Спосіб збудження пульсацій рідини в двох посудинах або в одній посудині з двома пульсопатрубками та пристрій для його здійснення

1. Способ возбуждения пульсаций жидкости в двух сосудах или одном сосуде с ' двумя пульсопатрубками, включающий периодическую подачу и отсос рабочей жидкости из сосудов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что подачу и отсос рабочей жидкости осуществляют путем прерывания и порционного перераспределения однонаправленного ее потока, при этом подачу в один сосуд (пульсопатрубок) и отсос из другого сосуда (пульсопатрубка) осуществляют одновременно одинаковыми порциями жидкости, пропорциональными амплитуде пульсаций в сосудах (сосуде), причем период пульсаций равен удвоенной сумме времени подачи (от соса) порции жидкости и времени прерывания ее подачи (отсоса). 2. Устройство для возбуждения пульсаций, содержащее источник рабочего тела и механический распределитель потока роторного типа с валом и цилиндрическим корпусом, снабженным двумя рабочими патрубками, а также входным и выходным патрубками, сообщенными с источником рабочего тела, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что рабочие патрубки распределителя потока выполнены симметричными, источник рабочего тела выполнен в виде жидкостного центробежного насоса, ротор распределителя потока выполнен в виде полого цилиндра с распределительными окнами, установленного на валу посредством радиальных пластин, делящих полость цилиндра на две равные части, и снабжен компенсатором давления, выполненным в виде двух жестко связанных между собой и подпружиненных сегментных перегородок, расположенных в полости цилиндра по обе стороны радиальных пластин в двух взаимно параллельных плоскостях и закрепленных на валу с возможностью перемещения вдоль его оси, при этом распределительные окна полого цилиндра расположены симметрично по обе стороны радиальных пластин, кроме того, в полости корпуса распределителя потока напротив входного патрубка установлен цилиндрический отбойник, а ротор расположен между входным и выходным патрубками. С > ел ю о 5211 Изобретение относится к технике создания пульсационного режима движения жидкости в тепломассообенной аппаратуре и может найти применение в химической и друп.х отраслях промышленности. 5 Ближайшим аналогом предложенного способа является способ возбуждения пульсаций жидкости, включающий периодическую подачу и отсос рабочей жидкости из сосудов с помощью поршневых или плун- 10 жерных механических пульсаторов [1]. Недостатком способа по прототипу является необходимость применения механических пульсаторов, что приводит к быстрому износу лриводного механизма 15 вследствие цикличности нагрузок на конструкционные узлы с трущимися поверхностями, а также неизбежные утечки рабочей жидкости, что нарушает стабильность пуль- 9 0 сации. Ближайшим аналогом предложенного устройства является устройство для возбуждения пульсаций, содержащее источник рабочего тела и механический распределитель «с потока роторного типа с валом к цилиндрическим корпусом, снабженным двумя рабочими патрубками, а также входным и выходным патрубками, сообщающимися с источником рабочего тела [2]. 30 Недостатками такого устройства являются сложность исполнения невозможность возбуждения пульсзционного режима с жесткими амплитудно-частотным характеристиками и другие, вытекающие из того, что в 35 качестве рабочего тела используется газ или воздух. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа возбуждения пульсаций жидкости в двух сосудах или 40 одном сосуде с двумя пульсопатрубками, в котором предлагаемый новый режим подачи и отсоса рабочей жидкости с определенным периодом пульсаций позволит избежать износа оборудования вследствие исключения 45 возвратно-поступательного механизма и возбудить пульсационный режим с жесткими амплитудно-частотными характеристиками и за счет этого избежать утечки рабочей жидкости в процессе пульсации. 