Гидродинамический генератор

(51) 01 3/08 (2006.01) 24 3/00 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ активная и реактивная турбины с противоположным направлением вращения вокруг общей вертикальной оси, а также нагнетательный и выпускной патрубки,нагнетательный патрубок охвачен активной турбиной и выполнен с радиальными сквозными пазами, активная турбина снабжена лопаточным аппаратом, охватывающим реактивную турбину, и содержит шесть вихревых камер, сообщенных с нагнетательным патрубком. Камеры соединены между собой, реактивная турбина выполнена в виде опрокинутого стакана с цапфой в днище, в нижней части стакана выполнены фигурные сквозные пазы для сообщения с рабочими камерами, а в верхней части стакана выполнены сопла. Корпус снабжн глухим центральным торцовым отверстием, цапфа стакана выступает поверх его днища с возможностью контакта торцами с двумя разнеснными шаровыми опорами, при этом верхняя шаровая опора размещена в соосном цапфе цилиндрическом колпаке, который частично утоплен в глухом отверстии корпуса с возможностью осевого перемещения и фиксации посредством расположенного над колпаком соосного резьбового стержня.(72) Мамбетов Самат НигметовичГеллер Сергей ВладимировичЖакыпов Мади Мирболатулы(73) Мамбетов Самат НигметовичГеллер Сергей Владимирович(57) Объект заявки относится к химической промышленности и к энергетике и может быть использован для активации химических реакций и процессов, а также в качестве диспергатора гомогенизатора. В частности, такое устройство обеспечило получение стойких эмульсий обратного типа (вода в масле). Технический результат состоит в повышении наджности работы данного аппарата, увеличении ресурса пар трения, облегчении сборочных операций. Это достигается тем,что в гидродинамическом генераторе,содержащем цилиндрический корпус, в котором размещены Объект заявки относится к химической промышленности и к энергетике и может быть использован для активации химических реакций и процессов, а также в качестве диспергатора гомогенизатора. В частности, такое устройство обеспечило получение стойких эмульсий обратного типа (вода в масле). В химической аппаратуре используются устройства аналогичного назначения, например роторно-пульсационные аппараты - РПА, например,устройство по патенту РФ на изобретение 2026706, которые существенно отличаются конструктивно от заявленного устройства. Следствием этих различий является то, что заявляемому устройству не свойственны недостатки РПА, обусловленные жесткой посадкой на вращающийся вал роторов,требующих динамической балансировки и имеющих ограниченную частоту вращения (ввиду высоких значений моментов инерции роторов) Прототипом устройства является Гидродинамический генератор по патенту 2347153 на изобретение, лишнный недостатков РПА. Это устройство обеспечило получение рекордно стойких мазуто - водных эмульсий, не расслоившихся при десятиминутной обработке на ультрацентрифуге с частотой вращения 13 000 оборотов в минуту. Однако эксплуатация прототипа показала, что после полугодовой непрерывной работы по приготовлению обратных эмульсий износ пар трения отрицательно сказался на качестве конечного продукта, поэтому наджность работы исходная конструкция в полной мере не обеспечивает. Изготовление девяти образцов прототипа показало практическую сложность сборки аппаратов и обеспечения соблюдения суммарной размерной цепочки. Задачей объекта патентования является устранение перечисленных недостатков прототипа. Технический результат состоит в повышении наджности работы данного аппарата, увеличении ресурса пар трения, облегчении сборочных операций. Технический результат достигается тем, что в гидродинамическом генераторе,содержащем цилиндрический корпус, в котором размещены активная и реактивная турбины, а также нагнетательный и выпускной патрубки,нагнетательный патрубок охвачен активной турбиной и