RU2179895C2

RU2179895C2 - High-frequency multiple row rotor-pulsed apparatus

Info

Publication number: RU2179895C2
Application number: RU2000106386/28A
Authority: RU
Inventors: А.И. Зимин; М.А. Промтов; С.К. Карепанов
Original assignee: Тамбовский государственный технический университет
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2002-02-27

Abstract

FIELD: chemical, perfumery, pharmaceutical, food-processing, mining industry, mechanical engineering. SUBSTANCE: apparatus has rotor and stator, which are equipped with channels and arranged so that when first row channels of rotor coincide with those of stator, channels of other rows of rotor are offset in circumferential direction relative to channels of respective rows in stator for value, which is calculated from predetermined ratio. Apparatus allows solvation, dispersion, emulsifying, homogenization and other processes to be intensified. EFFECT: increased efficiency in treating liquids by increased frequency of generated pressure pulses with phase shift for predetermined value and wider operational capabilities. 3 dwg

Description

Изобретение относится к гидромеханическим роторно-статорным аппаратам и касается вопросов создания оборудования, обеспечивающего генерацию импульсов давления с высокой частотой следования. Роторно-импульсный аппарат применяется для интенсификации технологических процессов, таких, как растворение, диспергирование, эмульгирование, гомогенизация, преимущественно в химической, парфюмерной, фармацевтической, пищевой, горнодобывающей промышленности, в машиностроении. The invention relates to hydromechanical rotor-stator apparatus and relates to the creation of equipment for the generation of pressure pulses with a high repetition rate. The rotary-pulse apparatus is used to intensify technological processes, such as dissolution, dispersion, emulsification, homogenization, mainly in the chemical, perfumery, pharmaceutical, food, mining, and mechanical engineering.

Известен роторно-импульсный аппарат, представляющий собой роторный гидродинамический излучатель акустических колебаний в жидкой среде, содержащий корпус с кольцевой рабочей камерой, установленные в нем концентрично выполненные в виде тел вращения статор и ротор с зазором между ними [см., например, а.с. SU 1296233, МКИ В 06 В 1/20, опублик. 15.03.87, бюл. 10]. Known rotary-pulse apparatus, which is a rotary hydrodynamic emitter of acoustic vibrations in a liquid medium, containing a housing with an annular working chamber, installed in it concentrically made in the form of bodies of revolution, a stator and a rotor with a gap between them [see, for example, a.s. SU 1296233, MKI V 06 V 1/20, published. 03/15/87, bull. 10].

Известно устройство для создания акустических колебаний в жидкой проточной среде, содержащее ротор и статор с несколькими рядами отверстий, причем количество отверстий в каждом из рядов выбрано из соотношения n/(n+a), где n - число промежутков между совпадающими щелями ротора и статора в ряду щелей статора; n, a - целые положительные числа (а.с. SU 1296234, МКИ В 1/20, 1987). A device for generating acoustic vibrations in a liquid flow medium containing a rotor and a stator with several rows of holes, the number of holes in each row is selected from the ratio n / (n + a), where n is the number of gaps between the matching slots of the rotor and stator in a number of stator slots; n, a are positive integers (a.s. SU 1296234, MKI B 1/20, 1987).

Известна динамическая сирена, имеющая ротор и статор, выполненные в виде тел вращения и снабженные отверстиями, расположенными по образующей, а в роторе сдвинуты по дуге его внешней поверхности на постоянную величину (а.с. SU 732026, МКИ В 06 В 1/20, 1988). Known dynamic siren having a rotor and a stator, made in the form of bodies of revolution and equipped with holes located along the generatrix, and in the rotor are shifted along the arc of its outer surface by a constant value (A.S. SU 732026, MKI B 06 V 1/20, 1988).

Недостатком известных устройств является недостаточная обоснованность величины смещения каналов ротора одного ряда относительно другого, что приводит к смещению фаз излучаемой волны в произвольном виде, взаимному наложению волн и снижению их амплитуды. A disadvantage of the known devices is the insufficient validity of the displacement of the channels of the rotor of one row relative to another, which leads to a phase shift of the emitted wave in an arbitrary form, the mutual superposition of the waves and a decrease in their amplitude.

В задачу изобретения входит повышение эффективности работы аппарата при обработке жидкостей. The objective of the invention is to increase the efficiency of the apparatus when processing liquids.

Поставленная задача решается при достижении технического результата, заключающегося в увеличении частоты генерируемых импульсов давления за счет увеличения количества рядов каналов в роторе и статоре с соответствующим сдвигом каналов в рядах. The problem is solved when the technical result is achieved, which consists in increasing the frequency of the generated pressure pulses by increasing the number of rows of channels in the rotor and stator with a corresponding shift of the channels in the rows.

