RU2600049C1 - Роторный гидродинамический аппарат - Google Patents
Роторный гидродинамический аппарат Download PDFInfo
- Publication number
- RU2600049C1 RU2600049C1 RU2015123924/05A RU2015123924A RU2600049C1 RU 2600049 C1 RU2600049 C1 RU 2600049C1 RU 2015123924/05 A RU2015123924/05 A RU 2015123924/05A RU 2015123924 A RU2015123924 A RU 2015123924A RU 2600049 C1 RU2600049 C1 RU 2600049C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- nozzles
- slots
- supersonic
- expansion part
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
Abstract
Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно энергетического и химического, и предназначено для получения тонкодисперсных стойких эмульсий, в том числе - водотопливных. Роторный гидродинамический аппарат содержит корпус с патрубками подачи и отвода жидкой среды, внутри которого соосно установлены статорный диск, содержащий по меньшей мере один концентрический ряд прорезей, и закрепленный на приводном валу роторный диск, содержащий по меньшей мере один концентрический ряд прорезей и входные насосные лопатки. Задачей изобретения является повышение качества эмульсии смешиваемых сред и уменьшение затрат энергии. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно энергетического и химического, и предназначено для получения тонкодисперсных стойких эмульсий. Оно может быть использовано для защиты окружающей среды путем подготовки к сжиганию не подлежащих регенерации сильнообводненных отходов нефтепродуктов. Может быть использовано также в пищевой промышленности при производстве соков, сметаны и т.д. при условии изготовления деталей из материалов, отвечающих требованиям пищевой промышленности.
Известны роторные гидродинамические аппараты (на базе роторно-пульсационных аппаратов), предназначенные для этой цели, содержащие ротор и статор, помещенные в корпусе и выполненные в виде чередующихся коаксиальных цилиндров с прорезями или в виде концентрически расположенных зубьев. Во внутренней зоне ротора могут быть установлены лопасти или ножи, обеспечивающие измельчение (резание) крупных фракций дисперсной фазы и улучшающие условия перемешивания и транспорта обрабатываемой среды [1, 2, 3]. Для приготовления тонкодисперсных систем между вращающимися и неподвижными цилиндрами следует использовать роторно-пульсационные аппараты (РПА) с минимально возможными зазорами. С уменьшением зазора эффективность диспергирования, а также пульсационных явлений возрастает. Однако выполнение малых зазоров весьма затруднительно, требует высокой точности изготовления и специальных приемов (притирки), что приводит к удорожанию аппарата. На таких поверхностях также сложно выполнять рифления и шероховатости, что приводит к повышению эффективности диспергирования. В то же время применение рабочих органов с гладкими поверхностями приводило к накапливанию частиц во внутренней полости аппарата и его забивке [1].
При промышленном выпуске аппаратов технологически невозможно выполнить все вышеназванные требования. При использовании промышленно выпускаемых аппаратов для приготовления эмульсии требуется ее многократная обработка, например 5-7 раз [2].
Таким образом, общим недостатком таких аппаратов является необходимость многократной циркуляции для получения тонкодисперсньгх эмульсий, что вызывает повышенные энергозатраты.
Из известных устройств наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является роторный гидродинамический аппарат, содержащий корпус с патрубками подачи и отвода жидкой среды, внутри которого соосно установлены статорный диск, содержащий по меньшей мере один концентрический ряд прорезей, и закрепленный на приводном валу роторный диск, содержащий по меньшей мере один концентрический ряд прорезей и насосные лопатки на входе в аппарат [4].
Недостатками этого устройства является проблематичность получения тонкодисперсных эмульсий и неэффективное использование лопаточного насосного аппарата (на входе).
Технической задачей, решаемой данным изобретением, является повышение качества смешиваемых сред и уменьшение затрат энергии.
Техническая задача достигается тем, что в роторном гидродинамическом аппарате, содержащем корпус с патрубками подачи и отвода жидкой среды, внутри которого соосно установлены статорный диск, содержащий по меньшей мере один концентрический ряд прорезей, и закрепленный на приводном валу роторный диск, содержащий по меньшей мере один концентрический ряд прорезей, и насосные лопатки, дополнительно установлено цилиндрическое кольцо с выполненными в нем равномерно по диаметру сверхзвуковыми соплами, содержащими сужающуюся часть, критическое сечение и расширительную часть, а насосное лопаточное колесо установлено над цилиндрическим кольцом, причем оси симметрии как сверхзвуковых сопел, так и лопаток колеса проходят через центр оси вала ротора (это обеспечивает минимальные гидравлические потери). Сверхзвуковое сопло может быть выполнено в виде кольцевого сопла с конической расширяющейся частью, или выполнено с некруглым сечением на срезе, или выполнено коротким с длиной расширительной части L, равной диаметру сопла на срезе D, а угол полураствора расширительной части сопла должен находиться в пределах 13-30°.
