Роторный аппарат

 

Изобретение относится к устройствам для создания акустический колебаний в проточной жидкой среде и может быть использовано для проведения и интенсификации различных физико-химических, гидродинамических и тепло-массообменных процессов в системах "жидкость - жидкость" и "твердое - жидкость". Аппарат содержит корпус с патрубками входа и выхода среды, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках в виде чередующихся сужений и расширений, камеру озвучивания и привод. Расширения каналов статора выполнены в виде кольцевых проточек, а сужения смещены относительно друг друга, причем радиальная ось каждого последующего в радиальном направлении сужения смещена относительно предыдущего на угол α = π/Z_c, где Z_c - число каналов статора, и длина каждого сужения равна длине кольцевой проточки в радиальном направлении. Изобретение обеспечивает резкое изменение направления потока среды, исключает образование застойных зон и способствует интенсивному смещению потоков в каналах статора, что интенсифицирует гидромеханические и массообменные процессы. 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для создания акустических колебаний в проточной жидкой среде и может быть использовано для проведения и интенсификации различных физико-химических, гидромеханических и тепло-массообменных процессов в системах "жидкость-жидкость" и "твердое-жидкость".

Известен роторный аппарат, содержащий корпус с патрубками входа и выхода среды, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках, камеру озвучивания и привод, причем длина криволинейного канала статора равна ширине камеры озвучивания (А.с. СССР N 1187858, кл. B 01 F 7/28, 1985 г.). Недостатком такой конструкции является недостаточная турбулизация потока жидкости в аппарате.

Наиболее близким к изобретению является роторный аппарат, содержащий корпус с патрубками входа и выхода среды, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках, причем каналы в стенке статора выполнены переменного сечения с чередующимися сужениями и расширениями (А.с. СССР N 1389830, кл. B 01 F 7/28, 1986 г.). Недостатком этого аппарата является возможное образование застойных зон в расширениях канала статора.

Техническая задача изобретения - интенсификация процессов эмульгирования, диспергирования, экстракции, выщелачивания, абсорбции.

Поставленная техническая задача изобретения достигается тем, что в роторном аппарате, содержащем корпус с патрубками входа и выхода среды, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках в виде чередующихся сужений расширений, камеру озвучивания и привод, отличающийся тем, что расширения каналов статора выполнены в виде кольцевых проточек, а сужения смещены относительно друг друга, причем радиальная ось каждого последующего сужения в радиальном направлении смещена относительно предыдущего на угол α = π/Z_c, где z_с - число каналов статора и длина каждого сужения равна длине кольцевой проточки в радиальном направлении.

На фиг. 1 изображен роторный аппарат, на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1. Аппарат содержит корпус 1 с патрубком 2 выхода среды, крышку 3 с коаксиально расположенным патрубком 4 входа, скрепленную с корпусом 1, ротор 5 с каналами 6 в боковых стенках, статор 7 с каналами в боковых стенках в виде сужений 10 и кольцевых расширений 8, камеру озвучивания 9, образованную корпусом 1, крышкой 3 и статором 7.

Роторный аппарат работает следующим образом. Обрабатываемая среда нагнетается в полость ротора 5 через входной патрубок 4, проходит каналы ротора, каналы статора 7, камеру озвучивания 9 и выводится из аппарата через выходной патрубок 2. При вращении ротора его каналы периодически совпадают с каналами статора, в результате чего в потоке обрабатываемой среды генерируются импульсы давления и разрежения. Исполнение канала статора в виде сужений и расширений обеспечивает изменение скорости течения среды: в сужении она больше, а в расширении - меньше. При этом возникают турбулентные пульсации с произвольно направленными векторами скоростей. Это вызывает увеличение относительной скорости обтекания частиц гетерогенной среды. Увеличение относительной скорости обтекания уменьшает диффузионной слой и увеличивает касательные напряжения на частице, что приводит к интенсификации процессов эмульгирования, диспергирования и массообмена. Кроме того, при срыве потока при резком расширении канала развивается гидродинамическая кавитация, интенсифицирующая гидромеханические и массообменные процессы.

Форма расширения канала статора в виде кольцевой проточки и смещение сужений относительно друг друга обеспечивает резкое изменение направления потока среды, исключает образование застойных зон и способствует интенсивному смещению потоков в каналах статора.

Соблюдение условий равенства длин участков расширений и сужений приводит к возникновению, при определенных условиях, квазистоячих волн в системе сужение-расширение. Условие, необходимое для возникновения квазистоячих волн, может быть выражено в виде следующего уравнения: где l_с - длина участка сужения, м; l_р - длина участка расширения, м; c - скорость звука в обрабатываемой среде, м/с; f - основная частота генерируемой волны, Гц.

f = ω·z_p/2π, где ω - угловая скорость ротора, с^-1; Z_р - число каналов в роторе; k = 1, 3, 5,...

В поле квазистоячих волн движущиеся частицы гетерогенной среды ускоряются в сторону пучностей и замедляются в сторону узлов. Эти эффекты увеличивают абсолютную величину скорости обтекания частиц относительно движущейся среды и интенсифицируют гидромеханические и массообменные процессы.

Формула изобретения

Роторный аппарат, содержащий корпус с патрубками входа и выхода среды, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках в виде чередующихся сужений и расширений, камеру озвучивания и привод, отличающийся тем, что расширения каналов статора выполнены в виде кольцевых проточек, а сужения смещены относительно друг друга, причем радиальная ось каждого последующего в радиальном направлении сужения смещена относительно предыдущего на угол α = π/Z_c, где Z_c - число каналов статора, и длина каждого сужения равна длине кольцевой проточки в радиальном направлении.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2