Способ возбуждения пульсаций жидкости в двух сосудах или одном сосуде с двумя пульсопатрубками и устройство для его осуществления

 

(51) 5 F 15 В 21 И

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4856577/29 (22) 28.06.90 (46) 30.11.93 Бюл. И> 43-44 (71) Украинский государственный научно-исследо— вательский углехимический институт (72) Васильев Ю.С.; Белонощенко В.П.; Михайлов

Н.Ф.; Силка АН.; Пономаренко В.Г.; Свердлин Ю.Г. (73) Украинский государственный научно-исследовательский углехимический институт (54) СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ ПУЛЬСАЦИЙ

ЖИДКОСТИ В ДВУХ СОСУДАХ ИЛИ ОДНОМ

СОСУДЕ С ДВУМЯ ПУЛЬСОПАТРУБКАМИ И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Сущность изобретения: периодически подают и отсасывают рабочую жидкость из сосудов путем прерывания и порционного перераспределения однонаправленного ее потока, Подачу в один сосуд и отсос из другого сосуда осуществляют одновре— менно одинаковыми порциями жидкости, пропорциональными амплитуде пульсаций в сосудах. Пе— (В) RU (11) 20(335525 риод пульсаций равен удвоенной сумме времени подачи (отсоса) порции жидкости и времени пре— рывания ее подачи. Для осуществления способа рабочие патрубки распределителя потока выполнены симметричными, источник рабочего тела — в виде жидкостного центробежного насоса, ротор распределителя — в виде полого цилиндра с распределительными окнами, установленного на валу посредством радиальных пластин, делящих полость цилиндра на две равные части. Источник снабжен компенсатором давления, выполненным в виде двух жестко связанных между собой и flOpïðó>êèíåííûõ сегментных перегородок, расположенньix в полости цилиндра по обе стороны радиальных пластин в двух взаимно параллельных ппоскостях и закрепленных на валу с возможностью перемещения вдоль его оси. В полости корпуса распределителя напротив входного патрубка установлен цилинд1ический отбойник Ротор расположен между входным и выходным патрубками. 2 сп.ф-лы, 3 ил.

2003852

Изобретение относится к технике создания пульсационного режима движения жидкости в тепломассообменной аппаратуре и может найти применение в химической и других отраслях промышленности.

Известные способы и устройства для возбуждения пульсационного режима описаны в кн. С, М. Корпачевой, Б. Е. Рябчикова/, Пульсационная аппаратура в химической технологии, M. Химия, 1983, Ближайшим аналогом способа является описанный в упомянутой книге и широко распространенный способ возбуждения пульсаций жидкости, включающий периодическую подачу и отсос рабочей жидкости из сосуда с помощью поршневых или плунжерных механических пульсаторов. Недостатки способа и его аппаратурного оформления заключаются в том, что подачу и отсос рабочей жидкости осуществляют с.помощью возвратно-поступательного механизма.

Ближайшим аналогом устройства является техническое решение по а.с, СССР М

1406406, включающее механический распределитель роторного типа. а также источники высокого и низкого давления газообразного рабочего тела, сообщающиеся между собой. Недостатками устройства являются сложность исполнения, невозможность возбуждения пульсационного режима с жесткими амплитудно-частотными характеристиками и другие, вытекающие из того, что в качестве рабочего тела используется газ или воздух, Целью изобретения является упрощеwe условий эксплуатации и исключение потери рабочей жидкости в процессе пульсации.

Цель достигается способом, обеспечивающим преобразование однонаправленного циркуляционного движения рабочей жидкости в возвратно-поступательное ее движение, исключая применение возвратно-поступательных механизмов.

Способ осуществляется следующим образом. Однонаправленный (циркулирующий) поток рабочей жидкости периодически прерывают и порционно перераспределяют между двумя сосудами, имеющими по одному пульсопатрубку, или между двумя пульсопатрубками, расположенными на одном сосуде. При этом подачу порции жидкости в один иэ сосудов или пульсопатрубков осуществляют одновременно с отсосом ее из другого сосуда или пульсопатрубка, а величина порций подаваемой и отсасываемой жидкости одинакова и пропорциональна амплитуде пульсаций в сосудах (или сосуде).

