Гидродинамический кавитационный диспергатор
Владельцы патента RU 2594425:
Бородкин Алексей Георгиевич (RU)
Поляков Александр Алексеевич (LV)
Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно энергетического и химического, и предназначено для получения тонкодисперсных стойких эмульсий, в том числе водотопливных. Гидродинамический кавитационный диспергатор содержит статор с конической крышкой, конусообразный ротор, выполненный в виде набора зубчатых дисков, и установленную на выходе крыльчатку. Конусообразный ротор снабжен промежуточными шайбами, установленными между зубчатыми дисками, а в конической крышке статора выполнены круговые прямоугольные углубления, в которые на высоту зуба входят зубчатые диски, при этом на круговых прямоугольных углублениях выполнены кольцевые канавки. На прямоугольных углублениях выполнены вогнутые участки. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы гидродинамического кавитационного диспергатора и повышение качества получаемой эмульсии. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 5 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно энергетического и химического, и предназначено для получения тонкодисперсных стойких эмульсий, в том числе водотопливных.
Известны гидродинамические кавитационные диспергаторы, предназначенные для этой цели, содержащие крыльчатку, ротор и статор конической формы, причем ротор выполнен в виде набора дисков [1, 2].
Недостатком известного устройства [1] является низкая эффективность диспергирования, вызванная перетеканием эмульсии через зазор между корпусом и ротором.
Недостатком известного устройства [2] является низкая эффективность приготовления эмульсии (диспергирования), вызванная не только перетеканием эмульсии через зазор между корпусом и ротором, но и более значительным перетеканием через винтовые каналы ротора.
Как в устройстве [1], так и в устройстве [2] требуется многократная обработка одного и того же объема жидкости для того, чтобы добиться более менее однородной эмульсии.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту из известных устройств является смеситель-диспергатор, который содержит крыльчатку, конусообразные статор и ротор, выполненный в виде набора зубчатых дисков, между которыми установлены промежуточные диски [3].
К недостаткам этого устройства следует отнести перетекание необработанной эмульсии через зазор между корпусом и ротором (что понижает производительность, так как необходима повторная циркуляция по замкнутому контуру); особенно это важно в случае установки диспергатора в штатную систему топливоподготовки двигателей, где топливо подается под давлением и продавливается в зазор между корпусом и ротором диспергатора.
Технической задачей, решаемой данным изобретением, является повышение эффективности работы гидродинамического кавитационного диспергатора и повышение качества получаемой эмульсии.
Решение технической задачи достигается тем, что в известном гидродинамическом кавитационном диспергаторе, содержащем статор с конической крышкой, конусообразный ротор, выполненный в виде набора зубчатых дисков, и установленную на выходе крыльчатку, конусообразный ротор снабжен промежуточными дисками, установленными между зубчатыми дисками, а в конической крышке статора выполнены круговые прямоугольные углубления, в которые на высоту зуба входят зубчатые диски, при этом на круговых прямоугольных углублениях выполнены кольцевые канавки. Прямоугольные углубления выполнены таким образом, что образуют цилиндрическую поверхность на периферии зубчатого диска и плоскость со стороны зубчатого диска. Кроме того, на плоскости прямоугольных углублений выполнены вогнутые участки.
Когда зубчатые диски прилегают друг к другу плотно, часть рабочей поверхности зуба не полностью работает в области кавитации. Когда между зубчатыми дисками стоят промежуточные диски, рабочая поверхность зуба используется полностью.
Авторам не известны технические решения, имеющие признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого решения.
На фиг. 1 изображен гидродинамический кавитационный диспергатор в разрезе, общий вид; на фиг. 2 показан пример I прямоугольных углублений, на фиг. 3 показан пример II цилиндрической поверхности углубления с вогнутым участком, на фиг. 4 показан пример III цилиндрической поверхности и плоскости прямоугольных углублений, на которых выполнены кольцевые канавки, на фиг. 5 показан в разобранном виде гидродинамический кавитационный диспергатор, на конической крышке которого выполнены прямоугольные углубления с кольцевыми канавками.
