Роторный аппарат

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 тепломассообменных процессов в системах «жидкость-жидкость». Роторный аппарат содержит корпус с патрубками входа и выхода среды, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках цилиндров, камеру озвучивания, привод, источник дополнительных пульсаций. На входном патрубке установлена цилиндрическая вихревая камера большего диаметра, а жидкая среда подается в камеру через патрубок, выполненный тангенциально к ее внутренней поверхности. Изобретение обеспечивает увеличение энергии звуковой волны в полости ротора и расширение типоразмеров используемых насосов. 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 тепломассообменных процессов в системах «жидкость-жидкость».

Известен роторно-пульсационный аппарат, содержащий корпус с нагнетательным патрубком и камерой ввода, в которой размещен всасывающий патрубок, установленные в корпусе ротор и статор в виде концентричных цилиндров с прорезями и средство создания дополнительных пульсаций, имеющее кинематическую связь с ротором аппарата с передаточным отношением, равным единице. Средство для создания дополнительных пульсаций соединено с камерой ввода трубопроводом и выполнено в виде соосных дисков с прорезями, и число прорезей во вращаемом диске кратно числу прорезей в цилиндрах, при этом всасывающий патрубок снабжен обратным каналом(SU 1033169, B01F 7/28, 1981).

Недостатком этого устройства являются дополнительные энергозатраты на вращение диска с прорезями, средства для создания дополнительных пульсаций и на подачу газа под давлением. Наличие дополнительной и дозирующей аппаратуры усложняет аппарат и снижает его надежность.

Наиболее близким к изобретению по получаемому эффекту является роторный аппарат, содержащий корпус с входными и выходными патрубками, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках, привод и средство создания дополнительных пульсаций, имеющее кинематическую связь с ротором. Средство создания дополнительных пульсаций выполнено в виде центробежного насоса с числом лопаток в нем, кратным числу каналов в роторе, а передаточное отношение кинематической связи равно любому числу больше единицы (SU 1768269, В01F 7/28, 1992).

Недостатком данного устройства является недостаточная величина дополнительных пульсаций, создаваемая центробежным насосом. Это вызвано тем, что при вращении лопасти насоса только частично перекрывают выходной патрубок центробежного насоса, т.к. поперечное сечение лопасти меньше поперечного сечения выходного патрубка. Следовательно, дополнительные колебания, вызываемые перекрыванием лопастями выходного патрубка, незначительны.

Кроме того, данное изобретение предполагает применение в качестве нагнетателей обрабатываемой среды только центробежные и лопастные насосы. Насосы другого типа, например шестеренчатые, винтовые и т.п., часто используемые в промышленности, не обеспечивают заявленный эффект.

Техническая задача изобретения - увеличение энергии звуковой волны в полости ротора и расширение типоразмеров используемых насосов.

Указанная цель 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 цилиндров, камеру озвучивания, привод и источник дополнительных пульсаций, на входном патрубке установлена цилиндрическая вихревая камера большего диаметра, а жидкая среда подается в камеру через патрубок, выполненный тангенциально к ее внутренней поверхности.

На фиг.1 изображен роторный аппарат, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Роторный аппарат содержит корпус 1 с патрубком 2 выхода среды, крышку 3 с патрубком входа 4, статор 5 с каналами 6 в боковых стенках, ротор 7 с каналами 8 в боковых стенках, камеру озвучивания 9, образованную корпусом 1, крышкой 3 и статором 5, вихревую цилиндрическую камеру 10, установленную на входном патрубке 4, патрубок тангенциального ввода среды 11 в камеру 10.

