Роторный аппарат

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Власов Александр Викторович Давиденко Виталий Федорович Коротков Владимир Александрович Лозников Роман Анатольевич Мартыненко Олег Григорьевич Русакевич Михаил Иванович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Роторный аппарат, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках, и привод вращения ротора, на внешней поверхности которого между его каналами и параллельно им выполнены канавки, отличающийся тем, что роторный аппарат снабжен электрически изолированными от статора игольчатыми электродами, установленными в каналах статора по оси каналов ротора и статора, причем игольчатые электроды и ротор подключены к клеммам коммутатора импульсных токов. 89702013.02.28 Предлагаемое техническое решение относится к устройствам смешивания и диспергирования для получения суспензий, эмульсий и иных жидких смесевых композиций, в частности эмульсионных смесевых топлив, в том числе биотоплив, путем увеличения интенсивности кавитации и может найти применение в химической, нефтеперерабатывающей пищевой, промышленности, а также в топливно-энергетических комплексах. В настоящее время широко известны различные физико-химические методы воздействия, в частности гидродинамические, акустические, ультразвуковые, магнитные, электростатические, каталитические, на структуру топлива, его реологические характеристики и устойчивость для обеспечения наиболее полного освобождения и использования энергии топлива при сжигании и улучшения экологических характеристик продуктов сгорания. Наиболее распространенными и применяемыми в эксплуатации являются гидродинамические методы подготовки топлива к сжиганию, кавитационные и роторнопульсационные. Под кавитацией в жидкости понимают образование наполненных паром и газом полостей при локальном понижении давления в движущейся жидкости ниже давления насыщенных паров. В зависимости от концентрации пара или газа в каверне их называют паровыми или газовыми. Известен роторный аппарат 1, содержащий корпус с патрубками ввода и выхода среды, концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках в виде чередующихся сужений и расширений, камеру озвучивания и привод. При этом расширения каналов статора выполнены в виде кольцевых проточек, а сужения смещены относительно друг друга. Такое исполнение каналов вызывает увеличение относительной скорости обтекания частиц гетерогенной среды, при которых возникают турбулентные пульсации, развивается гидродинамическая кавитация. Недостатками предлагаемого технического решения являются большая задержка времени между гидроударами и неконтролируемый получаемый среднестатистический размер включений дисперсной фазы для разных топлив, что приводит к малой эффективности процессов смешения и низкому качеству гомогенизации. Известен роторный аппарат 2, выбранный в качестве прототипа, который содержит корпус с входным и выходным патрубками. Внутри корпуса аппарата концентрично установлены ротор и статор с одинаковым количеством каналов в их боковых стенках. На внешней цилиндрической стороне ротора между каналами параллельно им выполнены канавки. Наружная стенка статора, корпус и крышка корпуса образуют камеру озвучания. Аппарат работает следующим образом. В полость ротора под давлением поступает обрабатываемая эмульсионная жидкость через входной патрубок. Ротор связан с приводом вращения. Обрабатываемая жидкость (продукт) под действием входного давления перетекает через каналы ротора в каналы статора и далее в камеру озвучания. При периодическом совпадении каналов ротора с каналами статора происходит изменение скорости и давления в потоке вследствие изменения проходного сечения, что инициирует кавитацию. При совмещении канала статора с канавкой ротора, в которой давление жидкости меньше,чем давление в зазоре между статором и ротором, за счет растягивающих усилий, создаваемых центробежной силой, обеспечивается дополнительный импульс разряжения в канале статора. Для создания достаточного импульса разряжения сечение каналов в роторе идентично сечению каналов в статоре. Недостатком устройства является невысокая степень диспергирования, что понижает временную устойчивость топливных смесей, а также невозможность осуществления энергоемких технологических процессов (например, с энергией активации более 200 кДж/м 2). Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности работы аппарата, повышение качества обрабатываемого продукта и временной устойчивости обрабатываемого продукта. Указанная задача решается следующим образом. 2 89702013.02.28 Известный роторный аппарат содержит корпус с входным и выходным патрубками,концентрично установленные в нем ротор и статор с каналами в боковых стенках и привод вращения ротора. При этом на внешней поверхности ротора между его каналами параллельно им выполнены канавки. Согласно предлагаемому техническому решению роторный аппарат снабжен электрически изолированными от статора игольчатыми электродами, установленными в каналах статора соосно с каналами ротора и статора, причем игольчатые электроды и ротор подключены к клеммам коммутатора импульсных токов. Таким образом, предлагаемый роторный аппарат совмещает роторно-импульсное воздействие на обрабатываемую жидкость с электроимпульсным разрядом, что значительно повышает эффективность его работы и качество обрабатываемого продукта. На фиг. 1 представлена схема общего вида роторного аппарата. На фиг. 2 - расположение игольчатых электродов и каналов в статоре и роторе (разрез по оси вращения ротора А-А). Роторный аппарат содержит корпус 1, крышка 2 которого снабжена патрубком 3 для подвода обрабатываемой жидкости, находящейся под давлением. В корпусе 1 расположен ротор 4, связанный с внешним приводом вращения (на фигуре не показан). В нижней части корпуса 1 расположен выходной патрубок 5 для отвода обработанной жидкости (продукта). На боковых стенках ротора 4 и статора 6 выполнены соответственно каналы 8 и 9. При этом на внешней поверхности ротора 4 между каналами 8 параллельно им выполнены канавки 7. В канале 9 статора 6 установлены электрически изолированные от него игольчатые электроды 10, которые вместе с ротором 4 подключены к клеммам коммутатора 11 импульсных токов Роторный аппарат работает следующим образом. Обрабатываемая жидкость через входной патрубок 3, выполненный в крышке 2 корпуса 1, поступает под давлением в полость ротора 4, которому сообщается вращение. При этом жидкость под действием входного давления перетекает через каналы 8 ротора 4 в каналы 9 статора 6. В момент совпадения каналов 8 и 9 ротора 4 и статора 6 коммутатор 11 обеспечивает подачу напряжения на ротор 4 и игольчатый электрод 10, расположенный в канале 9 статора 6. При периодическом совпадении каналов 8 ротора 4 с каналами 9 статора 6 в каналах 9 статора 6 происходит изменение скорости давления, что инициирует кавитационные явления. Одновременно, в момент совмещения каналов 8 ротора 4 с каналами 9 статора 6, возникают разряды импульсного тока между острыми кромками каналов 8 ротора 4 и игольчатыми электродами 10, инициируемые коммутатором 11 импульсных токов. При совмещении каналов 9 статора 6 с канавками 7, расположенными параллельно каналам 8 ротора 4, в которых давление жидкости меньше, чем давление в зазоре между статором и ротором, за счет растягивающих усилий, создаваемых центробежной силой,обеспечивается дополнительный импульс разряжения в каналах статора 9. Импульсный разряд, возникающий в обрабатываемой жидкости, сопровождается преобразованием в плазму прилегающих к каналам 9 слоев жидкости. Так, например, скорость расширения каналов изменяется от 200 до 1000 м/с, а температура плазмы - от 10000 до 30000 К. При этом давление в канале 9 изменяется в диапазоне от 58 до 1470 МПа, а давление на фронте ударной волны вблизи канала 9 достигает 1080 МПа, в результате чего происходит разрыв длинных углеводородных молекул на более короткие радикалы, что приводит к повышению качества обрабатываемого продукта и его временной устойчивости. Таким образом, предлагаемая конструкция путем улучшения условий создания кавитационного эффекта и обработки плазмой высоковольтного разряда обеспечивает производство жидкостных эмульсионных продуктов (например, топлив) с заданной гомогенностью и управляемой величиной дисперсности, что обеспечивает получение высококачественного продукта. 3 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4