ГЕНЕРАТОР КАВИТАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ
GENERATOR OF CAVITATION PROCESSES

Техническое решение относится к технике создания кавитационных процессов при смешивании в системах «жидкость-жидкость», «жидкость-твердое тело» и может быть использовано в различных отраслях промышленности для проведения и интенсификации различных физико-химических, гидравлических и тепло-массообменных процессов (например, для приготовления водоугольного топлива, водоуглеводородного топлива и др.)
Из уровня техники известен генератор кавитации, содержащий корпус, коаксиально установленные в нем цилиндрические ротор и статор, обращенные один к другому, поверхности которых выполнены шероховатыми и между которыми расположена рабочая камера, входной и выходной патрубки, при этом, в корпусе, в радиальном направлении, выполнены полости, сообщаемые с рабочей камерой через отверстие в статоре (а.с. №1136845, В06В 1/16).
Недостатком данного устройства является низкая кавитационная способность устройства за счет недостаточных условий возникновения устойчивой гидродинамической кавитации.
Известен генератор кавитации, содержащий корпус с патрубками для подвода и отвода обрабатываемой жидкости и размещенный в нем ротор в виде диска с лопатками, размещенными на боковых поверхностях диска в радиальном направлении. На торцах цилиндрического корпуса выполнены кольцевые выступы, при этом в роторе по периферии торцовых поверхностей также выполнены кольцевые выступы, каждый из которых расположен напротив соответствующего кольцевого выступа корпуса с образованием, при этом, щелевого зазора, в котором при прохождении обрабатываемой жидкости возникают условия для образования кавитационных процессов (а.с. №1147448, В06В 1/18).
Данное устройство характеризуется значительными энергетическими потерями, возникающими за счет дополнительного гидравлического сопротивления жидкости в зазоре между корпусом и торцами ротора, а также большими габаритами.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является роторно-импульсный аппарат, включающий корпус с входными и выходными патрубками, расположенный в корпусе ротор в виде диска с отверстиями в виде плоских прямоугольных труб и рабочими лопастями, закрепленными в радиальном направлении, и статор с отверстиями в виде расширяющихся прямоугольных плоских труб с уступом (RU, п. №2252826, В06В 1/20).
Данное устройство обеспечивает образование двух зон кавитации: от прерывания потока обрабатываемой суспензии при смещении отверстий ротора и статора и от форм и размеров отверстий ротора и статора, что приводит к интенсификации процессов эмульгации и диспергации обрабатываемой среды.
Однако существенными недостатками данного устройства являются сложность конструкции и ненадежность ввиду того, что при обработке суспензий отверстия в роторе и статоре могут забиваться твердой фракцией, что приводит к поломке устройства.
Техническим результатом данного технического решения является упрощение конструкции устройства и его технического обслуживания с повышением, при этом, надежности и эффективности работы устройства.
Технический результат достигается тем, что генератор кавитационных процессов, включающий корпус с входными и выходными патрубками, расположенный внутри корпуса ротор в виде диска с рабочими лопастями, установленными в радиальном направлении, при этом, на цилиндрической поверхности диска ротора выполнены дугообразные выемки, а рабочие лопасти ротора выполнены в виде подпружиненных пластин, размещенных в стаканах, которые установлены в радиально направленных прорезях диска ротора по переходной посадке; корпус генератора представлен в виде кожуха, стенки которого выполнены с поочередно чередующимися цилиндрическими и прямыми поверхностями, образующими с наружной цилиндрической поверхностью диска ротора рабочую камеру с различными, по длине камеры, сечениями, а в зоне границы прямой и цилиндрической поверхностей корпуса установлены силовые излучатели.
Выполнение ротора в виде диска с дугообразными выемками на его цилиндрической поверхности и корпуса в виде кожуха с поочередно чередующимися цилиндрическими и прямыми поверхностями, образующими с наружной цилиндрической поверхностью диска ротора рабочей камеры с различными сечениями, значительно упрощает конструкцию устройства, поскольку для обеспечения рабочего процесса требуется незначительное количество деталей, а следовательно, упрощает и техническое обслуживание устройства.
