RU2150318C1

RU2150318C1 - Rotary apparatus

Info

Publication number: RU2150318C1
Application number: RU98120226/12A
Authority: RU
Inventors: А.А. Коптев; В.М. Червяков; М.А. Промтов
Original assignee: Тамбовский государственный технический университет
Priority date: 1998-11-10
Filing date: 1998-11-10
Publication date: 2000-06-10

Abstract

FIELD: devices for producing acoustic vibrations in flowing liquid medium. SUBSTANCE: apparatus may be used for performance and intensification of various physico-chemical, hydrodynamic and heat-mass-transfer processes in liquid-liquid and solid-liquid systems. The rotary apparatus has body with medium inlets and outlets, concentrically installed rotor and stator with channels in side walls in the form of alternating contractions and expansions, sounding chamber and drive. Expansions of stator channels are made in the form of circular recesses, contractions are displaced relative to one another. In this case, radial axis of each contraction next in radial direction, is displaced relative to preceding one through angle of α = π/Z_c, where Z_c is number of stator channels. Length of its contraction equal length of circular recess in radial direction. Apparatus provides abrupt change of direction of medium flow, excludes formation of dead zones and promotes intensive displacement of flows in stator channels. EFFECT: higher efficiency, intensified hydromechanical and mass-transfer processes. 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для создания акустических колебаний в проточной жидкой среде и может быть использовано для проведения и интенсификации различных физико-химических, гидромеханических и тепло-массообменных процессов в системах "жидкость-жидкость" и "твердое-жидкость". The invention relates to devices for generating acoustic vibrations in a flowing liquid medium and can be used to conduct and intensify various physicochemical, hydromechanical, and heat-mass transfer processes in liquid-liquid and solid-liquid systems.

Известен роторный аппарат, содержащий корпус с патрубками входа и выхода среды, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках, камеру озвучивания и привод, причем длина криволинейного канала статора равна ширине камеры озвучивания (А.с. СССР N 1187858, кл. B 01 F 7/28, 1985 г.). Недостатком такой конструкции является недостаточная турбулизация потока жидкости в аппарате. A rotary apparatus is known, comprising a housing with medium inlet and outlet nozzles, a rotor and a stator concentrically mounted in it with channels in the side walls, a sounding chamber and a drive, the curvilinear channel length of the stator being equal to the width of the sounding chamber (A.S. USSR No. 1187858, class B 01 F 7/28, 1985). The disadvantage of this design is the lack of turbulization of the fluid flow in the apparatus.

Наиболее близким к изобретению является роторный аппарат, содержащий корпус с патрубками входа и выхода среды, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках, причем каналы в стенке статора выполнены переменного сечения с чередующимися сужениями и расширениями (А.с. СССР N 1389830, кл. B 01 F 7/28, 1986 г.). Недостатком этого аппарата является возможное образование застойных зон в расширениях канала статора. Closest to the invention is a rotor apparatus comprising a housing with medium inlet and outlet nozzles, a rotor and a stator concentrically mounted in it with channels in the side walls, the channels in the stator wall made of variable cross-section with alternating constrictions and extensions (A.S. USSR N 1389830, class B 01 F 7/28, 1986). The disadvantage of this apparatus is the possible formation of stagnant zones in the stator channel extensions.

Техническая задача изобретения - интенсификация процессов эмульгирования, диспергирования, экстракции, выщелачивания, абсорбции. The technical task of the invention is the intensification of the processes of emulsification, dispersion, extraction, leaching, absorption.

Поставленная техническая задача изобретения достигается тем, что в роторном аппарате, содержащем корпус с патрубками входа и выхода среды, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках в виде чередующихся сужений расширений, камеру озвучивания и привод, отличающийся тем, что расширения каналов статора выполнены в виде кольцевых проточек, а сужения смещены относительно друг друга, причем радиальная ось каждого последующего сужения в радиальном направлении смещена относительно предыдущего на угол α = π/Z_c, где z_с - число каналов статора и длина каждого сужения равна длине кольцевой проточки в радиальном направлении.The technical task of the invention is achieved in that in a rotary apparatus comprising a housing with medium inlet and outlet nozzles, a rotor and a stator concentrically mounted in it with channels in the side walls in the form of alternating narrowing of extensions, a sounding chamber and a drive, characterized in that the channel expansion the stator is made in the form of annular grooves, and the constrictions are displaced relative to each other, and the radial axis of each subsequent constriction in the radial direction is displaced relative to the previous one by an angle α = π / Z _c , g de z _with - the number of stator channels and the length of each narrowing is equal to the length of the annular groove in the radial direction.

На фиг. 1 изображен роторный аппарат, на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1. Аппарат содержит корпус 1 с патрубком 2 выхода среды, крышку 3 с коаксиально расположенным патрубком 4 входа, скрепленную с корпусом 1, ротор 5 с каналами 6 в боковых стенках, статор 7 с каналами в боковых стенках в виде сужений 10 и кольцевых расширений 8, камеру озвучивания 9, образованную корпусом 1, крышкой 3 и статором 7. In FIG. 1 shows a rotary apparatus, FIG. 2 is a section AA of FIG. 1. The apparatus comprises a housing 1 with a nozzle 2 of the medium outlet, a cover 3 with a coaxially located nozzle 4 of the inlet fastened to the housing 1, a rotor 5 with channels 6 in the side walls, a stator 7 with channels in the side walls in the form of constrictions 10 and annular extensions 8 , a sounding chamber 9 formed by a housing 1, a cover 3 and a stator 7.

