Патент на изобретение №2381061

(54) РЕАКТОР ДЛЯ КАВИТАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ (ВАРИАНТЫ)

(57) Реферат:

Изобретение относится к средствам для физического воздействия на жидкие среды с целью направленного изменения их свойств путем генерации в жидких средах кавитационных процессов и может быть использовано в теплоэнергетике, в нефтеперерабатывающей, химической, горнорудной, пищевой, фармацевтической, парфюмерной и других областях промышленности. Реактор включает корпус, в котором соосно установлены активное подвижное и реактивное неподвижное колеса с радиальными ячейками, выполненными на лицевых сторонах колес с образованием рабочей зоны между лицевыми сторонами колес, а также средства пропускания обрабатываемой жидкости через рабочую зону. Корпус с тыльной стороны реактивного колеса может иметь камеру, которая отделена от ячеек реактивного колеса герметичной перегородкой и выполнена с возможностью пропускания обрабатываемой жидкости через камеру. Активное колесо может быть установлено в корпусе с образованием камеры между корпусом и тыльной стороной активного колеса, которая соединена с рабочей зоной через отверстия в активном колесе. Корпус с тыльной стороны реактивного колеса может иметь первую камеру, а активное колесо может быть установлено в корпусе с образованием второй камеры. Технический результат состоит в повышение коэффициента преобразования потребляемой энергии в энергию кавитационных процессов. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

Область применения

Изобретение относится к аппаратам для физического воздействия на жидкие среды с целью направленного изменения их свойств путем генерации в жидких средах кавитационных процессов. Изобретение может быть использовано в нефтеперерабатывающей, химической, горнорудной, пищевой, фармацевтической, парфюмерной и других отраслях промышленности.

Уровень техники

Известно, что генерация в жидких средах кавитационных процессов вызывает изменение физических и химических свойств жидкой среды. Устройства для обработки жидких сред в условиях кавитации, как правило, называют кавитационными реакторами. При этом, в зависимости от режима работы кавитационного реактора и исходных свойств жидкой среды, в реакторе могут происходить самые разные процессы, например кавитационная дезинтеграция любых субстанций, существующих в виде взвешенных фаз в этих средах, включая живые субстанции, диссоциация молекул самих сред, повышение дисперсности и гомогенности фаз, интенсификация химических реакций, в том числе сопровождающихся синтезом новых соединений, а также бактериолиз и бактериостаз. Действию энергии кавитации могут подвергаться потоки жидких сред в виде суспензий, эмульсий, коллоидных или истинных растворов, а также вода и другие жидкости. Как правило, кавитационную обработку жидких сред выполняют с целью интенсификации разных технологических процессов, а также для усиления полезных свойств жидкости.

Широкое распространение нашли навигационные реакторы, в которых генерация навигационных процессов в обрабатываемой жидкости обеспечивается ультразвуковым излучением (ультразвуковые кавитационные реакторы). Такие реакторы, как правило, включают корпус с рабочей камерой и источник ультразвукового излучения, выполненный с возможностью создания ультразвукового поля в рабочей камере. Через рабочую камеру пропускают обрабатываемую жидкость. При распространении в жидкой среде ультразвук вызывает процессы кавитации в жидкой среде, то есть образование в ней мельчайших пузырьков и дальнейшее их сжатие (схлопывание). Характер и степень воздействия на обрабатываемую жидкость зависит от мощности ультразвукового излучения и особенностей выполнения рабочей камеры, определяющих параметры ультразвукового поля в камере.

Ниже приводятся примеры таких кавитационных реакторов.

Так, известный кавитационный реактор по патенту Российской Федерации RU 2254913, МПК 7 B01J 19/10, дата подачи заявки 2004.09.17, содержащий цилиндрический корпус с рабочей камерой, электроакустический преобразователь, акустический волноводный трансформатор и резонатор. Корпус выполнен с патрубком подведения обрабатываемой жидкости в рабочую камеру и патрубком ее отвода из рабочей камеры. Особенности выполнения рабочей камеры, электроакустического преобразователя, волноводного трансформатора и резонатора обеспечивают образование в рабочей камере плоской стоячей акустической волны, вызывающей кавитацию в обрабатываемой жидкости. Поток обрабатываемой жидкости подают в рабочую камеру реактора через один из патрубков и выводят через другой. В реакторе под действием рассеиваемой акустической мощности в обрабатываемой жидкости возникает кавитация. В данном примере обрабатываемой жидкостью является молоко. Энергия кавитации осуществляет воздействие, заключающееся в механическом разрушении оболочек микробных тел, что приводит к снижению их содержания в молоке.