50 Поставленная задача решается тем, что в способе возбуждения пульсаций жидкости в двух сосудах или одном сосуде с двумя пульсопатрубками, включающем периодическую подачу и отсос рабочей жидкости из *>5 сосудов, согласно изобретению подачу и отсос рабочей жидкости осуществляют путем прерывания и порционно» о перераспределения однонаправленного ее потока, при A этом подачу в один сосуд (пульсопатрубок) и отсос из другого сосуда (пульсопатрубка) осуществляют одновременно одинаковыми порциями жидкости, пропорциональными амплитуде пульсаций в сосудах (сосуде), причем период пульсаций равен удвоенной сумме времени подачи (отсоса) порции жидкости и времени прерывания ее подачи (отсоса). В основу изобретения поставлена также задача усовершенствования устройства для осуществления заявленного способа возбуждения пульсаций, в котором предлагаемое новое взаимное расположение°узлов и элементов устройства, а также новое конструктивное решение распределителя патока рабочего тела позволит обеспечить возбуждение пульсациочного режима с жесткими амплитудно-частотными характеристиками и за счет этого исключить неизбежные утечки рабочей жидкости, что упрощает условия эксплуатации. Поставленная задача решается тем, что в устройстве для возбуждения пульсаций, содержащем источник рабочего тела и механический распределитель потока роторного типа с валом и цилиндрическим корпусом, снабженным двумя рабочими патрубками, а также входным и выходным патрубками, сообщенными с источником рабочего тела, согласно изобретению рабочие патрубки распределителя потока выполнены симметричными, источник рабочего тела выполнен в виде жидкостного центробежного насоса, ротор распределителя потока выполнен в виде полого цилиндра с распределительными окнами, установленного на валу посредством радиальных пластин, делящих полость цилиндра на две равные части, и снабжен компенсатором давления, выполненным в виде двух жестко связанных между собой и подпружиненных сегментных перегородок, расположенных в полости цилиндра по обе стороны радиальных пластин в двух взаимно-параллельных плоскостях и закрепленных на валу с возможностью перемещения вдоль его оси, при этом распределительные окна полого цилиндра расположены симметрично по обе стороны радиальных пластин, кроме того, в полости корпуса распределителя потока напротив входного патрубка установлен цилиндрический отбойник, а ротор расположен между входным и выходным патрубками. Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в следующем: 5211 скользяще посажено на вал 3 и его свобод- подача и отсос рабочей жидкости пуное перемещение совместно с перегородкатем прерывания и порционного перераспми 13. 14 и стержнями 15, 16 вдоль оси вала ределения однонаправленного ее потока 3 ограничено пружиной 18. Сегментные пепри том, что подачу и отсос осуществляют регородки 13, 14 расположены в полости одновременно одинаковыми порциями цилиндра 9 по обе стороны радиальных плажидкости, пропорциональными амплитуде стин 11 в двух взаимно - параллельных плопульсаций в сосудах при периоде пульсаскостях, перпендикулярных оси вала 3. ций, равном удвоенной сумме времени подРаспределительные окна 10 полого цилиндачи порции жидкости и времени ра 9 расположены в его стенках диаметральпрерывания ее подачи, позволяет обеспено противоположно и симметрично чить возбуждение устойчивого пульсационотносительно радиальных пластин 11. В поного режима с заданной частотой, лости корпуса 4 распределителя 2 напротив амплитудой и формой колебаний; входного патрубка 6, расположенного тан- выполнение рабочих патрубков рас15 генциально к корпусу 4, установлен также пределителя потока симметричными, источцилиндрический отбойник 19. Ротор 8 расника рабочего тела в виде жидкостного положен между входным 6 и выходным 7 центробежного насоса, ротора распределипатрубками, установленными напротив прятеля потока в виде полого цилиндра с расмоугольных окон 20, 21 в стенках корпуса 4. пределительными окнами, установленного Распределительные окна 10 цилиндра 9 на валу посредством радиальных пластин, расположены на уровне прямоугольных делящих полость цилиндра на две равные окон 22 в стенках корпуса 4, через которые части, при этом распределительные окна рабочие патрубки 5 сообщаются с внутренполого цилиндра расположены симметрично по обе стороны радиальных пластин и н е ним пространством распределителя потока 2 при соответствующем положении ротора наличие в цилиндрическом роторе радиаль8. Вал 3 установлен по оси распределителя ных пластин и сегментных перегородок попотока 2 с помощью подшипников 23, 24, зволяют преобразовать однонаправленное центровка его осуществляется с помощью циркуляционное движение рабочей жидкоперфорированного диска 25, а уплотнение сти в возвратно-поступательное и тем сас помощью