Роторний гідродинамічний кавітаційний апарат для обробки рідких середовищ

Реферат: Роторний гідродинамічний кавітаційний апарат для обробки рідких середовищ використовує в своїй роботі корпус, ротор, що містить принаймні один концентричний ряд робочих органів кавітаторів, виконаних з пластинчатих пружин вигину з накладками, де кількість кавітаторів в ряді збільшується в кожному наступному концентричному ряду у напрямку від приводного вала до периферії, коаксіально закріплений на приводному валу між стінками статора, де відповідно до пластинчатих пружин вигину ротора жорстко закріплені зачепи, патрубки подачі та відведення рідкого середовища, підшипниковий вузол. На кожному наступному концентричному ряді пластинчаті пружини вигину та зачепи закріплюються в оберненому порядку відносно попереднього концентричного ряду пластинчатих пружин вигину та зачепів. При обертанні ротора пластинчаті пружини вигину своїми накладками входять у взаємодію з зачепами та деформуються, накопичуючи в собі енергію, а виходячи із взаємодії з зачепами, розпрямляючись, імпульсно вивільнюють енергію, при цьому в рідкому середовищі утворюються області розрідження та високого тиску, де інтенсивно утворюються кавітаційні бульбашки. Кожен наступний концентричний ряд пластинчатих пружин вигину деформується та розпрямляється в протилежному напрямку відносно попереднього ряду пластинчатих пружин вигину. UA 114007 C2 (12) UA 114007 C2 UA 114007 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до пристроїв для створення кавітації в потоці рідких середовищ для впливу на них з метою спрямованої зміни їх властивостей і може бути використаний для здійснення різних технологічних процесів (подрібнення, диспергування, емульгування, гомогенізації, перемішування, механічно - хімічної активації, знезараження, нагрівання та ін.), що протікають в рідких середовищах, в гірничорудній, паливній, хімічній, фармацевтичній, лакофарбовій та інших галузях промисловості. Найближчим до винаходу є роторний гідродинамічний кавітаційний апарат для обробки рідких середовищ (варіанти) (RU 2438769) від 10.01.2012 року. Він складається з корпуса з патрубками подачі і відведення рідкого середовища, в якому коаксіально встановлені статор, що містить принаймні один концентричний ряд робочих органів кавітаторів, і закріплений на привідному валу ротор, що містить насосні лопатки і, щонайменше, один концентричний ряд робочих органів кавітаторів, при цьому кількість кавітаторів ротора в ряді є простим числом не менше 7 і збільшується в кожному наступному концентричному ряду у напрямку від приводного вала до периферії. Як робочі органи кавітаторів виступають нерухомі виступи на роторі та на статорі, що мають спеціальну геометричну форму. Також як статор може виступати ще один ротор, який може обертатись в протихід першому ротору. Недоліком даного винаходу є те, що розміщенні на статорі та роторі робочі органи кавітатори виконують пасивну роль перепон при переміщенні рідкого середовища проміж ними при обертанні ротора для утворення кавітації. До того ж кількість самих кавітаторів в ряду ротора та статора обмежується мінімальною шириною кавітатора, яка необхідна для повного перекриття кавітаторами ротора зазорів між кавітаторами статора та мінімальним кроком розташування їх по колу ротора. Також, максимально допустимий радіус ротора обмежується мінімально необхідним запасом міцності елементів ротора на розтяг під дією відцентрових сил, що виникають при швидкісному обертанні ротора, що обмежує інтенсивність кавітації, так як вона залежить від величини і частоти пульсацій тиску, що виникає при перекритті кавітаторами ротора зазорів між кавітаторами статора. В тому числі для подачі всередину статора рідкого середовища потрібен високий тиск, тому на роторі закріплюються спеціальні насосні лопатки. В основу винаходу поставлена задача створити такий роторний гідродинамічний кавітаційний апарат для обробки рідких середовищ, в якому робочі органи кавітатори будуть активними для утворення