UA22997U

UA22997U - Rotary-cavitation device

Info

Publication number: UA22997U
Application number: UAU200703327U
Authority: UA
Inventors: Volodymyr Mykolaiovych Kozakov; Mykola Emanuilovych Terniuk; Anatolii Tarielovych Paradze; Oleksandr Mykhailovyc Bezrukov; Olena Volodymyrivna Leliuk
Original assignee: Volodymyr Mykolaiovych Kozakov
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2007-04-25

Abstract

A rotary-cavitation device contains a housing with inlet and outlet, a stator in the form of the first set of concentric cylinders with activation elements, each pair of which forms a concentric clearance, and a discoid rotor installed on the drive shaft in the form of the second set of concentric cylinders with activation elements, which enter into clearances between the first concentric cylinders of stator; moreover the activation elements of each concentric cylinder of stator and rotor are made in the form of periodically located openings of oval form with orbitally oriented smaller axis of oval, in this case the space between the openings exceeds the size of the smaller axis of oval.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься к пристроям для створення штучної кавітації с ціллю використання кавітаційних 2 ефектів, що виникають, для інтенсифікації фізико-хімічних процесів в різних галузях промисловості, наприклад, хімічній, харчовій, біохімічній та інших.The useful model refers to devices for creating artificial cavitation with the purpose of using the resulting cavitation 2 effects to intensify physical and chemical processes in various industries, for example, chemical, food, biochemical and others.

В даний час актуальною є проблема одержання високоякісних нафтопродуктів, наприклад, композиційних, переважно вуглеводневих, автомобільних або енергетичних палив, у тому числі з використанням вихідних матеріалів низької якості. Найчастіше високоякісні нафтопродукти одержують завдяки впливу на них хімічних 70 речовин (ПАР, присадки) або тепловими, електромагнітними та іншими фізичними полями. Однак вплив на нафту та нафтопродукти за допомогою хімічних речовин приводить до істотного збільшення собівартості кінцевого продукту, прискорення зносу ректифікаційних колон та є практично нерегульованим процесом. Тому найбільш доцільним є фізичний вплив на оброблюване середовище, такий як вплив кавітаційної обробки. Але існуючі пристрої для здійснення кавітаційної обробки не забезпечують потрібний результат, тобто одержання 72 високоякісних нафтопродуктів з забезпеченням прийнятних матеріальних витрат на процеси їх обробки, що в першу чергу обумовлене конструктивними недоліками пристроїв, що використовуються. Також актуальною проблемою є створення водоналивних емульсій, які б мали велику стійкість до розшарування води та палива.Currently, the problem of obtaining high-quality petroleum products, for example, composite, mainly hydrocarbon, automotive or energy fuels, including with the use of low-quality raw materials, is relevant. Most often, high-quality petroleum products are obtained due to the effect on them of chemical 70 substances (surfactants, additives) or thermal, electromagnetic and other physical fields. However, the impact on oil and oil products with the help of chemicals leads to a significant increase in the cost of the final product, acceleration of the wear of rectification columns and is a practically unregulated process. Therefore, the most appropriate is a physical effect on the treated environment, such as the effect of cavitation treatment. But the existing devices for carrying out cavitation processing do not provide the desired result, that is, obtaining 72 high-quality oil products with the provision of acceptable material costs for their processing processes, which is primarily due to the structural shortcomings of the devices used. The creation of water-based emulsions, which would have a high resistance to stratification of water and fuel, is also an urgent problem.