Еще одним примером таких реакторов является кавитационный реактор для беспрерывной обработки жидких сред по патенту Российской Федерации RU 2209112, МПК 7 B01J 19/10, дата подачи заявки 2002.06.04, представляющий собой камеру цилиндрической формы, внутреннее пространство которой ограничено поверхностями корпуса, стенок излучателя ультразвуковой волны и отражателя ультразвуковой волны. Стенки, отражающие ультразвуковую волну, акустически изолированы от корпуса. В реакторе при его работе устанавливается стоячая ультразвуковая волна, которая создает на удалении от стенок стационарную кавитационную зону.

Кавитационный реактор работает следующим образом.

В жидкой среде, которая пропускается через камеру реактора с помощью входного и выходного штуцеров, от излучателя распространяется ультразвуковая волна, вызывающая в жидкости стационарную кавитационную зону, совпадающую с фронтом ультразвуковой волны. Энергия кавитации вызывает в жидкости необходимые эффекты, то есть выполняет полезную работу. При этом за пределами стационарной кавитационной зоны возле стенок корпуса мощность энергии кавитации будет близкая к нулю. То есть стенки корпуса не подвергаются кавитационной эрозии.

Кавитационные реакторы указанного типа (ультразвуковые кавитационные реакторы) требуют использования мощных специальных ультразвуковых излучателей, что не является простой задачей, особого выполнения рабочей камеры, которое бы обеспечивало заданные параметры ультразвукового поля в камере, то есть режим резонанса, режим стоячей волны и прочее, что определяет условия возникновения кавитации в жидкости. Такие параметры очень чувствительные к геометрии рабочей камеры, соотношения ее размеров, точности взаимного расположения излучателя и элементов, отражающих ультразвуковую волну, а также к внешним параметрам, таким как температура, физические свойства обрабатываемой жидкости и прочее. Превращение энергии в таких реакторах осуществляется по следующей схеме: “потребляемая энергия – акустический преобразователь – ультразвуковое излучение – кавитация в жидкости – полезные эффекты в жидкости”. Такая схема не обеспечивает высоких значений коэффициенту преобразования потребляемой энергии в полезную работу.

Особый интерес вызывают кавитационные реакторы, в которых кавитация в обрабатываемой жидкости генерируется в результате гидродинамических процессов без специальных акустических излучателей (гидродинамические кавитационные реакторы). В таких реакторах, как правило, кавитационные процессы возникают в результате взаимодействия вращающегося ротора с обрабатываемой жидкостью. Механическая энергия ротора непосредственно превращается в энергию кавитационных процессов в обрабатываемой жидкости. Такие реакторы более просты по конструкции, надежные в эксплуатации, характеризуются более высоким коэффициентом преобразования потребляемой энергии в энергию кавитационных процессов, то есть в полезные эффекты.

Так, известен генератор кавитации по авторскому свидетельству СССР SU 1168300, МПК⁴ В06В 1/16, дата подачи заявки 1983.07.01, содержащий цилиндрический корпус (статор) с патрубком для подвода и патрубком для отвода жидкости, размещенный в корпусе приводной вал с крыльчаткой (ротор). Торцовая поверхность корпуса (статора), имеет микрошершавость. Цилиндрическая поверхность корпуса (статора), выполненная с нарезанными на ней выступами, имеющими наклон, противоположный направлению вращения крыльчатки, лопатки которой расположены в плоскости, перпендикулярной оси вращения. Выступы цилиндрической поверхности образовывают камеры на цилиндрической поверхности.

Генератор кавитации работает следующим образом.

