RU2509602C2 - Rotary-pulsation unit for preparation of water-fuel emulsion - Google Patents

Rotary-pulsation unit for preparation of water-fuel emulsion Download PDF

Info

Publication number
RU2509602C2
RU2509602C2 RU2011132519/05A RU2011132519A RU2509602C2 RU 2509602 C2 RU2509602 C2 RU 2509602C2 RU 2011132519/05 A RU2011132519/05 A RU 2011132519/05A RU 2011132519 A RU2011132519 A RU 2011132519A RU 2509602 C2 RU2509602 C2 RU 2509602C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotor
water
stator
rows
protrusions
Prior art date
Application number
RU2011132519/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011132519A (en
Inventor
Александр Егорович Ломовских
Владимир Петрович Иванов
Анатолий Анатольевич Полукаров
Дмитрий Егорович Капустин
Роман Станиславович Теньков
Original Assignee
Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2011132519/05A priority Critical patent/RU2509602C2/en
Publication of RU2011132519A publication Critical patent/RU2011132519A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2509602C2 publication Critical patent/RU2509602C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to dispersion, blending and mixing of two mutually immiscible fluids and can be used for production of water-fuel emulsions. Proposed device combines the functions of dispersant, homogeniser, pump and batcher. It includes the drive, working tools composed by encase rotor and stator. Rotor is composed of a disc with working surface equipped with vanes arranged in rows in concentric circles. Rotor toothed elements are arranged in circle in three rows and in two steps. Stator is also composed of a disc with working surface equipped with toothed elements arranged in rows in concentric circles and made up of ledges and recesses. Stator arranged at unit inlet has batcher-cavitator secured thereto for automatic proportioning of two components.
EFFECT: higher efficiency of dispersion.
2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для диспергирования, гомогенизации и перемешивания двух взаимно нерастворимых жидкостей и может быть использовано при производстве водно-топливных эмульсий. Данный роторно-пульсационный аппарат совмещает функции диспергатора, гомогенизатора, насоса и дозатора.The invention relates to a device for dispersing, homogenizing and mixing two mutually insoluble liquids and can be used in the production of water-fuel emulsions. This rotary pulsation device combines the functions of a dispersant, homogenizer, pump and dispenser.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности признаков является роторно-пульсационный аппарат (см. патент RU №2152819 C1 МПК7 B01F 5/00), содержащий привод и установленные в корпусе ротор и статор, на рабочих поверхностях которых выполнены зубчатые элементы, представляющие собой концентрично расположенные по окружности ряды, состоящие из выступов и впадин. Роторно-пульсационный аппарат снабжен входными лопатками насоса, жестко прикрепленными к рабочей поверхности ротора, и выходными лопатками насоса, являющимися выступами последнего ряда зубчатого элемента ротора, толщина которых больше толщины выступов предыдущих рядов зубчатого элемента ротора, и имеет кольцевые канавки, выполненные между рядами зубчатых элементов ротора и статора, в которых размещены соответственно выступы зубчатых элементов статора и ротора, при этом количество выходных лопаток насоса больше количества входных лопаток насоса. Входные лопатки насоса выполнены по длине одинаковой или различной высоты и толщины, а выступы и впадины каждого предыдущего ряда зубчатых элементов ротора и статора смещены по окружности относительно предыдущего ряда, причем количество выступов в рядах зубчатых элементов увеличивается от центра к периферии. Количество впадин и центральные углы впадин зубчатых элементов ротора и статора имеют разную величину.The closest to the claimed invention in terms of features is a rotary pulsation apparatus (see patent RU No. 2152819 C1 MPK7 B01F 5/00), comprising a drive and a rotor and stator installed in the housing, on the working surfaces of which gear elements are made that are concentrically arranged circumferentially rows consisting of protrusions and depressions. The rotary-pulsating apparatus is equipped with pump inlet blades rigidly attached to the working surface of the rotor and pump outlet blades, which are protrusions of the last row of the gear element of the rotor, the thickness of which is greater than the thickness of the protrusions of the previous rows of the gear element of the rotor, and has annular grooves made between the rows of gear elements the rotor and stator, in which respectively the protrusions of the gear elements of the stator and rotor are located, while the number of outlet blades of the pump is greater than the number of input l molasses pump. The pump inlet blades are made along the length of the same or different height and thickness, and the protrusions and depressions of each previous row of gear elements of the rotor and stator are displaced around the circumference relative to the previous row, and the number of protrusions in the rows of gear elements increases from the center to the periphery. The number of depressions and central angles of depressions of the gear elements of the rotor and stator are of different sizes.

