ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения конструкторской разработки.

Изобретение относится к устройствам для создания импульсных колебаний в проточной жидкой среде, смешивания в системах "жидкость - жидкость", "жидкость - твердое тело" и может быть использовано в химической, нефтяной, фармацевтической, машиностроительной, горно-добывающей и других отраслях промышленности для проведения и интенсификации различных физико-химических, гидромеханических и тепломассообменных процессов (например, для приготовления водоугольного топлива, водоуглеводородного топлива и т.д.).

На фиг.1 изображен продольный разрез роторно-импульсного аппарата, состоящего из следующих деталей:

1 - полый корпус;

2 - кольцо статора с отверстиями;

3 - ротор, выполненный в виде центробежного рабочего колеса;

4 - вал ротора;

5 - кольцо ротора с отверстиями;

6 - всасывающий патрубок корпуса.

Ротор 3 оснащен лопатками, как центробежный насос, предназначенный для сообщения центробежной силы обрабатываемой жидкости и обеспечения давления p ₁ перед плоскими прямоугольными отверстиями ротора 3.

Патрубок для отвода обрабатываемой среды оснащен регулятором давления 9, обеспечивающим необходимое давление Р ₂ в напорной полости роторно-импульсного аппарата.

Роторно-импульсный аппарат, в зависимости от области применения, может быть изготовлен любых размеров и производительности.

Конструкция роторно-импульсного аппарата обеспечивает разрыв сплошности обрабатываемой суспензии или гидросмеси, что усиливает энергию колебаний на 40%, а оптимальное соотношение размеров отверстий ротора и статора обеспечивают условия устойчивого возникновения кавитационных пузырьков, которые конденсируются, "схлопываются" в условиях гидравлических ударов в отверстиях ротора и под действием избыточного давления в отверстиях статора.

Работает роторно-импульсный аппарат следующим образом.

При вращении ротора 3 обрабатываемая суспензия по всасывающему патрубку 6 полого корпуса 1 поступает во всасывающую полость 8 и направляется в ротор 3, выполненный в форме рабочего колеса центробежного насоса. Ротор 3, закрепленный на валу 4, вращаясь, воздействует лопатками на суспензию, отбрасывает ее к периферийной части, к кольцевому насадку 5 и сообщает ей кинетическую энергию.

В кольцевом насадке 5 ротора суспензия проходит через множество плоских прямоугольных отверстий. Обладая большой кинетической энергией поток суспензии, проходя по плоским прямоугольным отверстиям, образует в них зоны пониженного давления (зона А на фиг.3). Не только зона А, но и транзитная струя суспензии в пределах этой области характеризуется наличием вакуума, обеспечивающего насыщение суспензии кавитационными пузырьками.

(Н _вак ) _мах=(0,75-0,8)Р ₁-Р ₂,

где (Н _вак) _мах - максимальный вакуум в зоне А;

Р ₁ - давление в рабочем колесе перед отверстиями ротора;

Р ₂ - давление в напорной области фиг.2.

При снижении давления в зоне А и транзитной струе обрабатываемой суспензии ниже давления насыщенных паров одного из компонентов, суспензия интенсивно вскипает, образуя навигационные пузырьки, и насыщает ими транзитную струю в пределах этой зоны. После прохода зоны А в транзитной струе давление повышается и кавитационные пузырьки конденсируются, образуя первую волну кавитационных ударов. Ударные волны интенсивно промешивают суспензию, деформируют поверхности твердых частиц суспензий гидросмесей, а проникающая в микротрещины жидкость под действием ударных волн увеличивает их или разрушает названные частицы.

В момент совмещения отверстий ротора и статора жидкость, проходя через уступом расширяющиеся отверстия, образует зоны пониженного давления в зонах В кольца статора 2 (фиг.3), в которых происходит образование кавитационных пузырьков.

В момент перекрытия отверстий ротора боковыми стенками статора происходит резкое повышение давления по всей длине плоских прямоугольных отверстий ротора (прямой гидравлический удар), который усиливается ударными волнами от "схлопывания" кавитационных пузырьков в зоне А кольца ротора 5 (фиг.4).

В зоне В интенсивное "схлопывание" кавитационных пузырьков обеспечивает постоянное избыточное давление Р ₂ , поддерживаемое регулятором давления 9 (фиг.2).

Повышение интенсивности эмульгирования, диспергирования, а также протекания физико-химических процессов за счет разрыва сплошности обрабатываемой суспензии и последовательного кавитационного воздействия на компоненты суспензии в отверстиях ротора и статора способствует увеличению производительности роторно-импульсного аппарата.

Роторно-импульсный аппарат позволяет получать однородные тонкодисперсные суспензии, приготавливать различные эмульсии, обеспечивать протекание многих физико-химических реакций, требующих повышенных давлений и температур, смешивать несмешивающиеся жидкости, активировать обрабатываемые компоненты суспензий.

Тепловая энергия, выделяющаяся в результате "схлопывания" кавитационных пузырьков, позволяет осуществлять многие процессы без предварительного разогрева компонентов суспензий при отрицательных температурах.