Роторный аппарат



Роторный аппарат
Роторный аппарат
Роторный аппарат
Роторный аппарат
Роторный аппарат

 


Владельцы патента RU 2403963:

Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" (ГОУ ВПО "ТГТУ") (RU)

Изобретение относится к устройствам для создания колебаний в жидкой проточной среде и может быть использовано для проведения различных физико-химических, гидромеханических и тепломассообменных процессов в системах «жидкость-жидкость» и «твердое-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. Во входном патрубке установлен, с возможностью возвратно-поступательного перемещения, насадок, входной участок которого представляет собой конфузор, а выходной является цилиндром. На внутренней торцовой поверхности ротора, напротив выхода насадка, установлен стержень, на торце которого находится кавитатор, выполненный в виде усеченного конуса, меньшее основание которого направлено навстречу потоку среды, и на боковой поверхности кавитатора выполнены выступы в виде тангенциальных зубьев. Кавитатор расположен в цилиндрической части насадка. Выступы на боковой поверхности кавитатора выполнены в виде круговых зубьев. Технический результат: увеличение интенсивности гидродинамической кавитации в полости ротора и расширение номенклатуры обрабатываемой жидкой среды. 5 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к устройствам для создания колебаний в жидкой проточной среде и может быть использовано для проведения различных физико-химических, гидромеханических и тепломассообменных процессов в системах «жидкость-жидкость» и «твердое-жидкость».

Известен роторный аппарат, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, концентрично установленные в нем ротор и статор с отверстиями в боковых стенках, выпуклый рассекатель жидкости, установленный в полости ротора с зазором относительно его стенок и направленный выпуклостью к входному патрубку, рабочую камеру и привод вращения ротора, причем выпуклый полый рассекатель имеет шлемообразную форму (SU 1584990 A1, B01F 7/26, Бюл. 30, 1990). Интенсификация технологического процесса осуществляется за счет дополнительных колебаний, вызванных кавитационными явлениями на шлемообразной поверхности рассекателя. Недостатками данного устройства являются незначительная интенсивность кавитации между поверхностью рассекателя и внутренней поверхностью ротора и, практически, отсутствие турбулентного перемешивания из-за плавной формы поверхности рассекателя. Кроме того, не предусматривается синхронизация собственных колебаний кавитационной области с частотой ее вынужденных пульсаций.

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 цилиндров, камеру озвучивания, привод, при этом во входном патрубке установлен конфузор, а на внутренней торцевой поверхности ротора напротив выхода конфузора находится вогнутый отражатель в виде лунки (RU 2294236 С2, B01F 7/26, Бюл. № 6, 2007). Интенсификация технологических процессов достигается возникновением резонанса, т.е. совпадением основной частоты, генерируемой роторным аппаратом, и частоты колебаний кавитационной полости между конфузором и отражателем. Недостаток данной конструкции заключается в том, что расчет конструктивных, режимных параметров роторного аппарата, размеров отражателя и расстояния его до конфузора, обеспечивающих возникновение резонанса, проводится для конкретных обрабатываемых сред, данной объемной производительности, конкретных процессов и т.д. При изменении этих параметров эффективность кавитационной обработки среды снижается. Таким образом, в аппарате не предусмотрено регулирование интенсивности кавитации и, как следствие, эффективности обработки жидких сред с различными физико-химическими свойствами.

Техническая задача изобретения - увеличение интенсивности гидродинамической кавитации в полости ротора и расширение номенклатуры обрабатываемой жидкой среды.

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 цилиндров, камеру озвучивания и привод, во входном патрубке установлен, с возможностью возвратно-поступательного перемещения насадок, входной участок которого представляет собой конфузор, а выходной является цилиндром, на внутренней торцевой поверхности ротора, напротив выхода насадка, установлен стержень, на торце которого находится кавитатор, выполненный в виде усеченного конуса, меньшее основание которого направлено навстречу потоку среды, и на боковой поверхности кавитатора выполнены выступы в виде тангенциальных или круговых зубьев, при этом кавитатор расположен в цилиндрической части насадка.

