Патент на изобретение №2166987
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) КАВИТАЦИОННЫЙ АППАРАТ
(57) Реферат: Кавитационный аппарат относится к устройствам для создания искусственной кавитации в жидких средах с целью интенсификации различных физико-химических процессов. Аппарат содержит корпус с входным и выходным отверстиями, образующий рабочую камеру, в которой установлены на приводном валу ротор и статор. Ротор и статор состоят из чередующихся между собой дисков. Первый диск ротора имеет радиальные лопасти, передняя по ходу вращения часть которых выполнена в виде клина, задняя – параллелепипеда. Второй диск ротора имеет радиальные прорези, третий диск ротора выполнен перфорированным. Диски статора, установленные между дисками ротора, имеют радиальные прорези. Кавитационный аппарат позволяет повысить эффективность и производительность активации физико-химических процессов в различных отраслях промышленности. 4 з.п. ф-лы, 3 ил. Изобретение относится к устройствам для создания искусственной кавитации с целью использования возникающих кавитационных эффектов для интенсификации физико-химических процессов в различных отраслях промышленности: химической, пищевой, биохимической и др. Устройство может быть использовано для обеззараживания и дезактивации жидкостей, а также в качестве компактного и высокоэффективного источника тепла в любой отрасли народного хозяйства. Известен активатор физико-химических процессов, использующий эффекты гидродинамической кавитации, создаваемой в замкнутой камере с протекающей через нее жидкой рабочей средой [1]. В катере установлены статор и на приводном валу ротор, при вращении которого в результате взаимодействия статора и ротора с рабочей средой возникают кавитационные явления, сопровождающиеся локальными значительными по величине повышениями температуры и давления, которые являются инициирующими факторами различных физико-химических процессов. Недостатками указанного устройства являются невысокая производительность и относительно низкая эффективность активации, особенно для энергоемких технологических процессов, обусловленные значительными потерями энергии на диссипативные явления – гидравлическое трение, преодоление гидродинамического сопротивления среды и др. Известен кавитационный активатор, в котором режим кавитации создается в интенсивном ультразвуковом поле, возбуждаемом в жидкой рабочей среде [2]. Известный активатор состоит, по меньшей мере, из двух рабочих камер, в первой из которых имеется входное отверстие для подачи рабочей среды, во второй – выходное. В каждой камере на приводном валу установлен ротор, представляющий собой рабочее колесо центробежного насоса. По окружности рабочего колеса закреплено кольцо с отверстиями. Статор выполнен в виде концентричного с ротором кольца с отверстиями, расположенными напротив отверстий в кольце ротора. При вращении ротора рабочая жидкость колесом центробежного насоса подается на его выход и проходит через отверстия в кольцах ротора и статора, которые периодически перекрываются. Когда отверстия закрываются, давление в камере возрастает до некоторого максимального значения, определяемого напором жидкости на входе и напором насоса, т.е. его мощностью, при открывании падает до минимального значения, определяемого требуемым расходом, т.е. производительностью устройства. Таким образом, при работе устройства в рабочей среде возбуждается и распространяется переменное поле давлений, т.е. звук. В известном устройстве количество отверстий в кольцах ротора и статора, скорость вращения и перепад давлений выбраны таким образом, что в рабочей среде возбуждается ультразвук, интенсивность которого достаточна для того, чтобы в среде возникли кавитационные явления, эффекты которых (локальные повышения давления и температуры, ионизация частиц среды и др.) активируют необходимые физико-химические процессы. Недостатками известного устройства являются ограниченные эффективность активации физико-химических процессов и производительность устройства, обусловленные следующими причинами. Известно (см. , например, Л. Д.Ландау, А.И.Ахиезер, Е.М. Лифшиц “Курс общей физики”. -М.