Такі емульсії являють собою особливий різновид палива, який істотно покращує процес горіння та дозволяє знизити витрату нафтопродуктів, які мають досить велику вартість. Для створення подібних емульсій також застосовується кавітаційна обробка середовища, яка здійснюється за допомогою кавітаційних пристроїв. Але використання кавітаційних пристроїв існуючої конструкції не дозволяє забезпечити отримання водоналивних емульсій потрібної якості та з великою стійкістю до розшарування без додавання до оброблюваного середовища спеціальних емульгаторів або інших добавок. Крім того, конструкція існуючих різновидів кавітаційних пристроїв є досить ненадійною та недовговічною завдяки несприятливій дії кавітаційних процесів на силові елементи конструкції. Однак незважаючи на всі перераховані недоліки кавітаційні пристрої широко використовуються та ств) область їх використання постійно розширюється. Так кавітаційні пристрої, за допомогою яких здійснюють кавітаційну обробку середовища, використовують у котлоагрегатах промислових підприємств, У теплогенераторах, на нафтових базах для інтенсифікації перегонки нафти шляхом регулювання фазових переходів сировини кавітаційним впливом. Перспективним є застосування кавітаційної обробки при здійсненні в безреагентних методів очищення води, що дозволить істотно знизити вартість очищення питної води. Таким Ге») чином, дуже актуальною є проблема розробки кавітаційного пристрою, який би забезпечував потрібну якість кінцевого продукту завдяки ефективній інтенсифікації кавітаційних процесів та був би надійним та довговічним о в експлуатації. ГаSuch emulsions are a special type of fuel that significantly improves the combustion process and allows you to reduce the consumption of petroleum products, which have a rather high cost. To create such emulsions, cavitation treatment of the environment is also used, which is carried out with the help of cavitation devices. But the use of cavitation devices of the existing design does not allow obtaining water-based emulsions of the required quality and with high resistance to delamination without adding special emulsifiers or other additives to the treated medium. In addition, the design of existing types of cavitation devices is quite unreliable and short-lived due to the adverse effect of cavitation processes on the power elements of the structure. However, despite all the listed disadvantages, cavitation devices are widely used and the scope of their use is constantly expanding. Thus, cavitation devices, with the help of which cavitation treatment of the environment is carried out, are used in boiler units of industrial enterprises, in heat generators, at oil bases to intensify the distillation of oil by regulating the phase transitions of raw materials by cavitation influence. It is promising to use cavitation treatment in the implementation of reagent-free water purification methods, which will significantly reduce the cost of drinking water purification. Thus, the problem of developing a cavitation device that would ensure the required quality of the final product due to effective intensification of cavitation processes and would be reliable and durable in operation is very relevant. Ha

Відомий роторно-кавітаційний пристрій, описаний в патенті Англії Мо138889, який має роторний і статорний диски із зубчатими елементами, встановленими за перебігом концентричних кіл, у якому між елементами с статорного диску від центру до периферії проходять наскрізні радіальні канали, а між елементами роторного диску наскрізні з нахилом до радіусу основні (широкі) та допоміжні (вузькі) канали.A known rotor-cavitation device is described in the British patent Mo138889, which has a rotor and a stator disk with toothed elements installed along the course of concentric circles, in which through radial channels pass between the elements of the stator disk from the center to the periphery, and between the elements of the rotor disk through with an inclination to the radius of the main (wide) and auxiliary (narrow) channels.

Недоліком описаного рішення є відносно низька продуктивність та недостатня ефективність перемішування, « так як у загальному випадку число пульсацій за один оберт ротора визначається добутком кількості елементів З 50 роторного і статорного дисків. Тому, з точки зору інтенсифікації і якості процесів, що відбуваються в с пристрої, бажано збільшувати кількість елементів як на статорному, так і на роторному дисках. Однак, якщо на з» статорному диску збільшення у певних межах числа елементів не зустрічає перепон, то на роторному диску збільшення числа елементів може привести до порушення орієнтації каналів з нахилом і утворенню наскрізних радіальних каналів. Остання обставина є небажаною, тому що у цьому випадку частина компонентів, які змішуються, проходить через наскрізні радіальні канали статора і ротора не піддаючись впливу елементів о статорного і роторного дисків, внаслідок чого інтенсивність і якість перемішування спадають. Тому в даному ка пристрої кількість елементів ротора менше кількості елементів статора, а кількість локальних пульсацій за один оберт ротора менше числа елементів статора. о Відомий кавітаційний пристрій, описаний у авторському свідоцтві СРСРМо1358140, який використовує ефекти (Те) 20 гідродинамічної кавітації, створюваної у замкнутій камері з рідким робочим середовищем, що протікає через неї. Пристрій містить корпус, кавітатор, який виконаний у вигляді крильчатки з клиноподібною формою перетину т лопатей та гострою передньою крайкою, яка встановлена на привідному валу з можливістю обертання і обладнана коаксіальне встановленим зовнішнім циліндром, жорстко з'єднаним з її лопатями, на якому укріпленні кронштейни з встановленими на них паралельно основній додатковими крильчатками з клиноподібною формою 25 перетину лопатей і гострою передньою крайкою. с Недоліком зазначеного пристрою є невисока продуктивність і відносно низька ефективність кавітаційної обробки, особливо для енергоємних технологічних процесів, що обумовлені значними втратами енергії на дисипативні явища - гідравлічне тертя, подолання гідравлічного опору середовища та інші.The disadvantage of the described solution is relatively low productivity and insufficient mixing efficiency, since in the general case, the number of pulsations per one rotation of the rotor is determined by the product of the number of elements C 50 rotor and stator disks. Therefore, from the point of view of intensification and quality of the processes taking place in the device, it is desirable to increase the number of elements both on the stator and on the rotor disks. However, if the increase in the number of elements within certain limits on the stator disk does not encounter an obstacle, then on the rotor disk, the increase in the number of elements can lead to a violation of the orientation of the inclined channels and the formation of through radial channels. The latter circumstance is undesirable, because in this case part of the components that are mixed passes through the radial channels of the stator and rotor without being affected by the elements of the stator and rotor disks, as a result of which the intensity and quality of mixing decrease. Therefore, in this device, the number of rotor elements is less than the number of stator elements, and the number of local pulsations per one rotation of the rotor is less than the number of stator elements. o Well-known cavitation device, described in the author's certificate USSRMo1358140, which uses the effects (Те) 20 of hydrodynamic cavitation, created in a closed chamber with a liquid working medium flowing through it. The device contains a body, a cavitator, which is made in the form of an impeller with a wedge-shaped cross-section of the blades and a sharp front edge, which is mounted on a drive shaft with the possibility of rotation and is equipped with a coaxially installed external cylinder, rigidly connected to its blades, on which the brackets with installed on them parallel to the main additional impellers with a wedge-shaped 25 cross-section of the blades and a sharp leading edge. c The disadvantage of the specified device is the low productivity and relatively low efficiency of cavitation processing, especially for energy-intensive technological processes due to significant energy losses due to dissipative phenomena - hydraulic friction, overcoming the hydraulic resistance of the medium, and others.

