КАВИТАЦИОННЫЙ РЕАКТОР
CAVITATION REACTOR

Изобретение относится к конструкциям роторных кавитационных реакторов, которые могут быть использованы в автономных замкнутых системах для теплоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий, а также для обеззараживания, гомогенизации и нагрева жидкостей в технологических системах.
Известен роторный кавитационный реактор, содержащий корпус, имеющий полостную структуру с патрубками подвода и отвода жидкости, расположенные внутри полостной структуры корпуса, ротор в виде центробежного колеса и статор, имеющие совмещаемые при вращении ротора отверстия, выполненные в виде коноидальных насадков, причем центробежное колесо выполнено двухпоточным, коноидальные насадки ротора выполнены сужающимися в сторону статора, а насадки последнего выполнены внезапно расширяющимися с переходом в конические с углом расширения 90° (см. патент РФ №2160417, заявл. 29.05.1998, опубл. 10.12.2000, по кл. F24J 3/00, F25B 30/00).
Признаки: наличие корпуса с патрубками подвода и отвода жидкости, выполнение корпуса в виде полостной структуры, размещение внутри полостной структуры корпуса ротора и статора, выполнение ротора в виде центробежного колеса, наличие в роторе и статоре отверстий, совмещаемых при вращении ротора, являются общими существенными признаками заявляемого и известного технических решений.
Недостатком данного кавитационного реактора является то, что он не позволяет улучшить условия для гидродинамической кавитации, так как не обеспечивает возможность регулирования колебаний жидкости для усиления резонанса в зоне кавитации.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому (прототипом) является роторный кавитационный реактор, содержащий корпус, имеющий полостную структуру с патрубками подвода и отвода жидкости, размещенные в полостной структуре корпуса параллельно статор и ротор, имеющие совмещаемые при вращении ротора отверстия для прохода жидкости, статор соединен с корпусом, а ротор выполнен в виде центробежного колеса и закреплен на вращающемся валу, причем статор и ротор установлены с возможностью относительного перемещения вдоль оси вращения ротора (см. описание полезной модели к патенту России №49608, заявл. 16.06.2005, опубл. 27.11.2005, по кл. F24J 3/00).
Наличие корпуса, имеющего полостную структуру заданной геометрии, наличие в корпусе впускного и выпускного патрубков и размещение внутри полостной структуры корпуса статора и ротора, наличие жесткой связи статора с корпусом, выполнение ротора в виде центробежного колеса, установленного на вращающемся валу и наличие в роторе и статоре отверстий, совмещаемых при вращении ротора, являются общими существенными признаками заявляемого и известного технических решений.
Недостатком известного устройства является то, что оно также не позволяет усилить резонансные колебания жидкости в кавитационном поле, что значительно снижает качество ее обработки.
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение состоит в том, чтобы усилить резонансные колебания жидкости в кавитационном поле и за счет этого повысить эффективность ее обработки.
Поставленная задача решается тем, что в роторном кавитационном реакторе, содержащем корпус, имеющий полостную структуру с патрубками подвода и отвода жидкости, размещенные в полостной структуре корпуса параллельно статор и ротор, имеющие совмещаемые при вращении ротора отверстия для прохода жидкости, статор соединен с корпусом, а ротор выполнен в виде центробежного колеса и закреплен на вращающемся валу, согласно изобретению, на валу ротора дополнительно установлена с возможностью наклона относительно вертикальной плоскости косая шайба, причем статор расположен между ротором и косой шайбой.
Косая шайба на валу ротора установлена с возможностью регулирования наклона относительно вертикальной плоскости.
Наличие на вращающемся валу ротора косой шайбы с возможностью наклона относительно вертикальной плоскости и расположение статора между ротором и косой шайбой являются существенными признаками, отличающими заявляемое изобретение от его ближайшего аналога.
Эти отличительные признаки в совокупности с известными позволяют воздействовать на обрабатываемую жидкость кавитационным полем в резонансном режиме и, тем самым, значительно повысить качество обработки.
В дальнейшем сущность изобретения поясняется описанием его конструкции и чертежом, на котором схематично изображен роторный кавитационный реактор.
Роторный кавитационный реактор содержит корпус 1, имеющий полостную структуру с патрубками подвода 2 и отвода 3 жидкости. В полостной структуре корпуса 1 размещены статор 4, жестко связанный с корпусом 1, и ротор 5, выполненный в виде центробежного колеса, установленного на валу 6. На шаровой опоре 7 вала 6 с возможностью наклона относительно вертикальной плоскости и фиксации в таком положении установлена косая шайба 8. Фиксация косой шайбы 8 на валу 6 может быть выполнена, например, с помощью болтового соединения 9. Статор 4 и ротор 5 имеют соответствующие отверстия 10 и 11 для прохода жидкости, совмещаемые при вращении ротора 5, причем диаметр отверстий 10 статора 4 больше диаметра отверстий 11 ротора 5.
Роторный кавитационный реактор работает следующим образом.
Ротор 4 в виде центробежного колеса, выполняющего роль насоса, вращаясь, воздействует лопатками на жидкость, отбрасывая ее к периферийной части. Далее жидкость под давлением с высокой скоростью проходит через отверстия 11 ротора, разделяясь на струи.
За счет вращения ротора 4 отверстия 11 периодически перекрываются боковыми стенками статора 4 или совмещаются с отверстиями 10. В момент перекрытия отверстий 11 ротора 5 боковыми стенками статора 4 происходит резкое повышение давления - прямой гидравлический удар, а в момент совмещения отверстий 11 ротора 5 и отверстий 10 статора 4 происходит резкое снижение давления и часть энергии жидкости переходит в тепловую энергию.
В момент совмещения отверстий жидкость, получившая высокую кинетическую энергию, попадает в отверстия 10 статора 4, где происходит резкое повышение давления и падение скорости жидкости, так как диаметр отверстий 10 статора 4 больше диаметра отверстий 11 ротора 5. При достижении величины давления насыщенных паров жидкость вскипает с образованием микропузырьков (коверн). Перемещаясь в потоке и разрушаясь, каверны образуют пульсирующее поле кавитационных пузырьков. Одновременно пульсирующие колебания жидкости создаются вращающейся косой шайбой 8, что дополнительно создает и усиливает резонансные колебания. В результате образуется большое количество новых кавитационных пузырьков значительных размеров. На выходе давление существенно увеличивается и происходит схлопывание групп пузырьков, способствующее образованию сильного резонансного кавитационного поля. Получение максимального резонансного кавитационного поля добиваются за счет изменения положения косой шайбы 8 относительно вертикальной плоскости и фиксации ее на шаровой опоре 7 вала 6 с помощью, например, болтового соединения 9.
Создание дополнительных колебаний жидкости в кавитационном поле с помощью косой шайбы способствует созданию сильных резонансных колебаний и усилению кавитации в потоке жидкости, что позволяет значительно повысить эффективность ее обработки.