует зона уплотнения. При этом скорость струи в точке перехода между зонами имеет максимальное значение. Очевидно, что расположение резонаторов в зоне уплотнения должно привести к повышению эффективности измельчения. Расчеты конструкции предлагаемого устройства показали, что область разрежения может распространяться в диффузор статора до 3/4 толщины его стенок от внутреннего диаметра.
Настройка резонаторов диффузора статора по частоте колебаний делает возможным доизмельчение и гомогенизацию различных по крупности материалов в режиме резонансного разрыва.
Заявляемое устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид устройства, на фиг.2 - грансостав исходной фракции после гомогенизации, на фиг.3 - укрупненный фрагмент поперечного разреза ротора и статора с расположенными в них конфузорами и диффузорами, на фиг.4 - грансостав исходной фракции после диспергации при различных положениях резонатора.
Предлагаемое устройство - гидроударно-кавитационный диспергатор (Фиг.1) состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками; ротора (позиция не обозначена) с разгонными лопастями центробежного насоса 4 и цилиндрическим кольцом 5, в котором равномерно по окружности в виде дозвуковых сопел выполнены конфузоры 6, сужающиеся в сторону статора 7 с равномерно выполненными по его окружности диффузорами 8, расширяющимися в сторону корпуса и имеющие вогнутые поверхности. Во внутреннем пространстве диффузоров 8 установлены подобранные по частоте колебаний резонаторы 9 в виде стержней, закрепленных соосно диффузоров 8 статора 7. Резонаторы 9 настроены на собственную частоту fср колебаний частиц углеродного наполнителя определенного размера и заменяются другими при переходе на другой размер частиц.
Гидроударно-кавитационный диспергатор работает следующим образом. Предварительно усредненная смесь компонентов УУК подается в диспергатор через входной патрубок 2. Разгонные лопасти 4 центробежного насоса разгоняют смесь в направлении конфузора 6 ротора. В момент перекрытия кольцом статора 7 конфузора 6 скорость движения потока суспензии резко снижается, происходит гидравлический удар, сжимающие усилия через расплавленный пек передаются на частицы кокса, деформируя их. Силу Р гидроударного сжатия частицы от импульса давления прямого гидравлического удара определяют по приведенной выше формуле.
В момент совмещения конфузора 6 ротора и диффузора 8 статора 7 нагрузка с частицы снимается, и она испытывает деформацию растяжения.
При выходе из конфузора 6 в диффузор 8 частицы кокса попадают в поле кавитационных импульсов, образованных расширением канала потока и колебаниями резонаторов 9 в диффузорах статора 7, и под воздействием схлапывающихся пузырьков получают дополнительное разрушение от знакопеременных нагрузок. Частота fср собственных колебаний частиц и частота fр следования импульсов, генерируемых резонаторами 9, равны или близки по значению. Под воздействием серии резонансных нагрузок в режиме "сжатие-разрежение" частицы наполнителя дополнительно разрушаются. Образование новой чистой поверхности при разрушении частиц наполнителя непосредственно в жидкой углеродной среде способствует улучшению смачивания поверхности наполнителя и препятствует образованию конгломератов частиц.
Выполненные эксперименты подтверждают этот вывод. Объектом исследования являлся нефтяной прокаленный кокс с исходной крупностью - 1.0-4.0 мм. Конкретная цель заключалась в получении гомогенной пекококсовой композиции с содержанием твердой фазы 50%, представленной классом крупности менее 0,3 мм не менее чем на 90%. Результаты измельчения нефтяного прокаленного кокса представлены на Фиг.2.
Гидроударно-кавитационный диспергатор обеспечивает измельчение и гомогенизацию углеродного наполнителя за счет создания гидроударных нагрузок, измельчающих зерна наполнителя по дефектам структуры, и на следующем этапе - резонансных кавитационных импульсов с частотой собственных колебаний частиц углеродного наполнителя. Кавитационные импульсы препятствуют образованию конгломератов частиц углеродного наполнителя в жидкой углеродной среде, и способствуют образованию гомогенной УУК.
Частота fр колебаний резонаторов настраивается в соответствии с зависимостью
где а - коэффициент пропорциональности, величина которого зависит от способа крепления резонатора: консольного, двухстороннего или свободного и равна 0,162, 2,82 и 3.2 соответственно;
t - толщина резонатора, м;
l - длина консольной части резонатора, м, при а=0,162 или длина - двухсторонне закрепленного резонатора при а=2,82;
Е - модуль упругости материала резонатора, МПа;
ρ - плотность суспензии, кг/м3.
В набегающем потоке возникают колебания суспензии с частотой:
где k - коэффициент пропорциональности, зависящий от соотношения V и h;
V - скорость истечения струи из конфузора ротора, м/с;
h - расстояние между внешним диаметром ротора и резонатором, м.
Для возбуждения резонансного разрыва необходимо условие:
fср=fр
Настройку на этот режим осуществляют регулировкой скорости V истечения струи из конфузора ротора, изменением расстояния h между внешним диаметром ротора и резонатором, толщиной t резонатора. Количество диффузоров в статоре и конфузоров в роторе неодинаково. Разность в количестве диффузоров и конфузоров определяет число одновременно происходящих гидроударов и баланс нагрузки на ось ротора. Эта разность кратна числу конфузоров ротора, что обеспечивает наибольшую эффективность процесса и является ноу-хау предлагаемого технического решения.