Подачу порции жидкости в один из сосудов или пульсопатрубков и одновременный отсос ее из другого сосуда или пульсопатрубка осуществляют в течение времени 0«, за.тем подачу и отсос жидкости прекращают путем прерывания потока в течение времени Олр, используемого для изменения направления подачи и отсоса последующих порций жидкости путем подключения к соответствующим пульсопатрубкам. 3а время д«+ О лр от момента начала подачи (начала колебательного процесса в сосудах) жидкость в сосудах или сосуде переместится в одном направлении на величину, равную уд-военной амплитуде колебаний. При этом время дпо+ Опр соответствует половине периода Т возбуждаемого колебательного процесса, полный цикл которого будет завершен по истечении последующего отрезка времени величиной 0«+ Олр, в течение которого будет совершен акт подачи порции

20 жидкости в другой сосуд или пульсопатрубок с одновременным отсосом ее из соответствующего сосуда или пульсопатрубка и последующего прерывания потока. Таким образом, периодическое прерывание потока на время Опр и последующая подача (отсос) рабочей жидкости в течение времени

Оло с чередующимся изменением направления подачи (отсоса) обеспечит возбуждение устойчивого пульсационного режима с периодом пульсаций, равным удвоенной сумме времени подачи (отсоса) и времени прерывания потока.

Устройство для реализации предложенного способа представлено на фиг. 1 а) в

35 общем виде и на фиг. 2 и 3 в разрезе и сечениях основного узла — механического распределителя потока, На фиг. 1б-д показаны примеры подключения устройства в схему, Устройство содержит источник рабочего тела — жидкостный центробе>кный насос

1 и механический распределитель 2 потока роторного типа с валом 3 и цилиндрическим корпусом 4, снабженным двумя рабочими патрубками 5, а также входным 6 и выходным 7 патрубками. На валу 3 ротора 8 распределителя 2 потока расположен полый цилиндр 9 с распределительными окнами

10, причем цилиндр 9 жестко закреплен на валу 3 с помощью радиальных пластин 11, делящих полость цилиндра 9 на две равные части, Ротор 8 также снабжен компенсатором 12 давления, выполненным в виде двух подвижных сегментных перегородок 13, 14, жестко связанных между собой посредством стержней 15, 16 и кольца 17. Кольцо 17 скользяще посажено на вал 3, и et.o свободное перемещение совместно с перегородками 13, 14 и стержнями 15. 16 вдоль оси вала

2003852

3 ограничено пружиной 18. Сегментные перегородки 13, 14 расположены в полости цилиндра 9 по обе стороны радиальных пластин 11 в двух взаимно параллельных llRQскостях, перпендикулярных оси вала 3.

Распределительные окна 10 полого цилиндра 9 расположены в его стенкахдиаметрально противоположно и симметрично относительно радиальных пластин 11. В полости корпуса 4 расггределителя 2 напротив входного патрубка 6, расположенного тангенциально к корпусу 4, установлен также цилиндрический отбойник 19. Ротор 8 расположен между входным 6 и выходным 7 патрубками, установленными напротив прямоугольных окон 20, 21 в стенках корпуса 4. Распределительные окна 10 цилиндра

9 расположены нэ уровне прямоугольных окон 22 в стенках корпуса 4, через которые рабочие патрубки 5-сообщаются с внутренним пространством распределителя 2 потока при соответствующем поло>кении ротора

8. Вал 3 установлен по оси распределителя

2 потока с помощью подшипников 23, 24, центровка его осуществляется с помощью перфорированного диска 25, а уплотнение— с помощью сальника 26. Распределитель 2 потока также снабжен патрубками 27, 28 для опорожнения и вытеснения воздуха при дополнении, Устройство работает следующим образом.

Через патрубок 29 циркуляционный контур 30, распределитель 2 и пульсопроводы ЗЗ заполняют рабочей жидкостью (наи ример; водой). П ри этом воздух вытесняется через патрубки 28, 32 в пульсопроводы 33 и выводится из системы, Включают в работу привод вала 3 распределителя 2, затем центробежный насос 1. В циркуляционном контуре 30 благодаря работе насоса 1 будет создан однонаправленный циркулирующий поток рабочей жидкости; который, поступая в патрубок 6 распределителя 2, порциями подается в каждый из пульсопроводов 33 и одновременно отсасывается и выводится из распределителя 2 через патрубок 7, Подача и отсос жидкости осуществляются порционно после каждого акта прерывания потока за счет вращения ротора 8. Тэк, например, при положении ротора 8 относительно центральных окон 22, изображенном на фиг. За, происходит одновременная порционная подача и отсос жидкости через патрубки 5, а в положении на фиг. Зб — прерывание потока, Благодаря конструкции ротора 8 при его равномерном вращении входной патрубок 6 поочередно сообщается через окна 22 и патрубки 5 то с одним. то с другим пульсопро5

50 водом 33. э ilBTpv60K 7 — с противополо>кным, При этом в пульсопроводаx 33 будеI обеспечено возвратно-поступательное движение жидкости. В положении ротора 8, изображенном на фиг.?, рабочая жидкость из патрубка 6 поступает в левый патрубок 5, а из правого патрубка 5 выводится в патрубок 7, так как пространство между патрубками 5 разделено пластинами 11 и сегментными перегородками 13, 14{изображенными перпендикулярно плоскости рисунка), В момент прерывания потока, когда окна 22 перекрыты стенками цилиндра 9, в патрубках 6 и 7 возрастает разность давлений (за счет непрерывной работы насоса 1), вследствие чего сегментные перегородки

13, 14 перемещаются вверх, сжимая пружину 18. При последующем повороте ротора 8 и открывании окон 22 разность давлений уменьшится и пру>кина 18 восстанавливает положение перегородок 13, 14 посредством кольца 17 и стержней 15, 16. Благодаря этому в момент прерывания потока циркуляция жидкости в контуре 30 не прекращается и насос 1 работает при относительно стабильной нагрузке. Упорный подшипник 23 воспринимает усилие, передаваемое валу 3 пружиной 18. предотвращая его осевое перемещение. При тангенциальном вводе жидкости через патрубок 6 между стенками корпуса 4 и отбойником 19 образуется закрученный поток, в результате чего случайные механические примеси осаждаются в коническом днище и периодически выводятся через патрубок 27, В процессе работы устройства часть жидкости из распределителя 2 непрерывно выводится через патрубок 28 по линии 31— это предотвратит скопление воздуха в верхне и части распределителя 2. При попадании воздушных пузырей B пульсопроводы

33 они всплывают и выводятся из системы.

Нэ фиг. 1а) пунктирными линиями показаны возможные вспомогательные коммуникации и места установки теплообMåнника для отвода тепла, выделяющегося в результате трения.

Ниже приведен пример осуществления способа в предложенном пульсационном устройстве.

Пример. Способ был осуществлен на опытной установке с пульсационным кристаллизатором {тепломассообменный аппарат), к которому подсоединено устройство для создания пульсации согласно схеме на фиг. 1 г), Проходное сечение реакционной зоны кристаллизатора, где был реализован пульсационный режим, составляло около

0,12м .

2003852

Табли, а 1 абра ных

1, с

0,667

0,833

1,111

Создание пульсациоиного режима осуществлялось за счет прерывания и порционного перераспределения однонаправленного потока рабочей жидкости (воды), подаваемого с обьемной скоростью около 0,014 м /с. з

Каждая подаваемая и отсасываемая порции жидкости были равны и их величина составляла Vp. которую определяли посредней объемной скорости однонаправленного потока (равной 0,014 м /с) и продолжительности порционной подачи (О p). Продолжительность прерывания 6 пр и порционной подачи О по определяли на основании конкретных геометрических параметров и скора;..;и вращения ротора распределителя, изображенного на фиг, 2, Характеристики создаваемого в теплоt. ассообменном аппарате пульсационного режима определяли путем непосредственного замера частоты v и удвоенной амплитуды Л. По частоте определяли период

1 пульсации (T= — ), Р

В табл. 1 приведены результаты трех опытов по созданию пульсационного режима с различными характеристиками (Т, А).

Как следует из табл, 1, каждому ре>киму порционной подачи (с конкретными значениями Опр, О pp, Vp) соответствует пульсационный режим с определенной (заданной) амплитудно-частотной характеристикой (конкретными значениями А, Т), Взаимосвязь параметров режима порционной подачи и режима пульсации, оговариваемая формулой предлагаемого изобретения, иллюстрируется приведенными в табл. 1 результатами обработки данных, А именно, в каждом опыте значение удвоенной суммы

О пр+ Опо равно значению Т, а величина

Vn отношения —. одинакова для всех опытов

А и равна коэффициенту пропорционально-, сти, составляющему величину, близкую проходному сечению тепломассообменного аппарата (0,12 м ), 5 В табл, 2 приведены показатели режима работы способа и устройства для создания пульсации в отрезке времени продолжительностью 24 ч. Пульсация создавалась в охладительном кристаллизаторе со взве10 шенным слоем кристаллов, порозность которого в течение времени изменялась.

Как видно из табл, 2, потери рабочей жидкости минимальны и составили менее

15 0,3 л в течение суток. Данные потери имели место за счет незна:- ительного пра-,ускспия сальника центробежного насоса. Р причина указанных потерь рабочей жидкости практически мо>кет не учитываться или мсжет

20 быть полностью исключена, так как при вращательном дви>кении вала обеспечить надежное уплотнение значительно проще, чем при возвратно-пост; пательном движении поршня со штоком.

25 Из приведенных экспериментальных данных следует, чта при постоянстве режима порционной подачи обеспечивается постоянство амплитудно-частотной характеристики создаваемого пульсациан30 ного режима, В процессе раба и. устройства за счет выделения тепла наблюдается рост температуры рабочей жидкости. однако в результате утилизации этога тепла (путем

35 теплообмена) температ ра рабочей жидкости стабилизировалась на уровне 60 C.

В табл. 3 приведены сопоставитель - ые данные предложенного и известного технического решения (способа и устройства).

40 (56) Авторское свидетельство СССР

N 1406406, кл, F 15 В 21/12, 1986.

2003852

Таблица 2

Таблица 3

Формула изобретения

1. Способ возбуждения пульсаций жидкости в двух сосудах или одном сосуде с двумя пульсопатрубками, включающий периодическую подачу и отсос рабочей жидкости из сосудов, отличающийся тем, что подачу и отсос рабочей жидкости осуществляют путем прерывания и порционного пере распределения однонаправленного ее потока, при этом подачу в один сосуд (пульсопатрубок), и отсос из другого сосуда (пульсопатрубка) осуществляют одновременно одинаковыми порциями жидкости, прог.орциональными амплитуде пульсаций в сосудах (сосуде), причем период пульсаций равен удвоенной сумме времени подачи (отсоса), порции жидкости и времени прерывания ее подачи (отсоса).

2. Устройство для возбуждения пульсаций жидкости в двух сосудах или одном сосуде с двумя пульсопатрубками, содержащее ис-.очник рабочегс тела и механический распределитель потока роторного типа с валом и цилиндрическим корпусом, снабженным двумя рабочими патрубками, а также входным и выходным патрубками, сообщенными с источником рабочего тела, отличающееся тем, что рабочие патрубки распределителя потока выполнены симметричными, источник рабочего тела - в виде жидкостнсго центробежного насоса, ротор распределителя потока - в виде полого цилиндра с распределительными окнами, установленного на валу посредством радиальных пластин, де15 лящих полость цилиндра на две равные части, и снабжен компенсатором давления, выполненным в виде двух жестко связанных между собой и подпружиненных cerMGHTHbfx перегородок, расположенных в

20 полости цилиндра по обе стороны ради2003852. 11

5 альных пластин в двух взаимно параллельных плоскостях и закрепленных на валу с возможностью перемещения вдоль его оси, при этом распределительные окна полого цилиндра расположены симметрично по обе стороны радиальных пластин, кроме того, в полости корпуса распредели-. теля потока напротив входного патрубка установлен цилиндрический отбойник, а ротор расположен между входным и выходным патрубками.

2003852

2003852

Составитель В.Белонощенко

Техред М,Моргентал Корректор Н. Кешеля

Редактор

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская нэб„4/5

Заказ 3317

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина. 101