початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2174045

РОТОРНИЙ Кавітаційна АПАРАТ

Ім'я винахідника: Мелехин Ю.І .; Бєляєв А.В.
Ім'я патентовласника: ТОВ "Технології в Сибіру"
Адреса для листування: 630049, Новосибірськ-49, а / я 277, ТОВ "Технології в Сибіру"
Дата початку дії патенту: 1999.03.23

Винахід відноситься до пристроїв для створення штучної кавітації в рідких середовищах з метою використання виникаючих кавітаційних ефектів для інтенсифікації різних фізико-хімічних процесів. Апарат містить корпус, який утворює робочу камеру, в якій встановлені статор і на приводному валу ротор. Статор і ротор складаються з дисків. Перший від входу диск ротора забезпечений радіальними лопатками, розташованими під кутом до його площини. Другий диск ротора, розміщений між дисками статора, забезпечений радіальними лопатями, передня частина яких виконана у вигляді клина, а задня - у вигляді паралелепіпеда з радіальними проточками на його бічних гранях. Диски статора мають прорізи. У прорізах другого диска статора встановлений керн трикутного перетину. Апарат дозволяє підвищити ефективність і продуктивність активації фізико-хімічних процесів, а й може бути використаний для знезараження стічних і фекальних вод, дезактивації рідких радіоактивних відходів і отримання теплової енергії.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до пристроїв для створення штучної кавітації з метою використання виникаючих кавітаційних ефектів для інтенсифікації фізико-хімічних процесів в різних галузях промисловості, наприклад, хімічної, харчової, біохімічної та ін.

Крім того, пристрій може бути використано для знезараження і дезактивації рідин, а й як компактного джерела тепла в будь-якій області народного господарства.

Відомий роторний активатор фізико-хімічних процесів, що використовує ефекти гідродинамічної кавітації, створюваної в замкнутій камері, заповненій робочої рідиною [1]. У камері встановлені статор і на приводному валу ротор, при обертанні якого в результаті взаємодії статора і ротора з робочим середовищем виникають кавитационні явища, що супроводжуються локальними, значними за величиною підвищеннями температури і тиску, які є ініціювали факторами різних фізико-хімічних процесів.

Недоліками вказаного пристрою є невисока продуктивність і відносно низька ефективність активації, особливо для енергоємних технологічних процесів, обумовлені значними втратами енергії на дисипативні явища - гідравлічне тертя, подолання гідродинамічного опору середовища та ін.

Відомий роторний кавітаційний активатор, в якому режим кавітації створюється в інтенсивному ультразвуковому полі, порушуються в рідкому середовищі [2].

Відомий активатор складається, щонайменше, з двох робочих камер, в першій з яких є вхідний отвір для подачі робочого середовища, в другій - вихідний. У кожній камері на приводному валу встановлений ротор, що представляє собою робоче колесо відцентрового насоса. По колу робочого колеса закріплено кільце з отворами. Статор виконаний у вигляді концентрично з ротором кільця з отворами, розташованими навпроти отворів в кільці ротора.

При обертанні ротора робоча рідина колесом відцентрового насоса подається на його вихід і проходить через отвори в кільцях ротора і статора, які періодично перекриваються.

Коли отвори закриваються, тиск в камері зростає до деякого максимального значення, що визначається напором рідини на вході і напором насоса, т. Е. Його потужністю, при відкриванні - падає до мінімального значення, що визначається необхідною витратою, тобто продуктивністю пристрою. Таким чином, при роботі пристрою в робочому середовищі збуджується і поширюється змінне поле тисків, тобто звук.

Частота звуку f = N · n, де N - число отворів в кільцях ротора і, відповідно, статора; n - кутова швидкість ротора.

Інтенсивність звуку ~ p ² де p = p (max) -p (min) - перепад тисків, що виникає в камері при періодичному закриванні і відкриванні отворів.

У відомому пристрої N, n і p обрані таким чином, що в робочому середовищі порушується ультразвук, інтенсивність якого достатня для того, щоб в середовищі виникли кавитационні явища, ефекти яких (локальні підвищення тиску і температури, іонізація часток середовища та ін.) Активують необхідні фізико-хімічні процеси.

Недоліками відомого пристрою є обмежені ефективність активації фізико-хімічних процесів і продуктивність пристрою, що обумовлені такими причинами.