Відомий також роторно-кавітаційний пристрій, описаний в патенті РФ Мо2165787, що містить корпус з 60 впускним та випускним отворами, встановлені у ньому статор та ротор та привід, при цьому у бічних стінках статора та ротора виконані канали, на зовнішній циліндричній поверхні ротора між каналами паралельно їм виконані канавки, розміщені на деякій відстані одна від одної.A rotor-cavitation device is also known, described in Russian patent Mo2165787, which contains a housing with 60 inlet and outlet holes, a stator and a rotor and a drive are installed in it, while the side walls of the stator and rotor have channels, on the outer cylindrical surface of the rotor between the channels grooves are made parallel to them, placed at some distance from each other.

Недоліком цього пристрою є висока енергоємність процесу обробки, який здійснюється за допомогою вказаного пристрою, та необхідність встановлення додаткового насоса для нагнітання рідини під тиском у бо порожнину ротора, а також недостатня продуктивність пристрою та ефективність внаслідок того, що пристрій складається з однієї пари одноступеневих ротора і статора.The disadvantage of this device is the high energy consumption of the treatment process, which is carried out with the help of this device, and the need to install an additional pump to inject liquid under pressure into the rotor cavity, as well as insufficient device performance and efficiency due to the fact that the device consists of one pair of single-stage rotors and stator

Найбільш близьким аналогом корисної моделі, що заявляється, є роторно-кавітаційний пристрій, описаний у авторському свідоцтві СРСР Мо1033169, що містить корпус з впускним та випускним отворами, статор у вигляді набору перших концентричних циліндрів з активаційними елементами, кожна пара із яких утворює концентричний зазор, та встановлений на привідному валу дископодібний ротор у вигляді набору других концентричних циліндрів з активаційними елементами, які входять в зазори між першими концентричними. циліндрами статору. У даному випадку активаційні елементи являють собою прорізи. Також пристрій містить засіб для створення додаткових пульсацій, що виконаний у вигляді співвісних дисків з прорізами, один з дисків 7/0 Кінематично зв'язаний з ротором і кількість прорізів у ньому кратно кількості прорізів в циліндрах.The closest analogue of the claimed useful model is the rotor-cavitation device described in the USSR patent Mo1033169, which contains a housing with inlet and outlet openings, a stator in the form of a set of first concentric cylinders with activation elements, each pair of which forms a concentric gap, and a disk-shaped rotor installed on the drive shaft in the form of a set of second concentric cylinders with activation elements that fit into the gaps between the first concentric cylinders. stator cylinders. In this case, the activation elements are slots. Also, the device contains a means for creating additional pulsations, which is made in the form of coaxial discs with slots, one of the 7/0 discs is kinematically connected to the rotor and the number of slots in it is a multiple of the number of slots in the cylinders.

Недоліками описаної конструкції є недостатня інтенсивність кавітаційних процесів і низький рівень надійності роботи пристрою. Перший з вказаних недоліків зумовлений неможливістю забезпечення стійких кавітаційних процесів у зв'язку з особливостями конструктивного виконання статора та ротора та у зв'язку з геометричною формою активаційних елементів статора та ротора, тобто прорізів, яка не дозволяє забезпечити /5 Високу ефективність здійснення кавітаційної обробки середовища. Низький рівень надійності роботи пристрою є наслідком вищезазначених факторів, а також несприятливої дії кавітаційних процесів на силові елементи конструкції.The disadvantages of the described design are the insufficient intensity of cavitation processes and the low level of reliability of the device. The first of the indicated disadvantages is caused by the impossibility of ensuring stable cavitation processes in connection with the features of the structural design of the stator and rotor and in connection with the geometric shape of the activation elements of the stator and rotor, i.e. slots, which does not allow to ensure /5 High efficiency of cavitation treatment of the medium . The low level of reliability of the device is a consequence of the above-mentioned factors, as well as the adverse effect of cavitation processes on the power elements of the structure.

