Роторный аппарат гидроударного действия

 

Изобретение относится к процессам смешения и измельчения материалов и может быть использовано, например, в процессах диспергирования гомогенных и гетерогенных суспензий с применением гидравлических ударов. Роторный аппарат содержит корпус-улитку с входным и выходным патрубками, внутри которого концентрично установлены рабочие органы, ротор и статор со щелями в их боковых стенках. Ротор разделен на две части, внутреннюю и внешнюю, кольцеобразным углублением. На внутренней части ротора размещены лопатки, создающие центробежную силу и начальную скорость обрабатываемому потоку, а на внешней части ротора на боковых стенках выполнены щели в форме расширяющихся полостей, имеющих вогнутые поверхности. В кольцеобразном углублении ротора размещен статор, на боковых сторонах которого выполнены щели в виде дозвуковых сопл. Щели в статоре сориентированы вдоль осевых кривых линий, построенных по параболическому закону. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс диспергирования, повысить КПД аппарата и срок службы рабочих органов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к смешиванию материалов, их измельчению и может быть использовано, например, в процессах диспергирования гомогенных и гетерогенных суспензий с применением гидравлических ударов и кавитации.

Устройства подобного рода известны (см., например, роторный аппарат гидроударного действия по [1]). Известное устройство выполнено в корпусе-улитке центробежного насоса и содержит рабочие органы, ротор и статор, расположенные концентрично друг другу с минимальным зазором. В роторе выполнены щели в виде дозвуковых сопл с сужением в сторону статора. В статоре выполнены щели, расширяющиеся в сторону стенки корпуса и имеющие вогнутые поверхности.

Обрабатываемая среда по входному патрубку корпуса поступает в полость ротора. При протекании среды через дозвуковые сопла ротора происходит увеличение скорости и падение давления, достигающие максимальных значений в устье сопла. В роторе расположены лопатки для создания центробежной силы обрабатываемому потоку. Суспензия обрабатывается в роторе последовательностью гидроударов. При перекрытии сопла в роторе боковой стенкой статора происходит резкое повышение давления - прямой гидравлический удар. В момент совмещения щелей ротора и статора обрабатываемая среда попадает в расширяющуюся щель статора, где происходит резкое повышение давления с падением скорости и возникает гидродинамическая кавитация - вторичный гидроудар. В процессе гидроударов частицы суспензии измельчаются. Технический результат - интенсивное диспергирование - должно обеспечиваться в известном устройстве за счет двойного гидроудара.

Однако достижению требуемого технического результата мешают существенные недостатки в конструкции известного устройства.

Во-первых, размещение на роторе лопаток, создающих центробежные силы обрабатываемому потоку, и дозвуковых сопл на боковых стенках не позволяет обеспечить приращение скорости потока относительно стенок сопла, т.к. лопатки и сопла неподвижны относительно друг друга. А это снижает силу гидравлического удара.

Во-вторых, расширяющиеся щели-полости на боковых стенках статора неподвижны относительно корпуса аппарата и образуют со стенками корпуса, внутри аппарата, застойную зону, куда нагнетается обрабатываемая среда. Большая часть щелей статора забивается обрабатываемой средой, создавая значительное сопротивление ее потоку в зоне перехода от щелей ротора к щелям статора, в результате чего обрабатываемая среда проникает во все зазоры между ротором и статором, подвергая повышенному абразивному износу оба рабочих органа за счет трения. На преодоление трения и выталкивание обрабатываемой среды из застойных зон к выходному патрубку аппарата требуются повышенные затраты электроэнергии на привод аппарата.

Кроме того, изложенные недостатки: - снижают эффективность устойчивой турбулентности обрабатываемого потока, как принципа, положенного в основу роторного аппарата гидроударного действия; - снижают КПД роторного аппарата вследствие повышенных затрат электроэнергии на привод рабочего органа; - снижают надежность и срок службы рабочих органов аппарата из-за повышенного износа их, особенно при обработке твердых материалов.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи интенсификации процесса диспергирования, повышение КПД аппарата и повышение срока службы рабочих органов за счет увеличения силы гидравлических ударов, при одновременном снижении затрат электроэнергии и предотвращении износа рабочих органов. Указанные технические результаты обеспечиваются за счет того, что ротор выполнен разделенным на две части, внутреннюю и внешнюю, кольцеобразным углублением, в котором размещен статор. При этом щели в форме дозвуковых сопл выполнены на боковой стенке статора, а щели в форме расширяющихся полостей - на внешней части ротора, на внутренней части которого размещены лопатки, создающие центробежные силы и начальную скорость обрабатываемому потоку, а внешний ротор создает центробежную силу, которая выбрасывает обработанную суспензию из зоны обработки и подает к выходному патрубку. Щели в статоре ориентированы вдоль осевых кривых линий, построенных по параболическому закону.