Роторный аппарат работает следующим образом. Обрабатываемая среда под давлением поступает тангенциально в вихревую камеру через патрубок 11, затем через патрубок 4 в полость ротора 7. Потом через каналы 8 ротора 7 и каналы 6 в статоре 5 поступает в камеру озвучивания 9 и выводится из аппарата через патрубок 2. Обрабатываемая среда, подаваемая в цилиндрическую камеру через тангенциально расположенный патрубок, образует вихревой поток. Затем вихревой поток поступает во входной патрубок роторного аппарата меньшего диаметра, при этом интенсивность вихря значительно возрастает и в нем возбуждаются упругие колебания. При срыве потока с кромок входного патрубка также генерируются упругие колебания. Таким образом, в полость ротора излучаются колебания широкого спектра частот. Основная частота колебания зависит от диаметра вихревой камеры, перепада давлений на ее входе и выходе, скорости звука в среде (Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Глав. ред. И.П.Голямина. - М: Советская энциклопедия, 1979, с.314). Одновременно в роторном аппарате генерируются колебания, вызываемые периодическим перекрыванием каналов статора промежутками между каналами ротора (основной тон). Основная частота этих колебаний зависит от угловой частоты вращения ротора, числа каналов в роторе и статоре и определяется по формуле, предложенной М.А.Балабудкиным.

Когда частота колебаний, излучаемых роторным аппаратом, совпадает с основной частотой колебаний, генерируемых вихревой камерой, создаются условия для возникновения резонанса. При этом амплитуды колебаний во всех точках среды удваиваются, а плотность энергии учетверяется (Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Глав. ред. И.П.Голямина. - М: Советская энциклопедия, 1979, с.395). Таким образом, в полости ротора обрабатываемая среда подвергается интенсивному воздействию звуковых колебаний, что приводит к интенсификации химико-технологических процессов, протекающих в системе «жидкость-жидкость».

Отметим преимущество заявляемого устройства по сравнению с прототипом, в котором для достижения резонанса можно изменять только частоту вращения ротора и число каналов в роторе и статоре, т.к. центробежные и лопастные насосы являются стандартными изделиями и излучают незначительные колебания на строго определенных частотах. Но эти параметры рассчитываются по специальным методикам для достижения наибольшей эффективности роторного аппарата. Достижение резонанса накладывает дополнительные ограничения, что усложняет расчет режимных и конструктивных параметров устройства. Этих недостатков лишено предлагаемое изобретение, т.к. получение резонанса легко достигается изменением внутреннего диаметра вихревой камеры.

Предлагаемое устройство позволяет также «исправить» ошибки при проектировании и изготовлении роторного аппарата, т.к. вихревая камера излучает колебания широкого спектра частот, то всегда найдется частота, совпадающая с основным тоном, генерируемым роторным аппаратом.

Пройдя первичную обработку в вихревой камере и полости ротора, жидкая среда затем подвергается дальнейшему воздействию акустических колебаний и кавитации в каналах статора и в камере озвучивания.

Турбулентные пульсации также способствуют интенсификации химико-технологических процессов. При вращении ротора жидкая среда вращается за счет сил трения в том же направлении. Если тангенциальный патрубок 11 расположить таким образом, чтобы направление вращение вихревого движения среды, поступающей через патрубок 4, было противоположно вращению ротора, то турбулизация жидкости в полости ротора возрастет. Это создает благоприятные условия для интенсификации процессов, проводимых в роторных аппаратах.

К важным преимуществам предлагаемого конструктивного решения относится то, что возникновение дополнительных пульсаций среды в полости ротора роторного аппарата не зависит от типа используемого насоса.

Еще одним преимуществом заявляемого устройства является то, что это конструктивное решение можно использовать для модернизации практически всех существующих конструкций роторных аппаратов с минимальными затратами.

Для подтверждения эффективности предлагаемого устройства проведены эксперименты на водопроводной воде. Основная частота колебаний, генерируемых роторным аппаратом, составляла 300 Гц. Рассчитанный диаметр вихревой камеры для конкретного насоса составлял ˜130 мм. Величина амплитуды звуковых колебаний в полости ротора определялась с помощью гидрофона из титаната бария. В результате опытов установлено, что после установки на входном патрубке вихревой камеры амплитуда звуковых колебаний возросла примерно в 1,7 раза. Таким образом, экспериментально подтверждена эффективность предлагаемой конструкции роторного аппарата.

Роторный аппарат, содержащий корпус с патрубками входа и выхода среды, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках цилиндров, камеру озвучивания, привод и источник дополнительных пульсаций, отличающийся тем, что на входном патрубке установлена цилиндрическая вихревая камера большего диаметра, а жидкая среда подается в камеру через патрубок, выполненный тангенциально к ее внутренней поверхности.