В основу корисної моделі, що заявляється, поставлена задача створити роторно-кавітаційний пристрій, який завдяки оптимізації конструктивних параметрів та проробленню геометричної форми та розмірів активаційних 2о елементів, дозволить забезпечити високу інтенсифікацію кавітаційних процесів, а також дозволить знизити шкідливий вплив кавітаційних процесів на елементи конструкції, істотно підвищити рівень надійності роботи пристрою.The basis of the proposed useful model is the task of creating a rotor-cavitation device, which, thanks to the optimization of design parameters and the development of the geometric shape and dimensions of the activation 2o elements, will allow to ensure a high intensification of cavitation processes, and will also allow to reduce the harmful effect of cavitation processes on structural elements, significantly increase the level of reliability of the device.

Поставлена задача вирішується тим, що розроблений роторно-кавітаційний пристрій, що містить корпус з впускним та випускним отворами, статор у вигляді набору перших концентричних циліндрів з активаційними ов елементами, кожна пара з яких утворює концентричний зазор, та встановлений на привідному валу дископодібний ротор у вигляді набору других концентричних циліндрів з активаційними елементами, які входять о, в зазори між першими концентричними циліндрами статору, при цьому активаційні елементи кожного концентричного циліндру статора і ротора виконані у вигляді періодично розташованих отворів овальної форми з орбітально орієнтованою маленькою віссю овалу, при цьому проміжок між отворами перевищує розмір Кк зо маленької осі овалу, що дозволяє уникнути проскакування оброблюваного середовища крізь отвори, що у свою чергу дозволяє підвисити ефективність кавітаційної обробки. МеThe task is solved by developing a rotor-cavitation device containing a housing with inlet and outlet openings, a stator in the form of a set of first concentric cylinders with activation elements, each pair of which forms a concentric gap, and a disc-shaped rotor installed on the drive shaft in the form a set of second concentric cylinders with activation elements that are included in the gaps between the first concentric cylinders of the stator, while the activation elements of each concentric cylinder of the stator and rotor are made in the form of periodically located holes of an oval shape with an orbitally oriented small axis of the oval, while the gap between the holes exceeds the size of Kk from the small axis of the oval, which allows to avoid the flow of the processed medium through the holes, which in turn allows to increase the efficiency of cavitation processing. Me

Виникнення пульсацій потоку газоподібного або рідкого середовища у радіальних напрямках в області б робочої зони роторно-кавітаційного пристрою при його роботі виникає за рахунок того, що при обертанні ротора, отвори в стінках концентричних циліндрів, з яких він набраний, можуть перекриватися суцільними частинами с аналогічних циліндрів, з яких складається статор. При цьому частота і амплітуда пульсацій потоку визначається с швидкістю обертання ротора і геометрією ротора та статора пристрою. Таким чином, вищезазначене конструктивне виконання пристрою забезпечує можливість здійснення кавітаційної обробки середовища з високою інтенсивністю. Геометрична форма активаційних елементів, тобто отворів статору та ротору, дозволяє суттєво інтенсифікувати кавітаційне вихроутворення у отворах та зазорах концентричних циліндрів ротора та « статора завдяки можливості створення стійких кавітаційних вихорів, а також завдяки створенню кавітаційних з с мікровихорів. В зоні зустрічі потоків кавітаційних вихорів інтенсивно утворюються кавітаційні бульбашки . оптимальних розмірів, які при зхлопуванні ініціюють кавітаційні ефекти, що активізують фізико-хімічні процеси а в робочому середовищі. Виконання статору та ротору у вигляді набору концентричних циліндрів, тобто виконання їх багатоступінчастими, приводить до зниження енергії, що витрачається на одиницю робочого об'єму пристрою, тобто до збільшення його ефективності як механохімічного активатора та кавітатора. ко Доцільним є виконання роторно-кавітаційного пристрою, при якому кожний циліндр більшого діаметру має отвори менших розмірів, ніж суміжний циліндр меншого діаметру. Таке конструктивне виконання пристрою де дозволяє підвисити ефективність, здійснення кавітаційної обробки завдяки запобіганню проскакування со оброблюваного середовища.The occurrence of pulsations in the flow of a gaseous or liquid medium in radial directions in the area b of the working zone of the rotor-cavitation device during its operation occurs due to the fact that during the rotation of the rotor, the holes in the walls of the concentric cylinders from which it is collected can be overlapped by solid parts of similar cylinders , of which the stator consists. At the same time, the frequency and amplitude of flow pulsations is determined by the speed of rotation of the rotor and the geometry of the rotor and stator of the device. Thus, the above-mentioned design of the device provides the possibility of carrying out cavitation treatment of the environment with high intensity. The geometric shape of the activation elements, i.e. the holes of the stator and the rotor, allows to significantly intensify the formation of cavitation vortices in the holes and gaps of the concentric cylinders of the rotor and stator due to the possibility of creating stable cavitation vortices, as well as due to the creation of cavitation s microvortices. Cavitation bubbles intensively form in the area where the cavitation vortices meet. of optimal sizes, which upon collapsing initiate cavitation effects that activate physico-chemical processes in the working environment. Making the stator and rotor in the form of a set of concentric cylinders, that is, making them multi-stage, leads to a decrease in the energy spent per unit of the working volume of the device, that is, to an increase in its efficiency as a mechanochemical activator and cavitator. It is advisable to implement a rotor-cavitation device in which each cylinder with a larger diameter has smaller holes than the adjacent cylinder with a smaller diameter. Such a constructive design of the device allows to increase the efficiency of the cavitation treatment due to the prevention of leakage from the treated medium.