выполнен со сквозными боковыми пазами. Активная турбина снабжена лопаточным аппаратом, охватывающим реактивную турбину, и содержит шесть вихревых камер, сообщенных тыльными частями с нагнетательным патрубком. Камеры соединены между собой, реактивная турбина выполнена в виде опрокинутого стакана с цапфой в днище, в нижней части этой турбины выполнены фигурные сквозные пазы для сообщения с рабочими камерами, а в верхней части выполнены сопла, согласно изобретению,корпус снабжн глухим центральным торцовым отверстием, цапфа стакана выступает поверх его днища с возможностью контакта торцами с двумя 2 разнеснными шаровыми опорами, при этом верхняя опора размещена в соосном цапфе цилиндрическом колпаке, который частично утоплен в глухом отверстии корпуса с возможностью осевого перемещения и фиксации посредством расположенного над колпаком соосного резьбового стержня. Помимо того, сопла реактивной турбины образованы наклонными пазами в толще днища стакана, которое выступает за пределы его боковых стенок, при этом глубина пазов уменьшается в направлении периферии днища. Также сопла реактивной турбины могут быть выполнены в виде изогнутых трубок со скошенными концами, при этом плоскости трубок расположены под углом 318 градусов к горизонтальной плоскости в направлении нагнетательного патрубка генератора. Кроме того, вихревые камеры соединены между собой попарно через свои нижние центральные отверстия и каналы в теле активной турбины. Объект заявки поясняется следующими чертежами фиг.1 гидродинамический генератор,совмещение общего вида с разрезом, для варианта исполнения по п.2 формулы фиг.2 - то же, но по п.3 формулы фиг.3 - ступенчатый разрез на фиг.1 фиг.4 - то же, но на фиг.2 фиг.5 - активная турбина Фиг.6 - реактивная турбина по п.2, три проекции фиг.7 - реактивная турбина по п.3 формулы фиг.8 - верхний опорный узел реактивных турбин, разрез. Фиг.9 -основание 2. На фигурах элементы устройства обозначены следующими позициями 1 - корпус 2 - основание 3 - нагнетательный патрубок 4 - подпятник патрубка 3 5 - радиальный паз патрубка 3 6 - выпускной патрубок 7 реактивная турбина 8 - корпус реактивной турбины(стакан) 9 - радиальные пазы корпуса 8 10 верхняя опора(цапфа корпуса 8) 11 - сопло реактивной турбины по п.2 12 - сопло реактивной турбины по п.3 13 - активная турбина 14-вихревая камера 15 - осевая зона камеры 14 16 тангенциальный канал - завихритель 17 тангенциальный паз-развихритель 18 - диафрагма 19 - перепускное отверстие 20 - соединительный канал 21 - кольцевая полость 22 - лопаточный аппарат 23 - шаровая опора 24 - глухое центральное отверстие корпуса 25 - колпак 26 резьбовое отверстие 27 - резьбовой стержень 28 гайка 29 - контр - гайка 30 - инспекционное отверстие 31 - пробка инспекционного отверстия 32 - верхний диск турбины по п.2 33 - нижний диск турбины по п.2 34 - паз в диске 33 35 - заклпка,скрепляющая диски 36 - шаровая опора 37 - тело турбины 13 38 - крышка верхняя тела 37 39 крышка нижняя тела 37 40 - ступица крышки 39 41 - фланец основания 2 42 - соединительная втулка 43 - рбра жсткости. Гидродинамический генератор содержит цилиндрический корпус 1, разъемно соединенный с основанием 2. В корпусе размещены активная 13 и реактивная 7 турбины с противоположным направлением вращения вокруг общей вертикальной оси. Реактивная турбина 7 образована корпусом 8 в виде опрокинутого стакана с соплами 11 и 12. В цилиндрической стенке корпуса 8 выполнены радиальные сквозные пазы 9. Днище корпуса 8 снабжено ранее упомянутой центральной цапфой 10. Основание 2 состоит из фланца 41, в отверстие которого вварена соединительная втулка 42 со ступенчатой внутренней поверхностью. В узкую часть внутреннего сечения втулки 42 вмонтирован цилиндрический нагнетательный патрубок 3, в стенке которого выполнены радиальные сквозные пазы 5. В верхней части патрубка 3 закреплен подпятник 4. Активная