RU2340656C2 - Method of obtaining nano-dispersed hydro-fuel emulsion and device to that end - Google Patents
Method of obtaining nano-dispersed hydro-fuel emulsion and device to that end Download PDFInfo
- Publication number
- RU2340656C2 RU2340656C2 RU2006118958/04A RU2006118958A RU2340656C2 RU 2340656 C2 RU2340656 C2 RU 2340656C2 RU 2006118958/04 A RU2006118958/04 A RU 2006118958/04A RU 2006118958 A RU2006118958 A RU 2006118958A RU 2340656 C2 RU2340656 C2 RU 2340656C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channels
- stator
- wide
- narrow
- rotor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области топливно-энергетического комплекса, а именно получению водотопливной эмульсии, используемой в качестве жидкого топлива.The invention relates to the field of fuel and energy complex, namely the production of a water-fuel emulsion used as liquid fuel.
Как известно, при горении жидкого топлива в реакцию вступает только его газовая фаза (см., напр.: Павлов, Штейнер "Условия оптимизации процессов сжигания жидкого топлива и газа в энергетических и промышленных установках", Ленинград, Энергоатомиздат, 1984, стр.37-40).As you know, when burning liquid fuel, only its gas phase enters the reaction (see, for example: Pavlov, Steiner "Conditions for optimizing the processes of burning liquid fuel and gas in power and industrial installations", Leningrad, Energoatomizdat, 1984, p. 37- 40).
По этой причине при сжигании топлива применяют специальные меры для повышения его испарения и эффективности сгорания. Во-первых, с целью повышения скорости испарения топливо подогревают, во-вторых, его распыляют для увеличения поверхности. Подачу топлива в топки осуществляют, например, форсунками различных типов: механическими, центробежными, струйными, паровыми и пневматическими, создавая давление на форсунках, доходящее до 10 атм. Для дополнительного увеличения поверхности, а значит и увеличения степени измельчения частиц топлива применяют форсунки со специальными насадками. Распыление топлива относится к процессам диспергирования, поэтому форсунка является своеобразным диспергатором топлива.For this reason, when burning fuel, special measures are applied to increase its evaporation and combustion efficiency. Firstly, in order to increase the evaporation rate, the fuel is heated, and secondly, it is sprayed to increase the surface. Fuel is supplied to the furnaces, for example, by various types of nozzles: mechanical, centrifugal, jet, steam and pneumatic, creating pressure on the nozzles reaching 10 atm. To further increase the surface, and hence increase the degree of grinding of fuel particles, nozzles with special nozzles are used. Fuel atomization refers to the dispersion process, so the nozzle is a kind of fuel dispersant.
Недостатки форсунок связаны с тем, что распыление жидкого топлива даже при давления 10 атм не приводит к полному сгоранию. Неполнота сгорания связана с тем, что капля топлива в процессе горения испаряется и уменьшается в диаметре, нагревается, а затем перегревается и подвергается разложению-крекингу. Следствием неполного сгорания является возникновение несгорающих отложений на внутренних узлах топки, которые уменьшают коэффициент теплопередачи, повышают температуру отходящих газов, уменьшают кпд топки и ухудшение экологии окружающей среды.The disadvantages of the nozzles are that the atomization of liquid fuel even at a pressure of 10 atm does not lead to complete combustion. The incompleteness of combustion is due to the fact that a drop of fuel evaporates and decreases in diameter during combustion, heats up, and then overheats and undergoes decomposition-cracking. The consequence of incomplete combustion is the occurrence of non-combustible deposits on the internal components of the furnace, which reduce the heat transfer coefficient, increase the temperature of the exhaust gases, reduce the efficiency of the furnace and environmental degradation.
Для повышения эффективности сгорания требуется более эффективное распыление топлива, в процессе которого диаметр сгорающих частиц доводится до значения 0,1 мкм и менее.To increase the combustion efficiency, a more efficient atomization of the fuel is required, during which the diameter of the burning particles is brought to a value of 0.1 microns or less.
Степень распыления и размеры частиц топлива зависят преимущественно от скорости соударения капель между собой или со стенкой. В топках котельных агрегатов, например, с помощью форсунки достигают скоростей, при которых размер частицы не может быть меньше 10 мкм. Дальнейшее измельчение капли топлива требует создания специальных устройств, обеспечивающих ускорение частиц распыляемого топлива до нескольких сот метров в секунду. Прямое решение задачи по увеличению скорости частиц представляет значительные технические трудности и сопряжено с большими потерям энергии.The degree of atomization and the particle size of the fuel depend mainly on the speed of collision of the droplets with each other or with the wall. In the furnaces of boiler units, for example, using nozzles, speeds are reached at which the particle size cannot be less than 10 microns. Further grinding a drop of fuel requires the creation of special devices that accelerate particles of atomized fuel to several hundred meters per second. A direct solution to the problem of increasing the particle velocity presents significant technical difficulties and is associated with large energy losses.