Как видно из фиг.3, диффузор в теле статора является полым цилиндрическим сегментом, на геометрической оси которого расположен резонатор. Такая геометрия диффузора получается высверливанием цилиндрического отверстия в заготовке статора и последующей двусторонней ее шлифовкой таким образом, что ось цилиндрического отверстия располагается на расстоянии не менее ¾ толщины стенок статора от внутреннего его диаметра.
Изобретение позволяет объединить процессы получения тонкого помола твердого углеродного наполнителя и его гомогенного смешения с жидким углеродным компонентом. При этом улучшается процесс смачивания частиц углеродного наполнителя, повышается гомогенность УУК, улучшается экология на рабочих местах за счет исключения открытого пылеобразования.
Claims (1)
- Гидроударно-кавитационный диспергатор для приготовления углерод-углеродных композиций, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, установленные внутри корпуса ротор, в котором выполнены конфузоры, снабженный разгонными лопастями, и статор, в котором выполнены диффузоры, при этом в диффузорах статора установлены резонаторы в виде стержней, отличающийся тем, что резонаторы закреплены в диффузорах статора соосно диффузорам на расстоянии не менее 3/4 толщины стенок статора от внутреннего его диаметра.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005128169/15A RU2317849C2 (ru) | 2005-09-12 | 2005-09-12 | Гидроударно-кавитационный диспергатор для приготовления углерод-углеродных композиций |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005128169/15A RU2317849C2 (ru) | 2005-09-12 | 2005-09-12 | Гидроударно-кавитационный диспергатор для приготовления углерод-углеродных композиций |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005128169A RU2005128169A (ru) | 2007-03-27 |
RU2317849C2 true RU2317849C2 (ru) | 2008-02-27 |
Family
ID=37998745
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005128169/15A RU2317849C2 (ru) | 2005-09-12 | 2005-09-12 | Гидроударно-кавитационный диспергатор для приготовления углерод-углеродных композиций |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2317849C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2694774C1 (ru) * | 2018-07-31 | 2019-07-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Роторный пульсационный аппарат |
DE202023101511U1 (de) | 2023-03-27 | 2023-04-18 | 2D Innovation Gmbh | Vorrichtung zur Herstellung von Low-Layer-Graphen |
-
2005
- 2005-09-12 RU RU2005128169/15A patent/RU2317849C2/ru active IP Right Revival
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2694774C1 (ru) * | 2018-07-31 | 2019-07-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Роторный пульсационный аппарат |
DE202023101511U1 (de) | 2023-03-27 | 2023-04-18 | 2D Innovation Gmbh | Vorrichtung zur Herstellung von Low-Layer-Graphen |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005128169A (ru) | 2007-03-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1852614B1 (en) | Low noise ejector motive nozzle | |
RU2506127C1 (ru) | Способ струйно-акустической дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси и гидродинамический генератор акустических колебаний | |
US5813754A (en) | Vibration input to moving aqueous cemetitious slurry | |
RU2317849C2 (ru) | Гидроударно-кавитационный диспергатор для приготовления углерод-углеродных композиций | |
RU2376193C1 (ru) | Способ гидродинамической очистки поверхностей объектов под водой и устройство для его осуществления | |
RU2634148C1 (ru) | Способ кавитационно-гидродинамической дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси | |
RU2301112C1 (ru) | Способ измельчения полезных ископаемых и кавитационный диспергатор для его осуществления | |
RU74084U1 (ru) | Кавитационный гидроударный диспергатор | |
WO2011016752A1 (ru) | Гидродинамический диспергатор | |
RU2223815C1 (ru) | Способ приготовления эмульсии, система и устройство для его осуществления | |
WO2009041854A1 (ru) | Способ тепломассоэнергообмена текучих сред и устройство для его осуществления | |
RU2203738C2 (ru) | Способ измельчения труднообогатимых руд и кавитационный диспергатор для его осуществления | |
CN113464054B (zh) | 钻井装置及钻井方法 | |
RU2714172C1 (ru) | Способ кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции высокоглинистой полиминеральной составляющей гидросмеси | |
RU2138335C1 (ru) | Способ приготовления водоугольной суспензии и роторный гидроударный аппарат для его осуществления | |
RU2041395C1 (ru) | Насос-диспергатор | |
RU99086U1 (ru) | Акустический активационный генератор | |
RU2646270C1 (ru) | Способ инициирования кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси | |
RU54816U1 (ru) | Устройство приготовления водно-мазутной эмульсии | |
RU2804649C1 (ru) | Способ кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси | |
RU185656U1 (ru) | Генератор гидродинамических колебаний | |
RU2248847C1 (ru) | Устройство для измельчения твердых веществ и получения мелкодисперсных систем и эмульсий | |
US11266995B2 (en) | Method and apparatus for rock disintegration | |
RU2802200C1 (ru) | Способ активизации микродезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси | |
RU2746572C1 (ru) | Способ волновой обработки стволов нефтяных и газовых скважин и волновые генераторы для его осуществления |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090913 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20101027 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20131024 |