Відомо (див., Наприклад, Л.Д.Ландау, О.І.Ахієзера, Е.М.Ліфшіц "Курс загальної фізики", - М., - 1965 г.), що кавітація обмежує інтенсивність ультразвуку в рідкому середовищі. У відомому пристрої збільшення інтенсивності ультразвуку пов'язано з підвищенням перепаду тисків p (max) -p (min) в робочій камері, що, в свою чергу, веде до збільшення потужності відцентрового насоса або кількості послідовно працюючих пристроїв (як запропоновано автором). Обидва зазначених способу призводять до збільшення розмірів, маси, енергоспоживання і вартості пристрою.

Більш того, збільшення інтенсивності ультразвуку в відомому пристрої зазначеними екстенсивними засобами обмежена тим, що при його роботі в зазорі між роторними і статорними кільцями вже при відносно малих швидкостях обертання ротора виникає гідродинамічна кавітація, яка обмежує інтенсивність генерованого ультразвуку. Зазначене обмеження призводить до того, що інтенсивність кавітаційних явищ і, відповідно, ефективність активації в відомому пристрої практично не перевершує ефективності відомих гідродинамічних активаторів.

і відомо, що ефективність активації зростає в міру збільшення частоти ультразвуку, значення якої в відомому пристрої залежить, як показано вище, від швидкості обертання ротора і числа отворів в кільцях ротора і статора. Сучасні технологічні можливості дозволяють виготовити відоме пристрій прийнятних для практики розмірів з N 100 і n 200 об / с, що забезпечує отримання ультразвуку з частотою f 20 кГц. Ультразвуки такої частоти не дозволяють досягти високих значень ефективності активації і продуктивності.

Крім того, в відомому пристрої інтенсивність ультразвуку нестабільна і істотно залежить від напору робочої рідини на вході і швидкісного режиму ротора, що погіршує якість активації і створює певні експлуатаційні проблеми, пов'язані з необхідністю контролю і регулювання режимів роботи.

Ще один недолік обумовлений тим, що, поряд з коливаннями ультразвукової частоти, пристрій генерує досить інтенсивний шум у чутним діапазоні частот, що ненешкідливо для здоров'я обслуговуючого персоналу і оточуючих.

Метою даного винаходу є створення високоефективного кавитационного апарату для активації різних фізико-хімічних процесів в рідких середовищах, частково або повністю позбавленого зазначених вище недоліків.

Зазначена мета досягається тим, що у відомому роторном кавітаційному апараті, що містить корпус з вхідним і вихідним отворами для робочої рідини, що утворюють робочу камеру, в якій розміщені статор і на приводному валу ротор, останні складаються з дисків, встановлених уздовж осі симетрії камери по черзі, в напрямку вхід-вихід. Перший від вхідного отвору диск ротора, що представляє собою нагнітальне колесо осьового насоса, забезпечений радіальними лопатками, розташованими під кутом до його площини, другий диск ротора, встановлений між дисками статора, має, принаймні, дві, розташовані в площині диска радіальні ріжучі лопаті, причому передня по ходу обертання частина лопатки виконана у вигляді клина, а задня - у вигляді паралелепіпеда з радіальними проточками на його бічних гранях. Диски статора забезпечені радіальними прорізами, які в другому диску виконані звужуються до його площинах. Усередині прорізи другого диска статора уздовж осі симетрії прорізи встановлено радіальний керн трикутного перетину, одна з вершин якого лежить в площині диска, суміжній з лопатями ротора. Крім того, на площинах статорних дисків, суміжних з ріжучими лопатями ротора, виконані радіальні проточки. Радіальні лопатки і лопаті ротора, прорізи і проточки в дисках статора розташовані рівномірно по колу дисків і мають однакові радіальні довжини.

На фіг. 1 зображено осьовий переріз роторного кавітаційного апарату.

На фіг. 2 зображено загальний вигляд роторного кавітаційного апарату.

Заявляється роторний кавітаційний апарат складається з корпусу 1, що утворює робочу камеру 2 з вхідним 3 і вихідним 4 отворами, приводного вала 5, першого диска ротора 6 з радіальними лопатками 7, першого диска статора 8 з прорізами 9 і проточками 10, другого диска ротора 11 з радіальними ріжучими лопатями 12 і проточками 13, другого диска статора 14 з прорізами 15, керном 16 і проточками 17.

