УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ КАВИТАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

Полезная модель относится к технике создания кавитационных процессов и может быть использована в различных отраслях промышленности для проведения и интенсификации различных физико-химических, гидравлических процессов, нагрева и обеззараживания жидкостей, в частности, для отопления и горячего водоснабжения, для подогрева технологических жидкостей, а также для обеззараживания воды.
Известна установка для нагрева жидкости, которая содержит два теплогенератора с входными и выходными отверстиями, электронасос. Теплогенераторы установлены различными по конструкции, первый теплогенератор снабжен электронасосом, второй - электродвигателем, причем мощность электродвигателя больше мощности электронасоса, внутри второго теплогенератора размещен диск, выполняющий функцию тормозного устройства для первого теплогенератора, выходное отверстие первого теплогенератора расположено соосно с входным отверстием второго теплогенератора. (см. патент RU 2308647, F24J 3/00, 09.12.2005 г.)
Недостатками установки являются: усложнение конструкции при установке двух теплогенераторов и дополнительные затраты потребляемой энергии за счет установки насоса.
Известно устройство для нагрева жидкости, содержащее цилиндрический корпус, жестко связанную с ним крышку, отверстие входного канала, отверстие выходного канала и цилиндрическую полость. Внутри цилиндрической полости корпуса и крышки, с возможностью вращения установлен диск (ротор), вал зафиксирован в подшипниковой опоре и через муфту с упругим элементом соединен с электродвигателем. Отверстие входного канала выполнено по центру крышки соосно с валом, а отверстие выходного канала выполнено в цилиндрической стенке корпуса под углом к оси вращения диска (ротора). На торцах диска (ротора) и противолежащих поверхностях корпуса и крышки выполнены глухие отверстия, имеющие форму цилиндрической поверхности без фасок и округлений и размещенные по окружности в виде радиальных рядов, причем каждый ряд отверстий на диске (роторе) завершен пазом в виде полуокружности. Устройство снабжено торцовым уплотнением вала относительно корпуса, размещенным в камере, имеющей выход в цилиндрическую полость корпуса. Симметрично выходному отверстию относительно оси устройства выполнено отверстие, соединенное через дополнительный гидравлический канал с камерой торцового уплотнения (см. патент RU 2290573, F24J 3/00, 17.06.2005 г.).
Недостатками данного устройства является то, что из-за расположения глухих отверстий ротора, крышки и корпуса, близко к оси вращения вала подшипникового узла создается дополнительное сопротивление вращению жидкости без появления кавитации, что значительно снижает эффективность тепловыработки и эффективность обеззараживания. Выполнение глухих отверстий, размещенных на поверхности ротора, крышки и корпуса по окружности радиальными рядами может создать резонанс конструкции и дополнительное трение в жидкости, что также влияет на эффективность тепловыработки и даже может привести к разрушению ротора. Размещение выходного отверстия под углом к оси вращения ротора и в цилиндрической части корпуса снижает давление, создающееся под действием центробежных сил между ротором корпусом и крышкой в этой части цилиндрической полости, из-за чего уменьшается максимальная температура жидкости на выходе из установки. Кроме того, путь прохождения жидкости в цилиндрической полости разный, так как часть жидкости сразу уходит в выходной канал, пройдя всю зону кавитации один раз, а другая часть жидкости поступает в гидравлический канал, после чего снова проходит через зону кавитации. Это вызывает неравномерность обеззараживания жидкости. Выполнение гидравлического канала усложняет конструкцию.
Предлагаемой полезной моделью решается задача: повышение эффективности тепловыработки и эффективности обеззараживания жидкости при упрощении конструкции устройства.
Решение указанной задачи достигается тем, что в устройстве для создания кавитационных процессов, содержащем неподвижный цилиндрический корпус, в стенке которого выполнено отверстие выходного канала, жестко связанную с корпусом крышку, имеющую отверстие входного канала, выполненное по центру крышки соосно с валом подшипникового узла, цилиндрическую полость, внутри которой с зазором установлен с возможностью вращения, закрепленный на валу ротор, с глухими цилиндрическими отверстиями, расположенными по периферии в его торцах рядами по окружности и противолежащими идентичным глухим отверстиям, расположенным на торцах корпуса и крышки, новым является то, что глухие отверстия ротора, корпуса и крышки расположены от оси вращения вала не менее расстояния, величина которого рассчитывается по формуле:
min
Где: R - минимальное расстояние расположения глухих отверстий от оси вращения ротора, м;
min
ν - линейная скорость в точке с эффективным образованием кавитации, м/сек.;
ω - угловая скорость вращения ротора, рад./сек.;
отв
d - диаметр глухих отверстий, м;
расстояние между глухими соседними отверстиями в ряду выполнено одинаковым и равным расстоянию между соседними глухими отверстиями каждого ряда ротора, корпуса и крышки, а отверстие выходного канала расположено в торцевой стенке корпуса параллельно оси вращения вала подшипникового узла.
