ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ МНОГОРЯДНЫЙ РОТОРНО-ИМПУЛЬСНЫЙ АППАРАТ Российский патент 2002 года по МПК B06B1/20 

Изобретение относится к гидромеханическим роторно-статорным аппаратам и касается вопросов создания оборудования, обеспечивающего генерацию импульсов давления с высокой частотой следования. Роторно-импульсный аппарат применяется для интенсификации технологических процессов, таких, как растворение, диспергирование, эмульгирование, гомогенизация, преимущественно в химической, парфюмерной, фармацевтической, пищевой, горнодобывающей промышленности, в машиностроении.

Известен роторно-импульсный аппарат, представляющий собой роторный гидродинамический излучатель акустических колебаний в жидкой среде, содержащий корпус с кольцевой рабочей камерой, установленные в нем концентрично выполненные в виде тел вращения статор и ротор с зазором между ними [см., например, а.с. SU 1296233, МКИ В 06 В 1/20, опублик. 15.03.87, бюл. 10].

Известно устройство для создания акустических колебаний в жидкой проточной среде, содержащее ротор и статор с несколькими рядами отверстий, причем количество отверстий в каждом из рядов выбрано из соотношения n/(n+a), где n - число промежутков между совпадающими щелями ротора и статора в ряду щелей статора; n, a - целые положительные числа (а.с. SU 1296234, МКИ В 1/20, 1987).

Известна динамическая сирена, имеющая ротор и статор, выполненные в виде тел вращения и снабженные отверстиями, расположенными по образующей, а в роторе сдвинуты по дуге его внешней поверхности на постоянную величину (а.с. SU 732026, МКИ В 06 В 1/20, 1988).

Недостатком известных устройств является недостаточная обоснованность величины смещения каналов ротора одного ряда относительно другого, что приводит к смещению фаз излучаемой волны в произвольном виде, взаимному наложению волн и снижению их амплитуды.

В задачу изобретения входит повышение эффективности работы аппарата при обработке жидкостей.

Поставленная задача решается при достижении технического результата, заключающегося в увеличении частоты генерируемых импульсов давления за счет увеличения количества рядов каналов в роторе и статоре с соответствующим сдвигом каналов в рядах.

Заявленный технический результат достигается в высокочастотном многорядном роторно-импульсном аппарате, содержащем корпус с кольцевой рабочей камерой, установленные в корпусе концентрично с зазором, выполненные в виде тел вращения полые статор и ротор, в боковых стенках которых выполнены сквозные каналы, расположенные рядами с количеством рядов не менее одного, при этом каналы ротора и статора выполнены таким образом, что в положении, когда каналы первого ряда ротора совмещены с каналами первого ряда статора, каналы других рядов ротора сдвинуты в окружном направлении относительно каналов соответствующих рядов статора на величину, определяемую из соотношения:
d_n=0,1•K₁•a•(n-1),
где d_n - сдвиг в окружном направлении каналов ротора в ряду с номером n относительно каналов статора в ряду с номером n при таком расположении ротора и статора, когда каналы первого ряда ротора и статора совмещены; а - ширина канала; коэффициент K₁ выбирается из диапазона 0,9<K₁<1,1.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид роторно-импульсного аппарата, продольный разрез; на фиг.2 показана часть развертки боковой поверхности ротора и статора; на фиг.3 показан импульс давления, генерируемый в аппарате.

Высокочастотный многорядный роторно-импульсный аппарат содержит корпус 1 с кольцевой рабочей камерой 2, установленные в корпусе 1 концентрично с зазором 3 выполненные в виде тел вращения полые ротор 4 и статор 5, в боковой стенке ротора 4 выполнены сквозные каналы 6, в боковой стенке статора 5 выполнены сквозные каналы 7, каналы ротора и статора расположены рядами с количеством рядов не менее одного, при этом каналы 6 ротора 4 и каналы 7 статора 5 выполнены таким образом, что в положении, когда каналы 6 первого ряда ротора 4 совмещены с каналами 7 первого ряда статора 5, каналы 6 других рядов ротора 4 сдвинуты в окружном направлении относительно каналов 7 соответствующих рядов статора 5 на величину, определяемую из соотношения:
d_n=0,1•K₁•a•(n-1),
где d_n - сдвиг в окружном направлении каналов ротора в ряду с номером n относительно каналов статора в ряду с номером n при таком расположении ротора и статора, когда каналы первого ряда ротора и статора совмещены; а - ширина канала; коэффициент K₁ выбирается из диапазона 0,9<K₁<1,1. При этом порядок нумерации рядов каналов произволен.