Теоретическое рассмотрение процессов диспергирования жидкости основано на использовании критерия Вебера. На основании критерия Вебера вероятность We диспергирования капель взаимно нерастворимых жидкостей (эмульсии) до заданных размеров выбирается из равенстваTheoretical consideration of liquid dispersion processes is based on the Weber criterion. Based on the Weber criterion, the probability W e of dispersion of drops of mutually insoluble liquids (emulsions) to given sizes is selected from the equality
где ρ - плотность сталкивающейся частицы эмульсии;where ρ is the density of the colliding particles of the emulsion;
υ - скорость частицы эмульсии относительно другой сталкивающейся частицы;υ is the velocity of the emulsion particle relative to another colliding particle;
d - диаметр исходной сталкивающейся частицы;d is the diameter of the original colliding particle;
σ - межфазное поверхностное натяжение.σ is the interfacial surface tension.
Численный анализ критерия Вебера показывает, например, что при достижении We=10 каждая капля жидкости разбивается на две части, а при увеличении до We=14 капля разбивается уже на 10 частей. Далее по мере роста числа Вебера на порядок примерно на порядок увеличивается число измельченных частиц (см., Волынский М.С. "Необыкновенная жизнь обыкновенной капли". Издательство "Знание", Москва, 1986, стр.67). Теоретические расчеты подтверждают, что для повышения степени диспергирования необходимо увеличивать скорости столкновения.A numerical analysis of the Weber criterion shows, for example, that when W e = 10 is reached, each drop of liquid breaks into two parts, and when increased to W e = 14, the drop breaks into 10 parts already. Further, as the Weber number increases by an order of magnitude, the number of crushed particles increases by an order of magnitude (see, M. Volynsky, “The Extraordinary Life of an Ordinary Drop.” Znanie Publishing House, Moscow, 1986, p. 67). Theoretical calculations confirm that in order to increase the degree of dispersion it is necessary to increase the collision velocity.
Другое техническое решение задачи по повышению степени диспергирования основано на уменьшении размера распыляемых частиц топлива за счет сил поверхностного натяжения жидкости. В начале 60-х годов было установлено, смесь топлива с небольшими добавками водяных капель сгорала значительно эффективнее, чем чистое топливо (см. напр.: В.М.Иванов "Топливные эмульсии", М., изд-во Академии наук СССР, 1962). Последующие работы позволили более детально изучить этот эффект и даже дать практические рекомендации по промышленному использованию явления. Однако в процессе практической реализации возникли проблемы, связанные с особенностями смешивания двух разнополярных жидкостей и расслоением жидкой смеси на исходные компоненты в процессе длительного хранения. В конечном итоге было выяснено, что присутствие воды в топливе приводит к увеличению степени диспергирования частиц топлива и повышению эффективности сгорания, но при этом возникает проблема устойчивости топлива или поддержания воды в каплеобразном состоянии. В полном объеме возникшая проблема не решена, но известно, что для ее решения необходимо уменьшать размеры капель воды, входящей в состав топлива, и применять поверхностно-активные вещества (ПАВ), способствующие сохранению капельной структуры эмульсии. В состав водотопливной эмульсии обычно входят жидкое углеводородное топливо - 80-90%, вода - 10-20%, ПАВ - 1-2%. В качестве топлива используют, например, мазут, дизельное топливо, бензин, в качестве ПАВ - вещества дифильного типа, способные размещаться на границе раздела топлива и воды мономолекулярным слоем, например олеат натрия, нефтенол.Another technical solution to the problem of increasing the degree of dispersion is based on reducing the size of the sprayed fuel particles due to the surface tension of the liquid. In the early 60s it was found that a mixture of fuel with small additions of water droplets burned much more efficiently than pure fuel (see, for example: V.M. Ivanov "Fuel Emulsions", Moscow, publishing house of the USSR Academy of Sciences, 1962 ) Subsequent work made it possible to study this effect in more detail and even give practical recommendations on the industrial use of the phenomenon. However, in the process of practical implementation, problems arose associated with the peculiarities of mixing two heteropolar liquids and the separation of the liquid mixture into the original components during long-term storage. In the end, it was found that the presence of water in the fuel leads to an increase in the degree of dispersion of fuel particles and an increase in combustion efficiency, but this raises the problem of fuel stability or maintaining water in a droplet state. The problem that has arisen in full has not been solved, but it is known that to solve it it is necessary to reduce the size of the water droplets that make up the fuel and use surface-active substances (surfactants) to help maintain the droplet structure of the emulsion. The composition of a water-fuel emulsion usually includes liquid hydrocarbon fuel - 80-90%, water - 10-20%, surfactant - 1-2%. For fuel use, for example, fuel oil, diesel fuel, gasoline, as a surfactant - diphilic type substances that can be placed at the interface between fuel and water in a monomolecular layer, for example, sodium oleate, neftenol.