В предлагаемой конструкции созданы благоприятные условия для увеличения начальной скорости обрабатываемому потоку в неподвижных дозвуковых соплах статора за счет движения потока относительно неподвижных стенок дозвуковых сопл и снижения сопротивления жидкости внутри потока в дозвуковых соплах за счет их ориентации по параболическому закону и для уноса обработанной среды из зоны обработки к выходному патрубку корпуса аппарата центробежной силой, создаваемой вращающейся внешней частью ротора. При этом исключается образование застойных зон в корпусе аппарата, предотвращается попадание обрабатываемого материала в зазор между статором и внешней частью ротора, увеличивается сила гидроударов как в дозвуковых, так и в расширяющихся соплах, и практически предотвращается износ рабочих органов в области зазора между ними, снижаются затраты электроэнергии на привод рабочих органов, повышая КПД аппарата в целом.

На фиг. 1 показан поперечный разрез аппарата по оси входного патрубка.

На фиг. 2 показан продольный разрез аппарата.

На фиг. 3 показан фрагмент рабочих органов в момент совмещения щелей ротора и статора.

Заявляемый роторный аппарат гидроударного действия содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками. Внутри корпуса 1 концентрично расположены ротор, состоящий из двух частей, внутренней 4 и внешней 5, разделенных кольцеобразным углублением 6, и статор 7, размещенный в углублении 6. На внутренней части 4 ротора размещены лопатки 8 для создания центробежной силы и придания начальной скорости потоку обрабатываемой среды. Во внешней части 5 ротора размещены расширяющиеся в сторону корпуса полости 9 с вогнутыми поверхностями 11. В статоре 7 выполнены щели 10 в виде дозвуковых сопл, сужающиеся к выходу и ориентированные вдоль осевых кривых линий, построенных по параболическому закону.

Работает роторный аппарат гидроударного действия следующим образом.

Обрабатываемая среда 12 по входному патрубку 2 корпуса 1 попадает во внутреннюю часть 4 ротора на лопатки 8, которые, придав начальную скорость, направляют ее поток в дозвуковые сопла 10 статора 7. При прохождении обрабатываемой среды 12 через дозвуковые сопла 10 происходит сужение потока, увеличение его скорости и падение давления. В процессе вращения ротора работающего аппарата происходят периодические перекрытия части сопл статора 7 стенками внешней части 5 ротора. В моменты перекрытия сопла статора 7 стенкой внешней части 5 ротора происходит резкое повышение давления (в зоне В) - прямой гидравлический удар. Обрабатываемая среда 12, таким образом, подвергается воздействию последовательности гидроударов. В моменты совмещения щелей статора 7 и внешней части 5 ротора поток обрабатываемой среды, получивший высокую кинетическую энергию в дозвуковом сопле 10, попадает в расширяющуюся полость 9 внешней части 5 ротора, где происходит резкое повышение давления с падением скорости среды, и в зонах Б, прилегающих к вогнутым поверхностям 11 расширяющихся полостей 9, возникает гидродинамическая кавитация (вторичный гидроудар). В процессе гидроударов частицы обрабатываемой среды измельчаются, после чего, не задерживаясь, уносятся центробежной силой, создаваемой внешней частью 5 ротора, к выходному патрубку 3 корпуса аппарата.

Формула изобретения

1. Роторный аппарат гидроударного действия, содержащий корпус, внутри которого концентрично установлены статор и ротор с щелями, выполненными на боковых стенках, в виде каналов по форме дозвуковых сопл с сужением, примыкающим к расширяющимся полостям, имеющим вогнутые поверхности, отличающийся тем, что ротор разделен на две части, внутреннюю и внешнюю, кольцеобразным углублением, в котором размещен статор, при этом щели в форме дозвуковых сопл выполнены в статоре, а щели в форме расширяющихся полостей - на внешней части ротора, на внутренней части которого размещены лопатки, создающие центробежные силы обрабатываему потоку.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что щели в статоре, выполненные в форме дозвуковых сопл, сориентированы вдоль осевых кривых линий, построенных по параболическому закону.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3