RU2424047C2

RU2424047C2 - Rotor-type apparatus

Info

Publication number: RU2424047C2
Application number: RU2009131387/05A
Authority: RU
Inventors: Станислав Александрович Нагорнов (RU); Станислав Александрович Нагорнов; Виктор Михайлович Червяков (RU); Виктор Михайлович Червяков; Роман Владимирович Фокин (RU); Роман Владимирович Фокин; Александр Иванович Четырин (RU); Александр Иванович Четырин; Константин Сергеевич Малахов (RU); Константин Сергеевич Малахов
Priority date: 2009-08-18
Filing date: 2009-08-18
Publication date: 2011-07-20
Also published as: RU2009131387A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to generators of pulsed oscillations in fluids and may be used for emulsification, absorption etc in "fluid-fluid" systems. Rotor-type apparatus comprises casing with intake and discharge branch pipes to accommodate rotor and stator with channels in cylinder lateral walls arranged concentrically, and insonify chamber. Stator channels represent two sections. Inlet channel is made up of flat confuser while outlet section makes flat constant-section slit. Cavitation rods are arranged inside said flat slit.

EFFECT: higher intensity of hydrodynamic cavitation.

2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для создания импульсных колебаний в проточной жидкой среде и может быть использовано для проведения процессов эмульгирования, абсорбции и других в системах жидкость - жидкость.The invention relates to devices for creating pulsed oscillations in a flowing liquid medium and can be used to carry out processes of emulsification, absorption and others in liquid-liquid systems.

Известен струйный гидродинамический излучатель акустических колебаний, содержащий корпус и соосные ротор и статор в виде тел вращения с отверстиями в их боковых стенках (RU 2156665 C1 B06B 1/20, 1999 г.). Отверстия статора выполнены с двумя участками разного сечения с выходным сечением отверстия, меньшим чем входное сечение. Участки отверстия ротора плавно сопряжены. Недостаток конструкции - низкая интенсивность кавитационной обработки среды в отверстиях статора, так как кавитация возбуждается в основном только за счет их перекрывания.Known jet hydrodynamic emitter of acoustic vibrations, comprising a housing and coaxial rotor and stator in the form of bodies of revolution with holes in their side walls (RU 2156665 C1 B06B 1/20, 1999). The stator holes are made with two sections of different sections with an outlet section of the hole smaller than the inlet section. The rotor hole portions are smoothly mated. The design drawback is the low intensity of cavitation treatment of the medium in the stator openings, since cavitation is excited mainly due to their overlap.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по получаемому эффекту является роторный аппарат, содержащий корпус с патрубками входа и выхода среды, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках цилиндров, камеру озвучивания. В канале статора установлены один или несколько кавитирующих вертикальных или горизонтальных, или чередующихся вертикальных и горизонтальных стержней (RU 2225250 С2 В01F 7/28, 2002 г.). Недостатком конструкции является недостаточная скорость в канале статора, вследствие чего гидродинамическая кавитация, вызываемая установленными стержнями, невелика.Closest to the proposed invention according to the obtained effect is a rotor apparatus comprising a housing with medium inlet and outlet nozzles, a rotor and a stator concentrically mounted in it with channels in the side walls of the cylinders, a sounding chamber. In the stator channel one or more cavitating vertical or horizontal, or alternating vertical and horizontal rods are installed (RU 2225250 C2 B01F 7/28, 2002). The design drawback is the insufficient speed in the stator channel, as a result of which the hydrodynamic cavitation caused by the installed rods is small.

Техническая задача изобретения - увеличение интенсивности гидродинамической кавитации.The technical task of the invention is to increase the intensity of hydrodynamic cavitation.

Поставленная техническая задача изобретения достигается тем, что в роторном аппарате, содержащем корпус с патрубками входа и выхода среды, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках цилиндров, один или несколько кавитирующих стержней, установленных в каналах статора, камеру озвучивания, согласно изобретению каналы статора представляют собой два участка, причем входной участок выполнен в виде плоского конфузора, а выходной участок - в виде плоской щели постоянного поперечного сечения, кавитирующие стержни установлены в плоской щели.The object of the invention is achieved in that in a rotary apparatus comprising a housing with medium inlet and outlet nozzles, a rotor and a stator concentrically mounted in it with channels in the side walls of the cylinders, one or more cavitating rods installed in the stator channels, a sounding chamber, according to According to the invention, the stator channels are two sections, the input section being made in the form of a flat confuser, and the outlet section being in the form of a flat slit of constant cross section, cavitating erasers audio installed in a narrow gap.

На фиг.1 изображен роторный аппарат, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А фиг.1.Figure 1 shows a rotary apparatus, a longitudinal section; figure 2 is a section aa of figure 1.

Роторный аппарат содержит корпус 1 с патрубком 2 выхода среды, крышку 3 с патрубком входа 4, статор 5 с каналами 6 в боковых стенках, ротор 7 с каналами 8 в боковых стенках, камеру озвучивания 9, образованную корпусом 1, крышкой 3 и статором 5, стержни 10 в плоской щели 11 канала статора 5, соединенной с конфузором 12.The rotary apparatus comprises a housing 1 with a medium outlet 2, a cover 3 with an inlet 4, a stator 5 with channels 6 in the side walls, a rotor 7 with channels 8 in the side walls, a sounding chamber 9 formed by the housing 1, the cover 3 and the stator 5, rods 10 in a flat slit 11 of the channel of the stator 5 connected to the confuser 12.