-1965 г), что кавитация ограничивает интенсивность ультразвука в жидкой среде. В известном устройстве увеличение интенсивности ультразвука связано с повышением перепада давлений p(max)-p(min) в рабочей камере, что, в свою очередь, ведет к увеличению мощности центробежного насоса или количества последовательно работающих устройств (как предложено авторами). Оба указанных способа приводят к увеличению размеров, массы, энергопотребления и стоимости устройства. Более того, увеличение интенсивности ультразвука в известном устройстве указанными экстенсивными средствами ограничено тем, что при его работе в зазоре между роторными и статорными кольцами уже при относительно малых скоростях вращения ротора возникает гидродинамическая кавитация, которая ограничивает интенсивность генерируемого ультразвука. Указанное ограничение приводит к тому, что интенсивность кавитационных явлений и, соответственно, эффективность активации в известном устройстве не превосходят эффективности гидродинамических активаторов. Кроме того, в известном устройстве интенсивность ультразвука нестабильна и существенно зависит от напора рабочей жидкости на входе и скоростного режима ротора, что ухудшает качество активации и создает определенные эксплуатационные проблемы, связанные с необходимостью контроля и регулировки режимов работы. Целью настоящего изобретения является создание высокоэффективного кавитационного аппарата для активации различных физико-химических процессов в жидких средах, лишенного указанных недостатков. Для этого в известном кавитационном аппарате, содержащем корпус с входным и выходным отверстиями для рабочей жидкости, образующий рабочую камеру, в которой размещены ротор на приводном валу и статор, последние состоят из чередующихся между собой дисков, установленных перпендикулярно оси симметрии камеры, при этом первый от входа диск ротора имеет, по меньшей мере, две расположенные в его плоскости равномерно по окружности радиальные лопасти, передняя по ходу вращения часть которых выполнена в виде клина, задняя – параллелепипеда с радиальными проточками на его боковых гранях, во втором диске ротора и в дисках статора, установленных между дисками ротора, выполнены радиальные прорези, равномерно расположенные по своим окружностям, последний диск ротора выполнен перфорированным. На фиг. 1 изображено осевое сечение кавитационного аппарата. На фиг. 2 – ротор кавитационного аппарата. На фиг.3 – две проекции диска статора. Заявляемый кавитационный аппарат содержит корпус 1, образующий рабочую камеру 2 с входным 3 и выходным 4 отверстиями, приводной вал 5, первый роторный диск 6 с лопастями 7, первый статорный диск 8, второй роторный диск 9, второй статорный диск 10, прорези 11 в дисках 8, 9, 10, третий роторный диск 12 с перфорацией 13, проточки 14. Работает устройство следующим образом. При вращении ротора режущие лопасти 7 диска 6 рассекают рабочую жидкость в камере 2. За счет действия клина лопасти напряжения, возникающие в жидкости, значительно превышают предел прочности жидкости, вследствие чего на режущей кромке лопасти 7 происходит разрыв сплошности жидкости и позади лопасти образуется большая кавитационная полость. Одновременно скошенной гранью клина жидкость отбрасывается в направлении выхода 4 из камеры 2, т.е. создается ток жидкости в нужном направлении. Следующей набегающей лопастью образовавшаяся кавитационная полость дробится на более мелкие кавитационные полости, которые с током жидкости через прорези 11 статорного диска 8 проходят к следующей паре кавитатора – роторному диску 9 и статорному диску 10, где процесс образования и дробления кавитационных полостей продолжается. В зоне второго 9 и третьего 12 дисков ротора интенсивно образуются кавитационные пузырьки оптимальных размеров, которые при схлопывании инициируют мощные кавитационные эффекты, активирующие физико-химические процессы в рабочей среде. Таким образом, режущие лопасти ротора одновременно выполняют две функции: являются инициаторами кавитационных пузырьков и создают необходимый ток рабочей жидкости через камеру. Это позволило исключить из аппарата элементы нагнетательного насоса и уменьшить тем самым непроизводительные затраты энергии, т. е. увеличить КПД кавитационного аппарата. Использование второго диска ротора с прорезями и последнего перфорированного диска позволило интенсифицировать образование кавитационных пузырьков оптимальных размеров в зоне действия этих дисков, т.е. дополнительно повысить эффективность активации. Кроме того, в предлагаемом аппарате возможно использование однотипных статорных дисков с прорезями произвольного сечения, например прямоугольного, что снижает затраты на его изготовление. Испытания опытного образца кавитационного аппарата показали, что его КПД по сравнению с известным в 4 раза выше. Настоящий аппарат при изготовлении технологичнее прототипа, некритичен к точности сборки и, в конечном счете, требует меньших затрат на его производство и эксплуатацию. Кавитационный аппарат может быть использован как генератор тепла. В настоящее время опытный образец используется на судах речфлота для обеззараживания воды. Список литературы: 1. Авторское свидетельство N 1358140, МКИ B 01 F 11/02. Кавитационный смеситель. 2. PCT N 94/09894, МКИ B 01 F 7/00, 11/00. Ультразвуковой активатор. Формула изобретения
РИСУНКИ
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 11.01.2002
Номер и год публикации бюллетеня: 11-2003
Извещение опубликовано: 20.04.2003
|
||||||||||||||||||||||||||
