КАВИТАТОР ГИДРОУДАРНЫЙ

Полезная модель относится к оборудованию для измельчения и смешения сред и может быть использована для ультратонкого (до 100 нм) мокрого измельчения исходного сырья, например, при получении жидкого коллоидного котельного топлива из угля и его механохимической активации.
Известен кавитационный диспергатор, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, установленные в корпусе ротор и статор, образованную в корпусе кавитационную камеру, с установленными в ней резонаторами, (см. патент РФ №2301112, кл. В02С 19/18, 2007 г.),
В результате анализа конструкции известного диспергатора необходимо отметить, что он характеризуется недостаточными кавитационными воздействиями на пропускаемую через него среду, что не позволяет получать коллоидные суспензии с тонкоизмельченными твердыми частицами в них.
Известен кавитационный гидроударный диспергатор, содержащий: вал привода; лопастной вакуумированный насадок; камеру всасывания; ротор; корпус выхода, корпус рабочих органов; статор, резонатор; камеру вскипания; отверстия ротора, входной патрубок, выходной патрубок, резонирующую камеру; магнит, сопло ротора, лопасти вакуумированного насадка; отверстия статора.
В процессе работы диспергатора вода или смесь воды с примесями подается по входному патрубку, в камеру всасывания. Благодаря тангенциальному расположению входного патрубка, в камере всасывания образуется кольцевой вихрь, что приводит к началу возникновения пристеночной и объемной кавитации. Закрученная жидкость, через зазор лопастного вакуумированного насадка, поступает в камеру вскипания ротора, выполненного в форме рабочего колеса центробежного насоса. Лопастной вакуумированный насадок выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения параллельно оси вала привода. Закрепленный на валу ротор, вращаясь, воздействует лопатками на суспензию или жидкость, отбрасывает ее по отверстиям к периферии и сообщает ей кинетическую энергию. Обладая большой кинетической энергией, поток суспензии или жидкости, насыщается кавитационными пузырьками. В момент совмещения отверстий ротора-статора образуется зона пониженного давления и сжатые пузырьки схлопываются, при этом выделяется энергия, в результате чего происходит разрушение поверхности твердых частиц, а проникающая в микротрещины жидкость под действием ударных волн увеличивает или разрушает названные частицы. Для увеличения продолжительности времени воздействия кавитации и дополнительного увеличения ее мощности в отверстии статора перед расширением расположена резонирующая камера. В корпусе выхода соосно с отверстиями статора, расположены резонаторы, с помощью которых регулируется частота гидроударных и кавитационных импульсов. (см. патент РФ на полезную модель №74084, кл. В06В 1/20; 2008 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа выполнения известного диспергатора необходимо отметить, что его использование позволяет приготавливать различные эмульсии, структурировать жидкости, обеспечивать протекание многих физико-химических реакций, требующих повышенных давлений и температур, активировать обрабатываемые компоненты суспензий. Однако в случае приготовления котельных топлив на основе водоугольных суспензий, не всегда удается получить суспензию с заданной крупностью угольных частиц, что приводит к необходимости закольцовывать выход диспергатора на вход и прогонять через него суспензию несколько раз, а это резко снижает производительность получения водоугольного котельного топлива, его качество, делает невозможным проведение непрерывного процесса его получения, приводит к повышению потребления электроэнергии.
Техническим результатом настоящей полезной модели является разработка кавитатора гидроударного, обеспечивающего получение водоугольного котельного топлива с высокой производительностью, высокого качества и снижение потребления электроэнергии.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в кавитаторе гидроударном, включающем кавитационный аппарат, имеющий камеру всасывания с тангенциально установленным на нем входным патрубком, выходной патрубок, приводной вал, на котором смонтирован ротор, а также статор и кавитационную камеру, причем на роторе и статоре имеются отверстия, имеющие возможность совмещения или перекрытия друг с другом, а на валу установлен лопастной вакуумирующий насадок, размещенный в камере всасывания, при этом кавитатор оснащен вторым, выполненным аналогично первому кавитационным аппаратом, имеющие возможность вращения элементы которого смонтированы на одном приводном валу с элементами первого аппарата, выход первого кавитационного аппарата каналом соединен с камерой всасывания второго аппарата, а выходной патрубок установлен на выходе второго кавитационного аппарата.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
- на фиг.1 кавитатор гидроударный, осевой разрез;
- на фиг.2 камера всасывания кавитатора, вид сбоку.
