Кавитатор

 

Изобретение может быть использовано для эмульгирования, диспергирования и гомогенизации веществ. Устройство содержит емкость 1, штуцер 2, в котором расположен полый ротор 3 с щелевыми выходными каналами 15, образующими жидкостные лопатки 20, подвижную перегородку 5, центральную трубу 13 с каналами 16 для образования жидкостных лопаток 17. Лопатки 17 и 20 образуют две ступени гидроакустического дисперпирования среды. Обрабатываемая среда в роторе 3 подвергается механическому диспергированию и затем, проходя через каналы 15 и 16, подвергается гидроакустическому диспергированию. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс диспергирования, повысить производительность и надежность работы кавитатора. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 В 01 Р 5/16 потока; ость потопотока;

"жидких" кавитатора; ащения рото ра );

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4409026/23-26 (22) 12.04.88 (46) 15.01.90. Бюл, Y 2 (71) Всесоюзный научно-исследовательский технологический институт гербицидов и регуляторов роста растений (72) А.К.Курочкин, Р.Б.Валитов и Г.А.Сергеев (53) 66.063 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 398265 кл. В Oi F 5/16, 1969 (54) КАВИТАТОР (57) Изобретение может быть использовано для эмульгирования, диспергирования и гомогенизации веществ. Устройство содержит емкость 1, штуцер

Изобретение относится к химическому и сельскохозяйственному машиностроению, в частности к оборудованию по производству и применению химических средств защиты растений с использованием метода гидроакустического воздействия на гетерогенные рабочие среды.

Изобретение может быть использовано для эмульгирования, диспергирования, гомогениэации смешивающихся и несмешивающихся жидкостей с газом, жидкостей с порошкообразными веществами, а также для гомогенизации других более сложных гетерогенных систем в пищевой, фармацевтической, косметической, строительной и других отраслях промышленности, где требуется создание тонкодисперсных систем с высокой удельной поверхностью внутренней фазы.

2, в котором расположен полый ротор

3 с щелевыми выходными-каналами 15, образующими "жидкостные" лопатки 20, подвижную перегородку 5, центральную трубу 13 с каналами 16 для образова-. ния жидкостных лопаток 17. Лопатки

17 и 20 образуют две ступени гидроакустического диспергирования среды.

Обрабатываемая среда в роторе 3 подвергается механическому диспергированию и затем, проходя через каналы 15 и 16, подвергается гидроакустическому диспергированию. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс диспергирования, повысить производительность и надежность работы кавитатора.

2 з.п. ф — лы, 5 ил.

Целью изобретения является интенсификация процесса диспергирования, повышение напора производительности и надежности работы кавитатора.

На фиг.1 схематически изображен кавитатор, продольный разрез; на фиг.2 — разрез A-А на фиг.1 (схема образования "жидких" лопаток и направление нагнетаемого ими потока); на фиг.3 — разрез Б-Б на фиг.1 (расположение выходных каналов и наклонных щелевых выходных каналов в роторе, где

V, — радиальная сксрость

V — тангенциальная скор т ка;

V — абсолютная скорость

С( угол взаимодействия лопаток со стенками

ы — угловая скорость вр

1535608 на фиг. 4 — разрез В"В на фиг. 1 (расположение входных каналов в подвижной перегородке); на фиг.5 — схема движения потоков в кавитаторе.

Кавитатор состоит из емкости 1, в донном штуцере 2 которой расположены полый ротор 3, смонтированный на приводном валу 4, и подвижная в осевом направлении перегородка 5, закреплен- 10 ная от вращения относительно крышки