турбина 13 охватывает патрубок 3, ступица 40 этой турбины в сборе находится между патрубком 3 и широкой частью внутреннего отверстия втулки 42. Фланец 41 связан с втулкой 42 рбрами жсткости 43. Турбина 13 образована телом 37, с которым соединены торцовые крышки 38 и 39. Крышка 39 снабжена ступицей 40. Крышка 38 снабжена лопаточным аппаратом 22, жстко скреплнным с ней. В теле 37 выполнены цилиндрические вихревые камеры 14 в количестве шести штук. Также в теле 37 выполнены каналы - завихрители 16. Широкие срезы каналов 16 лежат на внутренней поверхности ротора активной турбины 13, в собранном виде на уровне пазов 5 патрубка 3 с возможностью циклического сообщения и разобщения пазов тела и патрубка. Завихрители 16 сообщаются с камерами 14,соединенными через осевые зоны 15 с тангенциальными пазами - развихрителями 17. Кроме того, камеры 14 через осевые перепускные отверстия 19 в круглых диафрагмах 18 соединены между собой попарно с помощью трх соединительных каналов 20. Выходы пазов 17 ротора активной турбины 13 расположены напротив радиальных пазов 9 корпуса 8 реактивной турбины 7. Входные участки сопл 11 или 12 сообщаются с полостью корпуса 8 реактивной турбины 7. Сопла 11 и 12 циклически сообщаются, как описано ниже, с выходамипазов 17,то есть с камерами 14 (через пазы 9 корпуса 8). Корпус 1 снабжн инспекционным отверстием 30 с пробкой 31. Реактивная турбина 7, согласно п.2 формулы,имеет сопла в виде пазов в днище корпуса. Конструктивно это обеспечено тем, что к корпусу 8(фиг.6) приварен диск 33, в котором выполнены пазы 34. Диск 33 сверху накрыт диском 32 и соединн с ним заклпками. Диск 32 выполнен с отгибом вниз внешней кромки для компенсации возрастания площади поперечного сечения по мере возрастанием радиуса. Конструкция верхней шаровой опоры 36, а также сопл 12 турбины 7 (по п.3 формулы) описана ниже. Устройство работает следующим образом. Обрабатываемая жидкость нагнетается в патрубок 3. Через радиальные пазы 5 жидкость истекает в тангенциально расположенные по отношению к вихревым камерам 14 завихрители 16 в теле 40. Завихрители обеспечивают закрутку жидкости с образованием вихревых потоков в камерах 14. В таких потоках рабочая жидкость структурируется под действием радиального градиента давления. Из камер 14 жидкость выводится через пазы - развихрители 17,выполненные в теле активной турбины 13. При этом жидкость движется от периферии к центру. В корпусе 8 турбины 7 выполнены радиальные пазы 9. Этим пазам соответствуют пазы - развихрители 17. Выходные края пазов 17 при вращении турбин 7 и 13, то сообщаются между собой, то разобщаются. Поэтому в пазах 17 генерируются гидроудары. Жидкость импульсно поступает в кольцевую полость 21, а из не истекает через сопла 11 или 12. При истечении жидкости из сопл 11 или 12 возникает крутящий момент, приводящий турбину 7 во вращение. В то же время истекающие из сопел 11(12) струи приводят во вращение турбину 13 путем взаимодействия с жестко закрепленным на роторе этой турбины лопаточным аппаратом 22. Турбина 13 начинает вращаться вокруг патрубка 3,опираясь ступицей на плоскость ступени центрального отверстия втулки 42. Турбины 7 и 13 вращаются в противоположных направлениях. При перекрытии пазов 17 (с образованием гидроударов) ударные волны отражаются в осевые зоны 15 вихревых камер 14 и через отверстия 19 в диафрагмах 18 поступают в перепускные каналы 20. Эти каналы соединяют попарно вихревые камеры между собой. Таким образом, запертая тройка вихревых камер передат энергию открытой тройке вихревых камер. Обработанная жидкость выводится из устройства через выпускной патрубок 6. В осевых зонах 15 камер 14 существуют зоны пониженного давления,сопровождающиеся гидродинамической кавитацией и образованием парогазовых пузырьков (каверн). При направлении ударных волн в зону образования пузырьков последние схлопываются. При этом выделяется