Роторный аппарат Советский патент 1980 года по МПК B01F7/28 

(54) РОТОРНЫЙ АППАРАТ

1

Изобретение относится к устройствам цля соэцания акустических колебаний в проточной жидкой среде и может быть использовано в химической, нефтяной, геологической, машиностроительной, уголь ной, авиационной, пищевой и ряде других промышленностей народного хозяйства для интенсификации различных физико-химических, биологических и других процессов.

..

Известны механические роторные из. лучатели, работающие по тфинципу роторных аппаратов, содержащие ротор и статор, помешенные в рабочую камеру, с выполненными в их стенках отверстиями, кор- ,5 пус с входными и выходными патрубками, привод, уплотнительные устройства, в которых отверстия ротора скошены для того, чтобы ротор вращался от воздействия на него потока жидкости или 20 газа l .

Наиболее близким к изобретению .-по ,технической сущности и достигаемому результату является устройство, содержащее корпус с входными и выходными патрубками, концентрично установленные в нем ротор и статор с отверстиями в боковых стенках и привод fsl .

Цель изобретения - интенсификация тех нологического процесса за счет увеличения интенсивности акустических колебаний, нео&содимых для попученкя большего отрицательного импульса давления, который вызвал бы разрыв сплошности среды, т.е. возникновение акустической кавитации, которая значительно интенсифицирует проводимый технологический процесс и таким образом повышает коа фициент полезного действия аппарата.