6 штифтом 7 и поджимаемая к ротору

3 тарельчатой пружиной 8. Подвижная перегородка 5 имеет входные каналы

9, переточные каналы 10 и направляющие перегородки 11, смонтированные .в кольцевой проточке 12. Ротор 3 снабжен центральной монтируемо-демонтируемой трубкой 13, переточновыходными каналами 14 и щелевыми выходными каналами 15, расположенными наклонно к оси ротора (Фиг.2) и тангенциально к поверхности ротора (фиг.3) или радиально (фиг.1), что менее предпочтительно с точки зрения эффективности, но зато технологичнее. Центральная монтируемодемонтируемая труба 13 снабжена щелевыми наклонными каналами 16, формирующими "жидкие" лопатки 17 первой ступени нагнетания ротора 3. Ротор

3 снабжен внутренними нагнетательными лопатками 18, смонтированными в кольцевой проточке 19 и выполняющими в паре с направляющими перегородками 11 роль вихревого насоса и рабо-

35 чих органов ротора и статора, обеспечивающих преимущественно механическое нагнетание и диспергированив, Гидроакустическое нагнетание и диспергирование выполняют первая ступень нагнетания ротора 3, состоящая из "жидких" лопаток 17, и вторая ступень нагнетания ротора 3„ состоящая из "жидких" лопаток 20, оформленных щелевыми выходными каналами 15 и динамическим напором жидкости.

В месте формирования "жидких" лопаток 17 емкость 1 должна иметь вогнутую форму для образования зоны циркуляции с минимальными гидравлическими потерями (фиг.5).

В месте формирования "жидких" лопаток 20 штуцер 2 должен иметь выпукло-вогнутую форму для отбоя жидких лопаток и эжектирования нагнетаемой ими среды во входные каналы 9 и далее во внутреннюю полость, образованную кольцевыми проточками 12 и 19. С этой же целью крышка 6 снабжена обтекателем 21.

Для обеспечения минимального осевого зазора (вплоть до нуля) между торцами ротора 3 и подвижной перегородкой 5 последняя в работе поджимается тарельчатой пружиной 8.

Кавитатор работает следующим образом.

При вращении ротора 3 его нагнетательные лопатки 18 увлекают жидкость, находящуюся в кольцевой проточке 19, во вращение. За счет центробежных сил часть жидкости выбрасывается из ротора через наклонные щелевые выходные каналы 15 в полость и на стенки штуцера 2. Другая часть поступает на циркуляцию в кольцевую проточку 12 подвижной перегородки 5 и в кольцевую проточку 19, где получает от лопаток 18 дополнительный импульс давления, снова отбрасывается к периферии и разделяется на два потока. Один поток вытекает через наклонные щелевые выходные каналы 15 в виде плоских струй в полость штуцера 2 и вращается вместе с ротором

3, нагнетая жидкость своими "жесткими динамическими поверхностями на вход в каналы 9 и в полости проточек

12 и 19. Другой поток по переточным каналам 10 и переточно-выходным каналам 14 поступает во внутрь центральной трубы 13, а из нее через щелевые наклонные каналы 16 — в полость емкости 1. Вытекая с высокой скоростью через щелевые наклонные каналы 16, в виде плоских "жидких" лопаток 17, поток нагнетает жидкость из емкости 1 в полость штуцера 2 и одновременно увлекает жидкость в емкости в осевую и круговую циркуляцию.

Образующаяся в емкости 1 воронка разрушается радиальной составляющей ско- рости потока, формирующего "жидкие" лопатки 17, и за счет осевой циркуляции. !

Регулируя высоту выступа центральной трубы 13 над торцом штуцера 2, регулируют степень нагнетания первой гидроакустической ступени ротора 3.

Если в емкость 1 загрузить порошкообразные компоненты, то они вместес жидкостью поступят во внутреннюЮ полость ротора 3, где подвергнутся механическому разрушению при ударах о направляющие перегородки 11 и в осевых зазорах между ними и нагнескладывается в основном не за счет нагнетания, а за счет эжекции потока из емкости 1 в полость ротора 3.

При скоростях более 80 м/с "жидкие" лопатки работают как "металлические", однако износ, энергозатраты и габариты кавитатора при этом резко возрастают.