Высокочастотный многорядный роторно-импульсный аппарат работает следующим образом. Жидкая смесь подается под давлением в полость вращающегося ротора 4, далее по каналам 6 ротора 4 через зазор 3 поток жидкости поступает в канал 7 статора 5, при этом при совмещении канала ротора и ближайшего к нему в данный момент канала статора и последующем их расхождении генерируется импульс давления, форма импульса давления показана на фиг.3. Экспериментально установлено, что генерируемый каждой парой "канал ротора - канал статора" импульс давления имеет протяженную во времени положительную пологую часть и короткую и глубокую отрицательную части. Длительность отрицательной части импульса, как установлено экспериментально, при частотах вращения ротора в диапазоне 1000-3000 об/мин, давлении на входе в аппарат 3-10 атм и при выполнении ротора аппарата с радиусом 7-15 см, составляет долю от всей длительности генерируемого импульса, равную 0,2•К₁ (величина К₁ в зависимости от параметров аппарата и режима его работы равна числу, лежащему в диапазоне: 0,9<K₁<1,1. Так как длительность импульса пропорциональна величине, равной удвоенной ширине канала - величине 2а, то для разделения во времени отдельных импульсов от разных рядов аппарата минимальный сдвиг в окружном направлении составляет величину 0,1К₁•а. При этом для получения максимального количества разделенных во времени импульсов минимальное количество рядов n равно целой части числовой величины (a+b)/0,1•K₁•a. Здесь b - расстояние в окружном направлении между соседними каналами. При этом величину b необходимо выбирать в интервале, определяемом коэффициентом К₂: b=К₂•а, где К₂ выбирается из условия 1,1<К₂<1,3. Нижняя граница диапазона определена из условия эффективного торможения жидкости при расхождении каналов ротора и статора, а верхняя граница определена из условия максимизации количества каналов, а количество каналов в каждом ряду определяет частоту генерируемых импульсов всем аппаратом в целом.

Так как количество рядов каналов в аппарате более одного и может достигать нескольких десятков, а каналы каждого ряда генерируют импульсы, разделенные во времени, то частота генерации импульсов давления и частота обработки (диспергирования) в предлагаемом аппарате значительно выше аналогичных параметров прототипа.

Изобретение может быть использовано при диспергировании суспензий, эмульсий, гомогенизации жидких смесей, при приготовлении растворов, рассолов и т.п., главным образом, в химической, парфюмерной, фармацевтической, пищевой, горнодобывающей промышленности, в машиностроении, строительстве.

Использование: в химической, парфюмерной, фармацевтической, пищевой, горнодобывающей, машиностроительной и других отраслях промышленности для интенсификации процессов, растворения, диспергирования, эмульгирования, гомогенизации и т.п. Сущность: каналы ротора и статора выполнены таким образом, что в положении, когда каналы первого ряда ротора совмещены с каналами первого ряда статора, каналы других рядов ротора сдвинуты в окружном направлении относительно каналов соответствующих рядов статора на величину, определяемую из заданного соотношения. Технический результат: повышение эффективности работы аппарата при обработке жидкостей за счет увеличения частоты генерируемых импульсов давления со сдвигом по фазе на определенную величину. 3 ил.

Высокочастотный многорядный роторно-импульсный аппарат, содержащий корпус с кольцевой рабочей камерой, установленные в корпусе концентрично с зазором, выполненные в виде тел вращения полые статор и ротор, в боковых стенках которых выполнены сквозные каналы, расположенные рядами с количеством рядов не менее одного, отличающийся тем, что каналы ротора и статора выполнены таким образом, что в положении, когда каналы первого ряда ротора совмещены с каналами первого ряда статора, каналы других рядов ротора сдвинуты в окружном направлении относительно каналов соответствующих рядов статора на величину, определяемую из соотношения:
d_n= 0,1•K₁•a•(n-1),
где d_n - сдвиг в окружном направлении каналов ротора в ряду с номером n относительно каналов статора в ряду с номером n при таком расположении ротора и статора, когда каналы первого ряда ротора и статора совмещены;
a - ширина канала;
коэффициент К₁ выбирается из диапазона 0,9<K₁<1,1;
количество рядов каналов n не менее целой части числовой величины (a+b)/0,1•K₁•a, где b - расстояние в окружном направлении между соседними каналами, равное b= К₂•a, где К₂ выбирается из условия 1,1<К₂<1,3.