РОТОРНЫЙ АППАРАТ Российский патент 2000 года по МПК B01F7/00 

Изобретение относится к устройствам для создания импульсных колебаний в проточной жидкой среде и может быть использовано в химической, нефтяной, машиностроительной, пищевой и других отраслях промышленности для проведения и интенсификации различных физико-химических, гидродинамических и тепломассообменных процессов.

Известен роторный аппарат, содержащий концентрично размещенные в рабочей камере ротор и статор с отверстиями на боковой поверхности, патрубки входа и выхода среды, в котором группы отверстий на внутренней поверхности статора сходятся в одно отверстие на наружной поверхности статора (А. с. N 1182720, СССР, МКИ В 01 F 7/28. Роторный аппарат). Недостатком этого аппарата является слабая турбулизация потоков жидкости внутри каналов статора.

Известно перемешивающее устройство, содержащее статор и ротор в виде набора концентричных чередующихся цилиндров с прорезями, с направляющим устройством в виде наружного цилиндра с расположенными по его периметру скрещивающимися каналами, разделенными перемычками. Направляющее устройство снабжено внутренним цилиндром с радиальными каналами в стенке и параллельными центральной оси цилиндра наружными радиальными перегородками, клинообразными перегородками, размещенными посередине скрещивающихся каналов наружного цилиндра параллельно его оси (А.с. N 1335316, СССР, МКИ В 01 F 7/28. Перемешивающее устройство). Недостатком этого устройства является слабая турбулизация потоков внутри каналов и то, что оно относится к типу погружных устройств периодического действия.

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, камеру озвучивания и привод, каждый канал статора разделяется на два, симметричных относительно радиальной оси канала, перекрещивающихся с соседними каналами, причем угол наклона каналов статора к радиальной оси α, радиусы внутренней и наружной стенки статора R_c1 и R_с2, шаг каналов статора по внутренней стенке статора находятся в соотношении: где k = 1,2,3,....

Роторный аппарат состоит из корпуса 1 с выходным патрубком 2, крышки 3 с выходным патрубком 4, цилиндрического ротора 5 с каналами 6 в боковой стенке, цилиндрического статора 7 с каналами 8 в боковой стенке, камеры озвучивания 9, образованной корпусом, крышкой и статором (фиг. 1,2,3).

На фиг. 1 изображен роторный аппарат, продольный разрез, на фиг. 2,3 - поперечный разрез роторного аппарата при k=2 и k=4 соответственно. На фиг.4 изображены развертки ротора и статора при различных k.

Принцип работы роторного аппарата заключается в следующем. Обрабатываемая среда подается через входной патрубок 4 в полость ротора 5, проходит через каналы ротора 6, каналы статора 8, камеру озвучивания 9 и выводится из аппарата через выходной патрубок 2. При вращении ротора 5 его каналы периодически совпадают с каналами статора 8. В результате этого в потоке среды генерируются упругие акустические волны, интенсифицирующие различные химико-технологические процессы. При исполнении каналов статора в виде пары расходящихся каналов от входного участка под углом α от радиальной оси они пересекаются между собой (исключая вариант при k = 1) внутри стенки статора и сходятся попарно на наружной стенке статора. При k = 1 каналы статора не пересекаются, а только сходятся. Длина стенки статора вдоль радиальной оси - ΔR = R_c2-R_c1, где: R_с1,2 - радиусы внутренней и наружной стенок статора. При этом ширина входного участка канала статора на радиусе R_с1 и ширина входного участка на радиусе R_с2 равны между собой. Пересечение каналов статора между собой и схождение их попарно на выходе в камеру озвучивания способствует развитию турбулизации потоков обрабатываемой среды, что приводит к интенсификации химико-технологических процессов.

Разность между наружным и внутренним радиусом статора ΔR, шаг каналов по хорде внутреннего радиуса b и угол отклонения расходящихся каналов от радиальной оси α находятся между собой в соотношении здесь k = 1,2,3, ... - ряд простых чисел. Взяв в качестве постоянных величин любые два параметра, можно получить ряд величин третьего параметра. Рассмотрим это положение на конкретном примере. Принимаем R_с1 = 50 мм, число каналов в статоре z= 18. Шаг каналов по внутреннему радиусу Принимаем k=1, α = 45^o, тогда
Принимаем k = 2, тогда мм и так далее.

На фиг. 4 показаны фрагменты разверток сечений ротора и статора при различных k. Как видно из рисунка, при увеличении k возрастает длина канала статора и число пересечений каналов между собой. Бесконечно увеличивать k невозможно, так как при этом возрастают габариты аппарата. Разумным требованием к длине канала статора l_с необходимо поставить равенство или кратность длины канала статора длине излучаемой волны λ. Длина волны - где f = ω•z_p/2•π частота генерируемой волны, Гц; ω - угловая скорость ротора, с^-1; z - число каналов в роторе. В этом случае в точках пересечений каналов статора образуются пучности волн. Волна, выходящая из канала статора, отражается от стенки камеры озвучивания под углом α. Если положить длину камеры озвучивания в радиальном направлении l_k= ΔR/k, то отраженная волна попадает в один из каналов статора. Таким образом, в каналах статора образуются квазистоячие волны с большой плотностью акустического поля, а это, как известно, интенсифицирует тепломассообменные и гидромеханические процессы.

Изобретение относится к устройствам для создания импульсных колебаний в проточной жидкой среде и может использоваться в химической, нефтяной, машиностроительной, пищевой промышленности. Аппарат содержит корпус с патрубками входа и выхода среды, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках, камеру озвучивания и привод. Каждый канал статора разделен на два симметричных относительно радиальной оси канала, перекрещивающихся с соседними каналами. Угол наклона каналов статора к радиальной оси, радиусы внутренней и наружной стенок статора, шаг каналов статора находятся в определенном соотношении. Технический результат состоит в интенсификации гидродинамических и тепломассообменных процессов. 4 ил.

Роторный аппарат, содержащий корпус с патрубками входа и выхода среды, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках, камеру озвучивания и привод, отличающийся тем, что каждый канал статора разделяется на два симметричных относительно радиальной оси канала, перекрещивающихся с соседними каналами, причем угол наклона каналов статора к радиальной оси α, радиусы внутренней и наружной стенок статора R_c1 и R_c2, шаг каналов статора по внутренней стенке статора b находятся в соотношении

где k = 1, 2, 3, ...