кавітації в рідкому середовищі, крім того, в процесі функціонування кавітаторів рідке середовище буде всмоктуватися всередину статора. Частота встановлення робочих органів в концентричному ряду та кількість концентричних рядів не буде обмежуватися необхідністю перекриття зазорів між ними та від великої швидкості обертання ротора, тому їх кількість в ряду та самих рядів буде можливо значно збільшити, внаслідок чого значно збільшиться частота пульсацій та величина кавітації, в результаті ефективність такого апарата значно підвищиться. На кресленнях (Фіг. 1) та (Фіг. 2) схематично зображений роторний гідродинамічний кавітаційний апарат для обробки рідких речовин, де на (Фіг. 1) показано його поздовжній розріз, на (Фіг. 2) показано його вигляд з тилу без задньої стінки статора, де стрілочками визначений напрямом руху ротора та динамічних частин апарата при його функціонуванні. Для вирішення задачі запропоновано роторний гідродинамічний кавітаційний апарат для обробки рідких середовищ, який складається з статора 1, виконаного у вигляді циліндра, в торцях якого по обох його сторонах виконані отвори 2 з нарізаною в них різьбою. Станини 16, на якій закріплюється статор 1. Патрубка 3 для відводу обробленого рідкого середовища, що вмонтований в статор 1. Патрубка 15 для подачі рідкого середовища в пустотілу частину привідного вала 13, що кріпиться посередині задньої кришки 6. Всередині статора 1 розташований ротор 9 у вигляді диска, що жорстко закріплений на привідному, частково пустотілому валу 13, в якому виконані отвори 14 для подачі рідкого середовища всередину статора 1. Передньої стінки статора 4 з жорстко закріпленою на ній буксою 7, де розміщені підшипники 8, в які встановлений вал 13. В буксі 7 для ущільнення вала 13 встановлені сальники 17. Задня та передня кришки статора 6 та 4, коаксіально ротору 9, болтами 5 через отвори 2 прикріплюються до торців статора 1. В прилеглій до вала 13 частині ротора 9, з обох його сторін, першим рядом концентрично жорстко прикріплені робочі органи, виконані з пластинчатих пружин вигину (надалі кавітатори) 10, на кінцях яких жорстко закріплені накладки 11 виконані з твердих сплавів. Відповідно до першого ряду кавітаторів 10 в прилеглій до вала 13 частині на обох стінках статора 4 та 6, жорстко прикріплені зачепи 12, виконані з твердих сплавів, таким чином, щоб накладки 11 кавітаторів 10 ротора 9 та зачепи 12 на стінках статора 4 та 6 перекривали одне одного при обертанні ротора 9. Кожен наступний концентричний ряд формується з аналогічних кавітаторів 10 та зачепів 12, які кріпляться в протилежному до попереднього ряду порядку з зростаючою їх кількістю в кожному наступному ряду. Так другим 1 UA 114007 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 рядом до обох стінок статора 4 та 6 концентрично жорстко закріплені кавітатори 10 з накладками 11 таким чином, щоб при обертанні ротора 9 кавітатори 10, прикріплені до ротора 9 та на стінках статора 4 та 6, проходили впритул один до одного, при цьому не входячи в контакт один з одним, а на обох сторонах до ротора 9, концентрично, жорстко прикріплені зачепи 12 таким чином, щоб при обертанні ротора 9 вони перекривали накладки 11 кавітаторів 10, що прикріплені до стінок статора 4 та 6. Кількість концентричних рядів кавітаторів 10 та протилежних їм зачепів 12 вибирається залежно від поставлених цілей перед апаратом. Пристрій працює наступним чином: Рідке середовище з патрубка 15 по частково пустотілому привідному валу 13 через отвори 14 подається всередину статора 1 до першого ряду кавітаторів 10. На привідний вал 13 подається крутний момент в наслідок чого кавітатори 10, закріплені на обох сторонах ротора 9, накладками 11 входять у взаємодію з зачепами 12, які прикріплені на стінках статора 4 та 6, що примушує кавітатори 10, деформуючись, вигинатись, тим самим накопичувати в собі енергію. Надалі, кавітатори 10 з накладками 11, при обертанні ротора 9, виходять зі взаємодії з зачепами 12 та імпульсно розпрямляються, що призводить