ГЕНЕРАТОР КАВИТАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ Российский патент 2009 года по МПК B06B1/20 

Техническое решение относится к технике создания кавитационных процессов при смешивании в системах «жидкость-жидкость», «жидкость-твердое тело» и может быть использовано в различных отраслях промышленности для проведения и интенсификации различных физико-химических, гидравлических и тепло-массообменных процессов (например, для приготовления водоугольного топлива, водоуглеводородного топлива и др.)

Из уровня техники известен генератор кавитации, содержащий корпус, коаксиально установленные в нем цилиндрические ротор и статор, обращенные один к другому, поверхности которых выполнены шероховатыми и между которыми расположена рабочая камера, входной и выходной патрубки, при этом, в корпусе, в радиальном направлении, выполнены полости, сообщаемые с рабочей камерой через отверстие в статоре (а.с. №1136845, В06В 1/16).

Недостатком данного устройства является низкая кавитационная способность устройства за счет недостаточных условий возникновения устойчивой гидродинамической кавитации.

Известен генератор кавитации, содержащий корпус с патрубками для подвода и отвода обрабатываемой жидкости и размещенный в нем ротор в виде диска с лопатками, размещенными на боковых поверхностях диска в радиальном направлении. На торцах цилиндрического корпуса выполнены кольцевые выступы, при этом в роторе по периферии торцовых поверхностей также выполнены кольцевые выступы, каждый из которых расположен напротив соответствующего кольцевого выступа корпуса с образованием, при этом, щелевого зазора, в котором при прохождении обрабатываемой жидкости возникают условия для образования кавитационных процессов (а.с. №1147448, В06В 1/18).

Данное устройство характеризуется значительными энергетическими потерями, возникающими за счет дополнительного гидравлического сопротивления жидкости в зазоре между корпусом и торцами ротора, а также большими габаритами.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является роторно-импульсный аппарат, включающий корпус с входными и выходными патрубками, расположенный в корпусе ротор в виде диска с отверстиями в виде плоских прямоугольных труб и рабочими лопастями, закрепленными в радиальном направлении, и статор с отверстиями в виде расширяющихся прямоугольных плоских труб с уступом (RU, п. №2252826, В06В 1/20).

Данное устройство обеспечивает образование двух зон кавитации: от прерывания потока обрабатываемой суспензии при смещении отверстий ротора и статора и от форм и размеров отверстий ротора и статора, что приводит к интенсификации процессов эмульгации и диспергации обрабатываемой среды.

Однако существенными недостатками данного устройства являются сложность конструкции и ненадежность ввиду того, что при обработке суспензий отверстия в роторе и статоре могут забиваться твердой фракцией, что приводит к поломке устройства.

Техническим результатом данного технического решения является упрощение конструкции устройства и его технического обслуживания с повышением, при этом, надежности и эффективности работы устройства.

Технический результат достигается тем, что генератор кавитационных процессов, включающий корпус с входными и выходными патрубками, расположенный внутри корпуса ротор в виде диска с рабочими лопастями, установленными в радиальном направлении, при этом, на цилиндрической поверхности диска ротора выполнены дугообразные выемки, а рабочие лопасти ротора выполнены в виде подпружиненных пластин, размещенных в стаканах, которые установлены в радиально направленных прорезях диска ротора по переходной посадке; корпус генератора представлен в виде кожуха, стенки которого выполнены с поочередно чередующимися цилиндрическими и прямыми поверхностями, образующими с наружной цилиндрической поверхностью диска ротора рабочую камеру с различными, по длине камеры, сечениями, а в зоне границы прямой и цилиндрической поверхностей корпуса установлены силовые излучатели.

Выполнение ротора в виде диска с дугообразными выемками на его цилиндрической поверхности и корпуса в виде кожуха с поочередно чередующимися цилиндрическими и прямыми поверхностями, образующими с наружной цилиндрической поверхностью диска ротора рабочей камеры с различными сечениями, значительно упрощает конструкцию устройства, поскольку для обеспечения рабочего процесса требуется незначительное количество деталей, а следовательно, упрощает и техническое обслуживание устройства.

Кроме того, такая конструкция рабочей камеры, а также наличие силовых излучателей, установленных в зоне границы прямой и цилиндрической поверхностей стенок корпуса, способствуют обеспечению необходимых условий для возникновения устойчивой интенсивной гидродинамической кавитации, повышая тем самым эффективность работы устройства.

На чертеже дан поперечный разрез генератора.

