RU2403963C1 - Роторный аппарат - Google Patents
Роторный аппарат Download PDFInfo
- Publication number
- RU2403963C1 RU2403963C1 RU2009115268/05A RU2009115268A RU2403963C1 RU 2403963 C1 RU2403963 C1 RU 2403963C1 RU 2009115268/05 A RU2009115268/05 A RU 2009115268/05A RU 2009115268 A RU2009115268 A RU 2009115268A RU 2403963 C1 RU2403963 C1 RU 2403963C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cavitator
- nozzle
- rotor
- inlet
- fluid
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Physical Water Treatments (AREA)
Abstract
Изобретение относится к устройствам для создания колебаний в жидкой проточной среде и может быть использовано для проведения различных физико-химических, гидромеханических и тепломассообменных процессов в системах «жидкость-жидкость» и «твердое-жидкость». Роторный аппарат содержит корпус с патрубками входа и выхода среды, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках цилиндров, камеру озвучивания, привод. Во входном патрубке установлен, с возможностью возвратно-поступательного перемещения, насадок, входной участок которого представляет собой конфузор, а выходной является цилиндром. На внутренней торцовой поверхности ротора, напротив выхода насадка, установлен стержень, на торце которого находится кавитатор, выполненный в виде усеченного конуса, меньшее основание которого направлено навстречу потоку среды, и на боковой поверхности кавитатора выполнены выступы в виде тангенциальных зубьев. Кавитатор расположен в цилиндрической части насадка. Выступы на боковой поверхности кавитатора выполнены в виде круговых зубьев. Технический результат: увеличение интенсивности гидродинамической кавитации в полости ротора и расширение номенклатуры обрабатываемой жидкой среды. 5 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к устройствам для создания колебаний в жидкой проточной среде и может быть использовано для проведения различных физико-химических, гидромеханических и тепломассообменных процессов в системах «жидкость-жидкость» и «твердое-жидкость».
Известен роторный аппарат, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, концентрично установленные в нем ротор и статор с отверстиями в боковых стенках, выпуклый рассекатель жидкости, установленный в полости ротора с зазором относительно его стенок и направленный выпуклостью к входному патрубку, рабочую камеру и привод вращения ротора, причем выпуклый полый рассекатель имеет шлемообразную форму (SU 1584990 A1, B01F 7/26, Бюл. 30, 1990). Интенсификация технологического процесса осуществляется за счет дополнительных колебаний, вызванных кавитационными явлениями на шлемообразной поверхности рассекателя. Недостатками данного устройства являются незначительная интенсивность кавитации между поверхностью рассекателя и внутренней поверхностью ротора и, практически, отсутствие турбулентного перемешивания из-за плавной формы поверхности рассекателя. Кроме того, не предусматривается синхронизация собственных колебаний кавитационной области с частотой ее вынужденных пульсаций.
Наиболее близким к изобретению является роторный аппарат, содержащий корпус с патрубками входа и выхода среды, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках цилиндров, камеру озвучивания, привод, при этом во входном патрубке установлен конфузор, а на внутренней торцевой поверхности ротора напротив выхода конфузора находится вогнутый отражатель в виде лунки (RU 2294236 С2, B01F 7/26, Бюл. № 6, 2007). Интенсификация технологических процессов достигается возникновением резонанса, т.е. совпадением основной частоты, генерируемой роторным аппаратом, и частоты колебаний кавитационной полости между конфузором и отражателем. Недостаток данной конструкции заключается в том, что расчет конструктивных, режимных параметров роторного аппарата, размеров отражателя и расстояния его до конфузора, обеспечивающих возникновение резонанса, проводится для конкретных обрабатываемых сред, данной объемной производительности, конкретных процессов и т.д. При изменении этих параметров эффективность кавитационной обработки среды снижается. Таким образом, в аппарате не предусмотрено регулирование интенсивности кавитации и, как следствие, эффективности обработки жидких сред с различными физико-химическими свойствами.
Техническая задача изобретения - увеличение интенсивности гидродинамической кавитации в полости ротора и расширение номенклатуры обрабатываемой жидкой среды.
Поставленная техническая задача изобретения 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 и привод, во входном патрубке установлен, с возможностью возвратно-поступательного перемещения насадок, входной участок которого представляет собой конфузор, а выходной является цилиндром, на внутренней торцевой поверхности ротора, напротив выхода насадка, установлен стержень, на торце которого находится кавитатор, выполненный в виде усеченного конуса, меньшее основание которого направлено навстречу потоку среды, и на боковой поверхности кавитатора выполнены выступы в виде тангенциальных или круговых зубьев, при этом кавитатор расположен в цилиндрической части насадка.
На фиг.1 изображен роторный аппарат, продольный разрез; на фиг.2, вид А на фиг.1, показано схематическое изображение тангенциальных выступов; на фиг.3, вид А на фиг.1, показано схематическое изображение круговых выступов; на фиг.4 изображен вид Б на фиг.1; на фиг.5 изображено условное обозначение расположения крепежных элементов насадка.