сальника 26. Распределитель мым обеспечить пульсационный режим с потока 2 также снабжен патрубками 27, 28 жесткими амплитудно-частотными характедля опорожнения и вытеснения воздуха при ристиками и за счет этого исключить утечки дополнении. рабочей жидкости в процессе пульсации, Устройство для реализации предложен- 35 Устройство работает следующим обраного способа представлено на фиг. 1а в об* зом. Через патрубок 31 циркуляционный щем виде; на фиг. 2 и За и 36 - в разрезе и контур 32, распределитель 2 и пульсопровосечениях основного узла - механического ды 35 заполняют рабочей жидкостью (нараспределителя потока (нумерация позиций пример, водой). При этом воздух на фигурах сквозная). На фиг. 16, 1в, 1г, 1д 40 вытесняется через патрубки 28, 34 в пульпоказаны примеры подключения устройстсспроводы 35 и выводится из системы. ва в схему. Включают в работу привод вала 3 распределителя 2, затем центробежный насос 1. В Устройство содержит источник рабочециркуляционном контуре 32 благодаря раго тела - жидкостный центробежный насос 1 и механический распределитель потока 2 45 боте насоса 1 будет создан однонаправленный, циркулирующий поток рабочей роторного типа с валом 3 и цилиндрическим жидкости, который поступая в патрубок 6 корпусом 4, снабженным двумя рабочими распределителя 2, порциями подается в патрубками 5, а также входным 6 и выходкаждый из пульсопроводов 35 и одновреным патрубками. На валу 3 ротора 8 распределителя потока 2 расположены полый 50 менно отсасывается и выводится из распределителя 2 через патрубок 7. Подача и отсос цилиндр 9 с распределительными окнами осуществляется порционно после каждого 10, причем цилиндр 9 жестко закреплен на акта прерывания потока за счет вращения валу 3 с помощью радиальных пластин 11, ротора 8. Так например, при положении роделящих полость цилиндра 9 на два равные части. Ротор 8 также снабжен компенсато- " тора 8 относительно центральных окон 22, изображенном на фиг. За, происходит однором давления 12, выполненным в виде двух временная порционная подача и отсос жидподвижных сегментных перегородок 13, 14, кости через патрубки 5, а в положении на жестко связанных между собой посредстфиг. 36 - прерывание потока. Благодаря вом стержней 15, 16 и кольца 17. Кольцо 17 5211 8 .конструкции ротора 8 при его равномерном рому подсоединено устройство для создавращении входной патрубок 6 поочередно ния пульсации согласно схеме на фиг.1 г» сообщается через окна 22 и патрубки 5 то с Проходное сечение реакционной зоны криодним, то с другим пульсопроводом 35, а сталлизатора, где был реализован пульсапатрубок 7 - е противоположным. При этом ционный режим, составляло около 0,12 м 2 . в пульсопрешодах 35 будет обеспечено возСоздание пульсационного режима осувратно-поступательное движение жидкоществлялось за счет прерывания и порционсти. В положении ротора 8, изображенном ного перераспределения однонаправленного на фиг. 2, рабочая жидкость из патрубка 6 потока рабочей жидкости (воды), подаваемопоступает в левый патрубок 5, а из правого го с обьемной скоростью около 0,014 м3/с. патрубка 5 выводится в патрубок 7, так как Каждая подаваемая и отсасываемая пространство между патрубками 5 разделено порции жидкости были равны и их величина пластинами 11 и сегментными перегородкасоставляла Vn, которую определяли по средми 13, 14 (изображенными перпендикулярно ней обьемной скорости однонаправленного плоскости рисунка), В момент прерывания потока (равной 0,014 м3/с) и продолжительпотока, когда окна 22 перекрыты стенками ности порционной подачи ($ю). Продолжицилиндра 9, в патрубках 6 и 7 возрастает тельность прерывания Опр и порционной разность давлений (за счет непрерывной раподачи 0\ю определяли на основании конботы насоса 1), вследствие чего сегментные кретных геометрических параметров и скоперегородки 13, 14 перемещаются вверх, рости вращения ротора распределител ? сжимая пружину 18. При последующем поизображенного на фиг. 2. вороте ротора 8 и открывании окон 22, разХарактеристики создаваемого в теплоность давлений уменьшится и пружина массообменном аппарате пульсационного восстанавливает положение перегородок режима определяли путем непосредствен13,14 посредством кольца 17 и стержней 15, ного замера частоты v и удвоенной ампли16, Благодаря этому в момент прерывания туды А. По частоте определяли период потока циркуляции жидкости