Також доцільним є виконання роторно-кавітаційного пристрою, при якому кожний циліндр більшого діаметру ік має радіальну товщину стінки менших розмірів, ніж суміжний циліндр меншого діаметру. Таке конструктивнеIt is also advisable to implement a rotor-cavitation device in which each cylinder with a larger diameter has a smaller radial wall thickness than the adjacent cylinder with a smaller diameter. So constructive

І виконання пристрою завдяки поступовому зменшенню радіальної товщини стінок циліндрів дозволяє оптимізувати витрати енергії пристроєм, що у свою чергу дозволяє підвищити економічну ефективність використання пристрою, а також таке конструктивне виконання пристрою дозволяє запобігти зменшенню в Швидкості руху рідині під час циклу її обробки.And the design of the device due to the gradual reduction of the radial thickness of the cylinder walls allows to optimize the energy consumption of the device, which in turn allows to increase the economic efficiency of the use of the device, as well as this constructive design of the device allows to prevent a decrease in the speed of movement of the liquid during its processing cycle.

Переважним є виконання пристрою з забезпеченням його крильчаткою, яка встановлена на привідному валу с між ротором і суміжною з ним стінкою корпусу. Таке розташування крильчатки приводить до збільшення кількості ступіней обробки і за рахунок підвищення насосного ефекту дозволяє застосовувати пристрій для активації рідинних систем, в'язкість яких коливається у широких межах, без зниження продуктивності роботи пристрою. бо Крім того, встановлення крильчатки дозволяє створити додаткове розрідження у внутрішньому об'ємі пристрою, що обумовлює підвищення кавітаційного ефекту та якості кінцевого продукту.It is preferable to implement the device with its impeller, which is installed on the drive shaft with between the rotor and the wall of the housing adjacent to it. Such an arrangement of the impeller leads to an increase in the number of processing stages and, due to the increase in the pumping effect, allows the device to be used to activate liquid systems, the viscosity of which varies widely, without reducing the device's performance. because, in addition, the installation of the impeller allows to create an additional rarefaction in the internal volume of the device, which leads to an increase in the cavitation effect and the quality of the final product.

Переважним також є виконання пристрою таким чином, щоб відношення величини великої осі овалу до величини маленької осі овалу радіальних отворів складало від 1,5 до 2,5. Виконання радіальних отворів з зазначеним співвідношенням величини великої осі овалу до величини маленької осі овалу дозволяє забезпечити 65 оптимальність процесу кавітаційної обробки за величиною продуктивності через мінімальні значення гідроопору при обраній для кожного конкретного випадку висоті циліндрів.It is also preferable to implement the device in such a way that the ratio of the value of the major axis of the oval to the value of the minor axis of the oval of the radial holes is from 1.5 to 2.5. The execution of radial holes with the specified ratio of the value of the major axis of the oval to the value of the minor axis of the oval allows to ensure the optimality of the cavitation treatment process in terms of productivity due to the minimum values of hydroresistance at the height of the cylinders selected for each specific case.

Перелік графічного матеріалу.List of graphic material.

Фіг.1 - поперечний розріз роторно-кавітаційного пристрою.Fig. 1 is a cross-section of a rotor-cavitation device.

Фіг.2 - геометрична форма активаційних елементів.Fig. 2 - the geometric shape of the activation elements.

Фіг.З - схема утворення вихорів.Fig. 3 - diagram of the formation of vortices.

Фіг.4 - геометричні співвідношення радіальної товщини стінок циліндрів у торцевому перетині статора.Fig. 4 - geometric ratios of the radial thickness of the cylinder walls in the end section of the stator.