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, насадок 10, состоящий из конфузора 11 и цилиндрического сопла 12, стержня 13, закрепленного в центре торцовой поверхности ротора 7, на торце которого находится кавитатор 14, элементов крепления 15 насадка 10 к патрубку входа 4, расположенных в пазах 16 патрубка входа 4.
Роторный аппарат работает следующим образом. Обрабатываемая среда поступает под давлением в патрубок 4 и насадок 10, проходит конфузор 11 и цилиндрическое сопло 12, попадает на кавитатор 14 и проходит в полость ротора 7. Затем через каналы 8 ротора 7 и каналы 6 статора 5 проходит в камеру озвучивания 9 и выводится из аппарата через патрубок 2.
Обрабатываемая среда, проходя конфузорный участок насадка, значительно увеличивает скорость течения среды до значения, необходимого для возникновения гидродинамической кавитации, а при необходимости и до образования суперкаверны, при обтекании кавитатора, расположенного в цилиндрической части насадка. Образующиеся кавитационные пузыри выносятся в относительно большой объем полости ротора, при этом резко возрастает статическое давление в жидкости и происходит их схлопывание. Возникающие при этом кумулятивные струйки, высокие давление и температура способствуют интенсификации различных технологических процессов, таких как эмульгирование, диспергирование твердых частиц, экстракции, растворения и т.д.
На боковой поверхности кавитатора выполнены выступы в виде тангенциальных зубьев, поэтому за каждым из них, по ходу течения среды, образуется кавитационная область, а так как кавитатор жестко связан с вращающимся ротором, то эти области, увлекаясь жидкостью, перекрывают все поперечное сечение цилиндрической части насадка. Кроме того, выполнение выступов в виде тангенциальных зубьев при вращении кавитатора создает значительный турбулизирующий эффект, за счет возникновения потоков среды, направленных от центра к периферии патрубка и навстречу основному потоку, вследствие центробежного эффекта и конической боковой поверхности кавитатора. Турбулентные пульсации скорости и давления среды также способствуют интенсификации различных химико-технологических процессов. Выступы на боковой поверхности можно выполнить в виде круговых зубьев, т.к. их изготовление проще и дешевле (М.Н.Иванов, В.А.Афиногенов. Детали машин. - М.: Высшая школа, 2003, с.164). Расчетный угол для выступов в виде тангенциальных зубьев принимается в интервале 0≤β≤30°, а в виде круговых зубьев в интервале 0≤β≤45° (М.Н.Иванов, В.А.Афиногенов. Детали машин. - М.: Высшая школа, 2003, с.164).
Когда частота вынужденных пульсаций каверн совпадает с собственной частотой их колебаний, возникает резонанс. Установлено, что собственная частота колебаний каверн в лопастных суперкавитирующих устройствах составляет 45…55 Гц (В.М.Ивченко, В.А.Кулагин, А.Ф.Немчин. Кавитационная технология. - Красноярск: Изд-во Красноярского ун-та, 1990, с.138). Частота вращения стандартных электродвигателей, являющаяся частотой вынужденных пульсаций среды, вызываемых выступами на боковой поверхности кавитатора, в предлагаемой конструкции может достигать 50 Гц (3000 об/мин).
Таким образом, в предлагаемой конструкции на определенной угловой скорости вращения ротора может возникнуть резонанс, что приведет к максимальному кавитационному воздействию на обрабатываемую среду.
Физико-химические параметры обрабатываемой среды (вязкость, коэффициент поверхностного натяжения, температура, газосодержание и т.д.) оказывают существенное влияние на закономерности протекания процесса кавитации. Для учета различных факторов, влияющих на интенсивность кавитации, и для обработки различных сред в режиме наиболее развитой кавитации в предлагаемой конструкции предусмотрена возможность изменения положения кавитатора 14 в цилиндрической части 12 насадка 10. Перемещение насадка осуществляется с помощью крепежных элементов 15, перемещающихся в продольных пазах 16, выполненных в патрубке 4. С увеличением размеров кавитационных пузырей растет и кавитационное воздействие на обрабатываемую среду при их схлопывании. Оптимальный режим работы аппарата, когда пузыри достигают своего наибольшего размера, и в этот момент они выносятся в полость ротора, где происходит их схлопывание. Время роста пузырей в этом случае напрямую связано с расстоянием от кавитатора до выхода из цилиндрической части насадка. Длина продольных пазов 16 должна выполняться такой, чтобы была предусмотрена возможность нахождения кавитатора за пределами цилиндрической части насадка, т.е. в нижней (согласно фиг.1) части патрубка.
Одним из интенсифицирующих факторов при акустической обработке жидких сред является генерирование в технологических объемах колебаний, отличающихся по частоте на 1-2 порядка, что способствует росту интенсивности кавитации. В предлагаемой конструкции это условие выполняется, т.к. основной тон, генерируемый роторным аппаратом, может варьироваться от 50 до 125000 Гц, в зависимости от угловой скорости вращения ротора и числа каналов в роторе и статоре, а как указано выше частота пульсаций кавитационных каверн 45…55 Гц.