Приводной вал с крыльчаткой вращается в корпусе. Обрабатываемая жидкость подается через входной патрубок в рабочее пространство, расположенное между торцовыми поверхностями, где при обтекании лопаток крыльчатки образовываются парогазовые каверны, которые отрываются от тыльной стороны лопаток крыльчатки и генерируют кавитацию. Поверхности торцов и камеры на цилиндрической поверхности кольца предотвращают вращение жидкости вместе с лопатками крыльчатки, увеличивая интенсивность кавитационной обработки. Обработанная жидкость отбирается через выходной патрубок. Общими признаками указанного аналога и заявляемого решения являются: реактор для кавитационной обработки жидкости, включающий корпус, в котором соосно установлены подвижный ротор и неподвижный статор с элементами активации кавитации с образованием рабочей зоны между ротором и статором, а также средства пропуска жидкости через рабочую зону.

В описанном реакторе ультразвук, который генерируется в рабочей зоне реактора, бесполезно излучается за границы реактора, что снижает значение коэффициента преобразования потребляемой энергии в полезную работу.

Примером, подтверждающим возможности гидродинамических кавитационных реакторов, является реактор, известный по описанию изобретения к патенту Российской Федерации RU 2054604, МПК⁶ F24J 3/00, G21B 1/00, дата подачи заявки 1993.07.02. Реактор содержит две или более соединенных последовательно рабочих камеры (в приведенном пример их четыре), в каждой из которых установлены рабочие колеса центробежного насоса с закрепленными на периферии роторами в виде перфорированных колец. Коаксиально роторам в корпусах рабочих камер напротив каждого ротора закреплен статор, выполненный в виде перфорированного кольца. Рабочие камеры соединены между собой с помощью диффузоров.

Реактор работает следующим образом.

В процессе вращения рабочее колесо центробежного насоса передает обрабатываемой жидкости кинетическую энергию, которая частично превращается в статическое давление (в диффузорах), а частично в переменное давление (при прохождении перфораций ротора и статора). При действии на жидкость полупериода отрицательной полуволны переменного давления в жидкости, находящейся в зоне обработки, образовываются кавитационные пузырьки. При действии на жидкость следующего полупериода положительной полуволны переменного давления кавитационные пузырьки сжимаются (охлопываются). Пузырьки запасают энергию, определяемую разностью давлений, действующих на пузырьки извне и изнутри. Извне на пузырьки действует сумма переменного и статического давления. Внутри пузырьков действует давление насыщенного пара жидкости. В момент схлопывания пузырьков запасенная энергия превращается в энергию воздействия на обрабатываемую жидкость.

Общими признаками указанного аналога и заявляемого решения являются: реактор для кавитационной обработки жидкости, включающий корпус, в котором соосно установлены подвижный ротор и недвижимый статор с элементами активации кавитации, а также средства пропускания жидкости через рабочую зону.

Как в вышеописанном аналоге, ультразвук, генерируемый в рабочей зоне реактора, бесполезно излучается за границы реактора, что снижает значение коэффициента преобразования потребляемой энергии в полезную работу.

Как прототип выбран кавитационный реактор, работающий в режиме теплогенератора, известный по патенту Украины на полезную модель UA899, МПК⁷ F24H 1/10, дата подачи заявки 2000.09.11.

Реактор, как теплогенератор, содержит корпус, на продольной оси которого расположены с зазором активное колесо и реактивное колесо с ячейками, образованными радиальными перемычками. Радиальные перемычки в активном колесе выполнены с вырезами, вследствие чего образовывается кольцевая полость с центральной зоной. Поверхность, проходящая через указанную зону, является прямолинейным продолжением приосевой поверхности ячеек реактивного колеса. Активное колесо закреплено на приводном валу, реактивное колесо соединено с корпусом. Вдоль оси реактивного колеса выполнен входной канал, а на периферии колес расположен выходной канал.

Реактор работает следующим образом.

При вращении приводного вала и жестко связанного с ним активного колеса жидкость, например вода, подсасывается из кольцевой полости в ячейки активного колеса и, приобретая ускорение под действием центробежных сил, двигается к периферии ячеек, потом, изменяя направление, поступает на периферию ячеек реактивного колеса, после торможения в которых направляется в центральную зону кольцевой полости, из которой снова подсасывается в ячейки активного колеса, и процесс повторяется.