Основные теоретические и практические разработки по теории сопел выполнены в области ракетной техники [5]. При проектировании ракетных двигателей исходят из получения максимальной тяги, а этому способствует сопло, контур расширяющейся части которого обеспечивает в выходном сечении сопла параллельный поток с одним и тем же значением скорости в любой точке этого сечения, а поверхность сопла изготавливают максимально гладкими.
При использовании сверхзвуковых сопел в гидродинамических аппаратах для приготовления эмульсии стоит другая задача: создать в сопле максимально турбулентное течение с сильным дроблением потока. Кроме того, всего этого необходимо добиться при небольших размерах элементов, в которых могут быть размещены сверхзвуковые сопла.
Поэтому, в наших условиях предпочтительнее использовать кольцевые сопла, позволяющие значительное сокращить длину по сравнению с соплами Лаваля, основные недостатки которых связаны с их большой длиной, массой и низкой эффективностью при перерасширении потока.
Для этой же цели самое узкое сечение сопла (критическое сечение) выполнено в виде острой кольцевой кромки. Такая конструкция вызывает так называемое течение Прандтля-Майера: согласно теории обрыв стенки на острой кромке является источником непрерывных возмущений, приводящих к турбулизации потока. Расширительная часть сопла при этом выполнена конической с грубой обработкой, что упрощает технологию изготовления сопла и вызывает появление кавитации. Поскольку при истечении потока из сопла в окружающую среду (эмульсию) наблюдается превышение давления, то в потоке образуется ударная волна, которая распространяется против потока со сверхзвуковой скоростью тем большей, чем больше перепад давления на ее фронте, что приводит к срыву сверхзвукового течения в сопле и резкому дроблению эмульсии. Это явление обусловливает автоколебательный процесс, когда сверхзвуковое движение жидкости в сопле периодически возникает и срывается с частотой от нескольких герц до десятков герц, что в наших условиях чрезвычайно важно, так как позволяет значительно повысить степень измельчения эмульсии.
Угол полураствора расширительной части сопла при менее 12° обеспечивает равномерное поле скоростей на выходе из сопла, к чему стремятся при проектировании ракетных двигателей.
В нашем случае для создания турбулентного течения угол полураствора расширительной части сопла должен быть более 13°, но не более 30°, так как технологически невозможно разместить на цилиндрическом кольце расчетное число сопел. Такие углы полураствора расширительной части позволяют без ухудшения гидравлических характеристик сопла изготовить короткие сопла с длиной расширительной части L, равной диаметру сопла D на срезе, что значительно эффективнее, чем сопла Лаваля, рассчитанные для таких коротких сопел.
Для повышения степени расширения у сопла, что приводит к турбулизации потока, целесообразно использовать сопла с некруглыми сечениями на срезе (прямоугольные, плоские, иметь форму кольца, или кольцевого сектора со скругленными углами, или произвольную форму, в том числе форму эллипса или многоугольника). Такой выбор конструкций коротких сопел позволяет использовать при их изготовлении более простые и дешевые технологии.
Вход эмульсии осуществляется через входную сужающую часть сопла. В выборе этой части нет строгих рекомендаций: многие сопла имеют очень короткую сужающуюся часть, а угол полураствора у сужающей части рекомендуется брать в пределах 30-60°.
Авторам не известны технические решения, имеющие признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого решения.
На фиг. 1 изображен роторный гидродинамический аппарат в разрезе, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1 (вид на роторный диск).
Роторный гидродинамический аппарат (см. фиг. 1, 2) включает корпус, состоящий из статора 1, статорного диска 2, крышки 3 с патрубками подачи 4 и отвода жидкой среды 5, роторного диска 6 с цилиндрическим колесом 7, над которым установлено лопаточное колесо 8. При этом роторный диск 6 закреплен на приводном валу 9 электродвигателя 10. Роторный диск 6 содержит два 11 и 12 концентрических ряда прорезей, а статорный - два 13 и 14 концентрических ряда прорезей. На наружном диаметре роторного диска 6 установлено цилиндрическое кольцо 7 с выполненными в нем равномерно по диаметру сверхзвуковыми соплами 15, содержащими сужающуюся часть В, критическое сечение b и расширительную часть L. Над цилиндрическим кольцом 7 установлено лопаточное колесо 8. В крышке 3 выполнено также отверстие 16, через которое на вход в аппарат можно дополнительно вводить какой-либо компонент: воду, воздух, углеводороды и т.д.
