РОТОРНО-ИМПУЛЬСНЫЙ НАСОС-ПАСТЕРИЗАТОР

Полезная модель относится к конструкциям насосов-теплогенераторов, которые могут быть использованы для пастеризации молока и получения жидких пищевых продуктов, в частности, для получения различных фруктовых и овощных соков, а также в автономных замкнутых системах теплоснабжения и нагрева жидкостей в технологических системах без сгорания топлива.
Известна конструкция насоса-теплогенератора (см. патент Российской Федерации RU №2160417), который имеет полый корпус с всасывающим патрубком для отвода нагретой жидкости. Внутри корпуса расположены: ротор в виде центробежного насоса с отверстиями по периферии и статор с отверстиями. Статор установлен коаксиально ротору. Отверстия ротора выполнены в виде коноидальных насадок, сужающихся в сторону статора. Отверстия статора выполнены в виде резко расширяющихся насадок с переходом в конические расходящиеся насадки с углом расширения равным 90 градусам.
Недостатком описанного насоса является отсутствие зон кавитации в отверстиях ротора, а также то, что форма отверстий статора недостаточно использует энергию транзитной струи жидкости в целях расширения зон кавитации, которые являются основными источниками тепловыделения.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является роторный насос-теплогенератор (см. патент Российской Федерации №2159901), в котором имеется полый корпус с всасывающим патрубком для подвода нагреваемой жидкости и нагнетательным патрубком для отвода жидкости. Внутри корпуса концентрично друг к другу расположены ротор и статор. В периферийной части ротора - в кольцевой насадке - отверстия выполнены в виде внешних цилиндрических насадок Вентури, а отверстия в статоре выполнены как расширяющиеся в сторону корпуса и имеют форму резко расширяющихся насадок.
К недостаткам этого роторного теплогенератора относится неполное использование энергии транзитной струи жидкости в отверстиях статора с целью образования гидродинимической кавитации, не обосновано соотношение диаметров отверстий в кольцах статора (то есть начальный диаметр и диаметр расширенного участка) с целью максимального развития кавитации в водоворотных зонах, а также тот факт, что не определена оптимальная длина расширенного участка отверстий статора по отношению к высоте уступа K=(D/2-d/2), где D - выходной диаметр отверстий, a d- входной диаметр отверстий. Кроме того, расположение отверстий в один ряд не позволяет в полной мере использовать энергию потока струи жидкости.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции роторно-импульсного насоса-пастеризатора, повышение силы гидравлического удара и степени гидродинамической кавитации, увеличение степени гомогенезации жидкости.
Для достижения указанного технического результата в роторно-импульсном насосе-пастеризаторе, содержащем корпус с патрубками для подвода и отвода жидкости, содержащем концентрично расположенные друг к другу статор и ротор, имеющие цилиндрические отверстия по периметру. Отверстия расположены в несколько рядов, а их длина больше, чем три диаметра отверстий, но меньше, чем шесть диаметров отверстий. Расположение отверстий в несколько рядов объясняется следующими обстоятельствами: если отверстия расположены в один ряд, то через отверстия пройдет только небольшая часть жидкости, и оставшаяся часть жидкости не подвергается гидравлическому удару, не происходит с ней и гидродинамической кавитации. При расположении отверстий в два ряда уже большая часть жидкости участвует в этих процессах, а при расположении отверстий в три ряда практически вся жидкость проходит через процессы гидродинамического удара и гидродинамической кавитации. Вышеупомянутые цилиндрические отверстия можно расположить в четыре, пять и более рядов, но их количество ограничивается конструкционными размерами статора и ротора, которые невозможно увеличивать безгранично.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен поперечный разрез роторно-импульсного насоса-пастеризатора, который содержит полый корпус 1, всасывающий патрубок 2, нагнетательный патрубок 3, кольцо статора 4, с отверстиями 5, кольцо ротора 6 с отверстиями 7, крыльчатку ротора 8, вал ротора 9.
На фиг.2 изображено положение кольца статора 4 и кольца ротора 6,
когда отверстия 5 и 7 соосно совмещены, и именно в этом положении происходит процесс образования зон с пониженным давлением и возникают кавитационные пузырьки.
На фиг.3 изображено положение кольца статора 4 и кольца ротора 6, когда отверстия 5 и 7 смещены, то есть находятся в таком положении, когда в роторе происходит гидравлический удар со скачком давления и схлопыванием кавитационных пузырьков, а в кольце статора схлопывание кавитационных пузырьков происходит за счет повышения статистического давления в корпусе и нагнетательном патрубке насоса.
Роторно-импульсный насос-пастеризатор работает следующим образом. Нагреваемая жидкость по всасывающему патрубку 2 поступает в кольцо ротора 6. Ротор, вращаемый валом 9, своими лопатками воздействует на жидкость, сообщая ей кинетическую энергию и направляя ее в отверстия 7. Жидкость проходит через отверстия 7, образует водоворотные зоны с пониженным давлением (см. фиг.2) и образованием в них кавитационных пузырьков. Транзитная струя жидкости насыщается этими кавитационными пузырьками.
В момент перекрытия отверстий 5 и 7 (см. фиг.3) происходит резкое повышение давления в отверстиях 5 (гидравлический удар), что способствует захлопыванию кавитационных пузырьков, а статистическим давлением, поддерживаемом в корпусе 1, обеспечивается захлопывание кавитационных пузырьков в отверстиях 7.
Выделившаяся в результате захлопывания кавитационных пузырьков энергия передается нагреваемой жидкости. Варьируя расход протекающей жидкости, изменяют соотношение давлений на входе и выходе, которые при наложении колебаний от гидравлических ударов в роторе и известной скорости вращения ротора способствует возникновению автоколебательного режима в гидравлической системе. С момента установления режима автоколебаний скорость нагрева жидкости возрастает, а потребление энергии на приводе насоса снижается.
Этот роторно-импульсный насос-пастеризатор можно применять для пастеризации молока, которое подвергается еще и процессу гомогенезации, то есть молоко достигает большей степени измельчения жировых включений, улучшая качество продукта, а также для получения фруктовых и овощных соков, обладающих высокой степенью дисперстности компонентов, составляющих эти соки. Кроме того, роторно-импульсный насос-пастеризатор может быть использован для отопления и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений.