Кавитатор Советский патент 1990 года по МПК B01F5/16 

Изобретение относится к химическому и сельскохозяйственному машиностроению, в частности к оборудованию по производству и применению химических средств защиты растений с использованием метода гидроакустического воздействия на гетерогенные рабочие среды.

Изобретение может быть использовано для эт льгирования, диспергирования, гомогенизации смешивающихся и несмешивающихся жидкостей с газом, жидкостей с порошкообразными веществами, а также для гомогенизации других более сложных гетерогенных систем в пищевой, фармацевтической, косметической, строительной и других отраслях промышленности, где требуется создание тонкодисперсных систем с высокой удепьной поверхностью внутренней фазы.

Целью изобретения является интенсификация процесса диспергирования, повышение напора производительности и надежности работы кавитатора.

На фиг.1 схематически изображен кавитатор, продольный разрез; на фиг.1 - разрез А-А на фиг.1 (схема образования жидких лопаток и на- правтение нагнетаемого ими потока); на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.1 (расположение выходных каналов и наклонных щелевых выходных каналов в рото-„ ре, где

Vk - радиальная скорость потока; V - тангенциальная скорость потока;абсолютная скорость потока;

V ft U) угол взаимодействия жидких лопаток со стенками кавитатора; угловая скорей т ь вращения рото- Ра ),

сл

со сл

О5 О 00

а фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1 расположение входных каналов в под- ижной перегородке); на фиг.5 - схеа движения потоков в кавитаторе.

Кавитатор состоит из емкости 1, в онном штуцере 2 которой расположены олый ротор 3, смонтированный на приодном валу 4, и подвижная в осевом

проточка крышка 6 Для обес го зазор торцами родкой 5 жимается Кавит

аправлении перегородка 5, закреплен- д образом.

При в тательны кость, н точке 19 робежных вается и левые вы и на сте поступае про.точку и в коль чает от импульс к перифе тока. Од клонные в виде п ра 2 и в 3, нагне ми дина вход в к 12 и 19. каналам каналам ральной левые на емкости ростью ч лы 16, в ток 17, емкости временно 1 в осев Образующ рушается рости по лопатки ции. I

ная от вращения относительно крышки 6 штифтом 7 и поджимаемая к ротору 3 тарельчатой пружиной 8. Подвижная перегородка 5 имеет входные каналы 9, переточные каналы 10 и направляющие перегородки 11, смонтированные в кольцевой проточке 12. Ротор 3 снабжен центральной монтлруемо-де- монтируемой трубкой 13, переточно- выходными каналами 14 и щелевыми выходными каналами 15, расположенными наклонно к оси ротора (фиг.2) и тангенциально к поверхности рото- ра (фиг.З) или радиально (фиг.1), что менее предпочтительно с точки зрения эффективности, но зато технологичнее. Центральная монтируемо- демонтируемая труба 13 снабжена щелевыми наклонными каналами 16, формирующими жидкие лопатки 17 первой ступени нагнетания ротора 3. Ротор 3 снабжен внутренними нагнетательными лопатками 18, смонтированными в кольцевой проточке 19 и выполняющими в паре с направляющими перегородками 11 роль вихревого насоса и рабочих органов ротора и статора, обеспечивающих преимущественно механическое нагнетание и диспергирование. Гидроакустическое нагнетание и диспергирование выполняют первая ступень нагнетания ротора 3, состоящая из жидких лопаток 17, и вторая ступень нагнетания ротора 3, состоящая из жидких лопаток 20, оформленных щелевыми выходными каналами 15 и динамическим напором жидкости.

В месте формирования жидких лопаток 17 емкость 1 должна иметь вогнутую форму для образования зоны циркуляции с минимальными гидравлическими потерями (фиг.5).

В месте формирования жидких лопаток 20 штуцер 2 должен иметь выпукло-вогнутую форму для отбоя жидких лопаток и эжектирования нагнетаемой ими среды во входные каналы 9 и далее во внутреннюю полость, образованную кольцевыми

проточками 12 и .19. С этой же целью крышка 6 снабжена обтекателем 21. Для обеспечения минимального осевого зазора (вплоть до нуля) между торцами ротора 3 и подвижной перегородкой 5 последняя в работе поджимается тарельчатой пружиной 8. Кавитатор работает следующим

образом.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

При вращении ротора 3 его нагнетательные лопатки 18 увлекают жидкость, находящуюся в кольцевой проточке 19, во вращение. За счет центробежных сил часть жидкости выбрасывается из ротора через наклонные щелевые выходные каналы 15 в полость и на стенки штуцера 2. Другая часть поступает на циркуляцию в кольцевую про.точку 12 подвижной перегородки 5 и в кольцевую проточку 19, где получает от лопаток 18 дополнительный импульс давления, снова отбрасывается к периферии и разделяется на два потока. Один поток вытекает через наклонные щелевые выходные каналы 15 в виде плоских струй в полость штуцера 2 и вращается вместе с ротором 3, нагнетая жидкость своими жесткими динамическими поверхностями на вход в каналы 9 и в полости проточек 12 и 19. Другой поток по переточным каналам 10 и переточно-выходным каналам 14 поступает во внутрь центральной трубы 13, а из нее через щелевые наклонные каналы 16 - в полость емкости 1. Вытекая с высокой скоростью через щелевые наклонные каналы 16, в виде плоских жидких лопаток 17, поток нагнетает жидкость из емкости 1 в полость штуцера 2 и одновременно увлекает жидкость в емкости 1 в осевую и круговую циркуляцию. Образующаяся в емкости 1 воронка разрушается радиальной составляющей скорости потока, формирующего жидкие лопатки 17, и за счет осевой циркуляции. I

