RU2346733C1

RU2346733C1 - Cavitation generator

Info

Publication number: RU2346733C1
Application number: RU2007130043/28A
Authority: RU
Inventors: Леонид Иванович Мальцев (RU); Леонид Иванович Мальцев; Елена Арсеньевна Петрова (RU); Елена Арсеньевна Петрова; Александр Александрович Самахов (RU); Александр Александрович Самахов; Анатолий Николаевич Парфенов (RU); Анатолий Николаевич Парфенов
Original assignee: Леонид Иванович Мальцев; Елена Арсеньевна Петрова; Александр Александрович Самахов; Анатолий Николаевич Парфенов
Priority date: 2007-08-06
Filing date: 2007-08-06
Publication date: 2009-02-20

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: cavitation generator comprises body with internal working chamber and nozzles for treated liquid-containing medium supply to chamber and drain from it. Chamber comprises drive shaft. Shaft has activator fixed to it in the form of disk with cylinders-cavitators, which are installed along disk radiuses on pylons according to normal line to its surfaces. Similar fixed cylinder-cavitators are installed on end walls of working chamber. Cylinder-cavitators on activator and cylinder-cavitators on end walls of working chamber, which are installed accordingly at the same distance from center of activator and center of end walls, are distanced from each other along circular arcs at the distances that make at least 5 hydraulic diameters of these cavitator cross sections.

EFFECT: higher intensity of cavitation treatment of different mediums and protection of chamber wall and surface of disk-activator against cavitation erosion.

6 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике генерации пузырьковой кавитации и может быть использовано в энергетике, в химической, строительной, пищевой и других отраслях промышленности для диспергирования, эмульгирования, получения однородных смесей и т.д.The invention relates to techniques for generating bubble cavitation and can be used in energy, in the chemical, construction, food and other industries for dispersing, emulsifying, obtaining homogeneous mixtures, etc.

Известен кавитационно-вихревой теплогенератор (патент России №2002119773, F24J 3/00, 2003), содержащий корпус с патрубками для подвода нагреваемой жидкости и отвода нагретой жидкости, расположенные внутри корпуса перфорированные статор и ротор, привод ротора. Статор и ротор выполнены в виде соосных дисков, перфорированных сквозными отверстиями, при этом статор выполнен в виде одного или нескольких кольцевых дисков, а ротор выполнен в виде двух соосных дисков, установленных с зазором относительно друг друга, при этом диски ротора смонтированы на независимых валах, имеющих самостоятельные независимые приводы, и вращаются навстречу друг другу.Known cavitation-vortex heat generator (Russian patent No. 2002119773, F24J 3/00, 2003), comprising a housing with nozzles for supplying a heated fluid and the removal of heated fluid, located inside the housing perforated stator and rotor, rotor drive. The stator and rotor are made in the form of coaxial disks perforated through holes, while the stator is made in the form of one or several ring disks, and the rotor is made in the form of two coaxial disks mounted with a gap relative to each other, while the rotor disks are mounted on independent shafts, having independent independent drives, and rotate towards each other.

Недостатком известного теплогенератора является тот факт, что в нем кавитация возбуждается не в объеме жидкости, а на кромках отверстий, в силу чего происходит кавитационное разрушение дисков и, следовательно, теплогенератор имеет малый ресурс.A disadvantage of the known heat generator is the fact that in it cavitation is excited not in the volume of liquid, but at the edges of the holes, due to which cavitation destruction of the disks occurs and, therefore, the heat generator has a small resource.

Наиболее близким техническим решением является генератор кавитации (патент РФ №2115176, G10K 15/04, 1998), содержащий корпус с внутренней рабочей камерой и патрубками для подвода в камеру и отвода из нее жидкости, размещенный в камере приводной вал и установленный на валу активатор. Активатор выполнен в виде диска, на котором по нормали к его боковым поверхностям вдоль двух или более радиусов на пилонах обтекаемой формы установлены подвижные цилиндрические кавитаторы, перекрывающие рабочую камеру с некоторым зазором от ее торцевых стенок, а на торцевых стенках рабочей камеры также на обтекаемых пилонах установлены со смещением по радиусу подобные неподвижные кавитаторы.The closest technical solution is a cavitation generator (RF patent No. 2115176, G10K 15/04, 1998), comprising a housing with an internal working chamber and nozzles for supplying and discharging liquid from the chamber, a drive shaft located in the chamber and an activator mounted on the shaft. The activator is made in the form of a disk on which movable cylindrical cavitators are installed on streamline pylons normal to its lateral surfaces along two or more radii, overlapping the working chamber with some clearance from its end walls, and streamlined pylons are also installed on the end walls of the working chamber with radial displacement similar motionless cavitators.