Роторный аппарат работает следующим образом. Обрабатываемая среда поступает через патрубок 4 под давлением в полость ротора 7. Затем через каналы 8 ротора 7 и каналы 6 статора 5 проходит в камеру озвучивания 9 и выводится из аппарата через патрубок 2. При обтекании потоком жидкости стержней в канале 6 статора 5 возбуждается интенсивная гидродинамическая кавитация. Таким образом жидкая среда проходит двухступенчатую кавитационную обработку: на начальном участке канала 6 статора 5 возбуждается акустическая импульсная кавитация, причем рост давления по длине конфузора 12 способствует интенсивному схлопыванию кавитационных пузырей, а в плоской щели 11 - гидродинамическая кавитация. Это способствует интенсификации технологических процессов. В роторных аппаратах количество каналов в статоре и роторе, их геометрические размеры - ширина на дуге окружности и высота - рассчитываются с учетом следующих факторов: производительности, основной частоты, генерируемой роторным аппаратом, условиями возникновения резонанса, автоколебаний, гидравлического удара и др. Таким образом, ширина канала статора на дуге окружности внутренней поверхности ротора - величина расчетная. В случае, когда ширина канала велика для достижения требуемой скорости потока жидкой среды, возбуждающего гидродинамическую кавитацию при обтекании стержней, или для увеличения ее интенсивности, входной участок выполнен в виде плоского конфузора. В конфузоре скорость потока возрастает примерно прямо пропорционально уменьшению площади поперечного сечения, что следует из интегрального уравнения неразрывности. Увеличение скорости приводит к увеличению кавитационного облака по всему сечению плоской щели за стержнями вплоть до образования суперкаверны. Минимальная ширина плоской щели ограничивается только реальными диаметрами стержней, так как степень стеснения потока оказывает значительное влияние на закономерности процесса кавитации.The rotary apparatus operates as follows. The medium being processed enters through the nozzle 4 under pressure into the cavity of the rotor 7. Then, through the channels 8 of the rotor 7 and the channels 6 of the stator 5, it passes into the sounding chamber 9 and is removed from the apparatus through the nozzle 2. When the fluid flows around the rods in the channel 6 of the stator 5, intense hydrodynamic cavitation. Thus, the liquid medium undergoes two-stage cavitation treatment: acoustic impulse cavitation is excited in the initial section of the channel 6 of the stator 5, and the increase in pressure along the length of the confuser 12 contributes to the intensive collapse of cavitation bubbles, and hydrodynamic cavitation in the flat slit 11. This contributes to the intensification of technological processes. In rotary apparatuses, the number of channels in the stator and rotor, their geometric dimensions — width on a circular arc and height — are calculated taking into account the following factors: productivity, fundamental frequency generated by the rotary apparatus, conditions for resonance, self-oscillations, water hammer, etc. Thus, the width of the stator channel on the arc of a circle of the inner surface of the rotor is a calculated value. In the case when the channel width is large to achieve the required flow rate of the liquid medium, exciting hydrodynamic cavitation during the flow around the rods, or to increase its intensity, the inlet section is made in the form of a flat confuser. In the confuser, the flow rate increases approximately in direct proportion to the decrease in the cross-sectional area, which follows from the integral continuity equation. An increase in velocity leads to an increase in the cavitation cloud over the entire cross section of a flat gap behind the rods up to the formation of a supercavity. The minimum width of a flat slit is limited only by the actual diameters of the rods, since the degree of restriction of the flow has a significant effect on the laws of the cavitation process.

Для подтверждения эффективности предлагаемого устройства проведены эксперименты на водопроводной воде. Основная частота колебаний, генерируемая роторным аппаратом, составляла 3025 Гц. Ширина канала на используемую производительность в базовом аппарате составляла 6 мм. По предлагаемому решению конфузор имел ширину на входе в плоскую щель 4 мм. Интенсивность кавитации характеризуется величиной кавитационных импульсов давления на расстоянии ~10 мм от выхода из канала статора, которые определяли с помощью гидрофона из титаната бария. В результате исследования установлено, что амплитуда кавитационных импульсов давления возросла в среднем на 30%. Таким образом, экспериментально подтверждена эффективность предлагаемой конструкции роторного аппарата.To confirm the effectiveness of the proposed device, experiments were performed on tap water. The main oscillation frequency generated by the rotary apparatus was 3025 Hz. The channel width for the used capacity in the basic apparatus was 6 mm. According to the proposed solution, the confuser had a width at the entrance to a flat slot of 4 mm. The cavitation intensity is characterized by the value of cavitation pressure pulses at a distance of ~ 10 mm from the exit from the stator channel, which were determined using a hydrophone from barium titanate. As a result of the study, it was found that the amplitude of the cavitation pressure pulses increased by an average of 30%. Thus, experimentally confirmed the effectiveness of the proposed design of the rotary apparatus.

Claims

A rotor apparatus comprising a housing with medium inlet and outlet nozzles, a rotor and a stator concentrically mounted in it with channels in the side walls of the cylinders, one or more cavitating rods installed in the stator channels, a sounding chamber, characterized in that the stator channels are two sections moreover, the input section is made in the form of a flat confuser, and the output section is in the form of a flat slit of constant cross section, and the cavitating rods are installed in a flat slit.