К достоинствам предлагаемого конструктивного решения можно отнести то, что его возможно осуществить в большинстве существующих конструкций роторных аппаратов с минимальными затратами на модернизацию.
Для подтверждения эффективности предлагаемой конструкции проведены эксперименты по определению интенсивности кавитации в водопроводной воде. Интенсивность кавитации определялась на выходе из патрубка входа среды с использованием гидрофона из титаната бария и оценивалась по величине кавитационных импульсов давления Ркв с помощью запоминающего осциллографа. Изменение положения кавитатора в насадке характеризовалось расстоянием от его торца до выхода из насадка. Угловая скорость вращения ротора изменялась с помощью двигателя постоянного тока и определялась с использованием строботахометра. В результате исследований было установлено, что максимум кавитационных импульсов давления наблюдается при нахождении кавитатора на расстоянии 9…10 мм. При увеличении или уменьшении расстояния величина Pкв уменьшается, в зависимости от частоты вращения ротора, в 2…2,5 раза. При исследовании влияния угловой частоты вращения ротора и жестко связанного с ним кавитатора на интенсивность кавитации получены результаты, некоторые из которых приведены в таблице.
Частота вращения кавитатора, Гц | 20,8 | 25 | 29,2 | 35 | 37,5 | 41,7 | 45,8 |
Ркв, В | 1,2 | 2 | 3 | 4,7 | 4,5 | 4 | 3,5 |
Из таблицы следует, что максимум интенсивности кавитации наблюдается при частоте ~35 Гц (2100 об/мин), что с достаточной точностью соответствует предложенному механизму возникновения резонанса при пульсации кавитационной области, образующейся при обтекании кавитатора жидкой средой.
Эффект от использования предлагаемого изобретения для интенсификации различных технологических процессов заключается в том, что обрабатываемая среда подвергается двухстадийной кавитационной обработке: на первой стадии - гидродинамической кавитацией в полости ротора, на второй - акустической импульсной кавитацией в каналах статора и камере озвучивания.
Claims (1)
- Роторный аппарат, содержащий корпус с патрубками входа и выхода среды, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках цилиндров, камеру озвучивания, привод, отличающийся тем, что во входном патрубке установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения насадок, входной участок которого представляет собой конфузор, а выходной является цилиндром, на внутренней торцовой поверхности ротора напротив выхода насадка установлен стержень, на торце которого находится кавитатор, выполненный в виде усеченного конуса, меньшее основание которого направлено навстречу потоку среды, и на боковой поверхности кавитатора выполнены выступы в виде тангенциальных или круговых зубьев, при этом кавитатор расположен в цилиндрической части насадка.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009115268/05A RU2403963C1 (ru) | 2009-04-21 | 2009-04-21 | Роторный аппарат |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009115268/05A RU2403963C1 (ru) | 2009-04-21 | 2009-04-21 | Роторный аппарат |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2403963C1 true RU2403963C1 (ru) | 2010-11-20 |
Family
ID=44058363
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009115268/05A RU2403963C1 (ru) | 2009-04-21 | 2009-04-21 | Роторный аппарат |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2403963C1 (ru) |
-
2009
- 2009-04-21 RU RU2009115268/05A patent/RU2403963C1/ru not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2553861C1 (ru) | Гидродинамический смеситель | |
WO2006068537A1 (fr) | Procede d'echange de chaleur-masse-energie et dispositif de mise en oeuvre de ce procede | |
RU2403963C1 (ru) | Роторный аппарат | |
RU2488438C2 (ru) | Устройство для физико-химической обработки жидкой среды | |
RU2625874C1 (ru) | Гидродинамический смеситель | |
RU2694774C1 (ru) | Роторный пульсационный аппарат | |
RU2618078C1 (ru) | Гидродинамический смеситель | |
RU147138U1 (ru) | Роторный импульсный аппарат | |
RU185656U1 (ru) | Генератор гидродинамических колебаний | |
RU2434674C1 (ru) | Устройство для физико-химической обработки жидкой среды | |
RU2225250C2 (ru) | Роторный аппарат | |
RU2424047C2 (ru) | Роторный аппарат | |
RU159457U1 (ru) | Роторный импульсный аппарат | |
RU2309791C2 (ru) | Роторно-пульсационный аппарат с направляющими лопастями | |
RU2386471C1 (ru) | Рабочее колесо пульсационного насоса | |
RU2817546C1 (ru) | Роторный импульсный аппарат | |
RU2817546C9 (ru) | Роторный импульсный аппарат | |
US10233097B2 (en) | Liquid treatment apparatus with ring vortex processor and method of using same | |
RU2483794C2 (ru) | Роторный аппарат | |
RU2215574C2 (ru) | Устройство для растворения, эмульгирования и диспергирования жидкотекучих сред | |
RU2429066C1 (ru) | Устройство для физико-химической обработки жидкой среды | |
RU2053029C1 (ru) | Генератор гидродинамических колебаний | |
RU2294236C2 (ru) | Роторный аппарат | |
RU2351406C1 (ru) | Сирена-диспергатор | |
RU85838U1 (ru) | Эжектор с газоструйными ультразвуковыми генераторами |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110422 |