Акустический излучатель

 

Изобретение относится к технике создания акустических колебаний в проточной жидкой среде и может быть использовано в химической, пищевой, фармацевтической, машиностроительной и других отраслях промышленности. В акустическом излучателе, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, установленные в нем коаксиально цилиндрические ротор и статор с каналами на боковых стенках, причем статор установлен внутри полости ротоpa, а обрабатываемая жидкость подается со стороны наружной поверхности ротора, число каналов ротора и статора равно друг другу и каналы в роторе выполняются к радиусу ротора под углом = arctgR_cpah/Q, где - угловая скорость ротора, рад/с; R_ср - средний радиус ротора, м; а - ширина прямоугольного канала ротора, м; h - высота канала ротора, м; Q - расход жидкости через излучатель, м³/с. В результате происходит концентрация энергии акустических колебаний и повышение интенсивности акустического поля. 2 ил.

Изобретение относится к технике создания акустических колебаний в проточной жидкой среде и может быть использовано в химической, пищевой, фармацевтической, машиностроительной и других отраслях промышленности для интенсификации тепло-массообменных и гидродинамических процессов.

Известен гидродинамический излучатель, содержащий равное количество концентрично расположенных с одинаковым зазором чередующихся цилиндров ротора и статора с равным количеством одинаковых прорезей, причем прорези ротора и статора в поперечном сечении выполнены с наклоном в противоположные стороны под углом , образованным пересечением плоскости симметрии прорези с радиальной плоскостью на середине расстояния между наружным и внутренним цилиндрами и равным где a - ширина прорезей в цилиндрах; b - толщина стенки цилиндров; d - зазор между цилиндрами; n - число цилиндров ротора и статора.

Недостатком такого устройства является небольшая плотность акустического поля (а.с. СССР N 1219125 B 01 F 7/28).

Наиболее близким к изобретению является акустический излучатель, содержащий корпус с каналами для подвода и отвода среды с установленными в нем коаксильно коническими ротором и статором со щелями на рабочих поверхностях. Внутри корпуса у вершины со стороны канала подвода рабочей среды выполнена сферообразная полость, а у основания - тороидальная полость, радиус окружности которой в поперечном сечении и радиус сферы одинаковы и центры этих радиусов расположены на центральной линии рабочего канала на одинаковом расстоянии от рабочих поверхностей ротора и статора.

Недостатком такого устройства является недостаточная концентрация и интенсивность акустического поля (а.с. 1142176 B 06 B 1/18).

Техническая задача изобретения - концентрация энергии акустических колебаний и повышение интенсивности акустического поля.

Поставленная цель достигается тем, что в акустическом излучателе, содержащем корпус со входным и выходным патрубками, установленные в нем коаксиально цилиндрические ротор и статор с каналами на боковых стенках, причем статор установлен внутри полости ротора, а обрабатываемая жидкость подается со стороны наружной поверхности ротора, число каналов статора и ротора равно друг другу и каналы в роторе выполняются к радиусу ротора под углом где - угловая скорость ротора, рад/с; R_ср - средний радиус ротора, м; a - ширина прямоугольного канала ротора, м;
h - высота канала ротора, м;
Q - расход жидкости через излучатель, м³/с.

На фиг. 1 изображен продольный разрез акустического излучателя, на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1.

Акустический излучатель содержит корпус 1 с патрубками входа 2 и выхода 3 жидкости, ротор 4 и статор 5 с каналами 6, 7 в боковых стенках ротора и статора соответственно. Число каналов в роторе и статоре равно между собой и выбирается из ряда четных чисел. Длина каналов статора равна радиусу внутренней поверхности статора и кратна 1/4 длины волны. Каналы ротора выполняются под углом :

к радиальной прямой по направлению вращения ротора.

Акустический излучатель работает следующим образом. Обрабатываемая жидкость подается через входной патрубок 2, проходит каналы ротора 6 и статора 7, после чего выводится из излучателя через патрубок 3. При вращении ротора 4 его каналы 6 периодически совпадают с каналами статора 7, что приводит к возбуждению в проточной жидкой среде акустических колебаний. Во внутренней полости статора 5 происходит концентрация акустических колебаний. Так как вся обрабатываемая жидкость проходит через внутреннюю полость статора, где подвергается интенсивному акустическому воздействию, то концентрация акустических колебаний в малом объеме способствует интенсификации химико-технологических процессов.

При равенстве длины канала статора и радиуса внутренней полости статора возможно возникновение стоячей волны. Такой вид колебаний реализуется при кратности длины канала статора и радиуса полости статора 1/4 длине излучаемой волны. Для синфазного излучения волны в полость статора необходимо, чтобы число каналов в статоре было равно числу каналов в роторе.

При вращении ротора на жидкость, проходящую через его каналы, действует центробежная сила, создающая противодавление. Величина противодавления рассчитывается по формуле Эйлера
P_ц= ²R²_cp,
где - плотность жидкости, кг/м³;
- угловая скорость ротора, рад/с;
R_ср - средний радиус ротора, м.

Для предотвращения превышения противодавления давлению в полости ротора необходимо соблюсти условие P_вх > P_ц. Исходя из этого условия выбираем
Для того чтобы облегчить прохождение жидкости через каналы ротора, их выполняют наклонными под углом

Исходя из теории лопастных насосов, лопатки в центробежных насосах рекомендуют выполнять под углом , который является углом отклонения вектора скорости истечения жидкости от радиальной прямой при вращении ротора.

Формула изобретения

Акустический излучатель, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, установленные в нем коаксиально цилиндрические ротор и статор с каналами в боковых стенках, причем статор установлен внутри ротора и обрабатываемая жидкость подается со стороны наружной поверхности ротора, отличающийся тем, что длина каналов статора равна радиусу внутренней стенки статора, а каналы в роторе выполняются наклонными к радиусу ротора под углом
= arctgR_cpah/Q₁
где - угловая скорость ротора, рад./с;
R_ср - средний радиус ротора, м;
a - ширина прямоугольного канала ротора, м;
h - высота канала ротора, м;
Q - расход жидкости через излучатель, м³/с.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2