Гидродинамический кавитационный диспергатор состоит из статора 1 с конической крышкой 2, набора дисков с зубьями 3, входящими в прямоугольные углубления 10, и установленных между ними промежуточных дисков 4 и крыльчатки 5. Набор дисков 3 и 4 и крыльчатка 5 установлены на валу 6 ротора. Входная часть статора содержит приемный штуцер 7, а выходная - выходной патрубок 8. Вал 6 ротора вращается в подшипниках 9. Прямоугольные углубления 10 могут быть выполнены либо как показаны на фиг. 2 (пример 1), либо с вогнутым участком 11 на плоскости со стороны зубчатого диска прямоугольных углублений (фиг. 3, пример II), либо с кольцевыми канавками 12 на поверхностях прямоугольных углублений (фиг. 4).
Устройство работает следующим образом.
Через штуцер 7 в гидродинамический кавитационный диспергатор поступает смесь топлива с водой. Проходя через диспергатор среды перемешиваются, крупные включения разбиваются в мелкие, а затем, по мере продвижения к выходу измельчаются до микронных размеров. Проходя в зазоре между крышкой статора 2 и валом 6 ротора, эмульсия проходит через прямоугольные углубления 10. Кроме того, что чередующиеся углубления не только не позволяют эмульсии проскакивать между корпусом статора 1 и валом 6 ротора, но и, проходя через углубления с вогнутым участком 11, происходит сжатие эмульсии с последующим преобразованием потока в вихревой (по аналогии с течением Прандтля-Майера), что еще больше способствует измельчению эмульсии.
Кольцевые канавки 12 не влияют на общие затраты мощности, но способствуют дополнительной турбулизации потока в локальных пристенных зонах, что приводит к значительному измельчению обрабатываемой среды.
Характеристики предлагаемого объекта определялись на заводском испытательном стенде. В качестве базового объекта использовался выпускаемый фирмой CORVUS Company SIA смеситель-диспергатор DRS10 (производительность Q=10 куб.м. в час, мощность электродвигателя N=5,5 кВт). Для определения качества водотопливной эмульсии использовался мазут 40 с 10% воды. После перемешивания мазута с водой в смесителе водотопливная эмульсия под давлением Р=5 бар подавалась в базовый объект и таким же образом в предлагаемый объект, у которого менялись конические крышки статора. После однократного прохождения водотопливной эмульсии через испытываемые диспергаторы образцы водотопливной эмульсии исследовались под микроскопом МБИ-1. Результаты испытаний представлены в таблице 1. Площадь, занимаемая глобулами эмульсии, представленными в таблице, составляет не менее 80%.
Как видно из таблицы 1, несмотря на незначительное повышение мощности, предлагаемый объект при однократной обработке эмульсии позволяет получить более качественную эмульсию и, таким образом, является более эффективным и экономичным, так как исключается многократная циркуляция эмульсии.
Источники информации
1. Патент США №3420506, кл. 259-7, 1969.
2. RU 2016644, кл. B01F 7/00, 1994.
3. SU 860847, кл. B01F 7/26, 1981/.
1. Гидродинамический кавитационный диспергатор, содержащий статор с конической крышкой, конусообразный ротор, выполненный в виде набора зубчатых дисков, и установленную на выходе крыльчатку, отличающийся тем, что конусообразный ротор снабжен промежуточными дисками, установленными между зубчатыми дисками, а в конической крышке статора выполнены круговые прямоугольные углубления, в которые на высоту зуба входят зубчатые диски, при этом на круговых прямоугольных углублениях выполнены кольцевые канавки.
2. Гидродинамический кавитационный диспергатор, содержащий статор с конической крышкой, конусообразный ротор, выполненный в виде набора зубчатых дисков, и установленную на выходе крыльчатку, отличающийся тем, что конусообразный ротор снабжен промежуточными дисками, установленными между зубчатыми дисками, а в конической крышке статора выполнены круговые прямоугольные углубления, в которые на высоту зуба входят зубчатые диски, причем углубления выполнены таким образом, что образуют цилиндрическую поверхность на периферии диска и вогнутый участок со стороны зубчатого диска.
