RU2483794C2

RU2483794C2 - Rotor-type apparatus

Info

Publication number: RU2483794C2
Application number: RU2011129538/05A
Authority: RU
Inventors: Станислав Иванович Дворецкий; Виктор Михайлович Червяков; Михаил Викторович Червяков
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2011-07-15
Publication date: 2013-06-10
Also published as: RU2011129538A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to generators of acoustic vibrations in fluid flows and may be used for intensification of physicomechanical, hydromechanical and heat-and-mass exchange processes in systems "liquid-liquid" and "solid-liquid". Rotor-type apparatus comprises casing with intake and discharge branch pipes to accommodate rotor and stator with channels in cylinder lateral walls arranged concentrically, and insonify chamber. Stator has two cavities shaped to two truncated cones with smaller bases interconnected by cylinder. Every said cavity houses cylindrical cavitator with lengthwise ledges arranged at its side surface. Fluid is fed tangentially in taper parts of said cavities simultaneously via inlet channel of the stator first and second rows while cavity fluid outlet is arranged radially in its cylindrical part.

EFFECT: intensified emulsification.

2 cl, 3 dwg

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».The invention relates to a device for creating oscillations in a liquid flowing medium and can be used for various physicochemical, hydromechanical and heat and mass transfer processes in liquid-liquid systems.

Известно устройство для создания акустических колебаний в проточной жидкой среде, содержащее помещенные в рабочую камеру ротор и статор, с выполненными на образующей поверхности щелями, привод вращения ротора, причем щели в роторе и статоре расположены рядами и размещены в роторе друг над другом, а в статоре сдвинуты друг относительно друга на величину определяемыми соотношениями, а количество щелей в роторе в каждом ряде одинаково, но превышает количество щелей в статоре в целое число раз (А.с. СССР 495862 В06В, Бюл. 29, 1976). Цель устройства повышение рабочей частоты и интенсивности акустического поля. Недостатком данного устройство является недостаточная интенсивность кавитации в модуляторе устройства, необходимые для получения, например, высокодисперсных эмульсий.A device is known for generating acoustic vibrations in a flowing liquid medium, comprising a rotor and a stator placed in a working chamber, with slots made on a forming surface, a rotor rotation drive, wherein the slots in the rotor and stator are arranged in rows and placed one above the other in the rotor and in the stator are shifted relative to each other by an amount determined by the relations, and the number of slots in the rotor in each row is the same, but exceeds the number of slots in the stator by an integer number of times (A.S. USSR 495862 V06V, Bull. 29, 1976). The purpose of the device is to increase the working frequency and intensity of the acoustic field. The disadvantage of this device is the insufficient intensity of cavitation in the modulator of the device, necessary to obtain, for example, highly dispersed emulsions.

Наиболее близким к изобретению по получаемому эффекту 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 и привод, в канале статора установлены один или несколько стержней, установленных вертикально или горизонтально. При обтекании стержней потоком жидкости в каналах статора возбуждается гидродинамическая кавитация и создаются условия для интенсификации химико-технологических процессов (Патент РФ 2225250, B01F 7/28, 7/00, 3/08, Бюл. №7, 2004). Недостатком данного устройства является недостаточная интенсивность гидродинамической кавитации в каналах статора и время пребывания в них среды, необходимые для получения высокодисперсных эмульсий.Closest to the invention, the effect obtained is a rotor 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 and a drive, one or more rods mounted vertically in the stator channel or horizontally. When the rods flow around the rods in the stator channels, hydrodynamic cavitation is excited and conditions are created for the intensification of chemical-technological processes (RF Patent 2225250, B01F 7/28, 7/00, 3/08, Bull. No. 7, 2004). The disadvantage of this device is the insufficient intensity of hydrodynamic cavitation in the stator channels and the residence time in them of the medium necessary to obtain highly dispersed emulsions.

Техническая задача изобретения - интенсификация процесса эмульгирования.The technical task of the invention is the intensification of the emulsification process.