В 80-х годах для получения высокодисперсных эмульсий стали применяться устройства, использующие эффект гидродинамической кавитации. В устройствах этого типа в жидкости различными способами создают отрицательные давления и условия для развития кавитационных полостей (пузырей) с последующим схлопыванием этих полостей. При схлопывании кавитационного пузыря его противоположные стенки за счет стягивания силами поверхностного натяжения движутся навстречу друг к другу с высокой скоростью и сталкиваются. В результате движения и столкновения развивается высокое давление, которое обеспечивает диспергирование жидкости с высокой степенью. Необходимое увеличение скорости сталкивающихся частиц достигается за счет высокой скорости схлопывания кавитационных полостей.In the 80s, devices using the effect of hydrodynamic cavitation began to be used to obtain highly dispersed emulsions. In devices of this type in a liquid in various ways create negative pressures and conditions for the development of cavitation cavities (bubbles) with subsequent collapse of these cavities. When the cavitation bubble collapses, its opposite walls due to constriction by surface tension forces move towards each other at high speed and collide. As a result of motion and collision, high pressure develops, which ensures a high degree of dispersion of the liquid. The necessary increase in the speed of colliding particles is achieved due to the high speed of collapse of cavitation cavities.
Среди устройств, созданных для кавитационного диспергирования жидких сред, наибольшее распространение получили аппараты роторного типа. Роторные аппараты и способы, основанные на использовании роторных устройств, известны и могут быть использованы в качестве аналогов предлагаемого способа.Among devices designed for cavitation dispersion of liquid media, rotary-type devices are most widely used. Rotary devices and methods based on the use of rotary devices are known and can be used as analogues of the proposed method.
К известным способам и аппаратам относятся следующие.Known methods and devices include the following.
1. Способ создания акустических колебаний в жидкой или газообразной среде и устройство для его осуществления (авт.св. №493991, В06 1/18), заключающийся в том, что в протекающей жидкости создают ряд последовательных сжатий и разрежений путем прикладывания на внутреннюю поверхность кольцеобразного тела (рабочей камеры) равнорасположенных и последовательно чередующихся сил давления и разрежения жидкости.1. A method of creating acoustic vibrations in a liquid or gaseous medium and a device for its implementation (ed. St. No. 493991, B06 1/18), which consists in the fact that a series of successive compressions and rarefactions are created in the flowing liquid by applying an annular ring to the inner surface bodies (working chamber) of equally spaced and successively alternating forces of pressure and rarefaction of the liquid.
Устройство для осуществления этого способа содержит ротор и статор с выполненными по их образующей щелями в один и более рядов, где каждый из рядов статора свободно закрыт по наружной поверхности свободно посаженным и ограниченным от перемещения кольцевым излучателем в виде тонкой замкнутой ленты из материала с упругой деформацией, а количество щелей в роторе и статоре выполнены так, чтобы при совпавших щелях ротора и статора в промежутке между двумя щелями ротора находилась одна или несколько щелей статора.A device for implementing this method comprises a rotor and a stator with slots made along their generatrix in one or more rows, where each of the stator rows is freely closed on the outer surface by a freely seated and bounded from movement ring radiator in the form of a thin closed tape of material with elastic deformation, and the number of slots in the rotor and stator is made so that, with the coincident slots of the rotor and the stator, there is one or more stator slots in the gap between the two slots of the rotor.
2. Активатор физико-химических процессов, использующий эффекты гидродинамической кавитации - кавитационный смеситель (авт.св. №1358140, МКИ В01F 11/02).2. An activator of physical and chemical processes using the effects of hydrodynamic cavitation - a cavitation mixer (ed. St. No. 1358140, MKI
3. Ультразвуковой кавитационный активатор (РСТ №94/09894, МКИ В01F 7/00, 11/00 В).3. Ultrasonic cavitation activator (PCT No. 94/09894, MKI
4. Роторно-пульсационный аппарат (авт.св. №13333954, В01F 7/28) для диспергирования и гомогенизации многокомпонентных смесей с жидкой сплошной фазой.4. Rotor-pulsation apparatus (ed. St. No. 13333954,
5. Кавитационный аппарат (RU №2166987, С1 В01F 7/10, 11/02).5. Cavitation apparatus (RU No. 2166987,
Основным недостатком известных способов и аппаратов является невысокая средняя скорость схлопывания кавитационных пузырей, которая составляет 35÷50 м/с и ограничена размером кавитационных пузырей, получаемых на этих аппаратах (см., напр.: Саранин В.А. «О кавитационном механизме формирования высоковольтного пробоя в жидких диэлектриках», Журнал прикладной механики и технической физики, 3. Изд-во "Наука", Сибирское отделение АН, Новосибирск, 1988, стр.45). Минимальный размер дисперсной частицы, который достигается с использованием аналогов, составляет 0,5 мкм.The main disadvantage of the known methods and devices is the low average rate of collapse of cavitation bubbles, which is 35 ÷ 50 m / s and is limited by the size of cavitation bubbles obtained on these devices (see, for example: VA Saranin, “On the cavitation mechanism of the formation of high-voltage breakdown in liquid dielectrics ”, Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 3. Publishing House“ Science ”, Siberian Branch of the Academy of Sciences of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, 1988, p. 45). The minimum size of the dispersed particles, which is achieved using analogues, is 0.5 microns.