На фиг.1 изображен роторный аппарат, продольный разрез; на фиг.2, вид А на фиг.1, показано схематическое изображение тангенциальных выступов; на фиг.3, вид А на фиг.1, показано схематическое изображение круговых выступов; на фиг.4 изображен вид Б на фиг.1; на фиг.5 изображено условное обозначение расположения крепежных элементов насадка.

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, насадок 10, состоящий из конфузора 11 и цилиндрического сопла 12, стержня 13, закрепленного в центре торцовой поверхности ротора 7, на торце которого находится кавитатор 14, элементов крепления 15 насадка 10 к патрубку входа 4, расположенных в пазах 16 патрубка входа 4.

Роторный аппарат работает следующим образом. Обрабатываемая среда поступает под давлением в патрубок 4 и насадок 10, проходит конфузор 11 и цилиндрическое сопло 12, попадает на кавитатор 14 и проходит в полость ротора 7. Затем через каналы 8 ротора 7 и каналы 6 статора 5 проходит в камеру озвучивания 9 и выводится из аппарата через патрубок 2.

Обрабатываемая среда, проходя конфузорный участок насадка, значительно увеличивает скорость течения среды до значения, необходимого для возникновения гидродинамической кавитации, а при необходимости и до образования суперкаверны, при обтекании кавитатора, расположенного в цилиндрической части насадка. Образующиеся кавитационные пузыри выносятся в относительно большой объем полости ротора, при этом резко возрастает статическое давление в жидкости и происходит их схлопывание. Возникающие при этом кумулятивные струйки, высокие давление и температура способствуют интенсификации различных технологических процессов, таких как эмульгирование, диспергирование твердых частиц, экстракции, растворения и т.д.

На боковой поверхности кавитатора выполнены выступы в виде тангенциальных зубьев, поэтому за каждым из них, по ходу течения среды, образуется кавитационная область, а так как кавитатор жестко связан с вращающимся ротором, то эти области, увлекаясь жидкостью, перекрывают все поперечное сечение цилиндрической части насадка. Кроме того, выполнение выступов в виде тангенциальных зубьев при вращении кавитатора создает значительный турбулизирующий эффект, за счет возникновения потоков среды, направленных от центра к периферии патрубка и навстречу основному потоку, вследствие центробежного эффекта и конической боковой поверхности кавитатора. Турбулентные пульсации скорости и давления среды также способствуют интенсификации различных химико-технологических процессов. Выступы на боковой поверхности можно выполнить в виде круговых зубьев, т.к. их изготовление проще и дешевле (М.Н.Иванов, В.А.Афиногенов. Детали машин. - М.: Высшая школа, 2003, с.164). Расчетный угол для выступов в виде тангенциальных зубьев принимается в интервале 0≤β≤30°, а в виде круговых зубьев в интервале 0≤β≤45° (М.Н.Иванов, В.А.Афиногенов. Детали машин. - М.: Высшая школа, 2003, с.164).

Когда частота вынужденных пульсаций каверн совпадает с собственной частотой их колебаний, возникает резонанс. Установлено, что собственная частота колебаний каверн в лопастных суперкавитирующих устройствах составляет 45…55 Гц (В.М.Ивченко, В.А.Кулагин, А.Ф.Немчин. Кавитационная технология. - Красноярск: Изд-во Красноярского ун-та, 1990, с.138). Частота вращения стандартных электродвигателей, являющаяся частотой вынужденных пульсаций среды, вызываемых выступами на боковой поверхности кавитатора, в предлагаемой конструкции может достигать 50 Гц (3000 об/мин).

Таким образом, в предлагаемой конструкции на определенной угловой скорости вращения ротора может возникнуть резонанс, что приведет к максимальному кавитационному воздействию на обрабатываемую среду.