На выходах жидкости из ячеек реактивного колеса в кольцевую полость образовываются кавитационные пузырьки, которые наиболее интенсивно охлопываются в зоне повышенного давления в кольцевой полости, выделяя тепло. Аналогичные процессы также имеют место при ускорениях и торможениях жидкости в ячейках активного и реактивного колес. Таким образом за счет кавитационных процессов осуществляется нагревание жидкости.

Часть нагретой жидкости через зазор между активным и реактивным колесами поступает в выходной канал. Холодная жидкость поступает через входной канал, который выполнен вдоль оси реактивного колеса.

Общими признаками прототипа и заявляемого решения являются: реактор для кавитационной обработки жидкости, включающий корпус, в котором соосно установлены активное подвижное и реактивное неподвижное колеса с радиальными ячейками, выполненными на лицевых сторонах колес с образованием рабочей зоны между лицевыми сторонами колес, а также средства пропускания обрабатываемой жидкости через рабочую зону.

В описанном реакторе ультразвуковое излучение, возникающее в результате гидродинамических кавитационных процессов в рабочей зоне реактора, излучается за границы реактора и практически является прямыми потерями, снижающими значение коэффициента преобразования потребляемой энергии в полезную работу.

Сущность изобретения

В основу изобретения поставлена задача повышения коэффициента преобразования потребляемой энергии в энергию кавитационных процессов за счет более полного использования энергии ультразвукового излучения, возникающего в результате гидродинамических кавитационных процессов в обрабатываемой жидкости.

По первому варианту поставленная задача решается тем, что в реакторе для кавитационной обработки жидкости, включающем корпус, в котором соосно установлены активное подвижное и реактивное неподвижное колеса с радиальными ячейками, выполненными на лицевых сторонах колес с образованием рабочей зоны между лицевыми сторонами колес, а также средства пропускания жидкости через рабочую зону, в соответствии с изобретением корпус с тыльной стороны реактивного колеса имеет камеру, которая отделена от ячеек реактивного колеса герметичной перегородкой и выполнена с возможностью пропускания обрабатываемой жидкости через камеру.

Указанные признаки являются существенными признаками изобретения по первому варианту.

Целесообразно перегородку со стороны камеры выполнить ребристой.

По второму варианту поставленная задача решается тем, что в реакторе для кавитационной обработки жидкости, включающем корпус, в котором соосно установлены активное подвижное и реактивное неподвижное колеса с радиальными ячейками, выполненными на лицевых сторонах колес с образованием рабочей зоны между лицевыми сторонами колес, а также средства пропускания обрабатываемой жидкости через рабочую зону, в соответствии с изобретением активное колесо установлено в корпусе с образованием камеры между корпусом и тыльной стороной активного колеса, которая соединена с рабочей зоной через отверстия в активном колесе.

Указанные признаки являются существенными признаками изобретения по второму варианту.

Целесообразно тыльную сторону активного колеса выполнить ребристой.

По третьему варианту поставленная задача решается тем, что в реакторе для кавитационной обработки жидкости, включающем корпус, в котором соосно установлены активное подвижное и реактивное неподвижное колеса с радиальными ячейками, выполненными на лицевых сторонах колес с образованием рабочей зоны между лицевыми сторонами колес, а также средства пропускания обрабатываемой жидкости через рабочую зону, в соответствии с изобретением корпус со стороны тыльной стороны реактивного колеса имеет первую камеру, которая отделена от ячеек реактивного колеса герметичной перегородкой и выполнена с возможностью пропускания обрабатываемой жидкости через камеру, а активное колесо установлено в корпусе с образованием второй камеры между корпусом и тыльной стороной активного колеса, которая соединена с рабочей зоной через отверстия в активном колесе.

Указанные признаки являются существенными признаками изобретения по третьему варианту.

Целесообразно перегородку, которая отделяет первую камеру от ячеек реактивного колеса, а также тыльную сторону активного колеса выполнить ребристыми.

Существенные признаки изобретения по каждому из вариантов находятся в причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом.

