РОТОРНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ АППАРАТ

Изобретение относится к устройствам для создания акустических колебаний в жидкостях и может быть использовано для интенсификации физико-химических, химических, биологических и других процессов в различных отраслях промышленности.
Известен роторно-пульсационный аппарат, содержащий корпус с нагнетательным патрубком и камерой ввода, в которой размещен всасывающий патрубок, установленные в корпусе ротор и статор в виде концентрических цилиндров с прорезями и средство создания дополнительных пульсаций, имеющее кинематическую связь с ротором аппарата, с передаточным отношением равным единице. Средство для создания дополнительных пульсаций соединено с камерой ввода трубопроводом и выполнено в виде соосных дисков с прорезями, и число прорезей во вращаемом диске кратно числу прорезей в цилиндрах, при этом всасывающий патрубок снабжен обратным клапаном (SU 1033169). Недостатком этого аппарата является дополнительные затраты энергии на приведение во вращение диска с прорезями, средства создания дополнительных пульсаций и на подачу под давлением газа. Так же дополнительная запорная и дозирующая арматура усложняет устройство и понижает его надежность.
Известны гидродинамический теплогенератор, выполненный с ускорителем жидкости в виде лопастного приводного рабочего колеса с гарантированным малым зазором, установленным в кольцевой втулке (RU 2247906) и резонансный насос-теплогенератор, ротор которого выполнен в виде одноступенчатой с двусторонним подходом потока турбины, лопатки которой имеют утолщение к периферии (RU 2142604). Недостатком этих устройств является то, что дополнительные пульсации давления, создаваемые в жидкости лопастным рабочим колесом не используются для увеличения амплитуды пульсаций давления в проточной жидкой среде.
Наиболее близким к заявленному устройству является роторный аппарат, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках, привод и средство создания дополнительных пульсаций, выполненное в виде центробежного насоса, соединенное кинематической связью с ротором аппарата с передаточным отношением, выбранным из ряда целых чисел больше единицы, причем число лопаток средства создания дополнительных пульсаций кратно числу каналов в роторе (SU 1768269).
Недостатком этого аппарата является потеря энергии в кинематической связи и сложность конструкции.
Техническая задача изобретения - повышение надежности и эффективности работы аппарата.
Указанная техническая задача достигается тем, что в предлагаемой конструкции:
- роторный импульсный аппарат, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках, привод и средство создания дополнительных пульсаций давления, выполненное в виде рабочего лопастного колеса центробежного насоса, находится на валу ротора, а направляющее устройство вставлено в корпус роторного импульсного аппарата, концентрично со средством создания дополнительных пульсаций давления в виде рабочего лопастного колеса центробежного насоса;
- количество лопаток средства создания дополнительных пульсаций давления в виде рабочего лопастного колеса центробежного насоса кратно количеству каналов в статоре;
- количество прорезей в направляющем устройстве кратно количеству каналов в роторе;
- количество прорезей в направляющем устройстве кратно количеству каналов в статоре;
- средство создания дополнительных пульсаций давления выполнено в виде двух или более рабочих лопастных колес центробежного насоса, находящихся на валу ротора и такого же количества направляющих устройств, встроенных в корпус роторно-импульсного аппарата.
Данная конструкция роторного аппарата обеспечивает работу основного генератора колебаний и средства создания дополнительных пульсаций давления в виде рабочего колеса центробежного насоса в резонансном режиме, что в свою очередь обеспечивает более интенсивное воздействие рабочих органов аппарата на обрабатываемую жидкость.
На фиг.1 изображен роторный импульсный аппарат.
Роторный импульсный аппарат содержит корпус 1 с патрубком входа среды 2 и патрубком выхода среды 3, средство создания дополнительных пульсаций давления, выполненное в виде рабочего лопастного колеса центробежного насоса 4, посаженного на одном валу 8 с ротором 6, статор 7, камеру 9 и направляющее устройство 5.
Роторный импульсный аппарат работает следующим образом. Обрабатываемая жидкая среда подается средством создания дополнительных пульсаций давления, выполненным в виде рабочего лопастного колеса центробежного насоса 4, через входной патрубок 2 через направляющее устройство 5 в полость ротора 6, проходит через каналы ротора 6 и статора 7, затем попадает в камеру 9 и выводится из аппарата через выходной патрубок 3.
При перекрытии и совмещении каналов в полости ротора, в камере 9 в обрабатываемой жидкой среде распространяются упругие колебания. Основная частота этих колебаний определяется по формуле:
0
p
f=n·z,
где: n - число оборотов вала, об/сек;
p
z - число каналов в роторе.
Ротор и статор с каналами составляют основное средство создания пульсаций давления в проточной жидкой среде. Средство создания дополнительных пульсаций давления, выполненное в виде рабочего лопастного колеса центробежного насоса и подающее под давлением обрабатываемую среду в роторный импульсный аппарат, является источником дополнительных колебаний в жидкой проточной среде.
Колебания, генерируемые средством создания дополнительных пульсаций давления в виде рабочего лопастного колеса центробежного насоса, являются дискретными с частотой
f=n·z·k,
где: n - число оборотов вала, об/сек, z - число лопаток рабочего лопастного колеса, k=1, 2, 3…
При совпадении частоты колебаний в основном средстве создания пульсаций давления в проточной жидкой среде с одной из дискретных составляющих частоты средства создания дополнительных пульсации давления, выполненного в виде рабочего лопастного колеса центробежного насоса, наблюдается явление резонанса. Эффект резонанса позволяет более полно использовать акустическую энергию для интенсификации химико-технологических процессов, снижаются потери энергии колебаний, возрастает амплитуда пульсаций в жидкой среде.
Для того, чтобы повысить амплитуду пульсаций, генерируемых в основном средстве создания пульсаций давления в проточной жидкой среде, необходимо на валу ротора установить два или более рабочих лопастных колес с направляющими устройствами. Это позволит увеличить давление на входе в полость ротора и приведет к увеличению амплитуды пульсаций в основном средстве создания пульсаций давления в проточной жидкой среде. Увеличение амплитуды пульсаций позволит усилить кавитационные эффекты и интенсифицировать химико-технологические процессы.