Недостатком этого генератора является недостаточно высокая эффективность при тонком измельчении руд, например измельчении упорных руд, включающих золото и мышьяк.The disadvantage of this generator is not high enough efficiency for fine grinding of ores, for example, grinding of refractory ores, including gold and arsenic.

Задачей, решаемой изобретением, является разработка простого и надежного в работе устройства, позволяющего обрабатывать различные среды, включающие жидкость с помощью кавитации, и обеспечивать получение однородных смесей, диспергирование, эмульгирование, мелкодисперсное измельчение руд и их механо-химическую активацию при малых затратах энергии.The problem solved by the invention is the development of a simple and reliable device that allows you to process various environments, including liquid using cavitation, and to provide homogeneous mixtures, dispersion, emulsification, fine grinding of ores and their mechanochemical activation at low energy costs.

Поставленная задача решается с помощью генератора кавитации, содержащего корпус с внутренней рабочей камерой и с патрубками для подвода в камеру и отвода из нее обрабатываемой среды, включающей жидкость, размещенный в камере приводной вал и закрепленный на валу активатор в виде диска с цилиндрами-кавитаторами, установленными вдоль радиусов диска на пилонах по нормали к его поверхностям, а на торцевых стенках рабочей камеры установлены подобные неподвижные цилиндры-кавитаторы. Цилиндры-кавитаторы на активаторе и цилиндры-кавитаторы на торцевых стенках рабочей камеры, установленные соответственно на одном расстоянии от центра активатора и от центра торцевых стенок, разнесены друг от друга вдоль дуг окружностей на расстояния не менее 5 гидравлических диаметров поперечных сечений этих кавитаторов.The problem is solved with the help of a cavitation generator, comprising a housing with an internal working chamber and with nozzles for supplying and discharging a processed medium from the chamber, including a liquid, a drive shaft located in the chamber and an activator fixed to the shaft in the form of a disk with cavitation cylinders installed along the radii of the disk on the pylons along the normal to its surfaces, and on the end walls of the working chamber, such stationary cavitating cylinders are installed. Cavitation cylinders on the activator and cavitation cylinders on the end walls of the working chamber, installed respectively at the same distance from the center of the activator and from the center of the end walls, are spaced from each other along circular arcs at a distance of at least 5 hydraulic diameters of the cross sections of these cavitators.

Предпочтительно расстояния между соседними неподвижными и подвижными кавитаторами в тот момент, когда подвижные проходят мимо неподвижных, составляют не более 1/4 размера поперечного сечения этих кавитаторов в направлении радиуса активатора.Preferably, the distances between adjacent stationary and movable cavitators at the moment when the movable pass by the stationary cavitators are no more than 1/4 of the cross-sectional size of these cavitators in the direction of the activator radius.

Предпочтительно неподвижные и подвижные кавитаторы имеют плохо обтекаемую форму, без угловых изломов их поперечного сечения, например форму прямых цилиндров овального поперечного сечения.Preferably, the fixed and movable cavitators have a poorly streamlined shape, without angular kinks in their cross section, for example, the shape of straight cylinders of an oval cross section.

Предпочтительно пилоны кавитаторов выполнены в виде двуугольников, поперечный размер которых близок или равен размеру поперечного сечения кавитатора.Preferably, the cavitator pylons are made in the form of diagonals, the transverse size of which is close to or equal to the size of the cross section of the cavitator.

Генератор кавитации предпочтительно изготовлен из антикоррозионного и химически стойкого материала или имеет защитное покрытие из этого материала.The cavitation generator is preferably made of a corrosion-resistant and chemically resistant material or has a protective coating of this material.