Так, по первому варианту выполнения реактора для кавитационной обработки жидкости в виде корпуса, в котором соосно установлены активное подвижное и реактивное неподвижное колеса с радиальными ячейками, выполненными на лицевых сторонах колес с образованием рабочей зоны между лицевыми сторонами колес, средств пропускания обрабатываемой жидкости через рабочую зону, выполнение в корпусе с тыльной стороны реактивного колеса камеры, которая отделена от ячеек реактивного колеса герметичной перегородкой и выполнена с возможностью пропускания обрабатываемой жидкости – обеспечивает повышение коэффициента преобразования потребляемой энергии в энергию навигационных процессов за счет более полного использования энергии ультразвукового излучения.

По второму варианту выполнения реактора для кавитационной обработки жидкости в виде корпуса, в котором соосно установлены активное подвижное и реактивное неподвижное колеса с радиальными ячейками, выполненными на лицевых сторонах колес с образованием рабочей зоны между лицевыми сторонами колес, средств пропускания обрабатываемой жидкости через рабочую зону, размещение активного колеса в корпусе с образованием камеры между корпусом и тыльной стороной активного колеса, которая соединена с рабочей зоной через отверстия в активном колесе – обеспечивает повышение коэффициента преобразования потребляемой энергии в энергию кавитационных процессов за счет более полного использования энергии ультразвукового излучения.

По третьему варианту выполнения реактора для кавитационной обработки жидкости в виде корпуса, в котором соосно установлены активное подвижное и реактивное неподвижное колеса с радиальными ячейками, выполненными на лицевых сторонах колес с образованием рабочей зоны между лицевыми сторонами колес, средств пропускания рабочей жидкости через рабочую зону, выполнение в корпусе с тыльной стороны реактивного колеса камеры, которая отделена от ячеек реактивного колеса герметичной перегородкой и выполнена с возможностью пропускания рабочей жидкости, размещение активного колеса в корпусе с образованием камеры между корпусом и тыльной стороной активного колеса, которая соединена с рабочей зоной через отверстия в активном колесе – обеспечивает повышение коэффициента преобразования потребляемой энергии в энергию кавитационных процессов за счет более полного использования энергии ультразвукового излучения.

Это поясняется следующим.

Отличительные признаки по каждому из вариантов изобретения – выполнение в корпусе с тыльной стороны реактивного колеса камеры, которая отделена от ячеек реактивного колеса герметичной перегородкой и выполнена с возможностью пропускания обрабатываемой жидкости – по первому варианту; размещение активного колеса в корпусе с образованием камеры между корпусом и тыльной стороной активного колеса, которая соединена с рабочей зоной через отверстия в активном колесе – по второму варианту; выполнение в корпусе с тыльной стороны реактивного колеса камеры, которая отделена от ячеек реактивного колеса герметичной перегородкой и выполнена с возможностью пропускания обрабатываемой жидкости, размещение активного колеса в корпусе с образованием камеры между корпусом и тыльной стороной активного колеса, которая соединена с рабочей зоной через отверстия в активном колесе – по третьему варианту, совместно с существенными признаками, общими с прототипом, реализуют особый режим работы реактора, характеризующийся следующим.

Широко известно, что гидродинамические кавитационные процессы в жидкости генерируют мощное ультразвуковое излучение. В существующих гидродинамических кавитационных реакторах процесс преобразования энергии выглядит следующим образом. Потребляемая энергия (например, электроэнергия привода реактора) превращается в механическую энергию активных элементов реактора (ротор, активное колесо и т.п.). Механическая энергия активных элементов реактора переходит в энергию кавитационных процессов в жидкости, в энергию тепловых затрат на жидкостное трение, преодоления гидродинамического сопротивления, а также в энергию ультразвукового излучения.

Также известно, что ультразвуковое излучение при соответствующих условиях вызывает в жидкости кавитационные процессы. Это показано выше на примерах известных ультразвуковых кавитационных реакторов.

В существующих гидродинамических кавитационных реакторах ультразвуковое излучение, которое генерируется кавитационными процессами в рабочей зоне, излучается за границы реактора, поглощается материалом конструктивных элементов с превращением в тепло и только частично используется как фактор, влияющий на физические и химические свойства обрабатываемой жидкости. Энергия ультразвука, излучаемого за границы реактора, практически является прямыми потерями, снижающими значение коэффициента преобразования потребляемой энергии в полезную работу.

