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.
Известно устройство для физико-химической обработки жидких сред, содержащее корпус с кольцевой рабочей камерой с входным и выходным патрубками, установленные в нем с зазором соосные ротор и статор, на рабочих поверхностях которых выполнены отверстия, при этом ротор и статор выполнены в виде дисков, статор установлен в проточке корпуса и поджат крышкой с выходным патрубком, ротор установлен на валу привода параллельно к статору, а вал привода установлен с возможностью перемещения по оси корпуса для регулирования зазора между ротором и статором, в частности, с использованием резьбового соединения (RU 60399). Недостатком этого устройства является то, что подшипниковый узел не изолирован от обрабатываемой жидкости. Область применения этого устройства ограничена обработкой неагрессивных жидкостей, не содержащих абразивных частиц, которые не могут привести к коррозии деталей подшипникового узла и его быстрой утрате работоспособности. Обрабатываемая жидкость может протечь через подшипниковый узел и вытечь в окружающее пространство.
Наиболее близким к заявленному аппарату является акустический проходной аппарат роторного типа с регулируемым зазором, который содержит разборный корпус, состоящий из верхней и нижней частей, соединенных между собой резьбой, и снабженный патрубком для удаления продукта, вал, установленный в верхней части корпуса и расположенный в подшипниковом узле, верхнее и нижнее рабочие колеса и подвижный диск с венцами, насаженные на вал, перегородку, находящуюся между верхним рабочим колесом и подвижным диском, неподвижный диск с концентрически расположенными венцами, установленный на нижней части корпуса, каналы, прорезанные в поверхностях венцов, эжектор с патрубками воздуха, прикрепленный к нижней части корпуса. Нижняя часть корпуса с размещенным на ней неподвижным диском выполнена с возможностью перемещения в вертикальной плоскости. Герметизация подвижного соединения нижней части корпуса и верхней части корпуса осуществляется за счет сальника. Диски имеют два ряда венцов, которые при вращении периодически перекрывают прорезанные в их поверхностях каналы. Недостатком рассматриваемого аппарата является возможность утечки жидкости через сальник типа «кольцо» при большом давлении, так как указанный тип уплотнения не имеет механического прижатия герметизирующего материала.
Техническая задача изобретения - повышение надежности работы аппарата за счет герметизации подвижных соединений корпуса и крышки посредством применения герметизирующего материала, деформируемого кольцевой навинчиваемой муфтой.
Указанная техническая задача достигается тем, что роторный импульсный аппарат содержит корпус с входным и выходным патрубками, соосно установленные в нем ротор и статор в форме дисков с радиальными каналами, расположенными по периферии дисков, причем статор установлен в крышке, присоединенной к корпусу и имеющей возможность перемещения относительно корпуса за счет резьбового соединения, отличающийся тем, что на резьбовую поверхность крышки укладывается герметизирующий материал и навинчена кольцевая муфта.
Предлагаемая конструкция роторного импульсного аппарата обеспечивает надежность работы аппарата за счет регулируемого деформирования герметизирующего материала кольцевой муфтой и предотвращения утечки жидкости.
На фиг. 1 изображен роторный импульсный аппарат. На фиг. 2 показано выносное сечение зоны резьбового соединения крышки с корпусом.
Роторный импульсный аппарат содержит корпус 1, в котором установлен подшипниковый узел с валом 2. На валу 2 установлен ротор 3 в форме диска, в котором выполнены каналы 4. К корпусу 1 при помощи винтового соединения присоединена крышка 5, в которой установлен статор 6 в форме диска, имеющий каналы 7. В корпусе 1 установлен патрубок 8 для выхода обрабатываемой жидкости, в крышке 5 - патрубок 9 для входа обрабатываемой жидкости. На резьбовую поверхность крышки 5 навинчена кольцевая муфта 10 и уложен герметизирующий материал 11. Кольцевая муфта 10 зафиксирована относительно корпуса 1 крепежными элементами 12.
Роторный импульсный аппарат работает следующим образом. Обрабатываемая жидкость подается под давлением через входной патрубок 8, проходит через каналы ротора 4, каналы статора 7 и выводится из аппарата через выходной патрубок 9. 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 конструкций крышки и корпуса, соединенных по винтовой поверхности с возможностью перемещения вдоль центральной оси аппарата при ее вращении, позволяет изменять зазор между рабочими поверхностями ротора и статора. Чем меньше зазор между ротором и статором, тем больше амплитуда пульсации давления, меньше величина транзитного течения из каналов ротора через зазор при перекрытых каналах статора.
При уменьшении величины зазора между ротором и статором амплитуда ускорения потока жидкости и импульса давления в канале статора увеличивается. Наиболее эффективно аппарат будет работать при величине зазора Δ→0, однако контролировать этот параметр довольно сложно, и установка минимально допустимого зазора между ротором и статором имеет технологические сложности для стандартных конструкций, особенно при больших величинах радиуса ротора (Промтов М.А. Методы расчета характеристик роторного импульсного аппарата: монография/М.А. Промтов, А.Ю. Степанов, А.В. Алешин. - Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2015, 148 с.). В предлагаемой конструкции изменение величины зазора между рабочей поверхностью статора и рабочей поверхностью ротора легко достигается при повороте крышки на определенный угол. Величина зазора прямо пропорциональна углу поворота крышки относительно корпуса и шагу резьбового соединения крышки и корпуса.
Для предотвращения утечки обрабатываемой жидкости в окружающую среду на винтовую поверхность крышки укладывается герметизирующий материал, который прижимается к поверхности крышки и корпуса кольцевой муфтой, которая наворачивается на крышку до упора. Для предотвращения проворачивания кольцевой муфты относительно крышки и корпуса она фиксируется крепежными элементами, которые могут быть выполнены в форме винтов, болтов, защелок и т.п.