Роторный аппарат гидроударного действия

 

Использование изобретения: диспергирование и одновременное смешивание материалов в технологических процессах тонкого измельчения рудных и нерудных минералов в системе жидкость - твердое тело, а также в массообменных процессах в системе жидкость - жидкость. Сущность изобретения: роторный аппарат гидроударного действия содержит корпус, входной и выходной патрубки, ротор и статор. В роторе по окружности выполнены каналы, оси которых наклонены и изогнуты против хода вращения ротора, а стенки выполнены в виде резонаторов. 3 ил.

Изобретение относится к диспергированию и одновременному смешиванию материалов и может быть использовано в технологических процессах тонкого измельчения рудных и нерудных минералов в системе жидкость-твердое тело, а также в массообменных процессах в системе жидкость-жидкость.

Известен роторный аппарат для диспергирования грубодисперсных суспензий, содержащий корпус, внутри которого концентрично установлены с радиальным зазором ротор и статор с окнами в боковых стенках, образованных плоскими поверхностями [1] В аппарате имеются условия возникновения прямого гидравлического удара и гидродинамической кавитации. Однако гидроудары в узких боковых окнах ротора, образованных плоскими поверхностями прямоугольных призм, получаются слабыми. В статоре гидродинамическая кавитация незначительна по причине постоянного сечения окон по всей толщине статора.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является роторный аппарат гидроударного действия, содержащий корпус, внутри которого концентрично установлены ротор с каналами в боковых стенках в виде дозвуковых сопел и статор с отверстиями в боковых стенках, выполненных расширяющимися в сторону корпуса и имеющими вогнутые поверхности [2] Наличие дозвуковых сопел в роторе известного аппарата обеспечивает значительный первичный гидроудар, однако конфигурация дозвуковых сопел ограничивает возможности аппарата по увеличению значения импульса давления, возникающего при гидравлическом ударе, и соответственно повышению интенсификации диспергирования материалов.

Задачей заявляемого технического решения является разработка аппарата, позволяющего эффективно использовать явление резонанса при диспергировании твердых частиц в гидродинамическом потоке суспензии, прерываемого с заданной частотой.

Технический результат, который получен при реализации изобретения, заключается в интенсификации и селективности процесса тонкого измельчения (диспеpгирования), активации рудных и нерудных твердых и органических материалов в системе жидкость-твердое тело, а также интенсификации массообменных процессов и эмульгирования в системе жидкость-твердое тело, а также интенсификации массообменных процессов и эмульгирования в системе жидкость-жидкость.

Технический результат достигается тем, что в роторном аппарате гидроударного действия, содержащем корпус, внутри которого концентрично установлены ротор с каналами переменного сечения в боковых стенках и статор с отверстиями в боковых стенках, согласно изобретению, стенки каналов в роторе выполнены в виде резонаторов, а оси каналов наклонены и изогнуты против хода вращения ротора.

Каналы представляют собой полости в теле ротора, ограниченные металлическими стенками и расположенные по окружности, при этом две смежные полости имеют общую стенку. Эта стенка в процессе работы аппарата при воздействии пульсирующих гидравлических ударов выполняет функцию резонатора, способного усиливать собственные колебания с амплитудой, во много раз превышающей амплитуду импульса давления, что позволяет во много раз увеличить энергию гидравлического удара и концентрировать ее в малом объеме.

Наклон и изогнутость осей каналов обеспечивает конфигурацию резонаторов, которая максимально использует окружные и тангенциальные составляющие скоростей потока суспензии.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Заявляемая конструкция представляет собой нелинейную колебательную систему, которая создается совокупностью резонаторов, выполненных в теле ротора по окружности.

Резонаторы обеспечивают наличие в теле ротора отдельных полостей, выполняющих функцию отдельных резонансных камер, в которых твердые (разрушаемые) частицы подвергаются прямому гидравлическому удару, вызванному внезапной остановкой потока суспензии при перекрывании каналов ротора перемычками статора. Действие прямого гидравлического удара носит пульсирующий характер, обусловленный вращением ротора. В целом процесс происходит в режиме колебаний импульсов давления, которые передаются через жидкую несжимаемую среду на разрушаемые частицы. В каналах за счет наличия резонирующих стенок происходит многократное (на несколько порядков) увеличение амплитуды значения давления (до значений, близких или превышающих значения давления разрыва сплошности среды). Частоту импульсов давления можно регулировать скоростью вращения ротора. В резонансных камерах создаются условия для воздействия на разрушаемую частицу прямого гидравлического удара со значениями, равными или выше значения разрыва сплошности среды с частотой импульсов давления, равной частоте собственных колебаний разрушаемых частиц, что резко (в несколько десятков и сотен раз) усиливает воздействие амплитуды давления на твердые частицы обрабатываемой суспензии, т.е. позволяет значительно интенсифицировать процесс диспергирования, а за счет возможности регулирования частоты гидроудара, настроенной на требуемую крупность частиц, обеспечивается селективность процесса тонкого измельчения и одновременного смешивания.

На фиг. 1 изображен роторный аппарат гидроударного действия, общий вид; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 сегмент ротора и статора.

Роторный аппарат гидроударного действия содержит корпус 1, входной 2 и выходной 3 патрубки, ротор 4 и статор 5. В роторе 4 выполнены каналы со стенками в виде резонаторов. Статор 5 имеет каналы 7, расширяющиеся в сторону корпуса 1. Ротор 4 имеет лопатки 8 для разгона суспензии.

Аппарат работает следующим образом.

Подготовленная однородная суспензия через входной патрубок 2 поступает в широкую часть каналов 6 с дозвуковой скоростью. Конфигурация резонаторов обеспечивает увеличение скорости потока суспензии на выходе из ротора 4. Во время перекрывания выходных отверстий каналов 6 перемычкой статора 5 потоку суспензии, движущемуся с дозвуковой скоростью, создается преграда, вследствие чего происходит прямой гидравлический удар. Периодически повторяемые мгновенные гидравлические удары создают высокоградиентные импульсы давления, амплитуда которых значительно усиливается в каналах 6 и, концентрируясь в них, позволяет создать значения амплитуды давления, равного или превышающего разрыв сплошности среды, которое для воды равно 1350-1500 кг/см², полученное давление через несжимаемую среду жидкость передается на твердые частицы, частота вынужденных колебаний которых совпадает с задаваемой регулируемой частотой (вращением ротора) и с частотой резонаторов, разрушая частицы.

После совмещения отверстий каналов 6 и отверстий каналов 7 поток суспензии поступает в полости статора 5, где образуется зона гидродинамической кавитации, что еще (дополнительно) увеличивает степень диспергирования.

Заявляемая конструкция позволяет увеличить эффективность диспеpгирования в 10 раз и более по сравнению с существующими, что создает возможность для разработки новейших технологий во многих отраслях.

Селективность процесса диспеpгирования при использовании аппарата заявляемой конструкции составляет 50-80% частиц заданной величины от общего числа разрушаемых частиц.

Формула изобретения

РОТОРНЫЙ АППАРАТ ГИДРОУДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ, содержащий корпус, внутри которого концентрично установлены ротор с каналами переменного сечения в боковых стенках и статор с отверстиями в боковых стенках, отличающийся тем, что стенки каналов в роторе выполнены в виде резонаторов, а оси каналов наклонены и изогнуты против хода вращения ротора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3