Струйный гидродинамический излучатель акустических колебаний

 

Изобретение относится к устройствам, генерирующим колебания в проточной жидкой среде, для получения аэрозолей из растворов и жидкостей, газожидкостных смесей, эмульсий, дисперсий и может использоваться в химической, пищевой и других областях промышленности. Повышение эффективности работы достигается за счет того, что струйный гидродинамический излучатель акустических колебаний содержит корпус и соосные ротор и статор в виде тел вращения с отверстиями в их боковых стенках. Отверстия ротора выполнены с двумя участками разного сечения с выходным сечением отверстия, меньшим, чем входное сечение. Участки ротора плавно сопряжены. Длина l₁ узкого участка отверстия ротора и полная длина l отверстия ротора выбраны из соотношения l₁/l = 0,40 ± 0,15. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к устройствам, генерирующим колебания в проточной жидкой среде, для получения аэрозолей из растворов и жидкостей, газожидкостных смесей, эмульсий, дисперсий, которые применяются в распылительных сушилках для орошения при мокром пылегазоулавливании, и может использоваться в химической, пищевой, микробиологической, строительной, машиностроительной, металлургической, нефтегазовой, нефтеперерабатывающей [1] и других отраслях промышленности.

Известен струйный гидродинамический излучатель типа гидродинамической сирены [2], содержащий рабочую камеру, ротор с лопатками, статор, причем рабочая камера в ней разделена на две акустические связанные полости, сообщающиеся между собой каналами для дополнительной обработки жидкости свистками Польмана.

Данный роторный аппарат предназначен для обработки жидкости в жидкости, суспензии, распыления жидкости в атмосферу и т.д.

Недостатком этого устройства является низкая эффективность, обусловленная недостаточной скоростью рабочей среды в выходном сечении отверстий ротора.

Струйный гидродинамический излучатель акустических колебаний [3] имеет несколько рядов отверстий в роторе и статоре, причем с целью увеличения частоты акустических колебаний отверстия одного ряда сдвинуты относительно другого. При таком выполнении отверстий частота акустических колебаний возрастает, а интенсивность (или акустическое давление) уменьшается. Так как воздействующим фактором на процесс является интенсивность колебаний, то необходимо увеличить не частоту, а интенсивность.

Устройство [3] является по своей технической сущности и большинству общих существенных признаков наиболее близким к заявляемому техническому решению.

Недостатком прототипа является низкая эффективность, что определяется недостаточной скоростью рабочей среды в отверстиях ротора и статора.

Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в известном струйном гидродинамическом излучателе акустических колебаний, содержащем корпус и соосные ротор и статор с отверстиями в их боковых стенках, согласно изобретению отверстия ротора выполнены в виде двух последовательных каналов разного сечения с выходным сечением отверстия большим, чем входное сечение.

Анализ известных заявителю струйных гидродинамических излучателей акустических колебаний показывает, что в научно-технической и патентной литературе нет аналогичных устройств, содержащих ту же совокупность существенных признаков, что и заявляемое техническое решение. Следовательно, заявляемое техническое решение удовлетворяет критерию "новизна".

Наличие отличительных существенных признаков, позволяющих получить положительный по сравнению с прототипом эффект, дает основание утверждать, что заявляемое техническое решение удовлетворяет критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображен предлагаемый излучатель в разрезе.

На фиг. 2 - ротор, осевой разрез.

На фиг. 3 изображена схема расположения отверстий на внешней боковой поверхности ротора.

На фиг. 4 - вид отверстий-каналов в роторе; разрез, перпендикулярный оси его вращения.

На фиг. 5 - статор, осевой разрез.

На фиг. 6 - схема расположения отверстий на боковой поверхности статора и внутренней боковой поверхности ротора.

На фиг. 7 - вид отверстий-каналов в статоре; разрез, перпендикулярный оси его вращения.

На фиг. 8 - вид функции l/d(l₁/l), где d - средний размер диспергированных частиц в эмульсии; l₁ - длина узкого канала в отверстии ротора; l - полная длина отверстия ротора.

Струйный гидродинамический излучатель акустических колебаний содержит корпус 1, в котором крепится ротор 2 с отверстиями 3 в боковой стенке 4; статор 5 с отверстиями 6 в боковой стенке 7; крышку 8 ротора 2; уплотнение 9; обтекатель 10; входной трубопровод 11; лопатки 12; кольцо жесткости 13; вал привода 14. Корпус, ротор, статор, крышка, обтекатель являются телами вращения.

Струйный гидродинамический излучатель акустических колебаний работает следующим образом. При работе аппарата вращающий момент на корпус 1 передается от двигателя через вал 14. Вал 14 жестко прикреплен к корпусу 1. На корпусе 1 крепится ротор 2, который вращается вместе с корпусом 1 с заданной скоростью. Обрабатываемая среда под давлением по трубопроводу 11 через отверстие 15 в крышке 8 ротора 2 поступает в полость 16, образованную поверхностью отверстия 15, поверхностью дна 17 статора 5, внутренней боковой поверхностью 18 статора 5 и частью внутренней поверхности 19 корпуса 1. Жидкость из полости 16 разбрызгивается в межлопаточное пространство 20 через модулятор, образованный отверстиями 6 статора 5, отверстиями 3 ротора 2 и радиальным зазором 21 между статором и ротором. В процессе открывания отверстий 3 ротора 2 при их совмещении с отверстиями 6 статора 5 уменьшается гидравлическое сопротивление, и скорость жидкости увеличивается. В процессе закрывания отверстий 3 ротора, когда гидравлическое сопротивление становится равным перепаду давлений на модуляторе, ускоренное движение жидкости прекращается. В дальнейшем сопротивление резко возрастает и соответственно увеличивается по модулю отрицательное ускорение течения жидкости.