s контуре 32 пульсации (Г- -у ), не прекращается и насос 1 работает при относительно стабильной нагрузке. УпорВ таблице 1 приведены результат трех ный подшипник 23 воспринимает усилие, опытов по созданию пульсационного режипередаваемое валуЗ пружиной 18, предотма с различными характеристиками (Т, А). вращая его осеэое перемещение. При танКак следует из таблицы 1, каждому регенциальном вводе жидкости через жиму порционной подачи (с конкретными патрубок б между стенками корпуса 4 и отзначениями 6Пр . впо , Vn) соответствует бойником 19 образуется закрученный попульсационный режим с определенной (заток, в результате чего случайные данной) амплитудно-частотной характеримеханические примеси осаждаются в конистикой (конкретными значениями А, Т). ческом днище и периодически выводятся Взаимосвязь параметров режима порциончерез патрубок 27. 40 ной подачи и режима пульсации, оговаривав процессе работы устройства, часть емая формулой предполагаемого жидкости из распределителя 2 непрерывно изобретения, иллюстрируется приведеннывыводится через патрубок 28 по линии 33 ми в упомянутой таблице 1 результатами это предотвратит скопление воздуха в веробработки данных. А именно, в каждом опыхней части распределителя 2. При попада- 45 те значение удвоенное суммы ( 6^»р + 0пО) нии воздушных пузырей в пульсопроеоды равно значению Т, а величина отношения 35 они всплывают и выводятся из системы. -д— одинакова для всех опытов и равна коНа фиг. 1 а пунктирными линиями показаны эффициенту пропорциональности, составвозможные вспомогательные коммуникации и места установки теплообменника для 50 ляющему величину, близкую проходному отвода тепла, выделяющегося в результате сечению тепломассообменного аппарат трения. (0,12 м2). Ниже приведен пример осуществления способа о предложенное пульсационном В таблице 2 приведены показатели реустройстве. жима работы способа и устройства для соПример. здания пульсации в отрезке времени Способ был осуществлен на опытной продолжительностью 24 часа. При этом слеустановке с пульсационным кристаллизатодует отметить, что пульсация создавалась в ром (тепломассообменный аппарат), к котоохладительном кристаллизаторе со еаве 10 5211 Из приведенных экспериментальных данных следует, что при постоянстве режима порционной подачи обеспечивается постоянство амплитудно-частотной характеристики создаваемого пульсационного режима. В процессе работы устройства, за счет выделения тепла наблюдается рост температуры рабочей жидкости, однако, в результате утилизации этого тепла (путем теплообмена) температура рабочей жидкости стабилизировалась на уровне 6О°С. В таблице 3 приведены сопоставительные данные предложенного и известного технического решения (способа и устройства). шенным слоем кристаллов, порозность которого в течение времени изменялась. Как видно из таблицы 2. потери рабочей жидкости минимальны и составили менее 0,3 л в течение суток. Данные потери имели место за счет незначительного пропускания сальника центробежного насоса. Величина указанных потерь рабочей жидкости практически может не учитываться или может быть полностью исключена, т.к. при вращательном движении вала обеспечить надежное уплотнение значительно проще, чем при возвратно-поступательном движении поршня со штоком. Таблица 1 Режим порционной подачи Режим пульсации опытов &р, 0по , Результаты обработки данных А, Т, Vn. с' м С А м2 Vn, V. 1 3 с, С. м 1. 0,018 0,315 0,0044 1,5 0,036 0,666 0,667 0,122 2. 0,022 0,394 0,0055 1,2 0,045 0,832 0,833 0,122 3. 0,03 0,526 0,0074 0,9 0,060 1,112 | 1,111 0,123 Таблица 2 Показатели Время от момента пуска, ч 0 3 6 9 режима 12 15 18 21 24 работы 2(&р + Фто ), С 0,83 0,83 т.с 0,83 А, м 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,045 0,046 0,044 0,045 0,045 0,44 0,045 0,045 0,046 27 46 55 59 61 60 61 60 60 0 0,04 0,07 0.11 0,14 0.19 0,22 0,25 0,29 Температура рабочей жидкости, °С Потери рабочей жидкости, л 11 12 5211 Таблица 3 Наименование Прототип Предложение имеет место практически п/п Способ 1. Наличие утечки рабочей жидкости отсутствует 2. Необходимость постоянного наблю требуется не требуется имеет место практически отсутствует имеет место практически дения и ухода 3. Наличие циклических нагрузок на приводные механизмы Устройство 4. Влияние изменения параметров жидкости в сосудах (сосуде) на стабильность режима пульсации і / УЇ