Авторами предложена конструкция гидродинамического кавитационного реактора, в котором преобразование энергии проходит по следующей схеме: “потребляемая энергия – механическая энергия активных элементов реактора – гидродинамические кавитационные процессы в рабочей зоне реактора – ультразвуковое излучение – вторичные кавитационные процессы в дополнительных камерах (с тыльной стороны реактивного колеса первая камера, между корпусом и тыльной стороной активного колеса вторая камера) – полезные эффекты в рабочей жидкости, которая пропускается через рабочую зону реактора и дополнительные камеры”. В такой схеме энергия ультразвукового излучения, генерируемая в рабочей зоне реактора, используется для возбуждения вторичных кавитационных процессов, которые, в свою очередь, дополнительно вызывают полезные эффекты в жидкости. То есть потери энергии ультразвукового излучения уменьшаются, коэффициент преобразования потребляемой энергии в полезную работу увеличивается.

Ребра, выполненные на внутренних поверхностях дополнительных камер, работают как концентраторы ультразвукового излучения.

Заявляемые варианты реактора являются объектами одного вида, одинакового назначения, обеспечивают получение одного и того же технического результата. То есть варианты заявляемого реактора отвечают требованиям единства изобретения.

Перечень чертежей.

Фиг.1. Реактор для кавитационной обработки жидкости, первый вариант, продольный разрез.

Фиг.2. Реактор для кавитационной обработки жидкости, первый вариант, вид на лицевую сторону активного колеса.

Фиг.3. Реактор для кавитационной обработки жидкости, первый вариант, вид на лицевую сторону реактивного колеса.

Фиг.4. Реактор для кавитационной обработки жидкости, первый вариант, продольный разрез, с ребристой поверхностью камеры.

Фиг.5. Реактор для кавитационной обработки жидкости, второй вариант, продольный разрез.

Фиг.6. Реактор для кавитационной обработки жидкости, второй вариант, продольный разрез, с ребристой поверхностью камеры.

Фиг.7. Реактор для кавитационной обработки жидкости, третий вариант, продольный разрез.

Фиг.8. Реактор для кавитационной обработки жидкости, третий вариант, продольный разрез, с ребристыми поверхностями камер.

Фиг.9. Реактор для кавитационной обработки жидкости, схема распространения ультразвукового излучения в рабочей зоне и дополнительных камерах реактора.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Ниже приводится детальное описание вариантов заявляемого реактора со ссылками на указанные чертежи.

Реактор для кавитационной обработки жидкости по первому варианту (фиг.1) включает корпус 1, в котором соосно установлены активное подвижное 2 и реактивное неподвижное 3 колеса с радиальными ячейками 4, выполненными на лицевой стороне активного колеса 2, и с радиальными ячейками 5, выполненными на лицевой стороне реактивного колеса 3. Радиальные ячейки 4, 5 образованы радиальными перемычками 6, 7, выполненными на лицевых сторонах колес 2, 3 соответственно (фиг.2, 3). Радиальные перемычки 6 активного колеса 2 выполнены с вырезами 8, вследствие чего образовывается кольцевая полость 9. Активное колесо 2 установлено в корпусе 1 с возможностью вращения вокруг продольной оси 10. Реактивное колесо 3 жестко закреплено на корпусе 1 с помощью винтовых соединений 11. Активное колесо 2 и реактивное колесо 3 установлены относительно друг друга с зазором 12 с возможностью образования рабочей зоны 13 между лицевыми сторонами колес 2, 3, которая включает зазор 12, радиальные ячейки 4, 5 на лицевых сторонах колес 2, 3, а также кольцевую полость 9. Реактор выполнен со средствами пропускания обрабатываемой жидкости через рабочую зону 13, которые включают входной патрубок 14, расположенный вдоль оси реактивного колеса 3, входную полость 15, соединенную с рабочей зоной 13, выходной патрубок 16, соединенный с рабочей зоной 13 через зазор 12 между колесами 2, 3.

Корпус 1 со стороны тыльной стороны реактивного колеса 3 имеет камеру 17, которая отделена от ячеек 5 реактивного колеса 3 герметичной перегородкой 18 и выполнена с возможностью пропускания рабочей жидкости через камеру 17 с помощью входного патрубка 19 и выходного патрубка 20.