Физико-химические параметры обрабатываемой среды (вязкость, коэффициент поверхностного натяжения, температура, газосодержание и т.д.) оказывают существенное влияние на закономерности протекания процесса кавитации. Для учета различных факторов, влияющих на интенсивность кавитации, и для обработки различных сред в режиме наиболее развитой кавитации в предлагаемой конструкции предусмотрена возможность изменения положения кавитатора 14 в цилиндрической части 12 насадка 10. Перемещение насадка осуществляется с помощью крепежных элементов 15, перемещающихся в продольных пазах 16, выполненных в патрубке 4. С увеличением размеров кавитационных пузырей растет и кавитационное воздействие на обрабатываемую среду при их схлопывании. Оптимальный режим работы аппарата, когда пузыри достигают своего наибольшего размера, и в этот момент они выносятся в полость ротора, где происходит их схлопывание. Время роста пузырей в этом случае напрямую связано с расстоянием от кавитатора до выхода из цилиндрической части насадка. Длина продольных пазов 16 должна выполняться такой, чтобы была предусмотрена возможность нахождения кавитатора за пределами цилиндрической части насадка, т.е. в нижней (согласно фиг.1) части патрубка.

Одним из интенсифицирующих факторов при акустической обработке жидких сред является генерирование в технологических объемах колебаний, отличающихся по частоте на 1-2 порядка, что способствует росту интенсивности кавитации. В предлагаемой конструкции это условие выполняется, т.к. основной тон, генерируемый роторным аппаратом, может варьироваться от 50 до 125000 Гц, в зависимости от угловой скорости вращения ротора и числа каналов в роторе и статоре, а как указано выше частота пульсаций кавитационных каверн 45…55 Гц.

К достоинствам предлагаемого конструктивного решения можно отнести то, что его возможно осуществить в большинстве существующих конструкций роторных аппаратов с минимальными затратами на модернизацию.

Для подтверждения эффективности предлагаемой конструкции проведены эксперименты по определению интенсивности кавитации в водопроводной воде. Интенсивность кавитации определялась на выходе из патрубка входа среды с использованием гидрофона из титаната бария и оценивалась по величине кавитационных импульсов давления Ркв с помощью запоминающего осциллографа. Изменение положения кавитатора в насадке характеризовалось расстоянием от его торца до выхода из насадка. Угловая скорость вращения ротора изменялась с помощью двигателя постоянного тока и определялась с использованием строботахометра. В результате исследований было установлено, что максимум кавитационных импульсов давления наблюдается при нахождении кавитатора на расстоянии 9…10 мм. При увеличении или уменьшении расстояния величина Pкв уменьшается, в зависимости от частоты вращения ротора, в 2…2,5 раза. При исследовании влияния угловой частоты вращения ротора и жестко связанного с ним кавитатора на интенсивность кавитации получены результаты, некоторые из которых приведены в таблице.

Частота вращения кавитатора, Гц 20,8 25 29,2 35 37,5 41,7 45,8
Ркв, В 1,2 2 3 4,7 4,5 4 3,5

Из таблицы следует, что максимум интенсивности кавитации наблюдается при частоте ~35 Гц (2100 об/мин), что с достаточной точностью соответствует предложенному механизму возникновения резонанса при пульсации кавитационной области, образующейся при обтекании кавитатора жидкой средой.

Эффект от использования предлагаемого изобретения для интенсификации различных технологических процессов заключается в том, что обрабатываемая среда подвергается двухстадийной кавитационной обработке: на первой стадии - гидродинамической кавитацией в полости ротора, на второй - акустической импульсной кавитацией в каналах статора и камере озвучивания.

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, отличающийся тем, что во входном патрубке установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения насадок, входной участок которого представляет собой конфузор, а выходной является цилиндром, на внутренней торцовой поверхности ротора напротив выхода насадка установлен стержень, на торце которого находится кавитатор, выполненный в виде усеченного конуса, меньшее основание которого направлено навстречу потоку среды, и на боковой поверхности кавитатора выполнены выступы в виде тангенциальных или круговых зубьев, при этом кавитатор расположен в цилиндрической части насадка.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для непрерывного приготовления смесей сыпучих материалов и может быть использовано в пищевой, сельскохозяйственной, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к аппаратам для перемешивания жидких неоднородных сред, может быть использовано в химической, строительной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к смесительному устройству для смешивания порошкообразного растворимого экстракта, в частности кофе, с горячей водой для приготовления напитка.