Пристрій працює наступним чином. При обертанні ротора 1 це перший диск 6 з лопатками 7, що представляє собою нагнітальне колесо осьового насоса, подає робочу рідину в обсяг робочої камери, обмежений статорними дисками 8, 14. Перший диск статора 8, який представляє собою направляючий диск осьового насоса, запобігає закручування робочої рідини щодо осі симетрії пристрою, що виключає зменшення відносної швидкості ріжучих лопатей ротора і набігає на них рідини. Обертається між статорними дисками 8, 14 другий диск ротора 11 своїми ріжучими лопатями 12 розсікає потік, що набігає рідини. За рахунок дії відомого в механіці ефекту клина, що виникають в середовищі при обертанні ротора розривні напруги значно перевищують межу міцності рідини, тому на ріжучої кромці клина відбувається розрив суцільності рідини і на гранях клина утворюється велика кавитационная каверна. Остання, взаємодіючи з радіальними проточками 10 і прорізами 15 у другому диску статора 14, дробиться на велику кількість дрібних кавітаційних бульбашок, які врешті-решт схлопиваются в зазорі між плоскими гранями лопатей ротора 12 і статорними дисками 8, 14. Потужні кавитационні ефекти, що виникають при схлопуванні, активують відповідні фізико-хімічні процеси в робочому середовищі.

У пропонованому технічному рішенні перетворення механічної енергії ротора в енергію активації проводиться безпосередньо (механічна енергія обертання - кавитационная енергія), тобто більш ефективно, ніж в системах з багатоступеневим перетворенням. (У прототипі механічна енергія обертання - ультразвукова енергія - кавитационная енергія). Запропонована конструкція другого роторного диска з ріжучими лопатями, виконаними у вигляді клина, призводить до зменшення непродуктивних втрат енергії на подолання гідродинамічного опору, тобто підвищує ККД пристрою. Спільна дія роторного і другого статорної дисків запропонованих конструкцій забезпечує інтенсивне утворення кавітаційних бульбашок оптимальних розмірів, що підвищує ефективність і продуктивність активації. Крім того, збільшення розмірів зони кавітації і, відповідно, який активується в одиницю часу обсягу робочої рідини підвищує продуктивність пристрою.

Дослідний зразок пропонованого технічного рішення випробовувався в якості пристрою для знезараження води. Отримані наступні результати.

1. У початковому зразку річкової води містилося 502 колонії бактерій. Після обробки проби протягом 15 хв кількість бактерій в пробі - 86 колоній, протягом 20 хв - 77, протягом 30 хв - 17.

2. Вихідний зразок - фекальні стічні води, вміст бактерій - мільйони колоній. Після обробки протягом 20 хв - 98 колоній, протягом 30 хв - 37 колоній.

Крім того, досвідчений зразок цього винаходу випробовувався як дезактиватори рідких радіоактивних відходів. Встановлено, що питомий коефіцієнт поглинання вихідної проби, що дорівнює 487 мкР / год · л, після 30-хвилинної обробки в цьому пристрої знизилася до значення 38 мкР / год · л. Потужність випромінювання від контрольного зразка, який не пройшов обробки, за цей же час в межах точності вимірювань не змінилася.

При проведенні випробувань було встановлено, що пристрій генерує теплову енергію, в два рази перевищує енергію, яка споживається від зовнішнього джерела, тобто є генератором тепла з ККД близько 200%.

В даний час дослідно-промисловий зразок пристрою готується до експлуатації на судах Річфлот як знезаражувачі річкової води.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Авторське свідоцтво N 1358140, МКИ B 01 F 11/02. Кавітаційний змішувач.

2. PCT N 94/09894, МКІ B 01 F 7/00, 11/02. Ультразвуковий активатор.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Роторний кавітаційний апарат, що містить корпус з вхідним і вихідним отворами і утворює робочу камеру, в якій розміщені статор і на приводному валу ротор, який відрізняється тим, що статор і ротор складаються з дисків, встановлених по черзі вздовж осі симетрії робочої камери в напрямку вхід- вихід, при цьому перший від входу диск ротора забезпечений радіальними лопатками, другий диск ротора, розташований між дисками статора з радіальними прорізами, забезпечений, принаймні, двома розташованими в площині диска радіальними лопатями, передня по ходу обертання частина яких виконана у вигляді клина, задня - у вигляді паралелепіпеда з радіальними проточками на його бічних гранях, при цьому прорізи в другому диску статора виконані звужуються до площин диска, а на площинах статорних дисків, суміжних з лопатями ротора, виконані радіальні проточки.

2. Роторний кавітаційний апарат по п.1, що відрізняється тим, що радіальні лопатки першого диска ротора розташовані під кутом до його площини.

3. Роторний кавітаційний апарат по п.1, що відрізняється тим, що радіальні лопатки і лопаті ротора, прорізи і проточки в дисках статора розташовані рівномірно по колу своїх дисків.

4. Роторний кавітаційний апарат по п.1, що відрізняється тим, що в прорізах другого диска статора уздовж осі симетрії прорізи встановлений керн трикутного перетину, одна з вершин якого лежить в площині диска, суміжній з лопатями ротора.

Версія для друку
Дата публікації 28.01.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів