Роторный аппарат
Владельцы патента RU 2483794:
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». Роторный аппарат содержит корпус с патрубками входа и выхода среды, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках, расположенными в два ряда друг над другом. В статоре находятся полости, представляющие собой два усеченных конуса, малые основания которых соединены цилиндром. В каждой полости соосно расположен цилиндрический кавитатор, на боковой поверхности которого находятся продольные выступы. Жидкая среда подается тангенциально в конические части полости одновременно через входные каналы первого и второго ряда статора, а канал выхода жидкости из полости расположен радиально в ее цилиндрической части. Технический результат состоит в интенсификации процесса эмульгирования. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
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».
Известно устройство для создания акустических колебаний в проточной жидкой среде, содержащее помещенные в рабочую камеру ротор и статор, с выполненными на образующей поверхности щелями, привод вращения ротора, причем щели в роторе и статоре расположены рядами и размещены в роторе друг над другом, а в статоре сдвинуты друг относительно друга на величину определяемыми соотношениями, а количество щелей в роторе в каждом ряде одинаково, но превышает количество щелей в статоре в целое число раз (А.с. СССР 495862 В06В, Бюл. 29, 1976). Цель устройства повышение рабочей частоты и интенсивности акустического поля. Недостатком данного устройство является недостаточная интенсивность кавитации в модуляторе устройства, необходимые для получения, например, высокодисперсных эмульсий.
Наиболее близким к изобретению по получаемому эффекту 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 и привод, в канале статора установлены один или несколько стержней, установленных вертикально или горизонтально. При обтекании стержней потоком жидкости в каналах статора возбуждается гидродинамическая кавитация и создаются условия для интенсификации химико-технологических процессов (Патент РФ 2225250, B01F 7/28, 7/00, 3/08, Бюл. №7, 2004). Недостатком данного устройства является недостаточная интенсивность гидродинамической кавитации в каналах статора и время пребывания в них среды, необходимые для получения высокодисперсных эмульсий.
Техническая задача изобретения - интенсификация процесса эмульгирования.
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, расположенными в два ряда друг над другом, в статоре находятся полости, представляющие собой два усеченных конуса, малые основания которых соединены цилиндром, а в каждой полости соосно расположен цилиндрический кавитатор, на боковой поверхности которого находятся продольные выступы, причем жидкая среда подается тангенциально в конические части полости одновременно через входные каналы первого и второго ряда статора, а канал выхода жидкости из полости расположен радиально в ее цилиндрической части. Угол α между образующей конусов полости статора и образующей цилиндрического кавитатора изменяется в пределах α=(2…10)°.
На фиг.1 изображен роторный аппарат, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А и Б-Б на фиг.1; на фиг.3 показано поперечное сечение полости в статоре с выходами тангенциальных каналов ввода среды.
Роторный аппарат содержит корпус 1 с патрубком 2 выхода среды, крышку 3 с патрубком входа 4, ротор 5 с каналами 6 в боковых стенках, статор 7 с каналами входа 8 в полость 9, состоящую из конических частей 10 и цилиндрической части 11, кавитатор 12 с продольными выступами на боковой поверхности, закрепленный в корпусе 1 по оси полости 9, канал выхода 13 из полости 9 статора 7, камеру озвучивания 14, образованную корпусом 1, крышкой 3 и наружной поверхностью статора 7.
Важнейшими факторами, интенсифицирующими процессы в системах «жидкость-жидкость», являются кавитация и турбулентные пульсации.
В предлагаемой конструкции реализуется двухстадийная обработка жидкой среды.
На первой стадии обработка осуществляется при периодическом перекрывании входных каналов в статоре 8 промежутками между каналами 6 ротора. В обрабатываемой жидкости генерируются знакопеременные пульсации давления, которые возбуждают интенсивную акустическую и гидродинамическую кавитацию.
На второй стадии обработки обрабатываемая среда тангенциально подается через каналы первого и второго ряда в полость 9, находящуюся в статоре. Рассмотрим процесс течения среды в полости с установленным в ней кавитатором. Конические поверхности полости 10 образуют с цилиндрическим кавитатором пространство с уменьшающимся поперечным сечением к цилиндрической части полости 11. Вследствие тангенциального ввода среды в полость, она проходит по спиральной траектории в сужающемся зазоре к выходу из полости, при этом увеличивая скорость. Продольные выступы на кавитаторе образуют по направлению закрученного течения жидкости ряд резких сужений и расширений. Скорость среды в сужениях возрастает, а в расширениях поперечного сечения потока падает, что вызывает гидродинамическую кавитацию. Гидравлические потери при прохождении сужений расширений приводят к снижению скорости среды. Этот недостаток компенсируется увеличением скорости потока за счет уменьшающегося поперечного сечения между конической частью полости и цилиндрическим кавитатором. Закрученное движение среды в коническом зазоре приводит к тому, что она многократно подвергается кавитационному воздействию, при этом также происходит интенсивная турбулизация потока.
Жидкая среда из первой и второй конической части полости попадает в ее цилиндрическую часть, где происходит дополнительное смешивание и турбулизация потоков.
В данной конструкции количество каналов в роторе в первом и втором ряду одинаково. Таким образом, весь объем обрабатываемой среды разделяется на два потока, т.е. вдвое уменьшаются объемы порций жидкости, обрабатываемые интенсивной кавитацией в рабочих объемах, и повышается эффективность аппарата. Это является одним из преимуществ заявляемой конструкции.
Угол α между образующих конусов в полости статора и образующей цилиндрического кавитатора зависит от геометрических размеров полости в статоре, высоты входных каналов в статоре и др. Для реально существующих конструкций роторных аппаратов целесообразно угол α выбирать из интервала (2…10)°.
Поперечное сечение продольных выступов кавитатора может иметь любую форму. С точки зрения технологичности изготовления кавитатор может выполняться в виде шлицевого вала. Шлицевой вал может иметь прямобочные, эвольвентные и треугольные зубья.
Таким образом, в одном корпусе аппарата осуществляется двухстадийная обработка среды, что повышает эффективность проведения процесса эмульгирования.
1. Роторный аппарат, содержащий корпус с патрубками входа и выхода среды, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках, расположенными в два ряда друг над другом, отличающийся тем, что в статоре находятся полости, представляющие собой два усеченных конуса, малые основания которых соединены цилиндром, а в каждой полости соосно расположен цилиндрический кавитатор, на боковой поверхности которого находятся продольные выступы, причем жидкая среда подается тангенциально в конические части полости одновременно через входные каналы первого и второго ряда статора, а канал выхода жидкости из полости расположен радиально в ее цилиндрической части.
2. Роторный аппарат по п.1, отличающийся тем, что угол α между образующей конусов полости статора и образующей цилиндрического кавитатора изменяется в пределах α=(2…10)°.