Угол взаимодействия / "жидких лопаток с выпукло-вогнутой поверхностью штуцера 2 должны быть в пределах 150-170, так как при этом значении угла р кавитационное поле локый зуется в замкнутое пространство с возможно минимальной поверхностью.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в IIQBbr шенин диспергирующей способности ка20 витатора, в IroBbIIIIBHHH степени гомогенизации, напора, производительности, в уменьшении износа рабочих органов, в прощении монтажа-демонтажа кавитатора, в меньшей засоряемости кавитатора и т.п. формула и з обретения t. Кавитатор, включающий емкость с донным штуцером, расположенным в ее днище, полый ротор с входными осевыми и выходными щелевыми радиальными каналами, внутренней подвижной с осевом направлении перегородкой и центральной трубой, размещенной в его верхней части, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью интенсификации процесса диспергирования, повышения напора, производительности и надеж40 ности работы кавитатора, полый ротор установлен в донном штуцере, при этом осевые входные каналы выполнены в подвижной перегородке, а в центральной трубе выполнены радиальные кана45 лы для образования наружных жидкостных лопаток из обрабатываемой среды.

2. Кавитатор по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что донный шту50 цер емкости в месте расположения выходных щелевых радиальных каналов ротора выполнен выпукло-вогнутым.

3. Кавитатор по пп.1 и 2, о т л и ч а ю шийся тем, что каналы для образования наружных жидкостных лопаток в центральной трубе расположены в емкости у ее днища.

1535608 тательными лопатками 18 ротора 3.

Из ротора 3 смесь под действием центробежных сил выбрасывается через щелевые наклонные выходные каналы .15 в полость штуцера 2 и по системе каналов 10-14-16 — в полость емкости 1. Вытекая с высокой скоростью через щелевые выходные каналы в полость штуцера 2 и в емкость 1, струя кавитирует, а при взаимодействии с выпукло-вогнутыми стенками итуцера

2 резко изменяет свое направление, возбуждает ударные, нагрузки, упругие колебания и кавитационные явления, интенсифицирующие процесс. При вращении "жидких" лопаток в них и за ними образуются кавитационные каверны по всему сечению емкости. Диспергируемое вещество поступает в каверны за счет низкого давления в них. При смыкании каверн образуются поля микропузырьков. При схлопывании микропузырьков образуются кумулятивные микроструи со скоростями до 1000 м/с и ударными местными давлениями до

1000 MIIa которые оказывают размалывающее, перемешивающее, растворяющее микрокинетическое воздействие на обрабатываемые компоненты.

При воздействии на обрабатываемые вещества "жестких" поверхностей вращающихся "жидких" лопаток происходит макрокинетическое турбулентное перемешивание, эжектирование и нагнетание смеси.

Если круговое вращение рабочей среды в емкости 1 нежелательно, то кавитатор пускают в работу без центральной трубы 13. В этом случае обработанный в роторе 3 продукт вытекает с высокой скоростью через переточно-выходные каналы 14 непосредственно в емкости 1 и создает в ней вертикальную циркуляцию в виде торообразных вихрей.

Скорость истечения струй, формирующих жидкие" нагнетательные лопатки

17 и 20, должна быть в пределах 2080 м/с, предпочтительно 50 м/с, так как при этом получаются минимальные энергетические затраты при хорошей интенсивности диспергирования, степени гомогенизации и высокой производительности.

При скорости менее 20 м/с "жидкие" лопатки плохо нагнетают. Весь эффект

l5356i)8

1535608

Ц3 /Г. 3

8-в

1535608

Составитель Н.Федорова

Текред Л.Сердюкова

Корректор М.Иаксимишинец

Редактор Н.Горват

Тираж 507 Подписное

ВНИИПИ Государственного кoч. тета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

11303з, Мо ква, Ж-35., Раушская наб., д. 4/5

Производстнсннс -издательс:к . комбинат Патент, г. Ужгор д, у . р в!

У о л. Гагарина 101