Недостаток известного роторно-пульсационного аппарата заключается в недостаточной степени дисперсности при получении водно-топливных эмульсий на основе бензина и воды, так как данная конструкция является мало эффективной при перемешивании двух взаимно нерастворимых жидкостей с большой разницей по плотности. При течении в аппарате рассматривается несжимаемая ньютоновская жидкость, а водно-топливная эмульсия обладает вязкостью, отличающейся от вязкости ньютоновских жидкостей. Водно-топливные эмульсии, являясь неньютоновскими жидкостями, начинают течь только тогда, когда преодолевается сопротивление течению структурой эмульсии. Данный роторно-пульсационный аппарат не позволяет автоматически дозировать содержание одного компонента относительно объема другого, так как он забирает заранее отдозированную смесь топлива и воды из какой-то емкости.A disadvantage of the known rotary-pulsation apparatus is the insufficient degree of dispersion in the preparation of water-fuel emulsions based on gasoline and water, since this design is not very effective when mixing two mutually insoluble liquids with a large difference in density. When flowing in the apparatus, an incompressible Newtonian fluid is considered, and the water-fuel emulsion has a viscosity different from the viscosity of Newtonian fluids. Water-fuel emulsions, being non-Newtonian fluids, begin to flow only when resistance to flow is overcome by the structure of the emulsion. This rotary-pulsating apparatus does not allow automatically dosing the content of one component relative to the volume of another, since it takes a pre-metered mixture of fuel and water from some container.

Техническим результатом изобретения является: возможность автоматической дозировки содержания водно-топливной смеси, а также повышение качества показателей дисперсности и гомогенизации приготавливаемой водно-топливной эмульсии.The technical result of the invention is: the ability to automatically dosage the content of the water-fuel mixture, as well as improving the quality of the dispersion and homogenization indicators of the prepared water-fuel emulsion.

Указанный технический результат достигается тем, что роторно-пульсационный аппарат для приготовления водно-топливной эмульсии содержит привод и установленные в корпусе ротор и статор, на рабочих поверхностях которых выполнены зубчатые элементы, представляющие собой концентрично расположенные по окружности ряды, состоящие из выступов и впадин, снабжен входными лопатками насоса, жестко прикрепленными к рабочей поверхности ротора, выходными лопатками насоса, являющимися выступами последнего ряда зубчатого элемента ротора, и имеет кольцевые канавки, выполненные между рядами зубчатых элементов ротора и статора, в которых размещены соответственно выступы зубчатых элементов статора и ротора. На входе в аппарат установлен дозатор-кавитатор, выполненный в виде цилиндра, имеющего осевой канал подачи топлива и не менее двух осевых каналов подачи воды, при этом канал подачи топлива и каналы подачи воды соединены между собой радиальными отверстиями, число которых соответствует числу каналов подачи воды, входы каналов подачи воды имеют общую кольцевую проточку, которая соединена через отверстие, выполненное в статоре, с емкостью для воды.The specified technical result is achieved by the fact that the rotary-pulsating apparatus for preparing a water-fuel emulsion contains a drive and a rotor and a stator installed in the housing, on the working surfaces of which gear elements are made, which are rows concentrically arranged around the circumference, consisting of protrusions and depressions, equipped with pump inlet blades rigidly attached to the working surface of the rotor, pump outlet blades, which are protrusions of the last row of the gear element of the rotor, and has a count piezoquartz grooves formed between the rows of toothed rotor and stator elements, which are arranged respectively protrusions toothed elements of the stator and rotor. At the entrance to the apparatus, a metering cavitator is installed, made in the form of a cylinder having an axial fuel supply channel and at least two axial water supply channels, while the fuel supply channel and water supply channels are interconnected by radial holes, the number of which corresponds to the number of water supply channels , the inputs of the water supply channels have a common annular groove, which is connected through a hole made in the stator with a water tank.

Сущность данного изобретения заключается в том, что с помощью дозатора-кавитатора в роторно-пульсационном аппарате для приготовления водно-топливной эмульсии компоненты дополнительно перемешиваются при автоматической их дозировке.The essence of this invention lies in the fact that with the help of a dosing cavitator in a rotary pulsation apparatus for preparing a water-fuel emulsion, the components are additionally mixed with their automatic dosage.

