RU2398624C2

RU2398624C2 - Rotary apparatus

Info

Publication number: RU2398624C2
Application number: RU2008145924/15A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Червяков (RU); Виктор Михайлович Червяков; Александр Иванович Четырин (RU); Александр Иванович Четырин; Василий Михайлович Нечаев (RU); Василий Михайлович Нечаев; Василий Федорович Юдаев (RU); Василий Федорович Юдаев; Михаил Викторович Червяков (RU); Михаил Викторович Червяков
Priority date: 2008-11-20
Filing date: 2008-11-20
Publication date: 2010-09-10
Also published as: RU2008145924A

Abstract

FIELD: process engineering. ^ SUBSTANCE: invention relates to treatment of fluids and can be used in various physical-chemical, hydromechanical and heat-and-mass transfer processes in systems "fluid-fluid". Proposed apparatus comprises casing with cover and inlet and outlet branch pipes. Said casing houses radially aligned rotor and stator with channels in sidewalls and audio chamber. Stator channels represent alternating blind and through channels. Each blind channel has additional channels communicated with adjacent through channels. Note here that additional channel outlet is directed toward fluid flow via through channel, while its axis makes the angle = 1070 with through channel axis. ^ EFFECT: higher efficiency of processes in flowing fluids. ^ 4 dwg, 1 tbl

Description

Устройство относится к технике обработки жидких сред и может быть использовано для проведения различных физико-химических, гидромеханических и тепломассообменных процессов в системах «жидкость - жидкость».The device relates to techniques for processing liquid media and can be used for various physicochemical, hydromechanical and heat and mass transfer processes in liquid-liquid systems.

Известно перемешивающее устройство, содержащее статор и ротор в виде набора концентричных чередующихся цилиндров с прорезями с направляющим устройством в виде наружного цилиндра с расположенными по его периметру скрещивающимся каналами, разделенными перемычками, направляющее устройство снабжено внутренним цилиндром с радиальными каналами в стенке и параллельными центральной оси цилиндра наружными радиальными перегородками, клинообразными перегородками, размещенными посередине скрещивающихся каналов наружного цилиндра параллельно его оси, при этом радиальные перегородки расположены напротив перемычек, разделяющих скрещивающиеся каналы, направленные навстречу друг другу. Геометрические параметры определяются соотношениями (SU 1335316, B01F 7/28, 1985).It is known a mixing device containing a stator and a rotor in the form of a set of concentric alternating cylinders with slots with a guide device in the form of an outer cylinder with crossing channels located along its perimeter separated by jumpers, the guide device is equipped with an inner cylinder with radial channels in the wall and external to the central axis of the cylinder radial partitions, wedge-shaped partitions located in the middle of the crossing channels of the outer cylinder parallel but on its axis, while the radial partitions are located opposite the jumpers separating the crossing channels directed towards each other. The geometric parameters are determined by the relations (SU 1335316, B01F 7/28, 1985).

Интенсификация процесса перемешивания достигается за счет взаимодействия скрещивающихся двойных струй, создания на их границах касательных напряжений, направленных под углом к осям струй.The intensification of the mixing process is achieved due to the interaction of crossed double jets, the creation of tangential stresses at their boundaries, directed at an angle to the axis of the jets.

Недостатком этого устройства является то, что перемешивание за счет взаимодействия перемешивающихся струй осуществляется в большом объеме рабочей емкости, при этом интенсивность перемешивания резко снижается по мере удаления от аппарата. Основной недостаток - отсутствие кавитации, важнейшего интенсифицирующего фактора, в объеме емкости.The disadvantage of this device is that mixing due to the interaction of mixing jets is carried out in a large volume of the working capacity, while the intensity of mixing decreases sharply with distance from the apparatus. The main disadvantage is the lack of cavitation, the most important intensifying factor, in the volume of the tank.

Наиболее близким к изобретению по получаемому эффекту является роторный аппарат, содержащий корпус с крышкой и патрубками входа и выхода среды, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках, камеру озвучивания, каналы в статоре выполнены в виде чередующихся друг с другом глухих и сквозных каналов, глухие каналы снабжены дополнительными каналами, соединяющими их с патрубком входа среды и расположенными в крышке аппарата, количество каналов ротора и статора определяются соотношениями (SU 1719045, B01F 7/28, 1991). Интенсификация процессов диспергирования и теплообмена осуществляется за счет увеличения интенсивности акустических колебаний. Недостаток устройства: недостаточная интенсивность кавитации и незначительные турбулентные пульсации скорости и давления потока среды в каналах статора.Closest to the invention, the effect obtained is a rotary apparatus comprising a housing with a cover and medium inlet and outlet nozzles, a rotor and a stator concentrically mounted in it with channels in the side walls, a sounding chamber, channels in the stator are made in the form of alternating deaf and through channels, blind channels are provided with additional channels connecting them to the medium inlet pipe and located in the apparatus lid, the number of rotor and stator channels is determined by the ratios (SU 1719045, B01F 7/28, 1991). The intensification of the processes of dispersion and heat transfer is carried out by increasing the intensity of acoustic vibrations. The disadvantage of this device is the insufficient intensity of cavitation and insignificant turbulent pulsations of the velocity and pressure of the medium flow in the stator channels.