Генератор содержит корпус 1 с входными 2 и выходными 3 патрубками. Внутри корпуса на оси 4 установлен ротор в виде диска 5 с лопастями 6, на цилиндрической поверхности которого выполнены дугообразные выемки 7, расположенные через 90°. Лопасти 6 ротора выполнены в виде подпружиненных посредством пружин 8 пластин 9, размещенных в стаканах 10 плоской формы, которые установлены в радиально направленных прорезях 11 диска 5 по переходной посадке. Прорези 11 в диске 5 выполнены, например, через 90° со смещением относительно центров дугообразных выемок 7 на 15-20°. Корпус 1 генератора представлен в виде кожуха из листа толщиной 5 мм, например, с тремя участками с цилиндрическими поверхностями, поочередно чередующимися с тремя участками с прямыми поверхностями. В нижней части корпуса выполнены крепежные лапки 12 для установки кожуха на станину (не показано). Между наружной поверхностью диска ротора и внутренней поверхностью корпуса образована рабочая камера 13 с различными, по длине камеры, сечениями, позволяющими получить разные зоны активизации кавитационного процесса: зону активной кавитации, зону схлопывания кавитационных пузырьков и зону повышенного давления. В стенке корпуса в зоне границы прямой и цилиндрической поверхностей установлены силовые излучатели 14 в виде свечей зажигания, а между входным 2 и выходным 3 патрубками размещен перекрыватель 15, состоящий из стакана 10 с размещенной в нем подпружиненной пластины 9. Перекрыватель 15 прикреплен к выходному патрубку 3 с помощью стяжки 16.

Генератор работает следующим образом.

Суспензия, например, из торфа и воды по входному патрубку 2 поступает в рабочую камеру 13. При вращении ротора от двигателя (не показан) 1440 об/мин подпружиненные пластины 9 лопастей 6 ротора за счет центробежной силы и пружины 8 прижимаются к стенке корпуса 1. При прохождении суспензии в зоне дугообразной выемки 7 и далее до уменьшения сечения рабочей камеры 13 происходит явление кавитации, при этом, силовой излучатель 14 за счет электрического разряда усиливает ее, образуя активную фазу кавитации (зона A₁). При дальнейшем прохождении суспензии в зоне одинакового сечения рабочей камеры 13 происходит схлопывание кавитационных пузырьков (зона Б₁). При схлопывании кавитационных пузырьков выделяется тепловая энергия с мощной ударной волной, под действием которой происходит разрыв сплошности жидкости. Ударные волны и кумулятивные струйки, образующиеся при схлопывании кавитационных пузырьков, обладающие высокой энергией, обеспечивают высокоэффективное эмульгирование и диспергирование твердых частиц суспензии. При прохождении суженной части рабочей камеры 13 (зона В₁) суспензия под повышенным давлением устремляется во 2-ю зону активной кавитации (зона А₂), где, как и в первой зоне А₁, за счет перепада давлений и дополнительного воздействия силового излучателя 14 происходит интенсивный процесс кавитации. Затем суспензия попадает во вторую зону Б₂ схлопывания пузырьков, где происходит дополнительный разрыв сплошности жидкости. Из зоны Б₂ суспензия попадает в зону B₁ - зону повышенного давления, из которой смесь попадает в зону А₃ - зону активной кавитации и далее в зону Б₃ - зону схлопывания кавитационных пузырьков. Из зоны Б₃ через выходной патрубок 3 жидкость поступает в емкость (не показана) для сбора готового продукта, при этом перекрыватель 15 не допускает вторичного перетекания суспензии в корпус 1. При подходе лопастей 6 ротора к перекрывателю 15 подпружиненные пластины 9 лопастей и подпружиненные пластины 9 перекрывателя 15 отталкиваются друг от друга и не препятствуют прохождению лопастей ротора. Далее цикл повторяется снова.

Изобретение относится к технике создания кавитационных процессов и может быть использовано в различных отраслях промышленности для проведения и интенсификации различных физико-химических, гидравлических и тепло-массообменных процессов. Сущность: генератор состоит из корпуса с входными и выходными патрубками и расположенного внутри корпуса ротора в виде диска с рабочими лопастями, установленными в радиальном направлении. На цилиндрической поверхности диска ротора выполнены дугообразные выемки, а рабочие лопасти выполнены в виде подпружиненных пластин. Корпус генератора представлен в виде кожуха с поочередно чередующимися цилиндрическими и прямыми поверхностями, образующими с наружной цилиндрической поверхностью диска ротора рабочую камеру с различными сечениями, позволяющими получать разные зоны активизации кавитационных процессов, а в зоне границы прямой и цилиндрической поверхностей корпуса установлены силовые излучатели для интенсификации процесса кавитации. Технический результат - упрощение конструкции устройства и его технического обслуживания, а также повышение надежности и эффективности работы устройства. 1 ил.

Генератор кавитационных процессов, включающий корпус с входными и выходными патрубками, расположенный внутри корпуса ротор в виде диска с рабочими лопастями, установленными в радиальном направлении, отличающийся тем, что на цилиндрической поверхности диска ротора выполнены дугообразные выемки, а рабочие лопасти ротора выполнены в виде подпружиненных пластин, размещенных в стаканах, которые установлены в радиально-направленных прорезях диска ротора по переходной посадке; корпус генератора представлен в виде кожуха, стенки которого выполнены с поочередно чередующимися цилиндрическими и прямыми поверхностями, образующими с наружной цилиндрической поверхностью диска ротора рабочую камеру с различными по длине камеры сечениями, а в зоне границы прямой и цилиндрической поверхностей корпуса установлены силовые излучатели.