Перегородка 18 со стороны камеры 17 может быть выполнена ребристой с ребрами 21. Внутренние поверхности входной полости 15 также могут быть выполнены ребристыми с ребрами 22 (фиг.4).

Реактор для кавитационной обработки жидкости по второму варианту (фиг.5) включает, как и реактор по первому варианту, корпус 1, активное подвижное 2 и реактивное неподвижное 3 колеса с радиальными ячейками 4 и 5, образованные радиальными перемычками 6, 7 (фиг.2, 3). Радиальные перемычки 6 активного колеса 2 выполнены с вырезами 8, которые образуют кольцевую полость 9. Активное колесо 2 установлено в корпусе 1 с возможностью вращения вокруг продольной оси 10. Реактивное колесо 3 жестко закреплено на корпусе 1 с помощью винтовых соединений 11. Активное колесо 2 и реактивное колесо 3 установлены относительно друг друга с зазором 12 с возможностью образования рабочей зоны 13 между лицевыми сторонами колес 2, 3, которая включает зазор 12, радиальные ячейки 4, 5 на лицевых сторонах колес 2, 3, а также кольцевую полость 9. Реактор имеет входной патрубок 14, расположенный вдоль оси реактивного колеса 3, входную полость 15, выходной патрубок 16. Расположения и взаимосвязь указанных конструктивных элементов такие же, как и в первом варианте.

В отличие от первого варианта активное колесо 2 установлено в корпусе 1 с образованием камеры 23 между корпусом 1 и тыльной стороной активного колеса 2, которое соединено с рабочей зоной 13 через отверстия 24 в активном колесе 2.

Тыльная сторона активного колеса 2 может быть выполнена ребристой с ребрами 25 (фиг.6).

Реактор для кавитационной обработки жидкости по третьему варианту (фиг.7) включает, как и реактор по первому и второму варианту, корпус 1, активное подвижное 2 и реактивное неподвижное 3 колеса с радиальными ячейками 4 и 5, образованные радиальными перемычками 6, 7 (фиг.2, 3). Радиальные перемычки 6 активного колеса 2, выполненные с вырезами 8, образующими кольцевую полость 9. Активное колесо 2 установлено в корпусе 1 с возможностью вращения вокруг продольной оси 10. Реактивное колесо 3 жестко закреплено на корпусе 1 с помощью винтовых соединений 11. Активное колесо 2 и реактивное колесо 3 установлены относительно друг друга с зазором 12 с возможностью образования рабочей зоны 13 между лицевыми сторонами колес 2, 3, которая включает зазор 12, радиальные ячейки 4, 5 на лицевых сторонах колес 2, 3, а также кольцевую полость 9. Реактор имеет входной патрубок 14, расположенный вдоль оси реактивного колеса 3, входную полость 15, выходной патрубок 16. Расположение и взаимосвязь указанных конструктивных элементов такие же, как в первом и втором вариантах.

Корпус 1 со стороны тыльной стороны реактивного колеса 3 имеет камеру 17, которая отделена от ячеек 5 реактивного колеса 3 герметичной перегородкой 18 и выполнена с возможностью пропускания обрабатываемой жидкости через камеру 17 с помощью входного патрубка 19 и выходного патрубка 20. Активное колесо 2 установлено в корпусе 1 с образованием камеры 23 между корпусом 1 и тыльной стороной активного колеса 2, которая соединена с рабочей зоной 13 через отверстия 24 в активном колесе 2.

Перегородка 18 со стороны камеры 17, тыльная сторона активного колеса 2 могут быть выполнены ребристыми с ребрами 21, 25. Внутренние поверхности входной полости 15 также могут быть выполнены ребристыми с ребрами 22 (фиг.8).

Реактор для кавитационной обработки жидкости работает следующим образом.