Устройство работает следующим образом.
Через патрубки 4 в роторный гидродинамический аппарат подаются подвергаемые смешению и измельчению среды и затем измельчаются в зазорах между статорными и роторными дисками и при прохождении через прорези 11, 12, 13 и 14 статорного 2 и роторного 6 дисков. После этого эмульсия поступает в сопла 15, выполненные в цилиндрическом кольце 7. После прохождения сужающейся (дозвуковой) части сопла эмульсия поступает в критическое сечение (самое узкое сечение сопла), выполненное в виде острой кольцевой кромки. Такая конструкция вызывает так называемое течение Прандтля-Майера: согласно теории обрыв стенки на острой кромке является источником непрерывных возмущений, приводящих к турбулизации потока. При таком течении сверхзвуковое движение жидкости в расширяющейся части сопла 15 периодически возникает и срывается с частотой от нескольких герц до десятков герц, что позволяет повысить степень измельчения эмульсии. Установленное лопаточное колесо 8 не только позволяет использовать роторный гидродинамический аппарат как насос, но и создавая разрежение внутри корпуса способствует лучшему диспергированию эмульсии. Приготовленная эмульсия выходит через патрубок отвода жидкой среды 5.
Пример.
Изготовлен роторный гидродинамический аппарат, представленный на фиг. 1 и 2. В цилиндрическом кольце 7 равномерно по диаметру выполнены сверхзвуковые сопла 15, причем они выполнены плоскими с некруглым сечением на срезе короткими с длиной расширительной части L, равной диаметру сопла на срезе D, а угол полураствора расширительной части выполнен равным 15°; критическая часть сопла выполнена в виде острой кольцевой кромки. Оси симметрии сверхзвуковых сопел 15 и лопаток колеса 8 проходят через центр оси вала 9.
Характеристики роторного гидродинамического аппарата: производительность Q=5 куб./м при n=3000 об/мин и Q=7,5 куб.м/ч при n=9000 об/мин; мощность эл. двигателя N=5,5 кВт. На заводском испытательном стенде определялось качество эмульсии при однократной обработке. Эмульсия приготавливалась из мазута 100 и 10% воды. Определение качества эмульсии производилось на микроскопе МБИ-1 в проходящем свете по величине глобул воды в эмульсии. Число оборотов электродвигателя регулировалось частотным преобразователем. Как показало микроскопирование не менее 80% поля составили глобулы воды размером менее 3 мкм при n=3000 об/мин и менее 1 мкм при n=9000 об/мин.
Таким образом, предлагаемый роторный гидродинамический аппарат, за счет использования сверхзвуковых сопел в конструкции аппарата, по сравнению с прототипом позволяет получить более качественную эмульсию (средний размер капель уменьшился минимум в 3 раза) и более экономичен (за один проход получается эмульсия такая же, как в прототипе за несколько раз за счет циркуляции).
Источники информации
1. М.А. Балабудкин. Роторно-пульсационные аппараты в химико-фармацевтической промышленности. - М.: Медицина, 1983, 160 с.
2. RU 2131087 C1, F23K 5/12, F23D 11/34, 27.05.1999.
3. RU 2438769 C1, B01F 3/08, B01F 11/02, 10.01.2012.
4. RU 2335337 С2, B01F 7/00, B01F 5/06, 10.10.2008.
5. Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Под. ред. В.М. Кудрявцева. М.: Высш. школа, 1975, 656 с.
Claims (3)
1. Роторный гидродинамический аппарат, содержащий корпус с патрубками подачи и отвода жидкой среды, внутри которого соосно установлены статорный диск, содержащий по меньшей мере один концентрический ряд прорезей, и закрепленный на приводном валу роторный диск, содержащий по меньшей мере один концентрический ряд прорезей, отличающийся тем, что на наружном диаметре роторного диска дополнительно установлено цилиндрическое кольцо с выполненными в нем равномерно по диаметру сверхзвуковыми соплами, содержащими сужающую часть, критическое сечение и расширительную часть, причем оси симметрии сверхзвуковых сопел проходят через центр оси вала ротора.
2. Роторный гидродинамический аппарат по п. 1, отличающийся тем, что сверхзвуковое сопло выполнено в виде кольцевого сопла с конической расширительной частью, а критическая часть сопла выполнена в виде острой кольцевой кромки.