Изобретение относится к агрегатам для смешения сыпучих материалов и может быть использовано в химической промышленности, агропромышленном комплексе, производстве строительных материалов и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к углеродной промышленности и предназначено для приготовления углерод-углеродных композиций на основе твердого углеродного наполнителя и жидкого углеродного компонента.

Изобретение относится к химической технологии, а точнее к способу, устройству и установке проведения физико-химических процессов между подвижными средами в разных фазовых состояниях, а также получаемому с их помощью конечному продукту, и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к устройствам для периодического приготовления смесей сыпучих материалов и одновременного измельчения компонентов смеси, может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Смеситель // 2303482
Изобретение относится к смесителям, при этом сырье может измельчаться до состояния мелкодисперсных частиц требуемого размера, которые с помощью многослойных смесительных блоков перемешиваются до получения однородной массы.

Изобретение относится к устройствам для перемешивания гетерогенных и гомогенных систем и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности

Изобретение относится к перемешиванию гетерогенных и гомогенных систем «жидкость-жидкость», «жидкость-твердые частицы» и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности

Изобретение относится к осевым смесителям для измельчения и перемешивания гетерогенных систем «жидкость-твердые частицы» и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности

Изобретение относится к устройствам для перемешивания гетерогенных систем «жидкость-жидкость», «жидкость-твердые частицы» и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности

Изобретение относится к измельчению материалов и может быть использовано в процессах диспергирования гетерогенных суспензий, в частности для придания кристаллическим веществам определенной, близкой к округлой, формы, которые в дальнейшем используются в композиционных составах

Изобретение относится к перемешивающим устройствам, используемым в химической промышленности

Изобретение относится к устройствам для непрерывного приготовления смесей сыпучих материалов и может быть использовано в пищевой, сельскохозяйственной, химической и других отраслях промышленности

Изобретение относится к устройствам для непрерывного приготовления смесей сыпучих материалов, содержащих конгломераты, и может быть использовано в пищевой, сельскохозяйственной, химической и других отраслях промышленности

Изобретение относится к устройствам для непрерывного приготовления смесей сыпучих материалов и может быть использовано в пищевой, сельскохозяйственной, химической и других отраслях промышленности. Центробежный смеситель содержит вертикальный цилиндрический корпус с коническим основанием, сужающимся книзу, перфорированные направляющие, крышку, на которой имеется загрузочный патрубок и подшипниковый узел, в котором закреплен вал. На валу смесителя крепится ротор в виде конуса, на внутренней поверхности которого в хаотичном порядке установлены углообразные турбулизаторы, угол и длина которых разнообразна, а на внешней - установлен рассеивающий диск. Технический результат состоит в повышении эффективности процесса смешивания. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности, агропромышленном комплексе, производстве строительных материалов и других отраслях промышленности. Ускоритель содержит устройство загрузки материала, ускорительную насадку с приводом вращательного движения, состоящую из двух коаксиально расположенных полых, внешнего и внутреннего усеченных конусов, установленных большим основанием вниз, внутренний из которых связан с устройством загрузки материала. В нижней части насадки расположены радиальные соосно установленные сопловые трубки, внутренние из которых подсоединены к внутреннему полому усеченному конусу, а внешние - к внешнему. При этом над насадкой размещена кольцевая пневмокамера, к которой подсоединены вертикальные патрубки, расположенные в кольцевой полости между полыми усеченными конусами, причем на внутренней поверхности внешнего конуса установлены лопасти для направления воздуха во внешние радиальные сопловые трубки, внешние концы которых имеют коническую форму. Изобретение обеспечивает высокую эффективность разгона частиц при упрощении конструкции и снижение энергозатрат. 2 ил.
Наверх