Кроме того, для получения заданной температуры жидкости на выходе, а также для работы в режиме парогенератора в выходном канале устройства может быть установлен термостат.
min
Глухие отверстия ротора, корпуса и крышки расположены на таком расстоянии от оси вращения, когда достигается определенная линейная скорость вращения ротора относительно крышки и корпуса, способствующая эффективному появлению кавитации, величина которой определена экспериментальным путем. Проведен ряд экспериментов на электродвигателе с частотой вращения ротора 3000 об./мин., в результате чего была выявлена зависимость расстояния расположения отверстий от оси вращения ротора и эффективного появления кавитации, что отражено в формуле. Расстояние (R) должно быть не менее расстояния, определенного по указанной формуле, так как при уменьшении расстояния уменьшается скорость трения в жидкости, при которой эффект кавитации прекращается и создается только дополнительное сопротивление вращению ротора. Глухие отверстия на роторе, крышке и корпусе расположены рядами по окружности на одинаковом расстоянии между соседними отверстиями в ряду и равным расстоянию между соседними отверстиями каждого последующего ряда. Это позволяет получить равномерное смещение глухих отверстий относительно друг друга, а значит равномерное воздействие на жидкость, что позволяет стимулировать эффект трения жидкости между вращающимся диском, неподвижными корпусом и крышкой, при этом уйти от резонанса конструкции и получить более эффективный процесс кавитации, а значит тепловыработки.
Размещение выходного канала в торцевой стенке корпуса параллельно оси вращения вала позволяет увеличить отверстие выходного канала для большего прохождения жидкости через теплогенератор и удалять нагретую жидкость через выходной канал, имеющий меньшее гидравлическое давление, так как из-за действия центробежных сил в этой части цилиндрической полости находится зона пониженного давления. Это позволяет увеличить диапазон разности температур на входе и выходе и одновременно с этим упрощается конструкция устройства. Кроме того, при такой конструкции вся жидкость равномерно проходит через зону кавитации, что повышает эффект ее обеззараживания.
Таким образом, достигается технический результат, который заключается в увеличении эффективности тепловыработки и обеззараживания путем создания оптимальных условий для равномерного образования кавитации во всем объеме жидкости, с одновременным упрощением конструкции. Также достигается увеличение диапазона разности температур жидкости на входе и выходе устройства.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено устройство для создания кавитационных процессов, на фиг.2 изображено расположение глухих отверстий на роторе.
min
Устройство для создания кавитационных процессов содержит неподвижный цилиндрический корпус 1, жестко связанную с ним крышку 2, цилиндрическую полость 3, внутри которой с зазором установлен с возможностью вращения, закрепленный на валу подшипникового узла 4, ротор 5 с глухими цилиндрическими отверстиями 6, расположенными по периферии в его торцах рядами по окружности. Глухие цилиндрические отверстия ротора противолежат идентичным глухим цилиндрическим отверстиям 6, которые выполнены на крышке и корпусе, причем все глухие отверстии расположены от оси вращения вала 4 на расстоянии (R), определяемом по формуле, а расстояние между соседними отверстиями в ряду выполнено одинаковым и равным расстоянию между соседними отверстиями каждого ряда. Отверстие входного канала 7 выполнено по центру крышки соосно с валом 4 подшипникового узла. Отверстие выходного канала 8 расположено на торцевой стенке корпуса параллельно оси вращения вала 4, который зафиксирован в подшипниковом узле 9 и через соединительную муфту 10 соединен с электродвигателем 11. В корпусе 1 выполнена камера торцевого уплотнения 12 с торцевым уплотнением 13. В отверстие выходного канала 8 возможна установка термостата (на чертеже не показан).
Устройство работает следующим образом.
min
Через отверстие входного канала 7 с давлением 0-0,6 МПа со стороны крышки 2 к центру ротора 5 в цилиндрическую полость 3 подается жидкость. После заполнения устройства жидкостью включается электродвигатель 11. Вращение от вала электродвигателя 11 посредством соединительной муфты 10 передается на вал 4, который зафиксирован в подшипниковом узле 9, ротор 5 вращается с той же скоростью. Жидкость под действием центробежных сил движется между торцом ротора 5 и крышкой 2. В зонах глухих отверстий 6 возникает эффективное трение, способствующее образованию кавитационных каверн, что приводит к нагреву жидкости. Из-за отсутствия глухих отверстий вблизи оси вала 4 на расстоянии менее R не создается дополнительного сопротивления вращению ротора, что позволяет при той же тепловыработке снизить затраты на электричество. Достигнув цилиндрической поверхности крышки 2, направление движения жидкости меняется на 90°, при достижении торцевой части корпуса 1 направление движения жидкости меняется на 90°. Здесь жидкость подвергается более высокому давлению со стороны крышки 2, в результате чего перемещается к центру, подвергаясь кавитационному нагреву в зоне глухих отверстий 6, далее нагретая жидкость стремится в отверстие 8 выходного канала. Жидкость между камерой торцевого уплотнения 12 и торцевого уплотнения 13, а также в зоне выходного канала 8 из-за действия центробежных сил находится в зоне пониженного давления. Это позволяет повысить максимальное давление жидкости в системе. При установке в выходном канале 8 термостата возможна регулировка температуры на выходе из устройства.
Предлагаемая конструкция устройства позволяет увеличить эффективность тепловыработки и достичь эффекта полного обеззараживания жидкости, что подтверждено санитарно-эпидемиологическим заключением.