Техническая задача изобретения - повышение эффективности проведения технологических процессов в жидкой проточной среде.The technical task of the invention is to increase the efficiency of technological processes in a liquid flowing medium.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в роторном аппарате, содержащем корпус с крышкой и патрубками входа и выхода среды, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках, камеру озвучивания, каналы в статоре выполнены в виде чередующихся друг с другом глухих и сквозных каналов, каждый глухой канал снабжен дополнительными каналами, соединенными с соседними сквозными каналами, причем выход дополнительного канала направлен навстречу потоку среды через сквозной канал, а его ось образует угол α=10°…70° с осью сквозного канала. На фиг.1 изображен продольный разрез роторного аппарата; на фиг.2 изображено сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 изображено сечение Б-Б на фиг.2; на фиг.4 изображено сечение В-В на фиг.2.The stated technical problem is achieved by the fact that in the rotary apparatus, comprising a housing with a cover and medium inlet and outlet nozzles, a rotor and a stator concentrically mounted in it with channels in the side walls, a sounding chamber, channels in the stator are made in the form of alternating deaf and through channels, each blind channel is equipped with additional channels connected to adjacent through channels, and the output of the additional channel is directed towards the medium flow through the through channel, and its axis forms an angle α = 10 ° 70 ° with the axis of the through passageway. Figure 1 shows a longitudinal section of a rotary apparatus; figure 2 shows a section aa in figure 1; figure 3 shows a section bB in figure 2; figure 4 shows a section bb in figure 2.

Роторный аппарат содержит корпус 1 с патрубком выхода среды 2, крышку 3 с патрубком входа 4, ротор 5 с каналами 6 в боковых стенках, статор 7 со сквозными каналами 8, глухими каналами 9 и дополнительными каналами 10, выполненными в боковых стенках статора 7, камеру озвучивания 11, образованную корпусом 1, крышкой 3 и статором 7.The rotary apparatus comprises a housing 1 with a medium outlet 2, a cover 3 with an inlet 4, a rotor 5 with channels 6 in the side walls, a stator 7 with through channels 8, blind channels 9 and additional channels 10 made in the side walls of the stator 7, a camera scoring 11, formed by the housing 1, the cover 3 and the stator 7.

Роторный аппарат работает следующим образом. Обрабатываемая жидкая среда поступает через патрубок 4, находящийся в крышке 3, в полость ротора 5, затем через каналы ротора 6 поступает одновременно в сквозные 8 и глухие каналы 9 статора 7, при этом среда из глухих каналов 9 через дополнительные каналы 10 поступает в сквозные каналы 8, проходит в камеру озвучивания 11 и выводится из аппарата через патрубок 2, расположенный в корпусе 1.The rotary apparatus operates as follows. The processed liquid medium enters through the nozzle 4 located in the cover 3 into the cavity of the rotor 5, then through the channels of the rotor 6 it enters simultaneously through 8 and blind channels 9 of the stator 7, while the medium from the blind channels 9 through additional channels 10 enters through channels 8, passes into the sounding chamber 11 and is removed from the apparatus through the pipe 2 located in the housing 1.