Материал предпочтительно выбран из следующего ряда: полиуретан, сверхвысокомолекулярный полиэтилен, фенилон, полиамид, полисульфон, фторопласт, резина, но в качестве таких материалов могут быть использованы любые известные материалы, используемые для защиты оборудования в зависимости от обрабатываемой среды. В качестве обрабатываемой среды могут быть следующие среды: жидкости, растворы истинные и коллоидные, эмульсии, суспензии.The material is preferably selected from the following series: polyurethane, ultra high molecular weight polyethylene, phenylone, polyamide, polysulfone, fluoroplast, rubber, but any known materials used to protect the equipment depending on the medium to be treated can be used as such materials. The following media can be used as the medium to be treated: liquids, true and colloidal solutions, emulsions, suspensions.

На фиг.1 и 2 показана схема генератора кавитации в продольном и поперечном сечениях.Figures 1 and 2 show a diagram of a cavitation generator in longitudinal and transverse sections.

Генератор содержит корпус 1 с рабочей камерой 2 и с патрубками для подвода жидкости 3 и для отвода жидкости 4. Внутри корпуса 1 установлен приводной вал 5 с закрепленным на нем активатором 6. На боковых поверхностях активатора 6 и на торцевых стенках 7 рабочей камеры 2 с помощью обтекаемых пилонов 8 установлены цилиндрические кавитаторы - подвижные 9 и неподвижные 10 с соответствующим смещением их относительно друг друга по радиусу.The generator comprises a housing 1 with a working chamber 2 and with nozzles for supplying liquid 3 and for draining the liquid 4. Inside the housing 1, a drive shaft 5 is mounted with an activator 6 mounted on it. On the lateral surfaces of the activator 6 and on the end walls 7 of the working chamber 2 with streamlined pylons 8 mounted cylindrical cavitators - movable 9 and fixed 10 with a corresponding offset relative to each other along the radius.

Подвижные цилиндры-кавитаторы 9 активатора, установленные на одинаковом радиусе R₁ (фиг.2), разнесены друг от друга на расстояние L не менее пяти гидравлических диаметров D поперечных сечений цилиндров-кавитаторов 9 вдоль окружности, образованной радиусом R₁.The movable cavitator cylinders 9 of the activator mounted on the same radius R ₁ (Fig. 2) are spaced from each other by a distance L of at least five hydraulic diameters D of the cross sections of the cavitator cylinders 9 along a circle formed by the radius R ₁ .

Неподвижные цилиндры-кавитаторы 10, установленные на торцевой стенке 7 рабочей камеры на одинаковом радиусе R₂ (фиг.2) также разнесены друг от друга на расстояние L не менее пяти гидравлических диаметров D поперечных сечений цилиндров-кавитаторов 9 вдоль окружности, образованной радиусом R₂.Fixed cavitating cylinders 10 mounted on the end wall 7 of the working chamber at the same radius R ₂ (Fig. 2) are also spaced from each other by a distance L of at least five hydraulic diameters D of the cross sections of the cavitating cylinders 9 along a circle formed by a radius R ₂ .

Во избежание абразивного износа оборудования, стенки рабочей камеры, поверхности дисков активатора и поверхности всех кавитаторов могут быть выполнены из следующего ряда материалов: полиуретан, сверхвысокомолекулярный полиэтилен, фенилон, полиамид, полисульфон, фторопласт, резина.In order to avoid abrasive wear of the equipment, the walls of the working chamber, the surfaces of the activator disks and the surfaces of all cavitators can be made of the following series of materials: polyurethane, ultra high molecular weight polyethylene, phenylone, polyamide, polysulfone, fluoroplastic, rubber.