Схема роторно-пульсационного аппарата для приготовления водно-топливной эмульсии, представлена на фиг.1, где обозначено: 1 - корпус; 2 - статор; 3 - входные лопатки насоса; 4 - ряд зубчатых элементов; 5 - выходные лопатки насоса; 6 - сальник; 7 - вал; 8 - ротор; 9 - дозатор-кавитатор; 10 - винт; 11 - выпускной патрубок; 12 - осевой канал подачи топлива; 13 - отверстие для воды; 14 - осевой канал подачи воды; 15 - соединение статора с дозатором-кавитатором; 16 - кольцевая проточка; 17 - радиальное отверстие.A diagram of a rotary-pulsation apparatus for preparing a water-fuel emulsion is shown in FIG. 1, where it is indicated: 1 - housing; 2 - stator; 3 - input vanes of the pump; 4 - a number of gear elements; 5 - output blades of the pump; 6 - an epiploon; 7 - shaft; 8 - rotor; 9 - dispenser-cavitator; 10 - screw; 11 - exhaust pipe; 12 - axial fuel supply channel; 13 - hole for water; 14 - axial channel of water supply; 15 - connection of the stator with the doser-cavitator; 16 - annular groove; 17 - radial hole.

Дозатор-кавитатор 9 установлен на входе в аппарат и выполнен в виде цилиндра, имеющего осевой канал для подачи топлива 12 и не менее двух осевых каналов подачи воды 14. При этом каждый канал подачи топлива 12 и канал подачи воды 14 соединены между собой радиальным отверстием 17. Число радиальных отверстий 17 соответствует числу каналов подачи воды 14. Входы каналов подачи воды 14 имеют общую кольцевую проточку 16, которая соединена через отверстие, выполненное в статоре 13, с емкостью для воды.The dispenser-cavitator 9 is installed at the inlet of the apparatus and is made in the form of a cylinder having an axial channel for supplying fuel 12 and at least two axial channels for supplying water 14. Moreover, each fuel supply channel 12 and the water supply channel 14 are interconnected by a radial hole 17 The number of radial holes 17 corresponds to the number of water supply channels 14. The inputs of the water supply channels 14 have a common annular groove 16, which is connected through a hole made in the stator 13 with a water tank.

Процесс автоматической дозировки компонентов водно-топливной смеси поясняется схемой, представленной на фиг.2. Топливо под давлением подается в осевой канал подачи топлива 12 и далее в радиальное отверстие 17. При этом в сечении a-a (точка P1), за счет сужения осевого канала 12, переходящего в радиальное отверстие 17, происходит сжатие струи от размера d до размера dc, показанного в сечении c-c (точка P2). В результате этого образуется зона А, куда, через осевой канал подачи воды засасывается вода с помощью образовавшегося в этой зоне А вакуума. Осевой канал подачи воды 14 соединен через кольцевую проточку 16 и отверстие для воды 13 с емкостью для воды. Таким образом, вода будет далее увлекаться за струей топлива и на выходе дозатора-кавитатора 9 будет грубодисперсная водно-топливная эмульсия. Зона А появляется вследствие кавитационного разрыва жидкости и здесь будут образовываться кавитационные «пузырьки», которые по мере их прохождения по осевому отверстию 17 будут захлопываться образуя дополнительное перемешивание за счет явления «микровзрывов» при схлопывании. Это позволяет обеспечить дополнительное дробление и перемешивание капель водно-топливной эмульсии, что улучшает качество приготавливаемой эмульсии.The process of automatic dosing of the components of the water-fuel mixture is illustrated by the scheme shown in figure 2. Fuel under pressure is fed into the axial channel of the fuel supply 12 and then into the radial hole 17. At the same time, in section aa (point P 1 ), due to the narrowing of the axial channel 12 passing into the radial hole 17, the jet is compressed from size d to size d c shown in section cc (point P 2 ). As a result of this, zone A is formed, where water is sucked in through the axial water supply channel using the vacuum formed in this zone A. The axial water supply channel 14 is connected through an annular groove 16 and a water hole 13 with a water tank. Thus, the water will be further carried away by the jet of fuel and at the outlet of the dispenser-cavitator 9 there will be a coarse water-fuel emulsion. Zone A appears due to cavitation rupture of the liquid and cavitation "bubbles" will form here, which, as they pass through the axial hole 17, will be closed to form additional mixing due to the phenomenon of "microexplosions" during collapse. This allows for additional crushing and mixing of the drops of the water-fuel emulsion, which improves the quality of the prepared emulsion.

