РОТОРНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ АППАРАТ

Роторный импульсный аппарат относится к устройствам для создания импульсных колебаний в проточной жидкой среде и может быть использован для интенсификации процессов диспергирования, эмульгирования, гомогенизации, растворения, экстрагирования и т.п. в различных отраслях промышленности.
Известен роторно-пульсационный аппарат, содержащий корпус, внутри, которого на приводном валу установлены статоры и роторы в форме дисков с радиальными щелевыми отверстиями (SU 486769). Недостатком этого аппарата является то, что при вращении ротора центробежная сила препятствует прохождению жидкости через каналы ротора, создает дополнительное гидравлическое сопротивление.
Известен роторно-импульсный аппарат радиального типа, содержащий корпус, концентрично установленные в корпусе выполненные в виде тел вращения полые ротор и статор с зазором между ними, в боковых стенках ротора выполнены сквозные каналы с тангенциальным входом и радиальным выходом, в боковых стенках статора; выполнены тангенциальные сквозные каналы (RU 2189274). Недостатком этого аппарата является то, что исполнение каналов ротора с тангенциальным входом предназначено для конструкций роторных импульсных аппаратов только радиального типа.
Наиболее близким к заявленному устройству является роторный аппарат гидроударного действия содержащий корпус, внутри которого концентрично установлены ротор с каналами переменного сечения в боковых стенках, и статор с отверстиями в боковых стенках, оси каналов ротора наклонены и изогнуты против хода вращения ротора (RU 2033252).
Недостатком этого аппарата является то, что исполнение каналов ротора с тангенциальным входом предназначено для конструкций роторных импульсных аппаратов только радиального типа.
Техническая задача изобретения - повышение эффективности работы аппарата за счет снижения его гидравлического сопротивления и уменьшения затрат энергии на подачу жидкости в роторный импульсный аппарат.
Указанная техническая задача достигается тем, что в предлагаемой конструкции:
- роторный импульсный аппарат, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, соосно установленные в нем ротор и статор в форме дисков с радиальными каналами, расположенными по периферии дисков, радиус расположения центральной оси каналов ротора на выходе равен радиусу расположения центральной оси каналов статора, причем центральная ось каналов ротора отклонена от центральной оси ротора на угол α, величина которого выбирается из условия 0°<α<90°;
- центральная ось каналов ротора отклонена в сторону, противоположную направлению вращения, от радиального луча, перпендикулярного центральной оси ротора, на угол (3, величина которого выбирается из условия 0°<β<90°;
- форма поперечного сечения каналов ротора и статора может иметь круглую, овальную или прямоугольную формы;
- центральная ось каналов ротора на выходе совпадает с центральной осью каналов статора на входе.
Данная конструкция роторного импульсного аппарата обеспечивает низкое гидравлическое сопротивление пары канал ротора - канал статора, уменьшает затраты энергии на подачу жидкости через аппарат, повышает эффективность его работы.
На фиг.1 изображен роторный импульсный аппарат. На фиг.2 показано выносное сечение зоны каналов ротора и статора. На фиг.3 показан вид А на диск ротора в области канала ротора.
Роторный импульсный аппарат содержит корпус 1, в котором установлен подшипниковый узел с валом 2. На вале 2 установлен ротор 3 в форме диска, в котором выполнены каналы 4. К корпусу 1 прикреплена крышка 5, в которой установлен статор 6 в форме диска, имеющий каналы 7. В крышке 5 установлен патрубок 8 для выхода обрабатываемой жидкости, в корпусе 1 - патрубок 9 для входа обрабатываемой жидкости.
Роторный импульсный аппарат работает следующим образом. Обрабатываемая жидкость подается под давлением чрез входной патрубок 9, проходит через каналы ротора 4, каналы статора 7 и выводится из аппарата через выходной патрубок 8. При вращении ротора 3 его каналы 4 периодически совмещаются с каналами 7 статора 6. В период времени, когда каналы ротора перекрыты стенкой статора, в полости ротора давление возрастает, а при совмещении канала ротора с каналом статора давление за короткий промежуток времени сбрасывается и в результате этого в канал статора распространяется импульс давления. При распространении в канале статора импульса избыточного давления, вслед за ним возникает область пониженного давления, так как совмещение каналов ротора и статора завершилось, и подача жидкости в канал статора происходит только за счет транзитного течения из зазора между ротором и статором. Объем жидкости, вошедший в канал статора, стремится к выходу из канала, и инерционные силы создают растягивающие напряжения в жидкости, что вызывает кавитацию. Жидкость подвергается воздействию импульсов давления, способствующих интенсификации физико-химических процессов.
Исполнение каналов ротора с наклоном под углом α к центральной оси ротора и с наклоном в сторону, противоположную направлению вращения, под углом β к радиальному лучу, перпендикулярному центральной оси ротора, способствует снижению гидравлического сопротивления при течении жидкости через канал ротора за счет уменьшения гидродинамических сил, препятствующих ее продвижению.
ц
2
3
Основной силой, препятствующей течению потока жидкости через канал ротора, является центробежная сила. Давление жидкости на входе вканал ротора, складывается из статического давления, создаваемого внешним источником давления, и центробежного давления, определяемого по формуле Эйлера P=ρ·ω·R·sinα, где ρ - плотность жидкости, кг/м; ω - угловая скорость ротора, рад/с; R - расстояние от центральной оси ротора до центральной оси на входе в канал ротора, м. Разница между давлением на выходе из канала ротора и суммарной составляющей статического давления и центробежного давления на входе в канал ротора является движущей силой для потока жидкости.
При величине угла α→90°, величина центробежного давления на входе в канал ротора стремится к максимальному значению. Следовательно, к наибольшей величине стремится движущая сила, а гидравлическое сопротивление уменьшается. Для различных конструктивных решений аппарата можно рекомендовать диапазон 0°<α<90°.
При вращении ротора жидкость проскальзывает относительно его поверхности за счет действия инерционных сил. Вектор направления действия инерционных сил для жидкости перпендикулярен радиальному лучу, исходящему от оси вращения ротора. При стремлении угла β→90°, ось канала ротора будет максимально приближаться к направлению вектора действия инерционной силы. В этом случае, сила действия инерции будет суммироваться с силами давления, и увеличивать движущую силу для потока жидкости в канале ротора. Для различных конструкций ротора аппарата можно рекомендовать диапазон 0°<β<90°.
Форма поперечного сечения каналов ротора и статора выбирается исходя из технологических возможностей их изготовления, и может быть круглой, овальной, прямоугольной или иметь профиль другой геометрической фигуры. При выборе формы поперечного сечения каналов необходимо придерживаться рекомендации о возможно наибольшей крутизне ниспадающей части графика зависимости изменения площади проходного сечения при совмещении канала ротора с каналом статора и совпадения центральной оси канала ротора на выходе с центральной осью канала статора на входе (Балабышко A.M., Зимин А.И., Ружицкий В.П. Гидромеханическое диспергирование. - М.: Наука, 1998.).