до імпульсного вивільнення накопиченої в кавітаторах 10 енергії, внаслідок чого позаду них в рідкому середовищі утворюється розрідження, а по переду над високий тиск при цьому рідке середовище через отвори 14 всмоктується в зону розрідження та під дією кавітаторів 10 переміщається до наступного концентричного ряду кавітаторів 10 та зачепів 12, які функціонують аналогічно, але діють у протилежному напрямку відносно попереднього ряду кавітаторів 10 внаслідок того, що зачепи 12, закріплені на обох стінках ротора 9, при його обертанні находять на накладки 11 кавітаторів 10, закріплених на стінках статора 4 та 6, примушують кавітатори 10 вигинатись в протилежному напрямку відносно кавітаторів 10, закріплених на першому концентричному ряду до ротора 9. Швидкість обертання ротора 9 обмежується швидкістю розпрямляння кавітаторів 10 до моменту їх входження в контакт з наступними зачепами 12. Надалі рідке середовище, пройшовши обробку, через патрубок 3 виходить за межі статора 1. Слід зазначити, що завдяки тому, що кожен концентричний ряд кавітаторів 10 спрямовує рідке середовище під надвисоким тиском в протилежному напрямку до наступного ряду кавітаторів 10, то в ньому при цьому інтенсивно утворюються кавітаційні бульбашки, які в подальшому, руйнуючись, вивільнюють свою енергію, що призводить до набуття рідким середовищем нових властивостей. Також відомо, що кавітація посилено утворюється поблизу зони всмоктування, де рідке середовище зустрічається з робочими органами апарата при низькому тиску на вході в апарат, де швидкість руху робочих органів щодо рідкого середовища чим більша, тим величина кавітації більша та чим більш нерівномірне обтікання рідким середовищем твердого тіла (високий кут атаки робочого органу (кавітатора) з наявністю зламів, нерівностей поверхні і т. п.), тим сильніше утворюються кавітаційні бульбашки, таким чином запропонований апарат найбільш ефективно відповідає поставленим цілям. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Роторний гідродинамічний кавітаційний апарат для обробки рідких середовищ, який в своєму складі має корпус, патрубки подачі та відведення рідкого середовища, підшипниковий вузол та ротор, що містить концентричні ряди робочих органів-кавітаторів, де кількість кавітаторів в ряді збільшується в кожному наступному концентричному ряду у напрямку від приводного вала до периферії, при цьому ротор коаксіально закріплений на приводному валу в статорі, який відрізняється тим, що робочі органи-кавітатори виконані з пластинчатих пружин вигину, при цьому пластинчаті пружини вигину розміщені на обох сторонах ротора, а на кінцях пластинчатих пружин вигину жорстко закріплені накладки, що виконані з твердих сплавів, причому на кришках статора відповідно до пластинчатих пружин вигину ротора жорстко закріплені зачепи, при цьому на кожному наступному концентричному ряді пластинчаті пружини вигину та зачепи закріплено в оберненому порядку відносно попереднього концентричного ряду пластинчатих пружин вигину та зачепів. 2. Роторний гідродинамічний кавітаційний апарат для обробки рідких середовищ за п. 1, який відрізняється тим, що пластинчаті пружини вигину при обертанні ротора виконані з можливістю входити своїми накладками у взаємодію з зачепами і деформуватися, накопичуючи в собі енергію, та виходячи із взаємодії з зачепами - розпрямлятись, імпульсно вивільняючи енергію, для утворення області розрідження та високого тиску в рідкому середовищі, при цьому кожен наступний концентричний ряд пластинчатих пружин вигину виконаний з можливістю 2 UA 114007 C2 5 деформуватися та розпрямлятися в протилежному напрямку відносно до попереднього ряду пластинчатих пружин вигину. 3. Роторний гідродинамічний кавітаційний апарат для обробки рідких середовищ за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що швидкість обертання ротора обмежено швидкістю розпрямляння пластинчатих пружин вигину до моменту їх входження в контакт з наступним зачепом. Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3