УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Изобретение относится к роторным гидродинамическим установкам и может быть исполь-зовано для очистки, мойки, регенерации мелкозернистых материалов и как диспергатор-эмульгатор для получения стойких мелкозернистых суспензий и эмульсий.
Цель изобретения - повышение интенсификации процесса диспергирования и переме-шивания за счет двустороннего воздействия ультразвуковых колебаний.
Данная установка содержит стержневые излучатели с коническими выступами, настроенными в резонанс на частоте 18-20 кГц, ротор и статор, выполненные в виде утончаю-щихся от центре к периферии дисков, причем прорези в дисках расположены по их периферии.
Расчетным путем подобранные зазор между статором и ротором, а также число оборо-тов ротора позволяют получить ультразвуковые колебания.

Изобретение относится к роторным гидродинамическим установкам и может быть исполь-зовано для очистки, мойки, регенерации мелкозернистых материалов и как диспергатор-эмульгатор для получения стойких мелкодисперсных суспензий и эмульсий.
Известны роторно-пульсационные аппараты для обработки жидких сред, содержащие статор с набором коаксиальных цилиндров с прорезями и ротор, выполненный в виде дис-ка с радиальными лопатками и отверстиями, по обе стороны которого укреплены коакси-альные цилиндры с прорезями, размещенными между цилиндрами корпуса [1], [2], [3].
Недостатком таких аппаратов является низкая интенсификация процесса перемешива-ния мелкозернистых материала, большие маховые моменты, приводящие к разрушению ротора.
Наиболее близким техническим решением является конструкция роторной гидродина-мической установки [4], содержащая ротор и статор.
Ротор установки состоит из трех цилиндров и их основания. Статор - из двух цилин-дров и основания. В цилиндрах ротора и статора фрезерованием образованы коаксиальные перемычки и щели прямоугольной формы.
При вращении ротора установки щели статора попеременно то открываются, то за-крываются. Создаются пульсации типа: попеременное давление - сжатие - разжатие обра-батываемой смеси. Это приводит к сильной кавитации. Частота пульсации образовавшихся акустических колебаний зависит от количества щелей, перемычки, а также от числа оборо-тов ротора.
Недостатками данной конструкции являются большие маховые моменты, приводящие к разрушению ротора, а также невозможность создания минимальных размеров между ро-тором и статором.
Цель изобретения - повышение интенсификации процесса диспергирования и переме-шивания за счет двустороннего воздействия ультразвуковых колебаний на обрабатывае-мый материал.
Указанная цель достигается тем, что ультразвуковая гидродинамическая установка, содержащая ротор и статор с прорезями, снабжена настроенным в резонанс на частоту f=1820 кГц стержневыми излучателями с коническими выступами, а статор и ротор вы-полнены в виде утончающихся от центра к периферии дисков, причем прорези в дисках расположены по их периферии.
Увеличение диаметра и числа оборотов ротора для получения ультразвуковых колеба-ний определенной частоты становятся возможным без опасности разрушения дисков рото-ра.
На фиг.1 схематично изображена ультразвуковая гидродинамическая установка;
на фиг.2 - установка в разрезе.
Установка содержит корпус 1, диски ротора 2, вал 3, кольца статора 4, кольца сопел 5, кольца стержневых излучателей 6, патрубок ввода 7 очищаемого материала, патрубок вы-хода 8, подшипниковые узлы 9, сальники 10, патрубки ввода 11 промывочной воды-раствора, перегородки 12, резиновые прокладки 13, уплотнения 14.
Установка может работать как моющая для очистки, мойки, регенерации мелкозерни-стых материалов (например, фильтрующих и др.) и как диспергатор-эмульгатор для полу-чения стойких мелкодисперсных суспензий и эмульсий.
Установка работает следующим образом.
Вода или другой моющий раствор поступает от насоса высокого давления (выше 2 атм.) через патрубки 11 в корпус установки. При вращении дисков-роторов 2 щели статора то открываются, то закрываются, благодаря чему возникает явление гидравлических уда-ров - давление жидкости перед соплами 5 то резко возрастает, то падает до нуля. Эти пуль-сации давления чередуются с частотой, определяемой количеством щелей (отверстий) в роторе и статоре и числом оборотов дисков ротора. В данной установке при резком повы-шении давления жидкость устремляется через кольцевые сопла и в виде тороидальной струи попадает на конические (30-40) выступы стержневых излучателей. Пластины стержневых излучателей изготовлены из материала с большим модулем упругости (титан, сталь V7 и др.). Их геометрические размеры рассчитаны на резонансную частоту 20 кГц.
Струя, попадая на конические выступы стержней, срывается, в результате чего возни-кают вихри. Изменяющееся давление порождает звуковые волны определенной частоты, зависящей от скорости струи, расстояния от щели сопла до конических выступов стержней и ширины сопла. В данной установке все эти параметры подобраны так, что частота этих пульсирующих вихрей равна 20 кГц. Расстояние между кольцами стержневых излучателей также рассчитано на резонансную частоту 20 кГц и равно 2 . Р/2 (для воды - 75 мм).
Таким образом, все элементы системы настроены в резонанс, что позволяет при малом расходе первичной энергии (давлении) получить мощные ультразвуковые колебания с ча-стотой 20 кГц, а следовательно, и мощные кавитационные явления, являющиеся основным фактором при ультразвуковой мойке (очистке-регенерации) и при получении стойких мел-кодисперсных суспензий и эмульсий.
В установке образуются сильные гидродинамические турбулентные течения за счет пульсирующих струй жидкости и вихрей между соплами и дисками стержней, а также за счет прорыва импульсов давления жидкости через щели между пластинами стержневых излучателей, что вызывает дополнительные сильные кавитационные явления (гидродина-мическая кавитация) и интенсивное перемешивание обрабатываемой среды.
При мойке (очистке, регенерации) пульпа с очищаемым материалом поступает через входной патрубок 7 и, проходя через установку, очищается и выводится через патрубок 8.
При использовании установки в качестве диспергатора-эмульгатора входной патрубок 7 закрывается. Обрабатываемые суспензии или эмульсии (предварительно смешанные) подаются через патрубки II и после их обработки выводятся через патрубок 8.
Установка легко встраивается в любые существующие технологические установки и имеет большую производительность при высоком качестве обрабатываемого материала.

Авторское свидетельство СССР №331811, кл. В 01 F 11/02, 1969
Авторское свидетельство СССР №709152, кл. В 01 А 7/28, 1977
Авторское свидетельство СССР №1088774, кл. В 01 F 11/02
Экспресс-информация. Серия электротехника Выпуск 1. Душанбе-1994г., УДК 662.753:534.03 “Конструкция роторной гидродинамической установки” с.7-13 (прототип)