Кавитатор гидроударный содержит два последовательно соединенных кавитационных аппарата («а» и «б»), выполненных конструктивно одинаковыми, вращающиеся элементы которых смонтированы на общем приводном валу 1. Каждый из аппаратов содержит лопастной вакуумированный насадок 2, размещенный в камере всасывания 3. На валу 1 установлен ротор 4, расположенный в корпусе выхода 5, а между ротором 4 и корпусом выхода 5 размещен корпус 6 рабочих органов. Соосно ротору 4 установлен статор 7. На корпусе 5 установлены резонаторы 8. На роторе 4 в центральной части в области вала 1 образована камера вскипания 9, а на периферийной части выполнены отверстия 10.
Камера всасывания 3 оснащена входным патрубком 11, установленным тангенциально к внутренней поверхности камеры. Выходной патрубок обозначен позицией 12. Oн установлен на выходе второго кавитационого аппарата.
На статоре 7 образована резонирующая камера 13, а на стороне ротора, обращенной к статору, закреплен кольцевой магнит 14.
В осевой части ротора 4 образовано сопло 15, в котором частично размещены лопатки 16 вакуумированного насадка 2, а на периферийной части статора 7 выполнены отверстия 17.
Выход первого кавитационного аппарата посредством канала 18 соединен с входом камеры всасывания второго кавитационного аппарата.
Кавитатор гидроударный работает следующим образом.
Вода с предварительно измельченными (до 70 мкм) угольными частицами подается по входному патрубку 11, в камеру всасывания 3. Благодаря тангенциальному расположению патрубка 11, в камере всасывания 3 возникает пристеночная кавитация рабочей среды. Закрученная рабочая среда, через зазор «а» лопастного вакуумированного насадка 2, через лопасти 16 поступает в камеру вскипания 9 ротора 4, выполненного в форме рабочего колеса центробежного насоса. Лопастной вакуумированный насадок 2 выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения параллельно оси вала 1. Это необходимо для регулирования зазора «а», создавая в камере вскипания 9 оптимальную величину разряжения, необходимую для вскипания рабочей среды (суспензии). Ротор 4, закрепленный на валу привода 1, вращаясь, воздействует лопатками на суспензию, отбрасывает ее по отверстиям 10 к периферии и сообщает ей кинетическую энергию. Обладая большой кинетической энергией, поток суспензии насыщается кавитационными пузырьками. При перекрывании отверстий ротора и статора под действием повышенного давления и гидроудара, пузырьки сжимаются и в них образуется температура.>1000° и давлении.>100 атм. Поворот проточных каналов 10 на 90° в зоне гидродинамического удара, создает дополнительную мощность гидроудара, разрушающего твердые частицы. В момент совмещения отверстий ротора-статора образуется зона пониженного давления и сжатые пузырьки схлопываются, при этом выделяется энергия, в результате чего выделяется тепло и происходит разрушение поверхности твердых частиц, а проникающая в микротрещины жидкость под действием ударных волн увеличивает или разрушает частицы угля. Для увеличения продолжительности времени воздействия кавитации и дополнительного увеличения ее мощности в отверстии 17 статора 7 перед расширением расположена резонирующая камера 13.
Посредством резонаторов 8 регулируется частота гидроударных и кавитационных импульсов.
Из первого кавитациионпого аппарата суспензия поступает во второй кавитационный аппарат, который работает аналогично описанному выше для первого кавитационного аппарата. Размещение вращающихся элементов двух кавитационных аппаратов на одном валу упрощает конструкцию кавитатора и его настройку на режимы и регулирование его в процессе работы.
Выход готового продукта (суспензии) производится через патрубок 12 второго кавитационного аппарата.
Использование в конструкции кавитатора двух кавитационных аппаратов позволяет получать за один проход суспензии в прямоточном режиме коллоидное котельное топливо с заданной крупностью частиц угля (до наноразмеров). Таким образом, отпадает необходимость возврата суспензии в кавитационный аппарат для доизмельчения угольных частиц.
Весьма важно, что вращающиеся элементы кавитационных аппаратов расположены на одном валу. Это обеспечивает снижение удельного расхода электроэнергии примерно в 1,5 раза на одну тонну готовой топливной суспензии в сравнении с одноступенчатыми кавитаторами, осуществляющими приготовление котельного топлива по замкнутому циклу.