На Фіг.1 представлений поперечний розріз роторно-кавітаційного пристрою, на якому представлений пристрій, що містить корпус 1 з впускним 2 та випускним З отворами, статор 4 у вигляді набору перших концентричних циліндрів 5 з активаційними елементами, встановлений на привідному валу 6 ротор 7 у вигляді 70 набору других концентричних циліндрів 8 з активаційними елементами. Також на Фіг.1 представлена крильчатка 9 пристрою.Fig. 1 shows a cross-section of a rotor-cavitation device, which shows a device containing a body 1 with inlet 2 and outlet holes, a stator 4 in the form of a set of first concentric cylinders 5 with activation elements, a rotor 7 installed on a drive shaft 6 in the form 70 of a set of second concentric cylinders 8 with activation elements. Fig. 1 also shows the impeller 9 of the device.

На Фіг.2 представлена геометрична форма активаційних елементів 10, виконаних у роторі 7. Активаційні елементи 10 виконані у вигляді періодично розташованих отворів овальної форми з орбітальне орієнтованою маленькою віссю а овалу, великою віссю Б овалу та проміжком між отворами с.Fig. 2 shows the geometric shape of the activation elements 10 made in the rotor 7. The activation elements 10 are made in the form of periodically arranged oval-shaped holes with an orbitally oriented small axis a of the oval, a large axis of the oval B and a gap between the holes c.

На Фіг.3 представлена схема утворення вихорів, тобто потоків та гідродинамічних явищ, що виникають у багатоступінчастому роторно-кавітаційному пристрої на прикладі першого ступеню. При обертанні ротора 7 у напрямку, показаному стрілкою 11, швидкість рідини у радіальному зазорі 5 між циліндром ротора 7 та циліндром статора 4 різко змінюється від значення окружної швидкості ротора 7 до нуля біля поверхні статора 4. Епюра 12 окружних швидкостей значною мірою залежить від властивостей оброблюваної рідини, параметрів пристрою і швидкості обертання ротора 7. При цьому потік рідини в зазорі 5 піддається періодичним радіальним збуренням, які виникають при суміщенні отворів 10. Взаємодія окружного і радіального потоку з елементами статора 4 приводить до змін напрямку обертання потоку після проходження отворів статора 4, що показано ломаною стрілкою 13. У зоні зміни напрямку потоку утворюються стійки кавітаційні вихори, що представлені круговою стрілкою 14. У центрі такого кавітаційного вихору протягом значного часу (кілька десятків періодів) утримується оброблюване середовище, що обертається у напрямку обертання вихору. Також на Фіг.З зображені кавітаційні мікровихори 15 (зображені спіральною стрілкою), що утворюються при взаємодії потоку з в гострокромковими поверхнями робочих елементів ротора 7 та статора 4.Fig. 3 presents a diagram of the formation of vortices, i.e. flows and hydrodynamic phenomena occurring in a multi-stage rotor-cavitation device on the example of the first stage. When rotating the rotor 7 in the direction shown by arrow 11, the velocity of the liquid in the radial gap 5 between the rotor cylinder 7 and the stator cylinder 4 changes sharply from the value of the peripheral velocity of the rotor 7 to zero near the surface of the stator 4. The peripheral velocity graph 12 largely depends on the properties of the processed fluid, device parameters and rotor speed 7. At the same time, the fluid flow in the gap 5 is subjected to periodic radial disturbances that occur when the holes 10 are aligned. The interaction of the circumferential and radial flow with the elements of the stator 4 leads to changes in the direction of rotation of the flow after passing through the holes of the stator 4, which is shown by the broken arrow 13. Steady cavitation vortices, represented by the circular arrow 14, are formed in the zone of change of flow direction. In the center of such a cavitation vortex for a considerable time (several tens of periods) the processed medium is kept, rotating in the direction of rotation of the vortex. Also, Fig. 3 shows cavitation microvortices 15 (depicted by a spiral arrow), which are formed when the flow interacts with the sharp-edged surfaces of the working elements of the rotor 7 and stator 4.

На Фіг.4 представлені геометричні співвідношення радіальної товщини стінок концентричних циліндрів у торцевому перетині статора 4, де зображенні циліндри 5 статора 4, у даному випадку статор 4 виконаний у вигляді набору з чотирьох концентричних циліндрів 5, причому кожний циліндр статора 5 більшого діаметру виконаний з радіальною товщиною стінки менших розмірів, ніж у суміжного циліндру меншого діаметру, тобто о забезпечується співвідношення й 4222524, де М., По, пз та пу - радіальні товщини стінки циліндрів. Циліндр. ФУ статора 4 з найбільшим діаметром виконаний суцільним, що сприяє зменшенню руйнування корпусу 1 і крильчатки 9 від шкідливого впливу кавітаційних процесів, що відбуваються. сFig. 4 shows the geometric ratio of the radial thickness of the walls of concentric cylinders in the end section of the stator 4, where the cylinders 5 of the stator 4 are shown, in this case the stator 4 is made in the form of a set of four concentric cylinders 5, and each cylinder of the stator 5 of a larger diameter is made with a radial the thickness of the wall is smaller than that of the adjacent cylinder of smaller diameter, i.e. o provides the ratio and 4222524, where M., Po, pz and pu are the radial thicknesses of the cylinder wall. Cylinder. The FU of the stator 4 with the largest diameter is made solid, which contributes to reducing the destruction of the housing 1 and the impeller 9 from the harmful effects of the cavitation processes taking place. with