Кроме того, такая конструкция рабочей камеры, а также наличие силовых излучателей, установленных в зоне границы прямой и цилиндрической поверхностей стенок корпуса, способствуют обеспечению необходимых условий для возникновения устойчивой интенсивной гидродинамической кавитации, повышая тем самым эффективность работы устройства.
На чертеже дан поперечный разрез генератора.
Генератор содержит корпус 1 с входными 2 и выходными 3 патрубками. Внутри корпуса на оси 4 установлен ротор в виде диска 5 с лопастями 6, на цилиндрической поверхности которого выполнены дугообразные выемки 7, расположенные через 90°. Лопасти 6 ротора выполнены в виде подпружиненных посредством пружин 8 пластин 9, размещенных в стаканах 10 плоской формы, которые установлены в радиально направленных прорезях 11 диска 5 по переходной посадке. Прорези 11 в диске 5 выполнены, например, через 90° со смещением относительно центров дугообразных выемок 7 на 15-20°. Корпус 1 генератора представлен в виде кожуха из листа толщиной 5 мм, например, с тремя участками с цилиндрическими поверхностями, поочередно чередующимися с тремя участками с прямыми поверхностями. В нижней части корпуса выполнены крепежные лапки 12 для установки кожуха на станину (не показано). Между наружной поверхностью диска ротора и внутренней поверхностью корпуса образована рабочая камера 13 с различными, по длине камеры, сечениями, позволяющими получить разные зоны активизации кавитационного процесса: зону активной кавитации, зону схлопывания кавитационных пузырьков и зону повышенного давления. В стенке корпуса в зоне границы прямой и цилиндрической поверхностей установлены силовые излучатели 14 в виде свечей зажигания, а между входным 2 и выходным 3 патрубками размещен перекрыватель 15, состоящий из стакана 10 с размещенной в нем подпружиненной пластины 9. Перекрыватель 15 прикреплен к выходному патрубку 3 с помощью стяжки 16.
Генератор работает следующим образом.
1
1
1
2
1
2
2
1
3
3
3
Суспензия, например, из торфа и воды по входному патрубку 2 поступает в рабочую камеру 13. При вращении ротора от двигателя (не показан) 1440 об/мин подпружиненные пластины 9 лопастей 6 ротора за счет центробежной силы и пружины 8 прижимаются к стенке корпуса 1. При прохождении суспензии в зоне дугообразной выемки 7 и далее до уменьшения сечения рабочей камеры 13 происходит явление кавитации, при этом, силовой излучатель 14 за счет электрического разряда усиливает ее, образуя активную фазу кавитации (зона A). При дальнейшем прохождении суспензии в зоне одинакового сечения рабочей камеры 13 происходит схлопывание кавитационных пузырьков (зона Б). При схлопывании кавитационных пузырьков выделяется тепловая энергия с мощной ударной волной, под действием которой происходит разрыв сплошности жидкости. Ударные волны и кумулятивные струйки, образующиеся при схлопывании кавитационных пузырьков, обладающие высокой энергией, обеспечивают высокоэффективное эмульгирование и диспергирование твердых частиц суспензии. При прохождении суженной части рабочей камеры 13 (зона В) суспензия под повышенным давлением устремляется во 2-ю зону активной кавитации (зона А), где, как и в первой зоне А, за счет перепада давлений и дополнительного воздействия силового излучателя 14 происходит интенсивный процесс кавитации. Затем суспензия попадает во вторую зону Б схлопывания пузырьков, где происходит дополнительный разрыв сплошности жидкости. Из зоны Б суспензия попадает в зону B - зону повышенного давления, из которой смесь попадает в зону А - зону активной кавитации и далее в зону Б - зону схлопывания кавитационных пузырьков. Из зоны Б через выходной патрубок 3 жидкость поступает в емкость (не показана) для сбора готового продукта, при этом перекрыватель 15 не допускает вторичного перетекания суспензии в корпус 1. При подходе лопастей 6 ротора к перекрывателю 15 подпружиненные пластины 9 лопастей и подпружиненные пластины 9 перекрывателя 15 отталкиваются друг от друга и не препятствуют прохождению лопастей ротора. Далее цикл повторяется снова.