Устройство для создания акустических колебаний в проточной жидкой среде

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (114 95 862 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01 03.72 (21) 1754068/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.08.76 Бюллетень № 29 (45) Дата опубликования описания 15.12.76 (51) М. Кл.

В 06 В 1/18

Гасударственный комитет

Саввта Министров СССР ао делам изобретений и открытий (53) УДК

534.232 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. М. Варламов, А. И. Сонин, В. Ф, Юдаев, Ю. П. Романов, Д. Т. Кокорев, А. 3, Метелягин, В, А. Шестаков и В. И. Фомин (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

В ПРОТОЧНОЙ ЖИДКОЙ СРЕДЕ

Изобретение относится к технике создания акустических колебаний в проточной жидкой среде и может быть использовано в нефтяной, химической, металлургической, машиностроительной, авиационной, пищевой и друтих отраслях промышленности для создания, например, тонкодисперсных эмульсий и суспензий.

Известные устройства для создания акустических колебаний в проточной жидкой среде содержат помещенные в рабочую камеру ротор и статор с выполненными по их образующим щелями и привод вращения ротора.

Такие устройства имеют малый диапазон частот и интенсивность акустического поля.

Цель изобретения - повышение интенсивности акустического поля и рабочей частоты.

Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве на статор Z-образного сечения, надета крышка, образующая со статором кольцевую герметичную рабочую камеру прямоугольного сечения с отражателем по ее внешней цилищ рической поверхности, радиус которой в два раза больше радиуса внешней цилиндрической поверхности ротора, количество щелей в котором в целое число раз превышает количество щелей в статоре, причем ширина щелей выбрана из соотношения

2. Н сто

С где с — ширина щелей в роторе и статоре, м: ж - угловая скорость ротора, сек ", Г1 - внешний радиус ротора, м с - скорость распространения звука в рабочей камере, м/сек .

Для повышения частоты акустических колебаний щели в роторе и статоре расположены рядами и размещены в роторе друг под другом, а в статоре сдвинуты друг относительно друга на величину

Q,+ при g,(П где ст - ширина щелей ротора и статора, лт;

4 - расстояние между щелями ротора по дуге, М

n - число рядов щелей в статоре.

Кроме того; для регулировки интенсивности предусмотрена возможность изменения величины зазора между ротором и статором за счет того, что внутренняя боковая поверхность статора и внешняя боковая поверхность ротора выполнены с уклоном к их оси, а между статором и корпусом установлено регулировочное кольцо.

495862

На фиг. 1 изображено предлагае.-.юе устройство, поперечное сечение; на фиг. 2 - картина образования акустических колебаний в жидкой среде при совмещении щелей ротора и статора; на фиг. 3— картина совмещения щелей статора и ротора при их двухрядном исполнении.

Устройство состоит из каркаса 1, на котором закреплены двигатель (на чертеже не показан) и корпус 2. По оси корпуса установлен на подшипниковых опорах 3 ротор 4 с отражающим диском 5. С ротором постоянно контактирует торцовая уплотняющая втулка 6, прижимаемая к ротору пружинами 7, опирающимися на промежуточное кольцо 8, герметично установленное в корпусе 2.

Снаружи на корпусе 2 надет статор 9 с фланцем 15

10. Между торцами статора и корпуса установлено регулировочное кольцо 11. С наружной стороны статора образована герметичная рабочая камера 12 соединенными между собой крышкой 13 и основанием 14.

Внутренняя цилиндрическая поверхность основания 14 является отражателем 15.

Крышка 13 и основание 14 плотно соединены со статором и корпусом.

Герметичность полости ротора и камеры обес- б лечена уплотняющими эластичными кольцами круглого сечения в местах соединения и торцовым уплотнением эа счет поджатия втулки 6 к ротору 4.

В корпусе 2 выполнена проточка 16 для сбора жидкости в случае потери герметичности торцовым уплотнением. Ротор 4 и статор 9 установлены с зазором между ними, равным 0,05 - 0,5 мм.

При работе устройства жидкая среда подается под давлением, чеобходимым для подачи жидкости в полость ротора, например 0 - 15 ати.

Ротору. 4 сообшается вращательное движение с некоторой угловой скоростью г э . При этом жидкость герез шали ротора 4 и статора 9 вытекает в камеру ,.о.: .:"» вием входного давления и давления центрооежных сил; так как щели статора 9 пере- 4О

„;рь!", ся про. !ежутками между щелями ротора 4 и огкрьгваются при совпадении щелей ротора и сг:лора. то проходное сечение щели статора перио. плс7 . гг ВО времени.

В связи эгим1. хо,i гг. та:.же меняется во времег2 г:и. I. d g, чго является необходимым условием гидравлического удара в гидросистемах.

Если щели в роторе 4 и статоре 9 выполнены с шириной, отвечающей условиям 59 а 2R а 2(RR)

KR С ЮЙ С гце э - ширина щели ротора, равная ширине статора, М

-1

> ) г.г - угловая скорость ротора, Сегг > 55 и . внешний радиус ротора, М, внутренний радиус камеры, м

4 скоросгь распространения звука в рабочей жидкости, м сек, то получаем прямой гидравлический удар как в полости ротора, так и в облучаемой 60 камере, при котором вся кинетическая энергия текущей жидкости как в роторе, так и в камере переходит в потенциальную энергию сжатия или разрежения фронта волны.