Заявленный технический результат достигается в высокочастотном многорядном роторно-импульсном аппарате, содержащем корпус с кольцевой рабочей камерой, установленные в корпусе концентрично с зазором, выполненные в виде тел вращения полые статор и ротор, в боковых стенках которых выполнены сквозные каналы, расположенные рядами с количеством рядов не менее одного, при этом каналы ротора и статора выполнены таким образом, что в положении, когда каналы первого ряда ротора совмещены с каналами первого ряда статора, каналы других рядов ротора сдвинуты в окружном направлении относительно каналов соответствующих рядов статора на величину, определяемую из соотношения:
d_n=0,1•K₁•a•(n-1),
где d_n - сдвиг в окружном направлении каналов ротора в ряду с номером n относительно каналов статора в ряду с номером n при таком расположении ротора и статора, когда каналы первого ряда ротора и статора совмещены; а - ширина канала; коэффициент K₁ выбирается из диапазона 0,9<K₁<1,1.The claimed technical result is achieved in a high-frequency multi-row rotary-pulse apparatus, comprising a housing with an annular working chamber, mounted in the housing concentrically with a gap, made in the form of bodies of revolution, hollow stator and rotor, in the side walls of which there are through channels arranged in rows with no number of rows less than one, while the channels of the rotor and stator are made in such a way that in a position where the channels of the first row of the rotor are aligned with the channels of the first row of the stator, the channels of the other rows of the rotor are shifted in the circumferential direction of the stator channels corresponding rows on value determined from the relationship:
d _n = 0,1 • K ₁ • a • (n-1),
where d _n is the shift in the circumferential direction of the rotor channels in the row with the number n relative to the stator channels in the row with the number n for such an arrangement of the rotor and stator when the channels of the first row of the rotor and stator are combined; a - channel width; the coefficient K ₁ is selected from the range 0.9 <K ₁ <1.1.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид роторно-импульсного аппарата, продольный разрез; на фиг.2 показана часть развертки боковой поверхности ротора и статора; на фиг.3 показан импульс давления, генерируемый в аппарате. The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a General view of a rotary pulse apparatus, a longitudinal section; figure 2 shows a portion of the scan of the side surface of the rotor and stator; figure 3 shows the pressure pulse generated in the apparatus.

Высокочастотный многорядный роторно-импульсный аппарат содержит корпус 1 с кольцевой рабочей камерой 2, установленные в корпусе 1 концентрично с зазором 3 выполненные в виде тел вращения полые ротор 4 и статор 5, в боковой стенке ротора 4 выполнены сквозные каналы 6, в боковой стенке статора 5 выполнены сквозные каналы 7, каналы ротора и статора расположены рядами с количеством рядов не менее одного, при этом каналы 6 ротора 4 и каналы 7 статора 5 выполнены таким образом, что в положении, когда каналы 6 первого ряда ротора 4 совмещены с каналами 7 первого ряда статора 5, каналы 6 других рядов ротора 4 сдвинуты в окружном направлении относительно каналов 7 соответствующих рядов статора 5 на величину, определяемую из соотношения:
d_n=0,1•K₁•a•(n-1),
где d_n - сдвиг в окружном направлении каналов ротора в ряду с номером n относительно каналов статора в ряду с номером n при таком расположении ротора и статора, когда каналы первого ряда ротора и статора совмещены; а - ширина канала; коэффициент K₁ выбирается из диапазона 0,9<K₁<1,1. При этом порядок нумерации рядов каналов произволен.The high-frequency multi-row rotary-pulse apparatus contains a housing 1 with an annular working chamber 2 installed in the housing 1 concentrically with a gap 3 made in the form of bodies of revolution hollow rotor 4 and stator 5, through channels 6 are made in the side wall of the rotor 4, in the side wall of the stator 5 through channels 7 are made, the channels of the rotor and stator are arranged in rows with the number of rows of at least one, while the channels 6 of the rotor 4 and the channels 7 of the stator 5 are made in such a way that when the channels 6 of the first row of the rotor 4 are aligned with the channels 7 per the first row of the stator 5, the channels 6 of the other rows of the rotor 4 are shifted in the circumferential direction relative to the channels 7 of the respective rows of the stator 5 by an amount determined from the relation:
d _n = 0,1 • K ₁ • a • (n-1),
where d _n is the shift in the circumferential direction of the rotor channels in the row with the number n relative to the stator channels in the row with the number n for such an arrangement of the rotor and stator when the channels of the first row of the rotor and stator are combined; a - channel width; the coefficient K ₁ is selected from the range 0.9 <K ₁ <1.1. Moreover, the numbering order of the rows of channels is arbitrary.

