ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ КАВИТАЦИОННЫЙ ДИСПЕРГАТОР
HYDRODYNAMIC CAVITATION DISPERSER

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно энергетического и химического, и предназначено для получения тонкодисперсных стойких эмульсий, в том числе водотопливных.
Известны гидродинамические кавитационные диспергаторы, предназначенные для этой цели, содержащие крыльчатку, ротор и статор конической формы, причем ротор выполнен в виде набора дисков [1, 2].
Недостатком известного устройства [1] является низкая эффективность диспергирования, вызванная перетеканием эмульсии через зазор между корпусом и ротором.
Недостатком известного устройства [2] является низкая эффективность приготовления эмульсии (диспергирования), вызванная не только перетеканием эмульсии через зазор между корпусом и ротором, но и более значительным перетеканием через винтовые каналы ротора.
Как в устройстве [1], так и в устройстве [2] требуется многократная обработка одного и того же объема жидкости для того, чтобы добиться более менее однородной эмульсии.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту из известных устройств является смеситель-диспергатор, который содержит крыльчатку, конусообразные статор и ротор, выполненный в виде набора зубчатых дисков, между которыми установлены промежуточные диски [3].
К недостаткам этого устройства следует отнести перетекание необработанной эмульсии через зазор между корпусом и ротором (что понижает производительность, так как необходима повторная циркуляция по замкнутому контуру); особенно это важно в случае установки диспергатора в штатную систему топливоподготовки двигателей, где топливо подается под давлением и продавливается в зазор между корпусом и ротором диспергатора.
Технической задачей, решаемой данным изобретением, является повышение эффективности работы гидродинамического кавитационного диспергатора и повышение качества получаемой эмульсии.
Решение технической задачи достигается тем, что в известном гидродинамическом кавитационном диспергаторе, содержащем статор с конической крышкой, конусообразный ротор, выполненный в виде набора зубчатых дисков, и установленную на выходе крыльчатку, конусообразный ротор снабжен промежуточными дисками, установленными между зубчатыми дисками, а в конической крышке статора выполнены круговые прямоугольные углубления, в которые на высоту зуба входят зубчатые диски, при этом на круговых прямоугольных углублениях выполнены кольцевые канавки. Прямоугольные углубления выполнены таким образом, что образуют цилиндрическую поверхность на периферии зубчатого диска и плоскость со стороны зубчатого диска. Кроме того, на плоскости прямоугольных углублений выполнены вогнутые участки.
Когда зубчатые диски прилегают друг к другу плотно, часть рабочей поверхности зуба не полностью работает в области кавитации. Когда между зубчатыми дисками стоят промежуточные диски, рабочая поверхность зуба используется полностью.
Авторам не известны технические решения, имеющие признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого решения.
На фиг. 1 изображен гидродинамический кавитационный диспергатор в разрезе, общий вид; на фиг. 2 показан пример I прямоугольных углублений, на фиг. 3 показан пример II цилиндрической поверхности углубления с вогнутым участком, на фиг. 4 показан пример III цилиндрической поверхности и плоскости прямоугольных углублений, на которых выполнены кольцевые канавки, на фиг. 5 показан в разобранном виде гидродинамический кавитационный диспергатор, на конической крышке которого выполнены прямоугольные углубления с кольцевыми канавками.
Гидродинамический кавитационный диспергатор состоит из статора 1 с конической крышкой 2, набора дисков с зубьями 3, входящими в прямоугольные углубления 10, и установленных между ними промежуточных дисков 4 и крыльчатки 5. Набор дисков 3 и 4 и крыльчатка 5 установлены на валу 6 ротора. Входная часть статора содержит приемный штуцер 7, а выходная - выходной патрубок 8. Вал 6 ротора вращается в подшипниках 9. Прямоугольные углубления 10 могут быть выполнены либо как показаны на фиг. 2 (пример 1), либо с вогнутым участком 11 на плоскости со стороны зубчатого диска прямоугольных углублений (фиг. 3, пример II), либо с кольцевыми канавками 12 на поверхностях прямоугольных углублений (фиг. 4).
Устройство работает следующим образом.
Через штуцер 7 в гидродинамический кавитационный диспергатор поступает смесь топлива с водой. Проходя через диспергатор среды перемешиваются, крупные включения разбиваются в мелкие, а затем, по мере продвижения к выходу измельчаются до микронных размеров. Проходя в зазоре между крышкой статора 2 и валом 6 ротора, эмульсия проходит через прямоугольные углубления 10. Кроме того, что чередующиеся углубления не только не позволяют эмульсии проскакивать между корпусом статора 1 и валом 6 ротора, но и, проходя через углубления с вогнутым участком 11, происходит сжатие эмульсии с последующим преобразованием потока в вихревой (по аналогии с течением Прандтля-Майера), что еще больше способствует измельчению эмульсии.
Кольцевые канавки 12 не влияют на общие затраты мощности, но способствуют дополнительной турбулизации потока в локальных пристенных зонах, что приводит к значительному измельчению обрабатываемой среды.
Характеристики предлагаемого объекта определялись на заводском испытательном стенде. В качестве базового объекта использовался выпускаемый фирмой CORVUS Company SIA смеситель-диспергатор DRS10 (производительность Q=10 куб.м. в час, мощность электродвигателя N=5,5 кВт). Для определения качества водотопливной эмульсии использовался мазут 40 с 10% воды. После перемешивания мазута с водой в смесителе водотопливная эмульсия под давлением Р=5 бар подавалась в базовый объект и таким же образом в предлагаемый объект, у которого менялись конические крышки статора. После однократного прохождения водотопливной эмульсии через испытываемые диспергаторы образцы водотопливной эмульсии исследовались под микроскопом МБИ-1. Результаты испытаний представлены в таблице 1. Площадь, занимаемая глобулами эмульсии, представленными в таблице, составляет не менее 80%.
Как видно из таблицы 1, несмотря на незначительное повышение мощности, предлагаемый объект при однократной обработке эмульсии позволяет получить более качественную эмульсию и, таким образом, является более эффективным и экономичным, так как исключается многократная циркуляция эмульсии.
Источники информации
1. Патент США №3420506, кл. 259-7, 1969.
2. RU 2016644, кл. B01F 7/00, 1994.
3. SU 860847, кл. B01F 7/26, 1981/.