При выполнении этих условий радиусы ротора

R и поверхности отражателя 15 (Нк ) имеют отношение - - где n — целое положительное число.

2Л

Четное число расположенных в ряд щелей в роторе и статоре имеет целочисленное отношение, например 72/24, как показано на фиг. 2. Поэтому каждая щель ротора, перемещаясь между двумя соседними щелями статора, заполняется упругой жидкостью, Такое выполнение устройства позволяет повысить интенсивность акустического поля за счет возникающего гидравлического удара.

Когда ротором открываются щели статора, от щели статора в полости ротора распространяется волна разрежения (пониженного давления ), а в камере 12 волна повышенного давления (разность фаз у этих волн 180, что следует из теории гидравлического удара и из решения волнового уравнения методом д Аламбера), при закрывании щели статора ротором, жидка:: среда, текущая в полости ротора, останавливается и ее кинетическая энергия переходит в энергию сжатия жидкости в полости ротора, а в камере 12 возникает волна разрежения.

При вышеперечисленных условиях возникает прямой гидравлический удар и резонансные колебания в полостях устройства.

Энергия возникающего при этом импульса давления передается в камеру и полость ротора, как волна акустического давления.

Щели, находящиеся в одном ряду статора 9, открываются все одновременно так, что наружная поверхность статора излучает звук одновременно всеми щелями.

Такое же влияние, но обратное по фазе, возникает в полости ротора, т. е. в замкнутом объеме распространяются в одном направлении колебания одинаковой частоты, обладающие, следовательно, одинаковой длиной волны.

Звуковая волна отражается от отражателя 15 камеры 12, причем фаза колебаний при отражении изменится на 180 и отраженные колебания достигают излучающей поверхности статора 9 в нужной фазе, когда щели вновь открываются.

Согласованность фаз достигнута подбором расстояния между щелями ротора в зависимости от его угловой скорости вращения.

Щели ротора и статора могут быть выполнены в несколько рядов. Причем щели в роторе расположены одна под другой, а в статоре расположены так, что каждый последующий ряд смещен относительно предыдущего (как показано на фиг. 3) на величину а+0 при а

Ь

П э где 4 - расстояние по дуге между щелями ротора м;

495862

5 и - количество рядов щелей в статоре; а - ширина щели, Такое расположение щелей ротора и статора позволяет повысить частоту колебаний во столько раз, во сколько будет увеличено число рядов.

Как показано на фиг. 1, статор 9 имеет образное сечение, а камера 12 выполнена составной.

Такое выполнение упрощает изготовление и монтаж устройства при достаточной жесткости конструкции. На статор надевают основание 14, затем крышку 13 и фланец 10.

Скрепленные резьбовыми соединениями, они вместе представляют узел, легко монтирующийся с корпусом 2. При этом между ротором и статором выставляется необходимый зазор за счет изменения толщины регулировочного кольца 11.

Зазор выставляется после установки ротора в корпус 2. Для этого кольцо 11 убирают и статор надевают на ротор до соприкосновения конических поверхностей.

Замеряют зазор между статором и корпусом и выставляют зазор между ротором и статором подбором толщины кольца 11, Торцовое уплотнение полости ротора выполнено с возможностью осевого перемещения в промежуточном кольце 8, свободно установленном в корпусе 2.

В случае нарушения герметичности этого узла жидкость отражается вращающимся совместно с ротором 4 диском 5 в кольцевую проточку 16 корпуса 2, из нее самотеком удаляется в атмосферу минуя подшипниковый узел.

Формула изобретения

1. Устройство для создания акустических колебаний в проточной жидкой среде, содержащее помещенные в рабочую камеру ротор и статор, с выполнен2.Устройствопоп. 1, о тлича ющ ее ся тем, что, с целью повышения частоты акустических колебаний, щели в роторе и статоре расположены рядами и размещены в роторе друт под другом, а в статоре сдвинуты друг относительно друга на величину

О+о при Q >

П

tl (М вЂ” ширина щелей ротора и статора, IN;

b — расстояние между щелями ротора по дуге, М;

h — число рядов щелей в статоре.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью обеспечения возможности уменьшения величины зазора между ротором и статором, внутренняя боковая поверхность статора и внешняя боковая поверхность ротора выполнены с уклоном к их оси, а между статором и корпусом установлено регулировочное кольцо. где

6 ными по образующим щелями и привод вращения ротора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения рабочей частоты и интенсивности акустического поля, в нем на статор - образного сечения надета крышка, образующая со статором кольцевую герметичную рабочую камеру прямоугольного сечения с отражателем по ее внешней цилиндрической поверхности, радиус которой, например, в два раза больше радиуса внешней цилиндрической поверхности ротора, количество щелей в котором в целое число раз превышает количество щелей в статоре, причем ширина щелей выбрана из соотношения

2R GO с

16 где о1 — ширина щелей в роторе и статоре, ь >

-I м — угловая скорость ротора, сек ц — внешний радиус ротора, М; с — скорость распространения звука в рабочей камере, м/сек. ли pomupa

ПР а П ггпотпор т

Фиг. 2

Составитель

Техред A. Демьянова Корректор И. Гоксич

Редактор И. Шубина

Бака:> 50571398 Тираж б90 Подписное

ЦБИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4