Для достижения поставленной цели отверстия-каналы в роторе к выходу сужаются (фиг. 4). Скорость струи на выходе соответственно увеличивается, увеличивается и модуль амплитуды отрицательного ускорения течения жидкости на выходе отверстия и в струе. При отрицательных ускорениях течения жидкости возникают отрицательные импульсы давления. Имеющиеся микропузыри свободного газа в технологической жидкости в отрицательном импульсе давления резко расширяются и затем радиально пульсируют, образуя кавитационную зону в широкой части 22 отверстия-канала 3 ротора 2, а в узкой части 23 этого же канала формируется пульсирующая вдоль оси, то есть по расходу, струя, насыщенная радиально пульсирующими пузырями, что приводит к радиальным пульсациям струи. Эти два фактора ведут к усилению неустойчивости струи, вытекающей в межлопаточное пространство 20, где струя распадается на более мелкие капли, чем стационарная струя некавитирующей жидкости.

Для уменьшения гидравлического сопротивления излучателя переход от широкого канала к узкому каналу в отверстии ротора выполняется постепенным, сглаженным (фиг. 4).

Как показывают опыты по диспергированию масла в воде (фиг. 8), существует оптимальное соотношение между длиной узкого канала l₁ в отверстии ротора и полной длиной l отверстия ротора, при котором акустические колебания наиболее интенсивны, и дисперсность получаемой эмульсии максимальна. Данный экспериментальный факт слабо зависит от диспергируемых компонентов и режимов работы излучателя. Оптимальной является связь l₁/l=0,40±0,15.

Сущность предлагаемого технического решения не изменится, если ротор и статор поменять местами.

Пульсация расхода жидкости через модулятор, пульсация пузырей и кавитационной струи с пузырями приводят к комплексному повышению эффективности распыления жидкости в атмосферу (при получении аэрозоля) или в жидкость (при получении эмульсий) с помощью заявляемого струйного гидродинамического излучателя.

Отверстия в роторе и статоре расположены в несколько рядов, причем с целью увеличения амплитуды отрицательного импульса давления отверстия в рядах по высоте ротора и статора расположены друг под другом. При таком исполнении все отверстия одновременно открываются и закрываются, а жидкость вытекает под действием силы, возникающей из-за максимального перепада давлений жидкости в статоре и в атмосфере, что ведет к увеличению интенсивности пульсации струи и большей ее устойчивости.

В результате того, что на рабочих поверхностях статора (внешняя по отношению к оси вращения поверхность) и ротора (внутренняя по отношению к оси вращения поверхность) отверстия имеют больший диаметр, чем диаметр выходного внешнего отверстия, время увеличения скорости и максимальная скорость возрастают, а на выходе отверстия ротора скорость еще больше увеличивается, возникающий отрицательный импульс давления также возрастает по модулю, что приводит к увеличению амплитуды радиальных пульсаций пузырей и струи, неустойчивости и дисперсности аэрозоля.

Как показывает опыт, увеличение дисперсности аэрозоля ведет к следующим основным положительным эффектам: увеличение степени очистки газов, в том числе и преимущественно, что особенно важно, в интервале микронных и субмикронных размеров частиц независимо от их адгезионных свойств; уменьшение удельного расхода жидкости для очиcтки газов.

Использование одного излучателя обеспечит очистку любого количества отходящих газов и приведет к улучшению экологической ситуации в промышленной зоне и экономии разбрызгиваемой жидкости: воды при очистке от пыли или растворителя при извлечении газовых компонентов.

Источники информации 1. Холпанов Л.П., Запорожец Е.П., Зиберт К.Г. и др. Математическое моделирование нелинейных термогазодинамических процессов в многокомпонентных струйных течениях.- М.: Наука, 1998.- 320 с.

2. А.c. СССР N 238918, кл. 42 S 1/20, МКИ В 06 В 1/20, 1969.

3. А.c. СССР N 732026, МКИ В 06 В 1/20, 1978.

Формула изобретения

1. Струйный гидродинамический излучатель акустических колебаний, содержащий корпус и соосные ротор и статор в виде тел вращения с отверстиями в их боковых стенках, отличающийся тем, что отверстия ротора выполнены с двумя участками разного сечения с выходным сечением отверстия, меньшим чем входное сечение.

2. Струйный гидродинамический излучатель акустических колебаний по п.1, отличающийся тем, что участки отверстия ротора плавно сопряжены.

3. Струйный гидродинамический излучатель акустических колебаний по п.1, отличающийся тем, что длина l₁ узкого участка отверстия ротора и полная длина l отверстия ротора выбраны из соотношения l₁/l = 0,40 ± 0,15.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8