Регулируя высоту выступа центральной трубы 13 над торцом штуцера 2, регулируют степень нагнетания первой гидроакустической ступени ротора 3. Если в емкость 1 загрузить порошкообразные компоненты, то они вместе - с жидкостью поступят во внутреннюю полость ротора 3, где подвергнутся механическому разрушению при ударах о направляющие перегородки 11 и в осевых зазорах между ними и нагнетательными лопатками 18 ротора 3. Из ротора 3 смесь под действием центробежных сил выбрасывается через щелевые наклонные выходные каналы 15 в полость штуцера 2 и по системе каналов 10-14-16 - в полость емкости 1. Вытекая с высокой скоростью через щелевые выходные каналы в полость штуцера 2 и в емкость 1 , стру кавитирует, а при взаимодействии с выпукло-вогнутыми стенками штуцера 2 резко изменяет свое направление, возбуждает ударные нагрузки, упругие колебания и кавитационные явления, интенсифицирующие процесс. При вращении жидких лопаток в них и за ними образуются кавитационные каверны по всему сечению емкости. Диспергируемое вещество поступает в каверны за счет низкого давления в них. При смыкании каверн образуются поля микропузырьков. При схлопывании микропузырьков образуются кумулятивные микроструи со скоростями до 1000 м/с и ударными местными давлениями до 1000 МПа, которые оказывают размалывающее, перемешивающее, растворяющее микрокинетическое воздействие на обрабатываемые компоненты.

При воздействии на обрабатываемые вещества жестких поверхностей вращающихся жидких лопаток происходит макрокинетическое турбулентное перемешивание, эжектирование и нагнетание смеси.

Если круговое вращение рабочей среды в емкости 1 нежелательно, то кавитатор пускают в работу без центральной трубы 13. В этом случае обработанный в роторе 3 продукт вытекает с высокой скоростью через пере точно-вьгходные каналы 14 непосредственно в емкости 1 и создает в ней вертикальную циркуляцию в виде торо- образных вихрей.

Скорость истечения струй, формирующих жидкие нагнетательные лопатки 17 и 20, должна быть в пределах 20- 80 м/с, предпочтительно 50 м/с, так как при этом получаются минимальные энергетические затраты при хорошей интенсивности диспергирования, степени гомогенизации и высокой производительности .

При скорости менее 20 м/с жидкие лопатки плохо нагнетают. Весь эффект

0

5

складывается в основном не за счет нагнетания, а за счет эжекцин потока из емкости 1 в полость ротора 3. При скоростях более 80 м/с жидкие лопатки работают как металлические, однако износ, энергозатраты и габариты кавитатора при этом резко возрастают.

Угол взаимодействия р жидких лопаток с выпукло-вогнутой поверхностью штуцера 2 должны быть в пределах 150-170° , так как при этом значении угла / кавитацнонное поле локализуется в замкнутое пространство с возможно минимальной поверхностью.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в повышении диспергирующей способности кавитатора, в повышении степени гомогенизации, напора, производительности, в уменьшении износа рабочих органов, в прощении монтажа-демонтажа кавитатора, в меньшей засоряемости кавитатора и т.п.

Формула изобретения

1. Кавитатор, включающий емкость с донным штуцером, расположенным в ее днище, полый ротор с входными осевыми и выходными щелевыми радиальными каналами, внутренней подвижней с осевом направлении перегородкой и центральной трубой, размещенной в его верхней части, отличающий- с я тем, что, с целью интенсификации процесса диспергирования, повышения напора, производительности и надежности работы кавитатора, полый ротор установлен в донном штуцере, при этом осевые входные каналы выполнены в подвижной перегородке, а в центральной трубе выполнены радиальные каналы для образования наружных жидкостных лопаток из обрабатываемой среды.

2.Кавитатор по п.отличающийся тем, что донный штуцер емкости в месте расположения выходных щелевых радиальных каналов ротора выполнен выпукло-вогнутым.

3.Кавитатор по пп.1 и 2, о т

55

для образования наружных жидкостных лопаток в центральной трубе расположены в емкости у ее днища.

Изобретение может быть использовано для эмульгирования, диспергирования и гомогенизации веществ. Устройство содержит емкость 1, штуцер 2, в котором расположен полый ротор 3 с щелевыми выходными каналами 15, образующими жидкостные лопатки 20, подвижную перегородку 5, центральную трубу 13 с каналами 16 для образования жидкостных лопаток 17. Лопатки 17 и 20 образуют две ступени гидроакустического дисперпирования среды. Обрабатываемая среда в роторе 3 подвергается механическому диспергированию и затем, проходя через каналы 15 и 16, подвергается гидроакустическому диспергированию. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс диспергирования, повысить производительность и надежность работы кавитатора. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

8()

Фиг.з

Составитель Н.Ледорова

Редактор Н.Горват Техред л.Сердюкова Корректор М.Максимишинец

Заказ 70

Тираж 50

Подписное

Произволе гненно-нтллте

д- , .4. ,..

ком;пега по изобретениям иоткрытиям при ГКНТ СССР 1 13035 /с

;u,t4 иг комбинат Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина, 101

ВНИИПИ Государственно ...... - наб., д. 4/5

Фиг. 5

Подписное