Роторный аппарат работает следующим образом. Обрабатываемая среда нагнетается в полость ротора 5 через входной патрубок 4, проходит каналы ротора, каналы статора 7, камеру озвучивания 9 и выводится из аппарата через выходной патрубок 2. При вращении ротора его каналы периодически совпадают с каналами статора, в результате чего в потоке обрабатываемой среды генерируются импульсы давления и разрежения. Исполнение канала статора в виде сужений и расширений обеспечивает изменение скорости течения среды: в сужении она больше, а в расширении - меньше. При этом возникают турбулентные пульсации с произвольно направленными векторами скоростей. Это вызывает увеличение относительной скорости обтекания частиц гетерогенной среды. Увеличение относительной скорости обтекания уменьшает диффузионной слой и увеличивает касательные напряжения на частице, что приводит к интенсификации процессов эмульгирования, диспергирования и массообмена. Кроме того, при срыве потока при резком расширении канала развивается гидродинамическая кавитация, интенсифицирующая гидромеханические и массообменные процессы. The rotary apparatus operates as follows. The medium to be processed is pumped into the cavity of the rotor 5 through the inlet pipe 4, the rotor channels, the stator channels 7, the sounding chamber 9 pass through the outlet pipe 2 and are discharged from the apparatus. When the rotor rotates, its channels periodically coincide with the stator channels, as a result of which the medium is processed pressure and vacuum pulses are generated. The execution of the stator channel in the form of constrictions and expansions provides a change in the flow velocity of the medium: in the constriction it is more, and in the expansion it is less. In this case, turbulent pulsations arise with arbitrarily directed velocity vectors. This causes an increase in the relative velocity around the particles of a heterogeneous medium. An increase in the relative flow velocity decreases the diffusion layer and increases the tangential stresses on the particle, which leads to intensification of the processes of emulsification, dispersion, and mass transfer. In addition, when the flow stalls with a sharp expansion of the channel, hydrodynamic cavitation develops, intensifying hydromechanical and mass transfer processes.

Форма расширения канала статора в виде кольцевой проточки и смещение сужений относительно друг друга обеспечивает резкое изменение направления потока среды, исключает образование застойных зон и способствует интенсивному смещению потоков в каналах статора. The shape of the expansion of the stator channel in the form of an annular groove and the displacement of the constrictions relative to each other provides a sharp change in the direction of flow of the medium, eliminates the formation of stagnant zones and contributes to an intensive displacement of flows in the stator channels.

Соблюдение условий равенства длин участков расширений и сужений приводит к возникновению, при определенных условиях, квазистоячих волн в системе сужение-расширение. Условие, необходимое для возникновения квазистоячих волн, может быть выражено в виде следующего уравнения:

где l_с - длина участка сужения, м;
l_р - длина участка расширения, м;
c - скорость звука в обрабатываемой среде, м/с;
f - основная частота генерируемой волны, Гц.Observance of the conditions for equal lengths of extension and narrowing sections leads to the appearance, under certain conditions, of quasistable waves in the narrowing-expansion system. The condition necessary for the emergence of quasi-stationary waves can be expressed as the following equation:

where l _with - the length of the section of the narrowing, m;
l _p - the length of the expansion area, m;
c is the speed of sound in the processed medium, m / s;
f is the fundamental frequency of the generated wave, Hz.

f = ω•z_p/2π,
где ω - угловая скорость ротора, с^-1;
Z_р - число каналов в роторе;
k = 1, 3, 5,...f = ω • z _p / 2π,
where ω is the angular velocity of the rotor, s ^-1 ;
Z _p - the number of channels in the rotor;
k = 1, 3, 5, ...

В поле квазистоячих волн движущиеся частицы гетерогенной среды ускоряются в сторону пучностей и замедляются в сторону узлов. Эти эффекты увеличивают абсолютную величину скорости обтекания частиц относительно движущейся среды и интенсифицируют гидромеханические и массообменные процессы. In a field of quasi-stationary waves, moving particles of a heterogeneous medium are accelerated in the direction of antinodes and decelerated in the direction of nodes. These effects increase the absolute value of the flow velocity of particles relative to a moving medium and intensify hydromechanical and mass transfer processes.

Claims

A rotor apparatus comprising a housing with medium inlet and outlet nozzles, a rotor and a stator concentrically mounted in it with channels in the side walls in the form of alternating constrictions and extensions, a sounding chamber and a drive, characterized in that the stator channel extensions are made in the form of circular grooves, and narrowing offset relative to one another, wherein the radial axis of each successive radially offset relative to the previous narrowing an angle α = π / Z _c, where Z _c - the number of stator channels, and the length of each equal length to the constriction tsevoy groove radially.