Высокочастотный многорядный роторно-импульсный аппарат работает следующим образом. Жидкая смесь подается под давлением в полость вращающегося ротора 4, далее по каналам 6 ротора 4 через зазор 3 поток жидкости поступает в канал 7 статора 5, при этом при совмещении канала ротора и ближайшего к нему в данный момент канала статора и последующем их расхождении генерируется импульс давления, форма импульса давления показана на фиг.3. Экспериментально установлено, что генерируемый каждой парой "канал ротора - канал статора" импульс давления имеет протяженную во времени положительную пологую часть и короткую и глубокую отрицательную части. Длительность отрицательной части импульса, как установлено экспериментально, при частотах вращения ротора в диапазоне 1000-3000 об/мин, давлении на входе в аппарат 3-10 атм и при выполнении ротора аппарата с радиусом 7-15 см, составляет долю от всей длительности генерируемого импульса, равную 0,2•К₁ (величина К₁ в зависимости от параметров аппарата и режима его работы равна числу, лежащему в диапазоне: 0,9<K₁<1,1. Так как длительность импульса пропорциональна величине, равной удвоенной ширине канала - величине 2а, то для разделения во времени отдельных импульсов от разных рядов аппарата минимальный сдвиг в окружном направлении составляет величину 0,1К₁•а. При этом для получения максимального количества разделенных во времени импульсов минимальное количество рядов n равно целой части числовой величины (a+b)/0,1•K₁•a. Здесь b - расстояние в окружном направлении между соседними каналами. При этом величину b необходимо выбирать в интервале, определяемом коэффициентом К₂: b=К₂•а, где К₂ выбирается из условия 1,1<К₂<1,3. Нижняя граница диапазона определена из условия эффективного торможения жидкости при расхождении каналов ротора и статора, а верхняя граница определена из условия максимизации количества каналов, а количество каналов в каждом ряду определяет частоту генерируемых импульсов всем аппаратом в целом.High-frequency multi-row rotary-pulse apparatus operates as follows. The liquid mixture is supplied under pressure into the cavity of the rotating rotor 4, then through the channels 6 of the rotor 4 through the gap 3, the fluid flow enters the channel 7 of the stator 5, while the pulse is generated when the rotor channel and the stator channel closest to it at the moment coincide pressure, the shape of the pressure pulse is shown in Fig.3. It was experimentally established that the pressure pulse generated by each pair of the "rotor channel - stator channel" has a positive, shallow, extended portion in time and a short and deep negative portion. The duration of the negative part of the pulse, as experimentally established, with rotor speeds in the range of 1000-3000 rpm, a pressure at the inlet of the apparatus of 3-10 atm and a rotor of the apparatus with a radius of 7-15 cm, is a fraction of the total duration of the generated pulse equal to 0.2 • K ₁ (the value of K ₁ depending on the parameters of the apparatus and its operating mode is equal to a number lying in the range: 0.9 <K ₁ <1.1. Since the pulse duration is proportional to the value equal to twice the channel width - value 2a, then for separation in time of individual pulses from different rows of the apparatus, the minimum shift in the circumferential direction is 0.1K ₁ • A. Moreover, to obtain the maximum number of pulses separated in time, the minimum number of rows n is the integer part of the numerical value (a + b) / 0,1 • K ₁ • a. Here b is the distance in the circumferential direction between adjacent channels, and b must be selected in the interval determined by the coefficient K ₂ : b = K ₂ • a, where K ₂ is selected from the condition 1.1 <K ₂ <1, 3. The lower limit of the range is determined from the condition of effective braking of the liquid when the rotor and stator channels diverge, and the upper limit is determined from the condition of maximizing the number of channels, and the number of channels in each row determines the frequency of the generated pulses by the whole device.

Так как количество рядов каналов в аппарате более одного и может достигать нескольких десятков, а каналы каждого ряда генерируют импульсы, разделенные во времени, то частота генерации импульсов давления и частота обработки (диспергирования) в предлагаемом аппарате значительно выше аналогичных параметров прототипа. Since the number of rows of channels in the apparatus is more than one and can reach several tens, and the channels of each row generate pulses separated in time, the frequency of generation of pressure pulses and the frequency of processing (dispersion) in the proposed apparatus are significantly higher than the similar parameters of the prototype.

Изобретение может быть использовано при диспергировании суспензий, эмульсий, гомогенизации жидких смесей, при приготовлении растворов, рассолов и т.п., главным образом, в химической, парфюмерной, фармацевтической, пищевой, горнодобывающей промышленности, в машиностроении, строительстве. The invention can be used in the dispersion of suspensions, emulsions, homogenization of liquid mixtures, in the preparation of solutions, brines, etc., mainly in the chemical, perfumery, pharmaceutical, food, mining, engineering, construction.

Claims

A high-frequency multi-row rotary-pulse apparatus, comprising a housing with an annular working chamber, installed in the housing concentrically with a gap, made in the form of bodies of revolution, hollow stator and rotor, in the side walls of which there are through channels located in rows with at least one number of rows, characterized in that the channels of the rotor and stator are made in such a way that in a position where the channels of the first row of the rotor are aligned with the channels of the first row of the stator, the channels of the other rows of the rotor are shifted in the circumferential direction from ositelno channels corresponding to rows of stator value determined from the relationship:
d _n = 0,1 • K ₁ • a • (n-1),
where d _n is the shift in the circumferential direction of the rotor channels in the row with the number n relative to the stator channels in the row with the number n for such an arrangement of the rotor and stator when the channels of the first row of the rotor and stator are combined;
a is the channel width;
coefficient K ₁ is selected from the range 0.9 <K ₁ <1.1;
the number of rows of channels n is not less than the integer part of the numerical value (a + b) / 0,1 • K ₁ • a, where b is the distance in the circumferential direction between adjacent channels, equal to b = K ₂ • a, where K ₂ is selected from the condition 1.1 <K ₂ <1.3.