Роторно-пульсационный аппарат для приготовления водно-топливной эмульсии работает следующим образом. Топливо подается под давлением в дозатор-кавитатор 9, в котором проходящая струя топлива увлекает за собой воду, и эти два компонента в нем дополнительно перемешиваются. Далее эта композиция подается на входные лопатки ротора 3, которые за счет центробежных и поступательных сил направляют компоненты на зубчатые элементы 4, 5 ротора 8 и статора 2 и проталкивают их через впадины зубчатых элементов к выходным лопаткам 5 насоса. При вращении происходит частое перекрытие впадин зубчатых элементов 4 статора 2 и ротора 8, при этом подаваемая водно-топливная эмульсия подвергается воздействию кавитационных, механических, пульсационных явлений, возникающих при этом турбулентном движении, что обеспечивает получение диспергированной и гомогенизированной эмульсии. Выходные лопатки 5 насоса сообщают водно-топливной эмульсии кинетическую энергию и удаляют ее через выпускной патрубок 11.Rotary pulsation apparatus for the preparation of water-fuel emulsion works as follows. The fuel is supplied under pressure to the metering-cavitator 9, in which a passing jet of fuel carries water along with it, and these two components in it are additionally mixed. Further, this composition is fed to the input blades of the rotor 3, which, due to centrifugal and translational forces, direct the components to the gear elements 4, 5 of the rotor 8 and the stator 2 and push them through the troughs of the gear elements to the output blades 5 of the pump. During rotation, the cavities of the gear elements 4 of the stator 2 and the rotor 8 often overlap, while the supplied water-fuel emulsion is exposed to cavitation, mechanical, pulsating phenomena arising from this turbulent movement, which ensures dispersed and homogenized emulsion. The output blades 5 of the pump communicate the kinetic energy to the water-fuel emulsion and remove it through the exhaust pipe 11.

Проведенные экспериментальные исследования показывают, что при прохождении воды через дозатор-кавитатор размер диаметра капель компонентов составляет 20 мкм, а при прохождении через сам аппарат размер диаметра капель водно-топливной эмульсии получается меньше 1 мкм. Следовательно, такой размер капель водно-топливной эмульсии возможно получить при одном цикле прохождения через роторно-пульсационный аппарат.Experimental studies show that when water passes through a metering-cavitator, the diameter of the droplets of the components is 20 μm, and when passing through the apparatus itself, the diameter of the droplets of the water-fuel emulsion is less than 1 μm. Therefore, such a droplet size of a water-fuel emulsion can be obtained in one cycle of passage through a rotary pulsation apparatus.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестно устройство для приготовления водно-топливной эмульсии, основанное на принципе предварительного смешивания с одновременной дозировкой компонентов за счет применения дозатора-кавитатора.The proposed technical solution is new, because from publicly available information, a device for the preparation of a water-fuel emulsion based on the principle of preliminary mixing with the simultaneous dosage of components through the use of a cavitating batcher is unknown.

Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, так как дозатор-кавитатор обеспечивает наиболее эффективную и экономичную при тех же режимах работу роторно-пульсационного аппарата.The proposed technical solution has an inventive step, since the cavitator dispenser provides the most efficient and economical operation of the rotary pulsation apparatus under the same conditions.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы недорогостоящие, легко изготавливаемые детали.The proposed technical solution is industrially applicable, since low-cost, easily manufactured parts can be used for its implementation.

Claims (1)

Роторно-пульсационный аппарат для приготовления водно-топливной эмульсии, содержащий привод и установленные в корпусе ротор и статор, на рабочих поверхностях которых выполнены зубчатые элементы, представляющие собой концентрично расположенные по окружности ряды, состоящие из выступов и впадин, снабженный входными лопатками насоса, жестко прикрепленными к рабочей поверхности ротора, выходными лопатками насоса, являющимися выступами последнего ряда зубчатого элемента ротора, толщина которых больше толщины выступов предыдущих рядов зубчатого элементов ротора, и имеющий кольцевые канавки, выполненные между рядами зубчатых элементов ротора и статора, в которых размещены соответственно выступы зубчатых элементов статора и ротора, отличающийся тем, что на входе в аппарат установлен дозатор-кавитатор, выполненный в виде цилиндра, имеющего осевой канал подачи топлива и не менее двух осевых каналов подачи воды, при этом канал подачи топлива и каналы подачи воды соединены между собой радиальными отверстиями, число которых соответствует числу каналов подачи воды, входы каналов подачи воды имеют общую кольцевую проточку, которая соединена через отверстие для воды, выполненное в статоре, с емкостью для воды. A rotary-pulsation apparatus for preparing a water-fuel emulsion, comprising a drive and a rotor and a stator installed in the housing, on the working surfaces of which are gear elements, which are concentric rows arranged around the circumference, consisting of protrusions and depressions, equipped with pump inlet blades, rigidly attached to the working surface of the rotor, the output vanes of the pump, which are the protrusions of the last row of the gear element of the rotor, the thickness of which is greater than the thickness of the protrusions of the previous rows of the rotor rotary elements, and having annular grooves made between the rows of rotor and stator gear elements, in which protrusions of the stator and rotor gear elements are respectively located, characterized in that a metering-cavitator made in the form of a cylinder having an axial channel is installed at the inlet of the device fuel supply and at least two axial water supply channels, while the fuel supply channel and water supply channels are interconnected by radial holes, the number of which corresponds to the number of water supply channels, channel inputs The water supply vessels have a common annular groove, which is connected through a water hole made in the stator to a water tank.
RU2011132519/05A 2011-08-02 2011-08-02 Rotary-pulsation unit for preparation of water-fuel emulsion RU2509602C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011132519/05A RU2509602C2 (en) 2011-08-02 2011-08-02 Rotary-pulsation unit for preparation of water-fuel emulsion