При вращении активного колеса 2 жидкость, например вода, поступает через входной патрубок 14 во входную полость 15 и далее в кольцевую полость 9. Из кольцевой полости 9 жидкость подсасывается в ячейки 4 активного колеса 2 и, приобретая ускорение под действием центробежных сил, движется к периферии ячеек 4. Потом жидкость, изменяя направление, поступает на периферию ячеек 5 реактивного колеса 3, после торможения в которых направляется к кольцевой полости 9, из которой опять подсасывается в ячейки 4 активного колеса 2, и процесс повторяется. На выходах жидкости из ячеек 5 реактивного колеса 3 в кольцевую полость 9 образовываются кавитационные пузырьки, которые потом интенсивно охлопываются в зоне повышенного давления в кольцевой полости 9. Аналогичные процессы имеют место при ускорении и торможении жидкости в ячейках 4, 5 активного 2 и реактивного 3 колес. Кавитационные процессы возникают в результате взаимодействия активного колеса 2 с обрабатываемой жидкостью. Механическая энергия активного колеса 2 непосредственно превращается в энергию кавитационных процессов в рабочей зоне 13.

Часть нагретой жидкости через зазор 12 между активным 2 и реактивным 3 колесами поступает в выходной канал. Холодная жидкость поступает через входной канал, который выполнен вдоль оси реактивного колеса 3.

Кавитационные процессы в рабочей зоне 13 генерируют ультразвуковое излучение, которое передается через перегородку 18 в дополнительную камеру 17, а также через активное колесо 2 в дополнительную камеру 23. В камерах 17 и 23 ультразвуковое излучение генерирует вторичные кавитационные процессы.

Преобразование энергии проходит по схеме: “потребляемая энергия – механическая энергия активных элементов реактора – гидродинамические кавитационные процессы в рабочей зоне реактора – ультразвуковое излучение – вторичные кавитационные процессы в дополнительных камерах (с тыльной стороны реактивного колеса первая камера, между корпусом и тыльной стороной активного колеса вторая камера) – полезные эффекты в жидкости, которая пропускается через рабочую зону реактора и дополнительные камеры”. Вторичные кавитационные процессы дополнительно вызывают полезные эффекты в жидкости. То есть потери энергии ультразвукового излучения уменьшаются, значение коэффициента преобразования потребляемой энергии в полезную работу увеличивается.

Формула изобретения

1. Реактор для кавитационной обработки жидкости, включающий корпус, в котором соосно установлены активное подвижное и реактивное неподвижное колеса с радиальными ячейками, выполненными на лицевых сторонах колес с образованием рабочей зоны между лицевыми сторонами колес, а также средства пропускания обрабатываемой жидкости через рабочую зону, отличающийся тем, что корпус с тыльной стороны реактивного колеса имеет камеру, отделенную от ячеек реактивного колеса герметичной перегородкой, и выполненную с возможностью пропускания обрабатываемой жидкости через камеру.

2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что перегородка со стороны камеры выполнена ребристой.

3. Реактор для кавитационной обработки жидкости, включающий корпус, в котором соосно установлены активное подвижное и реактивное неподвижное колеса с радиальными ячейками, выполненными на лицевых сторонах колес с образованием рабочей зоны между лицевыми сторонами колес, а также средства пропускания обрабатываемой жидкости через рабочую зону, отличающийся тем, что активное колесо установлено в корпусе с образованием камеры между корпусом и тыльной стороной активного колеса, которая соединена с рабочей зоной через отверстия в активном колесе.

4. Реактор по п.3, отличающийся тем, что тыльная сторона активного колеса выполнена ребристой.

5. Реактор для кавитационной обработки жидкости, включающий корпус, в котором соосно установлены активное подвижное и реактивное неподвижное колеса с радиальными ячейками, выполненными на лицевых сторонах колес с образованием рабочей зоны между лицевыми сторонами колес, а также средства пропускания обрабатываемой жидкости через рабочую зону, отличающийся тем, что корпус с тыльной стороны реактивного колеса имеет первую камеру, отделенную от ячеек реактивного колеса герметичной перегородкой, и выполненную с возможностью пропускания обрабатываемой жидкости через камеру, а активное колесо установлено в корпусе с образованием второй камеры между корпусом и тыльной стороной активного колеса, соединенной с рабочей зоной через отверстия в активном колесе.

6. Реактор по п.5, отличающийся тем, что перегородка, отделяющая первую камеру от ячеек реактивного колеса, а также тыльная сторона активного колеса выполнены ребристыми.

РИСУНКИ