Рабoчее кoлеco пульcациoннoгo наcocа
Автoр: Чиргин Сергей Геoргиевич
Рабoчее кoлеco имеет внутреннюю пoлocть, cнабженную лoпатками и каналами, coединяющими ее c внешней бoкoвoй пoверхноcтью колеcа. На внешней боковой поверхноcти колеcа выполнены тангенциальные, cужающиеcя в направлении выхода жидкоcти щелевидные каналы. Каналы отноcительно направления вращения ротора имеют передние и задние cтенки, при этом на передних cтенках cо стороны выхода жидкости выполнена фаска. При выходе из щелевидных каналов жидкотекучая среда за счет фаски направляет поток в сторону его заданного вращением колеса движения, и резко расширяя конфигурацию канала, тем самым резко меняет давление в обрабатываемой среде, вследствие чего возникает мощное турбулентное движение, сопровождающееся явлениями кавитации и интенсивным излучением звуковой и ультразвуковой энергии. Изобретение обеспечивает повышение производительности процессов растворения, эмульгирования и диспергирования жидкотекучих сред. 2 ил.
Изобретение относится к устройствам для растворения, эмульгирования и диспергирования жидкотекучих сред и может быть использовано в пищевой, химической, кормовой, нефтедобывающей, строительной промышленности и т.д.
Для растворения, эмульгирования и диспергирования жидкотекучих сред известны роторно-пульсационные акустические аппараты (RU 21627316, публ. 2000 г. /1/, 2162732, публ. 2000 г. /2/). Известные аппараты содержат статор, на торце которого размещены коаксиальные цилиндры с проточными каналами, и ротор.
Обрабатываемая среда подвергается в каналах ротора и статора интенсивному гидромеханическому воздействию как со стороны элементов конструкции указанных каналов, так и благодаря пульсациям давления, скорости, турбулентным течениям. Кроме того, ротор и статор при работе аппарата совершают колебания, излучая в обрабатываемую среду мощные акустические волны, сопровождаемые пульсирующим давлением в среде.
Конструктивные элементы, в первую очередь, ротор и статор работают в условиях интенсивного абразивного износа, что снижает надежность известных аппаратов. Для повышения надежности работы такого рода устройств известен прием, заключающийся в сокращении числа конструктивных элементов, подвергающихся наибольшему абразивному износу.
Наиболее близким к изобретению является устройство для растворения, эмульгирования и диспергирования жидкотекучих сред (RU 2215574, публ. 2003 г.) /3/. Рабочее колесо известного устройства не содержит статора, что упрощает конструкцию и повышает ее надежность. Колесо имеет внутреннюю полость, снабженную лопатками и каналами, соединяющими внутреннюю полость с внешней боковой поверхностью колеса, на внешней боковой поверхности колеса выполнен вихревой излучатель, состоящий из двух цилиндрических камер различного диаметра. Жидкость тангенциально вводится в камеру большего диаметра и выходит из камеры меньшего диаметра. При вращении жидкости в центре камеры большего диаметра возникает разрежение, в нее устремляется жидкость, при этом давление повышается. Истечение жидкости приводит к повторению описанного явления пульсационного движения жидкости.
Конструкция вихревого излучателя, состоящая из двух камер, ограничивает возможности его размещения на периметре внешней боковой поверхности в таком количестве, чтобы максимально захватывать весь поток жидкости, что снижает производительность процесса обработки.
Заявленное решение, также как и известное, выполнено без статора, при этом функция вихревого излучателя возложена на тангенциальные, сужающиеся в направлении выхода жидкости, щелевидные каналы, выполненные на внешней боковой поверхности колеса. Относительно направления вращения ротора, каналы имеют передние и задние стенки, при этом передние стенки со стороны выхода жидкости имеют внутреннюю фаску. Такими каналами возможно охватить весь периметр внешней боковой поверхности колеса и максимально захватывать поток обрабатываемой жидкости при том, что технология исполнения каналов в рабочих колесах отлажена для гидроударных аппаратов со статорами. Однако, в отсутствии статора, такие каналы будут направлять поток обрабатываемой жидкости тангенциально общему потоку, заданному вращением колеса, и таким образом препятствовать ему. Для предотвращения этого нежелательного явления на передней стенке каналов со стороны выхода жидкости внутренняя фаска, которая направляет поток обрабатываемой жидкости в сторону заданного вращением колеса движения. Фаска резко расширяет конфигурацию канала, тем самым резко меняя давление в обрабатываемой жидкости, вследствие чего возникает мощное турбулентное движение, сопровождающееся явлениями кавитации и интенсивным излучением звуковой и ультразвуковой энергии. Таким образом, внутренняя фаска, выполненная на передней стенке каналов со стороны выхода жидкости, выполняет функцию смены давления в обрабатываемой жидкости, что является необходимым для возникновения вышеуказанных энергий.
Новый технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении производительности процесса растворения, эмульгирования и диспергирования жидкотекучих сред.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1, 2 изображено колесо, содержащее ротор 1, имеющий внутреннюю полость, снабженную лопатками и каналами, соединяющими внутреннюю полость с внешней боковой поверхностью 2 колеса, на которой выполнены тангенциальные щелевые, сужающиеся в направлении выхода жидкости, каналы 3, на передней стенке которых со стороны выхода жидкости выполнена фаска 4.
Форма стенок каналов может быть прямой или криволинейной. Оптимальный угол фаски составляет примерно 45 градусов, а размер выбирается в зависимости от диаметра колеса, если колесо имеет диаметр от 150 до 300 мм - размер фаски составляет 5 мм, если размер колеса превышает 300 мм - размер фаски увеличивается до 10 мм.
Заявленное колесо работает следующим образом. При вращении роторного колеса обрабатываемая жидкотекучая среда поступает во внутреннюю полость колеса, где, взаимодействуя с рабочими лопатками, получает вращательное движение. Под действием центробежных сил поток среды получает значительное приращение радиальной скорости, зависящее от частоты вращения колеса и его диаметра. При движении по каналам 3 жидкотекучая среда получает дополнительное приращение скорости как за счет действия центробежных сил, так и за счет сужения поперечного сечения каналов 3. При выходе из каналов 3 жидкотекучая среда за счет фаски 4 направляет поток в сторону его заданного вращением колеса движения.