Пристрій працює наступним чином. сіThe device works as follows. si

Середовище, що підлягає обробці, надходить крізь впускний отвір 2 в порожнину корпусу 1. При цьому середовище під дією вхідного тиску перетікає крізь активаційні елементи, виконані в концентричних циліндрах 5 статора 4 до порожнини ротору 7, якому надається обертальній рух завдяки обертанню привідного валу 6, який « можуть обертати за допомогою будь-якого придатного електродвигуна. При періодичному збігу отворів 10 у концентричних циліндрах 5 та 8 ротора 7 і статора 4 відбувається зміна швидкості та тиску потоку середовища, с що ініціює кавітаційні процеси. При обертанні ротора швидкість рідини у радіальному зазорі 5 між ротором 7 та а статором 4 різко змінюється від значення окружної швидкості ротора 7 до нуля біля поверхні статора 4. При "» цьому потік рідини в зазорі 5 піддається періодичним радіальним збуренням, які виникають при суміщенні отворів 10. Взаємодія колового і радіального потоку з елементами статора 4 приводить до змін напрямку обертання потоку після проходження отворів статора 4. У зоні зміни напрямку потоку утворюються стійки ко кавітаційні вихори 14. У центрі такого кавітаційного вихору протягом значного часу (кілька десятків періодів) кю утримують оброблюване середовище, що обертається у напрямку обертання вихору. Також при взаємодії потоку з гострокромковими поверхнями робочих елементів ротора 7 та статора 4 утворюються кавітаційні мікровихори (Се) 15. За допомогою крильчатки 9 здійснюють додаткове розрядження у об'ємі корпуса та подають оброблювану с 50 рідину крізь випускний отвір З корпуса 1 або на новий цикл обробки, або до ємності готової продукції.The medium to be processed enters through the inlet hole 2 into the cavity of the housing 1. At the same time, the medium under the influence of the input pressure flows through the activation elements made in the concentric cylinders 5 of the stator 4 to the cavity of the rotor 7, which is given a rotational movement due to the rotation of the drive shaft 6, which can be rotated using any suitable electric motor. When the holes 10 in the concentric cylinders 5 and 8 of the rotor 7 and the stator 4 periodically coincide, a change in the speed and pressure of the medium flow occurs, which initiates cavitation processes. When the rotor rotates, the fluid velocity in the radial gap 5 between the rotor 7 and the stator 4 changes sharply from the value of the peripheral velocity of the rotor 7 to zero near the surface of the stator 4. In this case, the fluid flow in the gap 5 is subjected to periodic radial disturbances that occur when the holes are aligned 10. The interaction of the circular and radial flow with the elements of the stator 4 leads to changes in the direction of rotation of the flow after passing through the holes of the stator 4. In the zone of change in the flow direction, standing cavitation vortices are formed 14. In the center of such a cavitation vortex for a considerable time (several tens of periods) the treated medium rotating in the direction of rotation of the vortex. Also, when the flow interacts with the sharp-edged surfaces of the working elements of the rotor 7 and stator 4, cavitation microvortices (Ce) 15 are formed. With the help of the impeller 9, additional discharge is carried out in the body volume and the liquid to be treated with 50 is supplied through the discharge hole From housing 1 or for a new processing cycle or to the capacity of finished products.

Для з'ясування основних технологічних характеристик розробленого роторно-кавітаційного пристрою у що даному випадку провели експерименти з механічної і кавітаційної обробки водовугільних суспензій трьох видів зі змінюваним відношенням "тверде-рідке" середовище. При цьому очевидною є зміна в'язкості середовища, що обробляється. Експериментально було доведено, що продуктивність апарата практично не залежить від в'язкості оброблюваного середовища в досить широкому інтервалі зміни співвідношення "тверде-рідке".In order to find out the main technological characteristics of the developed rotor-cavitation device in each case, experiments were conducted on the mechanical and cavitation treatment of hydrocoal suspensions of three types with a changing ratio of "solid-liquid" medium. At the same time, a change in the viscosity of the treated medium is obvious. It was experimentally proven that the performance of the device practically does not depend on the viscosity of the processed medium in a fairly wide range of changes in the "solid-liquid" ratio.