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, расположенными в два ряда друг над другом, в статоре находятся полости, представляющие собой два усеченных конуса, малые основания которых соединены цилиндром, а в каждой полости соосно расположен цилиндрический кавитатор, на боковой поверхности которого находятся продольные выступы, причем жидкая среда подается тангенциально в конические части полости одновременно через входные каналы первого и второго ряда статора, а канал выхода жидкости из полости расположен радиально в ее цилиндрической части. Угол α между образующей конусов полости статора и образующей цилиндрического кавитатора изменяется в пределах α=(2…10)°.The object of the invention is achieved by the fact that in the rotor 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 arranged in two rows one above the other, there are two cavities in the stator truncated cones, small bases of which are connected by a cylinder, and a cylindrical cavitator is located coaxially in each cavity, on the lateral surface of which there are longitudinal protrusions, and the liquid medium is supplied by tangent flaxly into the conical parts of the cavity simultaneously through the inlet channels of the first and second rows of the stator, and the channel for the exit of fluid from the cavity is located radially in its cylindrical part. The angle α between the generatrix of the cones of the stator cavity and the generatrix of the cylindrical cavitator varies in the range α = (2 ... 10) °.

На фиг.1 изображен роторный аппарат, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А и Б-Б на фиг.1; на фиг.3 показано поперечное сечение полости в статоре с выходами тангенциальных каналов ввода среды.Figure 1 shows a rotary apparatus, a longitudinal section; figure 2 is a section aa and bb in figure 1; figure 3 shows the cross section of the cavity in the stator with the outputs of the tangential channels of the input medium.

Роторный аппарат содержит корпус 1 с патрубком 2 выхода среды, крышку 3 с патрубком входа 4, ротор 5 с каналами 6 в боковых стенках, статор 7 с каналами входа 8 в полость 9, состоящую из конических частей 10 и цилиндрической части 11, кавитатор 12 с продольными выступами на боковой поверхности, закрепленный в корпусе 1 по оси полости 9, канал выхода 13 из полости 9 статора 7, камеру озвучивания 14, образованную корпусом 1, крышкой 3 и наружной поверхностью статора 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 channels of entry 8 into a cavity 9, consisting of conical parts 10 and a cylindrical part 11, a cavitator 12 s longitudinal protrusions on the side surface, fixed in the housing 1 along the axis of the cavity 9, the outlet channel 13 from the cavity 9 of the stator 7, a sounding chamber 14 formed by the housing 1, the cover 3 and the outer surface of the stator 7.

Важнейшими факторами, интенсифицирующими процессы в системах «жидкость-жидкость», являются кавитация и турбулентные пульсации.The most important factors intensifying the processes in liquid-liquid systems are cavitation and turbulent pulsations.

В предлагаемой конструкции реализуется двухстадийная обработка жидкой среды.The proposed design implements a two-stage processing of a liquid medium.

На первой стадии обработка осуществляется при периодическом перекрывании входных каналов в статоре 8 промежутками между каналами 6 ротора. В обрабатываемой жидкости генерируются знакопеременные пульсации давления, которые возбуждают интенсивную акустическую и гидродинамическую кавитацию.In the first stage, the processing is carried out with periodic overlapping of the input channels in the stator 8 by the gaps between the channels 6 of the rotor. Alternating pressure pulsations are generated in the liquid being processed, which excite intense acoustic and hydrodynamic cavitation.

