Кавитационный гидроударный диспергатор

Полезная модель относится к устройствам для создания кавитационных гидроударных импульсных колебаний в процессе измельчения, смешения и гомогенизации в системах «жидкость-жидкость», «жидкость-твердое тело» и может быть использована в химической, нефтяной, горно-добывающей и других отраслях промышленности для интенсификации различных физико-химических, гидромеханических и тепломассообменных процессов.

Технический результат, заключается в эффективности диспергирования и гомогенизации материалов, интенсификации процесса, путем увеличения мощности гидроудара и времени воздействия кавитации.

Достигается это тем, что кавитационный гидроударный диспергатор, включающий полый корпус с входным и выходным патрубками, статор с отверстиями, расширяющимися в сторону камеры выхода, с установленными в ней резонаторами, ротор с валом привода, лопастями и отверстиями, выполненными с возможностью совмещения или перекрытия с отверстиями статора, согласно заявляемому устройству, входной патрубок присоединен тангенциально к корпусу, где соосно с валом привода установлен лопастной вакуумирующий насадок с возможностью возвратно-поступательного движения параллельно оси вала привода и перекрытия зазора между ним и ротором, кроме того, на поверхности ротора со стороны статора установлен кольцевой магнит, а в отверстиях статора перед расширением расположена резонирующая камера, при этом размеры вакуумирующей камеры по отношению к отверстию статора выражены соотношением:

,

где d_k - диаметр вакуумирующей камеры, d_с - диаметр отверстия статора, l_k - длина вакуумирующей камеры.

1 с и 1 зав. п. ф-лы 2 илл.

Полезная модель относится к устройствам для создания кавитационных гидроударных импульсных колебаний в процессе измельчения, смешения и гомогенизации в системах «жидкость-жидкость», «жидкость-твердое тело» и может быть использована в химической, нефтяной, горно-добывающей и других отраслях промышленности для интенсификации различных физико-химических, гидромеханических и тепломассообменных процессов.

Известно устройство, высокочастотный многорядный роторно-импульсный аппарат (Патент РФ №2179895), в котором в корпусе с кольцевой рабочей камерой установлены статор и ротор, в боковых стенках которых выполнены сквозные каналы, расположенные рядами со смещением каналов ротора и статора.

Однако, для эффективной работы устройства необходимо избыточное давление на входе, при котором формируются интенсивные импульсы диапазона частот, кроме того, при переработки двухфазных смесей «жидкость-твердое тело» долговечность аппарата незначительна в связи с увеличением зазора статор-ротор при износе поверхности рабочих органов.

Известно также устройство, кавитационный диспергатор (Патент РФ №2301112), содержащий корпус, входной и выходной патрубки, статор с отверстиями, расширяющимися в сторону кавитационной камеры, с установленными в ней резонаторами, ротор с приводом и отверстиями, выполненными с возможностью совмещения или перекрытия с отверстиями статора. Данное устройство выбрано в качестве прототипа.

Положительным в устройстве является то, что обеспечиваются условия колебаний не только от прерывания потока при смещении отверстий ротора и статора, но и расширения пределов регулирования частоты гидроударных и кавитационных импульсов.

Однако при обработке абразивных смесей кольцевая резонансная пластина ротора и статора будет изнашиваться, в результате чего будет

нарушаться мощность импульсов, кроме того недостаточна продолжительность и мощность воздействия кавитации.

Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание устройства, в котором обеспечивается диспергирование и гомогенизации материалов не только за счет двойной зоны кавитации в результате чередующихся гидравлических ударов в отверстиях ротора и регулирования статического давления в отверстиях статора, но и поддерживания определенного расстояния между ротором и статором, а также интенсификация процесса, путем увеличения мощности гидроудара и времени воздействия кавитации в резонансных камерах, в результате достигается изменение структуры жидкой среды, что существенно влияет на качество приготовления гомогенного, дисперсного раствора, как с органической, так и с неорганической составляющей.

Поставленная задача достигается тем, что кавитационный гидроударный диспергатор, включающий полый корпус с входным и выходным патрубками, статор с отверстиями, расширяющимися в сторону камеры выхода, с установленными в ней резонаторами, ротор с валом привода, лопастями и отверстиями, выполненными с возможностью совмещения или перекрытия с отверстиями статора, согласно заявляемому устройству, входной патрубок присоединен тангенциально к корпусу, где соосно с валом привода установлен лопастной вакуумирующий насадок с возможностью возвратно-поступательного движения параллельно оси вала привода и регулирования зазора между ним и ротором, кроме того на поверхности ротора, со стороны статора, установлен кольцевой магнит, а в отвестиях статора, перед расширением, расположены резонирующие камеры, при этом размеры резонирующей камеры по отношению к отверстию статора выражены соотношением:

1

,

где d_k - диаметр вакуумирующей камеры, d_с - диаметр отверстия статора, l_k - длина вакуумирующей камеры.

Интенсификация процесса эмульгации и диспергации обрабатываемой среды обеспечивается за счет чередующихся гидравлических ударов в отверстиях ротора при перекрывании отверстий ротор-статор, а так же «схлопыванием» кавитационных пузырьков. Гидродинамические процессы в установке сопровождаются развитой турбулентностью за счет тангенциального расположения всасывающего патрубка и устройству закручивающих лопаток в вакуумирующем насадке, что способствует хорошей гомогенизации обрабатываемого материала. Для максимального увеличения мощности гидроудара и кавитации в отверстиях ротора, на входе подающего потока установлен лопастной вакуумирующий насадок, для регулирования зазора между ротором и создания оптимальной величины рязряжения в камере вскипания. С целью увеличения межремонтного ресурса работы и снижения абразивно-кавитационного износа соприкасающихся рабочих поверхностей колец ротора и статора, минимальный зазор между соприкасающимися поверхностями поддерживается установкой кольцевого магнита, на поверхности ротора, со стороны статора.