энергия, а рабочая среда подвергается локальному дискретно-импульсному воздействию. Сочетание вихревой кавитации гидродинамического типа с ударно-волновым воздействием обеспечивает интенсивную кавитацию в жидкости, что позволяет активировать многие физико-химические процессы. Что касается выполнения верхней шаровой опоры 36 турбины 7. В отличие от прототипа,корпус 1 снабжн глухим центральным торцовым отверстием 24, цапфа 10 корпуса 8 выступает поверх его днища с возможностью контакта торцами с двумя разнеснными шаровыми опорами,при этом верхняя шаровая опора 36 размещена в соосном цапфе 10 цилиндрическом колпаке 25,который частично утоплен в глухом отверстии 24 корпуса с возможностью осевого перемещения и фиксации посредством расположенного над колпаком соосного резьбового стержня 27. Такая конструкция верхней шаровой опоры позволяет 3 значительно упростить сборку реактивной турбины 7 и избежать необходимости жстких размерных допусков. Помимо этого такое исполнение верхней шаровой опоры снизило биения турбины и повысило ресурс сменных элементов пар трения минимум вдвое. Сопла турбины 7 в виде изогнутых трубок со скошенными концами 12 соответствуют типоразмерам Генератора большой производительности. В отличие от прототипа,плоскости трубок расположены под углом 318 градусов к горизонтальной плоскости в направлении нагнетательного патрубка генератора (фиг.7). Это позволило разгрузить нижнюю шаровую опору за счт компенсации массы турбины отклоннными вниз векторами тяги струй. Это обстоятельство также увеличило ресурс сменных элементов пар трения. Для генераторов малой производительности более подходят сопла 11 в виде пазов 34 в диске 33. Изготавливать маленькие турбины 7 в виде трубок 12 технологически очень сложно. Таким образом, выполнение устройства согласно признакам формулы изобретения позволяет уменьшить осевые нагрузки на пары трения,упростить сборку аппарата, повысить ресурс пар трения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Гидродинамический генератор, содержащий цилиндрический корпус (1), в котором размещены активная (13) и реактивная (7) турбины, а также нагнетательный (3) и выпускной (6) патрубки,нагнетательный патрубок охвачен активной турбиной (13) и выполнен с радиальными сквозными пазами (5), активная турбина (13) снабжена лопаточным аппаратом охватывающим реактивную турбину (7), и содержит шесть вихревых камер (14), сообщенных с нагнетательным патрубком (3), тыльные части камер (14) соединены между собой, реактивная турбина (7) выполнена в виде опрокинутого стакана(8) с цапфой (10) в днище, в нижней части этой турбины выполнены радиальные сквозные пазы (9) для сообщения с вихревыми камерами (14), а в верхней части выполнены сопла (11 или 12),отличающийся тем, что корпус (1) снабжн глухим центральным торцовым отверстием (24), цапфа стакана (8) выступает поверх его днища с возможностью контакта торцами с двумя разнеснными шаровыми опорами, при этом верхняя опора (10) размещена в соосном цапфе цилиндрическом колпаке (25), который частично утоплен в отверстии (24) с возможностью осевого перемещения и фиксации посредством расположенного над колпаком соосного резьбового стержня (27). 2. Гидродинамический генератор по п.1,отличающийся тем, что сопла реактивной турбины образованы наклонными пазами (34) в толще днища стакана (32, 33), которое выступает за пределы его боковых стенок (8). 3. Гидродинамический генератор по п.1,отличающийся тем, что сопла реактивной турбины выполнены в виде изогнутых трубок (12) со скошенными концами, при этом плоскости трубок расположены под углом 318 градусов к горизонтальной плоскости в направлении нагнетательного патрубка (3). 4. Гидродинамический генератор по п.п.2 или 3,отличающийся тем, что вихревые камеры соединены между собой попарно через перепускные отверстия 19 и выполненные в теле активной турбины (13) каналы (20).