На второй стадии обработки обрабатываемая среда тангенциально подается через каналы первого и второго ряда в полость 9, находящуюся в статоре. Рассмотрим процесс течения среды в полости с установленным в ней кавитатором. Конические поверхности полости 10 образуют с цилиндрическим кавитатором пространство с уменьшающимся поперечным сечением к цилиндрической части полости 11. Вследствие тангенциального ввода среды в полость, она проходит по спиральной траектории в сужающемся зазоре к выходу из полости, при этом увеличивая скорость. Продольные выступы на кавитаторе образуют по направлению закрученного течения жидкости ряд резких сужений и расширений. Скорость среды в сужениях возрастает, а в расширениях поперечного сечения потока падает, что вызывает гидродинамическую кавитацию. Гидравлические потери при прохождении сужений расширений приводят к снижению скорости среды. Этот недостаток компенсируется увеличением скорости потока за счет уменьшающегося поперечного сечения между конической частью полости и цилиндрическим кавитатором. Закрученное движение среды в коническом зазоре приводит к тому, что она многократно подвергается кавитационному воздействию, при этом также происходит интенсивная турбулизация потока.At the second stage of processing, the medium to be processed is tangentially fed through the channels of the first and second rows into the cavity 9 located in the stator. Consider the process of the flow of a medium in a cavity with a cavitator installed in it. The conical surfaces of the cavity 10 form a space with a cylindrical cavitator with a decreasing cross section to the cylindrical part of the cavity 11. Due to the tangential entry of the medium into the cavity, it passes along a spiral path in the narrowing gap to the exit from the cavity, while increasing the speed. The longitudinal protrusions on the cavitator form a series of sharp contractions and expansions in the direction of the swirling fluid flow. The velocity of the medium increases in the constrictions, and decreases in the expansions of the cross section of the flow, which causes hydrodynamic cavitation. Hydraulic losses during passage of narrowings of the extensions lead to a decrease in the velocity of the medium. This disadvantage is compensated by an increase in the flow rate due to the decreasing cross section between the conical part of the cavity and the cylindrical cavitator. The swirling movement of the medium in a conical gap leads to the fact that it is subjected to cavitation many times, while intensive turbulence of the flow also occurs.

Жидкая среда из первой и второй конической части полости попадает в ее цилиндрическую часть, где происходит дополнительное смешивание и турбулизация потоков.The liquid medium from the first and second conical parts of the cavity enters its cylindrical part, where additional mixing and turbulization of the flows takes place.

В данной конструкции количество каналов в роторе в первом и втором ряду одинаково. Таким образом, весь объем обрабатываемой среды разделяется на два потока, т.е. вдвое уменьшаются объемы порций жидкости, обрабатываемые интенсивной кавитацией в рабочих объемах, и повышается эффективность аппарата. Это является одним из преимуществ заявляемой конструкции.In this design, the number of channels in the rotor in the first and second row is the same. Thus, the entire volume of the processed medium is divided into two streams, i.e. the volume of portions of liquid processed by intensive cavitation in the working volumes is halved, and the efficiency of the apparatus is increased. This is one of the advantages of the claimed design.

Угол α между образующих конусов в полости статора и образующей цилиндрического кавитатора зависит от геометрических размеров полости в статоре, высоты входных каналов в статоре и др. Для реально существующих конструкций роторных аппаратов целесообразно угол α выбирать из интервала (2…10)°.The angle α between the generating cones in the stator cavity and the generatrix of the cylindrical cavitator depends on the geometric dimensions of the cavity in the stator, the height of the input channels in the stator, etc. For actual designs of rotary devices, it is advisable to choose the angle α from the interval (2 ... 10) °.

Поперечное сечение продольных выступов кавитатора может иметь любую форму. С точки зрения технологичности изготовления кавитатор может выполняться в виде шлицевого вала. Шлицевой вал может иметь прямобочные, эвольвентные и треугольные зубья.The cross section of the longitudinal protrusions of the cavitator can be of any shape. From the point of view of manufacturability, the cavitator can be made in the form of a splined shaft. A splined shaft can have straight, involute and triangular teeth.

Таким образом, в одном корпусе аппарата осуществляется двухстадийная обработка среды, что повышает эффективность проведения процесса эмульгирования.Thus, in one casing of the apparatus, a two-stage processing of the medium is carried out, which increases the efficiency of the emulsification process.

Claims

1. 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 arranged in two rows one above the other, characterized in that the stator contains cavities representing two truncated cones, the small bases of which are connected by a cylinder, and a cylindrical cavitator is coaxially located in each cavity, on the lateral surface of which there are longitudinal protrusions, and the liquid medium is supplied tangentially to the conical parts of the cavity through the input channels of the first and second row of the stator, and the channel for the exit of fluid from the cavity is located radially in its cylindrical part.

2. The rotary apparatus according to claim 1, characterized in that the angle α between the generatrix of the cones of the stator cavity and the generatrix of the cylindrical cavitator varies in the range α = (2 ... 10) °.