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011132519/05A RU2509602C2 (en) 2011-08-02 2011-08-02 Rotary-pulsation unit for preparation of water-fuel emulsion

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011132519A RU2011132519A (en) 2013-02-10
RU2509602C2 true RU2509602C2 (en) 2014-03-20

Family

ID=49119509

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011132519/05A RU2509602C2 (en) 2011-08-02 2011-08-02 Rotary-pulsation unit for preparation of water-fuel emulsion

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2509602C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5590961A (en) * 1992-12-16 1997-01-07 Niro Holding A/S Method for injecting a first fluid into a second fluid and an apparatus for carrying out the method
RU2152819C1 (en) * 1999-10-28 2000-07-20 Открытое акционерное общество "ЭНА" Rotary pulsating apparatus
RU2230097C2 (en) * 2002-08-29 2004-06-10 Андриенко Владимир Георгиевич Installation for preparation of fuel composition
RU2287360C2 (en) * 2004-11-18 2006-11-20 Государственное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский Государственный Технический Университет" Device for physico-chemical treatment of liquid medium
RU2299091C1 (en) * 2005-11-16 2007-05-20 Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН Rotary-pulsating apparatus for predominantly production of the "liquid-liquid" systems"

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5590961A (en) * 1992-12-16 1997-01-07 Niro Holding A/S Method for injecting a first fluid into a second fluid and an apparatus for carrying out the method
RU2152819C1 (en) * 1999-10-28 2000-07-20 Открытое акционерное общество "ЭНА" Rotary pulsating apparatus
RU2230097C2 (en) * 2002-08-29 2004-06-10 Андриенко Владимир Георгиевич Installation for preparation of fuel composition
RU2287360C2 (en) * 2004-11-18 2006-11-20 Государственное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский Государственный Технический Университет" Device for physico-chemical treatment of liquid medium
RU2299091C1 (en) * 2005-11-16 2007-05-20 Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН Rotary-pulsating apparatus for predominantly production of the "liquid-liquid" systems"

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011132519A (en) 2013-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2011346139A1 (en) Fluid mixer and fluid mixing method
RU2578156C1 (en) Mixer
RU2509602C2 (en) Rotary-pulsation unit for preparation of water-fuel emulsion
RU105596U1 (en) HOMOGENIZER-MIXER
CN203899602U (en) Pesticide emulsifying device
CN102743996B (en) Extraction and mixing blender
CN208406677U (en) High-efficiency pipeline medicine mixer
RU156526U1 (en) INSTALLATION FOR MIXING LIQUIDS IN TANKS
CN205216737U (en) Novel high -efficient emulsion machine
RU2613957C1 (en) Device for preparing firing liquid
US20140271413A1 (en) Reactor Vessel for Complexecelle Formation
RU172559U1 (en) DEVICE FOR MIXING LIQUIDS IN RESERVOIRS
RU2591974C1 (en) Rotor-pulsation apparatus
RU2516146C2 (en) Rotary pulsating machine
CN203777957U (en) Helical-type static mixer
CN202683119U (en) Extraction-mixed agitating machine
RU2524602C1 (en) Mixer for tanks with small neck
CN219836358U (en) Diesel oil detergent stirring device
CN109485530B (en) Method for preparing emulsified base material and combined device thereof
JP7408049B1 (en) Stirring blade, stirring method, stirring blade assembly method
CN204429204U (en) A kind of pharmaceutical pipeline blender
RU90789U1 (en) REVERSE WATER OIL EMULSIONS PRODUCTION LINE
CN103908908B (en) Auger style static mixer
RU152989U1 (en) LIQUID GAS CONTACT UNIT WITH COMBINED NOZZLE ELEMENT
RU40210U1 (en) MIXER

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130803