Важнейшим фактором, повышающим эффективность технологического оборудования при проведении процессов эмульгирования, экстракции и т.д. в системах «жидкость-жидкость», является кавитация. Установлено, что создание режимов кавитационной работы возможно за счет соударения встречных скоростных потоков жидкости (Седов Л.И. Движение воды с большими скоростями. В кн.: Размышление о науке и об ученых. М.: Наука, 1980, с.312-339). Этот принцип реализуется в предлагаемой конструкции следующим образом. В период времени, когда глухие и сквозные каналы синфазно частично или полностью открыты, среда из глухих каналов через дополнительные каналы под острым углом подается в сквозные каналы. За счет того что поперечное сечение дополнительных каналов значительно меньше поперечного сечения сквозных и глухих каналов, скорость жидкой среды, поступающей через дополнительные каналы, значительно возрастает. Выходы глухих каналов направлены под острым углом навстречу потоку среды, проходящей через сквозные каналы, поэтому при соударении скрещивающихся струй потока обрабатываемой среды по всему поперечному сечению канала статора образуются пузырьковые каверны. Так как в результате соединения глухих и сквозных каналов расход жидкой среды, а следовательно, и скорость потока на выходе из сквозного канала возрастает почти в два раза, то одновременно пропорционально падает давление, что способствует образованию и росту кавитационных пузырей. При этом кавитационные каверны выносятся из малого объема канала статора в значительно больший объем камеры озвучивания, при этом давление резко возрастает и происходит схлопывание кавитационных пузырей. Таким образом, обрабатываемая среда подвергается двухступенчатой кавитационной обработке: на начальных участках сквозных и глухих каналов статора акустической импульсной кавитации, возникающей при перекрывании каналов статора промежутками между каналами ротора, и кавитации, возникающей в сквозных каналах статора при соударении скрещивающихся потоков обрабатываемой среды. При этом, как отмечается (Федоткин И.М., Немчин А.Ф. Использование кавитации в технологических процессах. - Киев: Вища школа, 1984, с.52), «наиболее перспективной с точки зрения уменьшения затрат энергии на создание режимов кавитации является схема со встречной струйкой…».The most important factor increasing the efficiency of technological equipment during the processes of emulsification, extraction, etc. in liquid-liquid systems, is cavitation. It is established that the creation of cavitation modes is possible due to the collision of oncoming high-speed fluid flows (Sedov L.I. Water movement at high speeds. In: Reflection on science and scientists. M: Nauka, 1980, pp. 312-339 ) This principle is implemented in the proposed design as follows. In the period of time when the blind and through channels are in phase partially or completely open, the medium from the blind channels through additional channels at an acute angle is fed into the through channels. Due to the fact that the cross-section of the additional channels is much smaller than the cross-section of the through and deaf channels, the speed of the fluid entering through the additional channels increases significantly. The outputs of the blind channels are directed at an acute angle toward the flow of the medium passing through the through channels; therefore, upon the collision of the crossing jets of the flow of the treated medium, bubble caverns are formed over the entire cross section of the stator channel. Since, as a result of connecting deaf and through channels, the flow rate of the liquid medium, and hence the flow rate at the outlet of the through channel, increases almost twice, the pressure decreases proportionally, which contributes to the formation and growth of cavitation bubbles. In this case, cavitation cavities are carried out from a small volume of the stator channel into a much larger volume of the sounding chamber, while the pressure increases sharply and cavitation bubbles collapse. Thus, the medium to be treated is subjected to two-stage cavitation processing: in the initial sections of the through and blind channels of the stator, acoustic pulse cavitation arises when the stator channels overlap by the gaps between the rotor channels, and cavitation arises in the through channels of the stator when the crossing flows of the processed medium collide. Moreover, as noted (Fedotkin IM, Nemchin AF Use of cavitation in technological processes. - Kiev: Vishcha school, 1984, p.52), “the most promising from the point of view of reducing energy costs for creating cavitation modes is scheme with an oncoming trickle ... ".

Другое преимущество предлагаемой конструкции - значительная турбулизация потока среды скрещивающимися струями в относительно небольшом объеме сквозного канала статора.Another advantage of the proposed design is the significant turbulization of the medium flow by crossing jets in a relatively small volume of the through channel of the stator.

Для подтверждения эффективности предлагаемой конструкции проведены эксперименты по получению 5% эмульсии минерального масла в воде. Эффективность оценивалась среднеарифметическим диаметром частиц масла. Пробы отбирались после четырехкратного прохождения обрабатываемой среды через аппарат. В таблице приведены некоторые полученные результаты.To confirm the effectiveness of the proposed design, experiments were carried out to obtain a 5% emulsion of mineral oil in water. Efficiency was estimated by the arithmetic mean diameter of the oil particles. Samples were taken after passing the medium four times through the apparatus. The table shows some of the results.

Угловая частота вращения ротора, с^-1 Angular rotor speed, with ^-1 100one hundred 150150 200200 250250 Среднеарифметический диаметр частиц масла, мкмArithmetic mean diameter of oil particles, microns Базовая конструкцияBasic design 66 4,54,5 3,53,5 33 Предлагаемая конструкцияProposed design 4,54,5 33 22 1,51,5

Полученные результаты показывают, что среднеарифметический диаметр частиц масла уменьшился на (30…100)% в зависимости от величины угловой скорости вращения ротора. Таким образом, показано, что предлагаемая конструкция роторного аппарата значительно повышает эффективность проведения технологических процессов.The results show that the arithmetic mean diameter of the oil particles decreased by (30 ... 100)% depending on the magnitude of the angular velocity of the rotor. Thus, it is shown that the proposed design of the rotor apparatus significantly increases the efficiency of technological processes.

Claims

A rotor apparatus comprising a housing with a lid and medium inlet and outlet nozzles, a rotor and a stator concentrically mounted in it with channels in the side walls, a sounding chamber, channels in the stator are made in the form of alternating blind and through channels, blind channels are equipped with additional channels characterized in that each blind channel is connected to adjacent through channels, and the output of the additional channel is directed towards the medium flow through the through channel, and its axis forms an angle α = 10-70 ° with the axis of the through channel Ala.