Відповідно до отриманих в експериментах результатів, критерієм ефективності будь-якої конструкції с роторно-кавітаційного пристрою може служити комплекс його конструктивних і енергетичних параметрів: є - дисипація механічної потужності в одиниці об'єму середовища, що оброблюється; )| - середнє значення градієнта швидкості зрушення оброблюваного середовища в зазорі між робочими 60 органами пристрою;According to the results obtained in the experiments, a complex of its structural and energy parameters can serve as a criterion for the effectiveness of any design of a rotor-cavitation device: there is - the dissipation of mechanical power in a unit volume of the medium being processed; )| - the average value of the gradient of the speed of displacement of the treated medium in the gap between the working 60 bodies of the device;

То - основна частота пульсацій динамічного тиску в робочому об'ємі.That is the main frequency of dynamic pressure pulsations in the working volume.

Регулювання частоти обертання ротору пристрою дозволяє регулювати вищезазначені його параметри в наступних межах: 2-(0,5-8,9)мВт/м 3; бо |к(200-100000)с 7;Adjusting the frequency of rotation of the rotor of the device allows you to adjust the above-mentioned parameters within the following limits: 2-(0.5-8.9) mW/m 3; because |k(200-100000)s 7;

то-(300-1800)Гц.then-(300-1800) Hz.

На основі експериментальних досліджень з використанням критерію ефективності, який враховує конструктивні і енергетичні параметри пристрою, а також у залежності від середовища, що оброблюється, розроблені наступні конструкції роторно-кавітаційного пристрою (табл. 1).On the basis of experimental studies using the efficiency criterion, which takes into account the structural and energy parameters of the device, as well as depending on the environment being processed, the following designs of the rotor-cavitation device were developed (Table 1).

Таблиця 1Table 1

Технічні характеристики роторно-кавітаційних пристроївTechnical characteristics of rotary cavitation devices

Тип відцентрового | Подача, Потужність Число ступенів Кількість отворів (Зазор між ротором Швидкість обертання насоса м/год. кавітатора, кВт/кавітації, циліндр у у циліндрі, штук і статором, мм ротора, об./хв. циліндріType of centrifugal | Supply, Power Number of stages Number of holes (Gap between the rotor Speed of rotation of the pump m/h cavitator, kW/cavitation, cylinder in in cylinder, pieces and stator, mm rotor, rev/min cylinder

Загалом підвищення продуктивності (інтенсивності) обробки сягає 50-7095 по відношенню до продуктивності прототипу. Надійність роторно-кавітаційного пристрою, основним показником якої є ресурс, завдяки конструктивному виконанню пристрою, зростає в 2-5 разів.In general, the increase in productivity (intensity) of processing reaches 50-7095 in relation to the productivity of the prototype. The reliability of the rotor-cavitation device, the main indicator of which is the resource, thanks to the design of the device, increases by 2-5 times.

Таким чином, корисна модель, що заявляється, являє собою роторно-кавітаційний пристрій, який завдяки оптимізації конструктивних параметрів та проробленню геометричної форми та розмірів активаційних елементів дозволяє забезпечити високу інтенсифікацію кавітаційних процесів, а також дозволяє знизити шкідливий вплив кавітаційних процесів на елементи конструкції, істотно підвищити рівень надійності роботи пристрою. що 2Thus, the proposed useful model is a rotor-cavitation device, which, thanks to the optimization of design parameters and the elaboration of the geometric shape and dimensions of the activation elements, allows to ensure a high intensification of cavitation processes, and also allows to reduce the harmful effect of cavitation processes on structural elements, significantly increase the level of reliability of the device. what 2

Claims

The formula of the invention

1. A rotor-cavitation device containing a housing with inlet and outlet holes, a stator in the form of a set of first concentric cylinders with activation elements, each pair of which forms a concentric gap, and a disk-shaped rotor installed on the drive shaft in the form of a set of second Ф concentric cylinders with activation elements that fit into the gaps between the first concentric cylinders of the stator, which differs in that the activation elements of each concentric cylinder of the stator Ф) and the rotor are made in the form of periodically located holes of an oval shape with the minor axis of the oval oriented orbitally, while the gap between the holes exceeds the size of the minor axis of the oval.

2. The device according to claim 1, which is characterized by the fact that each cylinder of a larger diameter has openings of smaller CM sizes than the adjacent cylinder of a smaller diameter.

C. The device according to claim 1, characterized in that each cylinder of a larger diameter has a radial wall thickness of smaller dimensions than the adjacent cylinder of a smaller diameter. "

4. The device according to claim 1, which is characterized by the fact that it is equipped with an impeller, which is installed on the drive shaft between the rotor and the wall of the case adjacent to it. -

with

5. The device according to claim 1, which differs in that the ratio of the size of the major axis of the oval to the size of the minor axis of the oval of the radial holes is from 1.5 to 2.5. p name) name) se) se) that 60 b5