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.
Известны роторные аппараты для создания акустических колебаний в проточной жидкости, содержащие корпус с патрубками входа и выхода среды, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках цилиндров, крышку, камеру озвучивания, привод, причем торцовая поверхность ротора со стороны входа обрабатываемой среды образует осевой зазор с торцевой поверхностью насадка, установленного во входном патрубке (RU 2397826 С1) или с крышкой аппарата (RU 2317142 С1).
Известен роторный аппарат гидромеханической обработки, содержащий корпус, внутри которого расположен статор и ротор с радиально-волновой поверхностью, при этом статор в форме диска жестко прикрепляется к корпусу и радиально-волновой поверхностью расположен к ротору, а ротор, также в форме диска, крепится на вал привода и радиально-волновой поверхностью располагается к статору, угол волны поверхности статора и ротора равен 5÷25°, а зазор между статором и ротором составляет 5÷15 мм (RU 2428246 С1).
Наиболее близким к заявленному устройству является роторный импульсный аппарат, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, концентрично установленные в нем ротор с каналами в боковой стенке, выполненный в форме полого диска, статор с каналами в боковой стенке, в полости ротора, на его торцевых стенках с внутренней стороны выполнены торообразные выступы и впадины (RU 147138 U1).
Недостатком этого аппарата является узкая область применения по измельчению материалов в процессах диспергирования гетерогенных суспензий, возможность образования наростов твердых частиц на выступах внутри полости ротора.
Техническая задача полезной модели - повышение эффективности работы аппарата при обработке гетерогенных жидкостей.
Указанная техническая задача достигается тем, что в предлагаемой конструкции:
- роторный импульсный аппарат, содержащий корпус с выходным патрубком и крышку с входным патрубком, концентрично установленные в нем ротор с каналами в боковой стенке, выполненный в форме полого диска, посаженного на вал и статор с каналами в боковой стенке, в полости ротора, на его торцевой стенке с внутренней стороны и на крышке с внутренней стороны выполнены кольцевые выступы, отличающийся тем, что профиль радиального сечения внутренней поверхности ротора и крышки образует сужение и расширение проходного сечения в полости ротора по ходу потока жидкости в радиальном направлении;
- профиль радиального сечения внутренней поверхности ротора и крышки образует два или более последовательных сужений и расширений проходного сечения в полости ротора по ходу потока жидкости в радиальном направлении;
- профиль радиального сечения внутренней поверхности ротора и крышки соответствует профилю проходного сечения трубки Вентури в полости ротора по ходу потока жидкости в радиальном направлении;
- профиль радиального сечения внутренней поверхности ротора и крышки соответствует профилю двум или более последовательных профилей проходного сечения трубок Вентури в полости ротора по ходу потока жидкости в радиальном направлении.
Данная конструкция роторного импульсного аппарата обеспечивает интенсивную обработку жидкости в полости ротора, предварительную подготовку обрабатываемой среды перед воздействием в каналах ротора и статора, зазоре между ротором и статором.
На фиг. 1 изображен роторный импульсный аппарат.
Роторный импульсный аппарат содержит корпус 1 с патрубком выхода среды 2, крышку 3 с патрубком входа среды 4, ротор 5, статор 6, каналы 7 в боковой стенке ротора, каналы 8 в боковой стенке статора, камеру 9. Крышка 3 соединена с корпусом 1. На внутренних поверхностях крышки 3 и ротора 5, выполнены кольцевые выступы 10. Профиль радиального сечения внутренней поверхности крышки 3 и ротора 5 образует одно или несколько последовательных сужений 11 и расширений 12 проходного сечения по ходу потока жидкости в радиальном направлении. Профили сужений 11 и расширений 12 могут образовывать один или несколько последовательных профилей трубки Вентури в радиальном сечении (фиг. 2). Перед первым выступом 10 на внутренней поверхности ротора 5 находится полость ротора 13.
Роторный импульсный аппарат работает следующим образом. Обрабатываемая жидкая среда подается под давлением через входной патрубок 4 в полость ротора 13, проходит через кольцевые сужения 11 и расширения 12, образованные кольцевыми выступами 10, проходит через каналы ротора 7 и статора 8, затем попадает в камеру 9 и выводится из аппарата через выходной патрубок 2.
При вращении ротора 5 его каналы 7 периодически совмещаются с каналами 8 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.
Движение жидкости в роторе от центральной оси до каналов в боковой стенке ротора обеспечивается за счет внешнего давления и центробежных сил. При прохождении жидкости через кольцевое сужение и расширение скорость, жидкость в сужении увеличивается, а в расширении замедляется. Давление по ходу потока жидкости в сужении уменьшается в соответствии с законом Бернулли, а в расширении возрастает. Изменение давления и скорости по ходу движения жидкости в полости ротора аналогично изменению скорости и давления в трубе при местном сужении, но этот процесс происходит по радиальному направлению от оси ротора до его внутренней боковой стенки. Пульсации давления и скорости потока в радиальном направлении при движении жидкости в роторе вызывают вихреобразования и кавитацию в полости ротора. Интенсивная гидродинамическая обработка жидкости внутри полости ротора повышает эффективность работы в роторном импульсном аппарате.
Вариант исполнения профиля радиального сечения кольцевых сужений и расширений в форме одного или нескольких последовательных профилей трубки Вентури повысит эффективность работы роторного импульсного аппарата как генератора вихрей и кавитации, так как трубка Вентури генерирует срыв вихрей и пульсаций давления с определенной частотой. Эффективность развития кавитации при прохождении жидкости с закономерностями изменения давления и скорости потока как в трубке Вентури значительно выше по сравнению с потоком, проходящем через профиль постоянного сечения. Трубки Вентури широко применяются в технике и технологиях для создания кавитации в проходящем потоке жидкости.
p
o
o
p.
Так как ротор 5 вращается, а крышка 3 неподвижна, то в сужениях 11 создаются условия для придания направления скорости жидкости V путем сложения вектора скорости в радиальном направлении V и вектора скорости в окружном направлении V. Чем ближе слой жидкости к выступу 10 на роторе 5, тем больше влияние окружной скорости, на стенке выступа 10 ротора скорость жидкости равна V, на стенке выступа 10 крышки, скорость жидкости равна VТаким образом, в зоне выступов усиливается процесс смешивания и турбулентости потока за счет разного направления векторов скорости различных слоев жидкости. При попадании твердых частиц между выступами 10, в зоне сужения возникают большие сдвиговые напряжения, способствующие разрушению твердых частиц.