3. Роторный гидродинамический аппарат по пп. 1, 2, отличающийся тем, что сверхзвуковое сопло выполнено коротким с длиной расширительной части L, равной диаметру сопла на срезе D, а угол полураствора γ расширительной части сопла находится в пределах 13 - 30°.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015123924/05A RU2600049C1 (ru) | 2015-06-22 | 2015-06-22 | Роторный гидродинамический аппарат |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015123924/05A RU2600049C1 (ru) | 2015-06-22 | 2015-06-22 | Роторный гидродинамический аппарат |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2600049C1 true RU2600049C1 (ru) | 2016-10-20 |
Family
ID=57138776
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015123924/05A RU2600049C1 (ru) | 2015-06-22 | 2015-06-22 | Роторный гидродинамический аппарат |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2600049C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4011027A (en) * | 1974-09-23 | 1977-03-08 | Escher Wyss G.M.B.H. | Stain removal apparatus |
US4361414A (en) * | 1980-07-23 | 1982-11-30 | Banyaszati Kutato Intezet | Equipment for the delivery of slurries and for refinement during delivery |
RU94029725A (ru) * | 1994-08-09 | 1996-06-20 | С.А. Лесничий | Насос-теплогенератор |
RU2231004C1 (ru) * | 2002-10-23 | 2004-06-20 | Петраков Александр Дмитриевич | Роторный кавитационный насос-теплогенератор |
RU2357791C1 (ru) * | 2007-11-22 | 2009-06-10 | Александр Дмитриевич Петраков | Роторный гидродинамический кавитационный аппарат |
-
2015
- 2015-06-22 RU RU2015123924/05A patent/RU2600049C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4011027A (en) * | 1974-09-23 | 1977-03-08 | Escher Wyss G.M.B.H. | Stain removal apparatus |
US4361414A (en) * | 1980-07-23 | 1982-11-30 | Banyaszati Kutato Intezet | Equipment for the delivery of slurries and for refinement during delivery |
RU94029725A (ru) * | 1994-08-09 | 1996-06-20 | С.А. Лесничий | Насос-теплогенератор |
RU2231004C1 (ru) * | 2002-10-23 | 2004-06-20 | Петраков Александр Дмитриевич | Роторный кавитационный насос-теплогенератор |
RU2357791C1 (ru) * | 2007-11-22 | 2009-06-10 | Александр Дмитриевич Петраков | Роторный гидродинамический кавитационный аппарат |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6935770B2 (en) | Cavitation mixer | |
EP3072579B1 (en) | Cavitation device | |
EP2918945A1 (en) | Method and apparatus for heating liquids | |
RU2438769C1 (ru) | Роторный гидродинамический кавитационный аппарат для обработки жидких сред (варианты) | |
RU2600049C1 (ru) | Роторный гидродинамический аппарат | |
RU2422733C1 (ru) | Тепловой кавитационный генератор | |
RU2357791C1 (ru) | Роторный гидродинамический кавитационный аппарат | |
US20120236678A1 (en) | Compact flow-through nanocavitation mixer apparatus with chamber-in-chamber design for advanced heat exchange | |
RU2591974C1 (ru) | Роторно-пульсационный аппарат | |
RU2516559C2 (ru) | Роторно-пульсационный аппарат | |
RU2495337C2 (ru) | Электронасос центробежный герметичный - теплогенератор | |
RU180435U1 (ru) | Дисковый роторный смеситель | |
RU2350856C1 (ru) | Способ тепломассоэнергообмена и устройство для его осуществления | |
RU2658448C1 (ru) | Многоступенчатый кавитационный теплогенератор (варианты) | |
RU2340656C2 (ru) | Способ получения нанодисперсной водотопливной эмульсии и устройство для его осуществления | |
LV15246B (lv) | Hidrodinamiskais rotācijas tipa homogenizators | |
RU2429066C1 (ru) | Устройство для физико-химической обработки жидкой среды | |
RU2578689C1 (ru) | Смеситель-эмульсатор | |
UA141748U (uk) | Роторно-пульсаційний апарат | |
RU2333804C1 (ru) | Роторно-импульсный аппарат | |
RU2016250C1 (ru) | Роторный канальный насос-диспергатор | |
CN217016193U (zh) | 一种带有空化效应的高剪切机 | |
RU2248847C1 (ru) | Устройство для измельчения твердых веществ и получения мелкодисперсных систем и эмульсий | |
EA012471B1 (ru) | Роторно-кавитационное устройство | |
RU2393391C1 (ru) | Роторный, кавитационный, вихревой насос-теплогенератор |