Роторный аппарат Советский патент 1992 года по МПК B01F7/28 

Изобретение относится к устройствам для интенсивной обработки жидких сред и может быть использовано в химической, нефтяной, машиностроительной, биологической и других отраслях народного хозяйства для проведения и интенсификации различных физико-химических, биологических и тепломассообменных процессов в системах жидкость - жидкость.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для физико-химической обработки среды, содержащее корпус с крышкой, установленные в корпусе и имеющие на рабочих поверхностях отверстия статор и полый ротор, установленный на валу со шнеком, конический кольцевой канал, образованный рабочими поверхностями статора и крышки, а также патрубок для отвода среды, выполненный в виде сопла Лаваля и входной патрубок. К недостаткам этого устройства надо отнести малое время обработки среды в устройстве и невысокая турбулизация потока.

Цель изобретения - интенсификация процессов эмульгирования и тепломассообмена.

Поставленная цель достигается тем, что в роторном аппарате, содержащем корпус с патрубками подвода и отвода обрабатываемой среды, внутри которого размещены ротор и статор, выполненный в виде конуса, на наружной поверхности которого выполнены специальные выступы с шагом, уменьшающимся в сторону вершины конуса, сужающийся кольцевой канал, образованный наружной поверхностью статора и внутренней поверхностью корпуса, на которой выполнены спиральные канавки с шагом, уменьшающимся в сторону сужения и равным шагу выступов статора.

При анализе известных технических решений не обнаружены решения, имеющие признаки, сходные с совокупностью отличительных признаков предлагаемого изобретения.

На основании проведенного анализа можно сделать вывод, что заявляемое тех-ч VI

со

4 О

ч

ническое решение обладает существенными отличиями,

На чертеже изображен роторный аппарат,

Роторный аппарат содержит корпус 1 с патрубком подвода 2 и отвода 3 среды, со- осно расположенные в нем ротор 4 с каналами 5 и статор 6 с каналами 7,

На внутреннем конусе кольцевого сужающегося канала 8 выполнены спиральные выступы 9, шаг которых уменьшается в сторону вершины конуса, а на наружном конусе кольцевого сужающегося канала 8 - идентичные спиральным выступам 9 сгш- ральные канавки 10.

Роторный аппарат работает следующим образом. Обрабатываемая среда под давлением поступает через входной патрубок 2,проходит через каналы ротора 5, каналы статора 7, сужающийся кольцевой канал 8 и выводится из аппарата через выходной патрубок 3. При вращении ротора 4 происходит периодическое перекрытие и совпадение каналов ротора 5 с каналами статора 7. Вследствие этого в обрабатываемой среде генерируются пульсации давления и скорости потока, которые инициируют акустическую и гидродинамическую кавитацию, Спиральные выступы 9 и спиральные канавки 10 способствуют турбулизации среды. Спедул закону сохранения энергии жидкость стремится пройти конический кольцевой качал по наименьшему пути. Однако этому препятствует спиральна навив- ка, что приводит к повышению сдвиговых усилий в потоке, срыву вихрей при обтеча- нии верхней части потока среды спиральной навивки и его турбулизации.

Кроме повышения скорости истечения, вследствие уменьшения проходного сечения конического кольцевого канала 8 ссоро- сть потока также увеличивается из-за уменьшения шага спиральных выступов 9, так как расстояние между соседними витками уменьшается по мера уменьшения диаметра конуса.

При увеличении скорости потока его турбулизация увеличивается, что интенсифицирует процесс теплоотдачи стенкзм сужающегося кольцевого канала 8.

Известно, что при увеличении скорости потока давление в нем падает, з увеличение перепада давлений благоприятно сказывается на процессе развития кавитации, как акустический, так и гидродинамической.

Закрученный, вихреобразный поток вырывается из кольцевого сужающегося канала 8 и распыляется в выходном патрубке 3. Практически, выходной участок сужающегося кольцевого канала 8 работает, как форсунка, из-за сильной завихренности потока

и срыва с острых кромок, Кроме того, при срыве с острых кромок и при резком изменении проходного сечения, в выходном патрубке 3 развивается интенсивная гидродинамическая кавитация. Общее падение

статического давления за счет увеличения пути, пройденного потоком жидкости, и ее турбулизацию, как уже отмечено в прототипе, после воздействия акустическим полем, способствует эффективности процесса кавитации. Образовавшиеся кавитационные пузырьки выносятся в выходной патрубок 3 и там схлопываются, так как проходное сечение патрубка 3 больше, чем проходное сечение выходной части сужающегося кольцевого канала 8, вследствие чего скорость потока падает и давление в выходном патрубке 3 увеличивается.

Турбулизация потока и интенсивная акустическая и гидродинамическая кавитация существенно интенсифицирует процессы массообмена и эмульгирования. Кавитационные пузырьки в процессе схло- пывания и пульсаций, а также турбулентные пульсации скорости способствуют уменьшению диффузионного слоя, развивают поверхность фазового контакта при пооведении массообменных процессов. При эмульгировании несмешивающихся жидкостей мелкомасштабные пульсации

скорости и давления при развитой кавитации и турбулентности потока открывают капельки от диспергируемой жидкости, способствуют их дроблению и равномерному распределению по всему объему.

Формула изобретения

Роторный аппарат, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода обрабатываемой среды внутри которого размещены ротор и статор с сужающимся кольцевым

хаиалом постоянной ширины, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процессов эмульгирования и тепломассообмена, статор выполнен в виде конуса, на наружной поверхности которого выполнены

спиральные выступы с шагом, уменьшающимся в сторону вершины конуса, а сужающийся кольцевой канал образован между наружной поверхностью статора и внутренней поверхностью корпуса, на которой выполнены спиральные канавки с шагом, уменьшающимся в сторону сужения и равным шагу выступов статора.

Использование: обработка жидких сред. Сущность изобретения: роторный аппарат содержит патрубки подвода и отвода, ротор и статор с сужающимся кольцевым каналом постоянной ширины. Статор выполнен в виде конуса. На наружной поверхности конуса выполнены спиральные выступы с шагом, уменьшающимся в сторону вершины конуса. Сужающийся кольцевой канал образован между наружной поверхностью статора и внутренней поверхностью корпуса. На внутренней поверхности корпуса выполнены спиральные канавки с шагом, уменьшающимся в сторону сужения и равным шагу выступов статора. 1 ил.