Предлагаемый генератор работает следующим образом. Обрабатываемая жидкость (суспензия) подается через входной патрубок 3 в рабочую камеру 2. Активатором 6 и размещенными на нем кавитаторами 9 жидкость увлекается во вращательное движение. Неподвижными стенками рабочей камеры 2 совместно с кавитаторами 10 жидкость тормозится. В результате образуется турбулентное движение жидкости относительно как подвижных, так и неподвижных кавитаторов. При этом за подвижными и неподвижными кавитаторами (с разных сторон) формируются отрывные зоны с мощными пульсационными полями и, как следствие, облачка возникающих и схлапывающихся паровых пузырьков, то есть пузырьковая кавитация. Периодическое проскакивание подвижных кавитаторов относительно неподвижных усиливает динамичность кавитации и, тем самым, повышает интенсивность кавитационной обработки суспензий.The proposed generator operates as follows. The processed liquid (suspension) is fed through the inlet pipe 3 into the working chamber 2. By the activator 6 and the cavitators 9 placed on it, the liquid is carried away into the rotational movement. The fixed walls of the working chamber 2 together with the cavitators 10, the fluid is inhibited. As a result, a turbulent fluid motion is generated with respect to both moving and fixed cavitators. At the same time, separated zones with powerful pulsation fields and, as a result, clouds of emerging and collapsing vapor bubbles, i.e., bubble cavitation, are formed behind moving and motionless cavitators (from different sides). Periodic skipping of moving cavitators relatively motionless enhances the dynamics of cavitation and, thereby, increases the intensity of cavitation treatment of suspensions.

Использование предлагаемого генератора кавитации позволяет производить получение однородных смесей, диспергирование, эмульгирование, мелкодисперсное измельчение руд и их механо-химическую активацию при малых затратах энергии.Using the proposed cavitation generator allows the production of homogeneous mixtures, dispersion, emulsification, fine grinding of ores and their mechanochemical activation at low energy costs.

Предлагаемый генератор кавитации отличается простотой в обслуживании, надежностью в работе, благодаря его конструктивным особенностям. Предлагаемое расположение цилиндров-кавитаторов в рабочей камере позволяется увеличить одновременно срок службы генератора кавитации и эффективно производить измельчение до необходимого размера в короткий срок.The proposed cavitation generator is easy to maintain, reliable in operation, due to its design features. The proposed arrangement of cavitation cylinders in the working chamber allows to simultaneously increase the life of the cavitation generator and to effectively grind it to the required size in a short time.

Техническим результатом предлагаемого генератора кавитации является повышение интенсивности кавитационной обработки различных сред и защита стенки камеры и поверхности диска - активатора от кавитационной эрозии.The technical result of the proposed cavitation generator is to increase the intensity of cavitation treatment of various environments and to protect the chamber wall and the surface of the activator disk from cavitation erosion.

Claims

1. Cavitation generator, comprising a housing with an internal working chamber and with nozzles for supplying and discharging from the process medium from the chamber, including liquid, a drive shaft located in the chamber and an activator fixed to the shaft in the form of a disk with cavitation cylinders installed along the radii of the disk on the pylons along the normal to its surfaces, and on the end walls of the working chamber there are installed such stationary cavitating cylinders, characterized in that the cavitating cylinders on the activator and the cavitating cylinders on the end walls p At the same time, chambers installed respectively at the same distance from the center of the activator and from the center of the end walls are spaced from each other along arcs of circles at a distance of at least 5 hydraulic diameters of the cross sections of these cavitators.

2. The cavitation generator according to claim 1, characterized in that the distances between adjacent stationary and moving cavitators at a time when the moving cavities pass by the stationary ones are no more than 1/4 of the cross-sectional size of these cavitators in the direction of the activator radius.

3. The cavitation generator according to claim 1, characterized in that the fixed and movable cavitators have a poorly streamlined shape without angular kinks of their cross section, for example, the shape of straight cylinders of oval cross section.

4. The cavitation generator according to claim 1, characterized in that the pylons of the cavitators are made in the form of diagonals, the transverse size of which is close to or equal to the size of the cross section of the cavitator.

5. The cavitation generator according to claim 1, characterized in that it is made of anticorrosive and chemically resistant material or has a protective coating of this material.

6. The cavitation generator according to claim 5, characterized in that the material is selected from the following series: polyurethane, ultra high molecular weight polyethylene, phenylone, polyamide, polysulfone, fluoroplast, rubber.