Поставленная цель достигается тем, что передние кромки отверстий на внешней поверхности ротора и задние кромки отверстий на внутренней поверхности статора выполнены скругленными, а отверстия статора расположены под острым углом к отверстиям ротора по направлению его вращения, при этом откоше. ние ширины каждого отверстия ротора к ширине каждого отверстия статора составляет 1,2 - 10. Скругленные кромки отверстий при их от1фываниии уменьшают гидравлическое сопротивление течению жидкости, а также увеличивают время разгона жидкости в начальный момент открывания отверстий, не изменяя время закрывания их. Кромки отверстий в местах скруглений могут иметь форму параболического цилиндра, т.е. осевым сечением которого является одна ветвь параболы, или кругового. Скругление кромок отверстий и угол между осями отверстий ротора и статора уменьшают гидравлическое сопротивление с момента начала совпадения отверстий ротора и статора, а в момент закрьшания их соответственными противоположными острыми кромками отверстий ротора и статора и острый угол между Осями отверстий в роторе и статоре увеличивают гидравлическое сопротивление. Увеличение гидравлического сопротивления при закрывании отверстий необходимо для того, чтобы резко остановить текущую жидкость с большим отрицательным ускорением, т.е. ги фавлическое сопротивление потока изменяется так, чтобы в начальной фазе процесса открывания отверстия максимально увеличить положительное ускоре .ние, а Б конечной фазе процесса закрывания, отверстия максимально увеличить отр цательное ускорение жидкости. Соотношением между шириной отверсти ротора и статора определяется временем установления течения жидкости. Управление кавитационным процессом осуществляется при помощи вентилей или регулировочных кранов во входных и выходных патрубках. При обработке несколь ких быстрОреагирующих компонентов в основной входной патрубок можно цодсое- динить необходимое число дополнительных патрубков таким образом, чтобы быстрореагирующие компоненты в необходимых количествах не перемешиваясь поступали в полость ротора, где они быстро перемешиваются. На фиг. I изображен роторный аппарат разрез по оси вращения ротора; на фиг. вид А на фиг. 1;на 4«r. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2j-Ha фиг, 4 - показаны отверсти ротора и статора в начальный момент их совмещения на фиг. 5 - то же, в момен перекрывания отверстий статора на фиг. 6 показана зависимость произведения амплитуды кавитационных импульсов давления на среднее время нахождения жицкости в отверстиях статора -от отноше- ния ширины отверстия ротора к ширине от верстия статора при значениях критерия гомохронности Hj : 1 - Ю, 2 - 20, 3-5. Роторный аппарат содержит корпус I, крышку 2 с выходным патрубком 3, цилиндрический или конический статор 4 с отверстиями 5 в боковой стенке, имеющей а внутренней рабочей поверхности (3 лабиринтные канавки 7, патрубок ti ввода обрабатьшаемой среды, выходной патрубок 9 в корпусе I, цилиндрический или конический ротор 10 с отверстиями 11 на боковых стенках и лабиринтными канавками 12 на его внешней рабочей поверхности 13, привод 14, соединеный с ротором при помощи вала 15, Корпус 1 и статор 4 образуют камеру бработки взаимодействующих компонентов 16. Рабочие передние кромки 17 отверстий 11 ротора Ю и задние кромки 18 отверстий 5 статора 4 относйтега но оси вращения ротора скруглены по всей ьюоте отверстий. Рабочие задние кромки Ш отверстий 11 ротора 10 и передние кромки 20 отверстий 5 статора 4 по ходу вращения ротора острые не скругленные. Во входной патрубок 8 можно вставить необходимое число патрубков 21, количество которых определяется числом перемешиваемых компонентов. Входные патрубки имеют регулировочные краны 22, а выходные патрубки регулировочные краны 23. Роторный аппарат работает следующим образом-. Обрабатьшаемая среда или несколько компонентов поступают через патрубки 8 и 21 самотеком или посредством насоса в полость ротора 1О, В полости ротора поток изменяет направление движения к отверстиям 11, К моменту совпадения отверстий жидкость приходит уже в движение, причем из-за скругленных кромок 17 и 18 гидравлическое сопротивление поворота потока уменьшается, а расход жидкости возрастает е большей скоростью чем в отверстиях без скругленных кромой. Далее.при большем совпадении отверстий 11 ротора 10 н отверстий 5 статора 4 гидравлическое сопротивление уменьшается из-за наклона ОСИ 24 отверстия 5 в боковой стенке статора 4 так, что вектор скорости в Отверстиях ротора Ю и статора 4 направлен по оси соответстБ)гющего отверстия. Уменьшение гидравлического сопротивления приводит к увеличению максимального расхоаа. Для увеличения вре мени разгона жидкости отверстия 11 ротора 10 шире отверстий 5 статора 4. Их отношение зависит от соотношения скорости перекрьтания отверстий, которая определяется угловой скоростью вра щения ротора и радиальной скоростью те чения жидкости из отверстий ротора в отверстия статора, которая определяется расходом через одно отверстие, С увеличением этого отношения угол поворота оси отверстия статора относительно оси отверстия ротора возрастает. Уменьшение ширины, а соответственн и излучаемой площади отверстия статора, с оцвой стороны, увеличивает скорос истечения жидкости, а с .другой, амплиту ду nepei eHHoro давления .-.как в отверст ях статора так и в камере 16. При закрывании отверстий статора поток жидко ти, достигнув максимального значения расхода, резко перекрывается посредст.вом .острых кромок 19 и 20. Расход быстро уменьшается за время, которое меньше времени разгона жидкости. Скоростъ изменения расхода жидкости при этом отрицательная, что вьвзывает отри цательный импульс давления сопровождающийся явлением активной акустической кавитации в жидкости. Для уменьшения транзитного течения через зазор между ротором и статором при перекрытии отверстий в статоре на рабочих (боковых) поверхностях ротора и статора имеются лабиринтные .канавки 7 и 12, которые предназначены для увеличения гидр лического сопротивления течения жидкости через зазор, а это ведет к увеличению коэффициента модуляции потока и коэффициента полезного действия роторного„,- ппарата. Предлагаемые конструкции роторного и статорного аппарата позволяют значительно интенсифицировать технологически процессы, проводимые в нем за счет присутствия сильно развитой акустичес77 кой кайитации и повысить их производительность. Например, процесс растворения серы в масле, проводимый в роторном аппарате в режиме акустической кавитации протекает в 2-3 раза быстрее чем при растворении ее в обычной лопастной мешалке с подогревом до 160 С. Полученное в роторном аппарате осерненное масло, во-первых, лучше по качеству из-за уменьшения дегидрирования серы, происходящего при нагревании, а во-вторых, повышается коэффициент полезного действия аппарата из-за увеличения глгпубины модуляции потока. Кроме того, скорость процесса растворения природной соли, проводимый в рото{жом аппарате в режиме акустической кавитации повышается в 15-ЗО раз. Формула иао1Гретения Роторный аппарат, содержащий корпус, с входными и выходными патрубками, концентрично установлисные в нем р.отор и статор с отверстиями в боковых стенках и привод, отличающийся тем, что, с целью ннтенси кации техноло гического процесса за сют увеличения интенсивности акустических колебаний, передние кромки отверстий на внешней поверхности ротора и заоние кромки отверстий на внутренней иоверхности статоры выполнены скругленными, а отверстия -статора расположены под острым углом к отверстиям ротора по направлению его вршцения, при этом отношение ширины каждого отверстия ротора к ширине каждого отверстия статора составляет 1,2-10. Источники информации, прш1ятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 145850, кл, G 08 Ъ 3/06, 01.02.62. 2.Патент США N 319454О, кл. 259-7, опублик. 13.07,65. Фиг, fifs.S