Повышение эффективности измельчения и эмульгирования достигается и за счет расширения пределов регулирования частоты гидроударных и кавитационных импульсов при помощи резонаторов, закрепленных в корпусе выхода, соосно с отверстиями статора. Для увеличения продолжительности времени воздействия кавитации и дополнительного увеличения ее мощности в канале статора перед расширением установлена резонирующая камера.

Сущность технического решения иллюстрируется чертежами, где:

На фиг.1 изображен продольный разрез кавитационного гидроударного диспергатора; на фиг.2 сечение А-А фиг.1; на фиг.3 вид А на фиг.1; на фиг.4 сечение Б-Б на фиг.1.

Кавитационный гидроударный диспергатор содержит:

1 - вал привода; 2 - лопастной вакуумированный насадок; 3 - камера всасывания; 4 - ротор; 5 - корпус выхода, 6 - корпус рабочих органов; 7 - статор, 8 -

резонатор; 9 - камера вскипания; 10 - отверстия ротора, 11 - входной патрубок, 12 - выходной патрубок, 13 - резонирующая камера; 14 магнит, 15 - сопло ротора, 16 - лопасти вакуумированного насадка 2, 17 - отверстия статора 7.

Устройство работает следующим образом:

Вода или смесь воды с примесями подается по входному патрубку 11, в камеру всасывания 3. Благодаря тангенциальному расположению патрубка 11, в камере всасывания 3 образуется кольцевой вихрь, что приводит к началу возникновения пристеночной и объемной кавитации. Закрученная жидкость, через зазор «а» лопастного вакуумированного насадка 2, через лопасти 16 поступает в камеру вскипания 9 ротора 4, выполненного в форме рабочего колеса центробежного насоса. Лопастной вакуумированный насадок 2 выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения параллельно оси вала привода 1. При этом можно регулировать величину зазора «а», создавая в камере вскипания 9 оптимальную величину разряжения, необходимую для вскипания жидкости. Ротор 4, закрепленный на валу привода 1, вращаясь, воздействует лопатками на суспензию или жидкость, отбрасывает ее по отверстиям 10 к перефирии и сообщает ей кинетическую энергию. Обладая большой кинетической энергией поток суспензии или жидкости, насыщается кавитационными пузырьками. При перекрывании отверстий ротора-статора под действием повышенного давления и гидроудара, пузырьки сжимаются и в них образуется температура .>1000° и давлении .>100 атм. Поворот проточных каналов 10 на 90° в зоне гидродинамического удара, создает дополнительную мощность гидроудара разрушающего твердые вещества. В момент совмещения отверстий ротора-статора образуется зона пониженного давления и сжатые пузырьки охлопываются, при этом выделяется огромная энергия, в результате чего выделяется тепло и происходит разрушение поверхности твердых частиц, а проникающая в микротрещины жидкость под действием ударных волн увеличивает или разрушает названные частицы. Для увеличения продолжительности времени воздействия кавитации и дополнительного увеличения ее мощности в отверстии 17 статора 7 перед расширением расположена - резонирующая камера 13, при этом размеры

резонирующей камеры 13 по отношению к отверстию статора выражены соотношением:

,

где d_k - диаметр резонирующей камеры, d_с - диаметр отверстия статора, l_k - длина резонирующей камеры.

В корпусе выхода 5 соосно с отверстиями статора 17, расположены резонаторы 8, в количестве 6-8 штук, с помощью которых регулируется частота гидроударных и кавитационных импульсов. Благодаря им появляется возможность настройки аппарата на режимы, благоприятные для измельчения различных по свойствам материалов. Роль катализатора, необходимого для изменения структуры молекул воды выполняет ротор 4, изготовленный из специального водородпоглощающего сплава. Оптимальным режимом для получения качественного продукта гомогенизации и диспергации, а так же увеличения ресурса рабочих органов, является линейная скорость открытия и закрытия каналов ротора и статора (не менее 40 м/сек). Оптимальный зазор между ротором и статором 100 мкр. обепечивается на этапе запуска кольцевым магнитом 14, установленным соосно валу привода 1. В процессе работы, дополнительное прижатие ротора производится гидродинимическим подпором, через специальные калиброванные отверстия в корпусе 6 (на фиг. не показаны). Выход готовой суспензии производится через патрубок 12.

Таким образом, заявляемый кавитационный гидроударный диспергатор позволяет получить однородные тонкодисперсные суспензии, приготавливать различные эмульсии, структурировать жидкости, обеспечивать протекание многих физико-химических реакций, требующих повышенных давлений и температур, активировать обрабатываемые компоненты суспензий.

1. Кавитационный гидроударный диспергатор, включающий полый корпус с входным и выходным патрубками, статор с отверстиями, расширяющимися в сторону кавитационной камеры с установленными в ней резонаторами, ротор с валом привода, лопастями и отверстиями, выполненными с возможностью совмещения или перекрытия с отверстиями статора, отличающийся тем, что входной патрубок присоединен тангенциально к корпусу, где соосно с валом привода установлен лопастной вакуумирующий насадок с возможностью возвратно-поступательного движения параллельно оси вала привода и регулирования зазора между ним и ротором, кроме того, на поверхности ротора со стороны статора установлен кольцевой магнит, а в отверстиях статора перед расширением расположена резонирующая камера.

2, Кавитационный гидроударный диспергатор по п.1, отличающийся тем, что размеры резонирующей камеры по отношению к отверстию статора выражены соотношением:

где d_k - диаметр вакуумирующей камеры, d_с - диаметр отверстия статора, l_k - длина вакуумирующей камеры.