В качестве прототипа предлагаемого способа может быть выбран способ получения топливных смесей (RU 2256696 C1 от 20.07.2005, Жирноклеев И.А., Сидоров В.В.), основанный на прохождении жидкости через последовательно расположенные пластины с уменьшающимся диаметром отверстий. Недостатком прототипа является ограничение по дисперсности, связанное с минимальным размером отверстий, через которые проникает жидкость. Ограничение связано с наличием сил поверхностного натяжения и образованием упругого приграничного слоя жидкости, который ограничивает проницаемость отверстий диаметром 100 нм и менее. Механизм ограничения проницаемости описан в публикациях: 1) Валиев Б.Г., Технический отчет Т38-18/66 «Исследование процессов истечения рабочих жидкостей из микроотверстий сплава АМг6», держатель отчета - ФГУП «Государственный ракетный центр им. академика В.П.Макеева», г.Миасс. 1966; 2) Базарон У.Б., Дерягин Б.В., Булгодаева А.В. «Исследование сдвиговой упругости жидкостей», статья в сборнике «Исследования в области поверхностных сил», изд-во «Наука», Москва, 1967.As a prototype of the proposed method, the method of producing fuel mixtures (RU 2256696 C1 of 07.20.2005, Zhirnokleev I.A., Sidorov V.V.) based on the passage of liquid through successively located plates with decreasing hole diameter can be selected. The disadvantage of the prototype is the restriction on the dispersion associated with the minimum size of the holes through which the liquid penetrates. The restriction is associated with the presence of surface tension forces and the formation of an elastic boundary liquid layer, which limits the permeability of holes with a diameter of 100 nm or less. The permeability restriction mechanism is described in the following publications: 1) B. Valiev, Technical Report T38-18 / 66 “Investigation of the Processes for the Expiration of Working Fluids from Microholes of the AMg6 Alloy”, report holder - Federal State Unitary Enterprise State Rocket Center named after Academician V.P. Makeev ", Miass. 1966; 2) Bazaron U.B., Deryagin B.V., Bulgodaeva A.V. "Study of the shear elasticity of liquids", an article in the collection "Research in the field of surface forces", publishing house "Science", Moscow, 1967.
Целью настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков и повышение степени диспергирования частиц водотопливной эмульсии.The aim of the present invention is to eliminate the above disadvantages and increase the degree of dispersion of particles of a water-fuel emulsion.
Поставленная цель достигается следующими способами.The goal is achieved in the following ways.
1. Первоначально формируют поток жидкости с заданными поперечным сечением и скоростью движения. Затем этот поток направляют в канал, имеющий много меньшее поперечное сечение (узкий канал). В результате резкого торможения потока жидкости возрастают давление на входе в узкий канал и скорость течения через канал. Далее узкий канал перекрывают, под воздействием инерционных сил в полости узкого канала образуются зоны с отрицательным давлением и создаются условия для роста кавитационных пузырей и их схлопывания. После чего снова формируют поток жидкости с заданными поперечным сечением и скоростью движения для повторного гидроудара. Эффект повышенного разрежения и повышенного размера кавитационной полости создается за счет перехода жидкости из широкого канала в узкий и повышения скорости движения внутри узкого канала. Для повышения эффективности гидравлического удара каналы выполняют в форме прямоугольных щелей, высота которых одинакова и в несколько раз превышает значение ширины (в 5-10 раз). Ширина щели определяет величину поперечного сечения канала. Для формирования исходного потока жидкости используют увеличенное значение ширины щели (широкий канал), а для образования ускоренного потока - уменьшенное значение ширины щели (узкий канал). Соотношение потоков и поперечных сечений широкого и узкого каналов определяется соотношением ширин щелей, например для 5-кратного соотношения потоков ширину узкой щели выбирают равной 0,5-1 мм, а широкой щели - 3-5 мм.1. Initially form a fluid flow with a given cross-section and speed. This stream is then directed into a channel having a much smaller cross section (narrow channel). As a result of sharp inhibition of the fluid flow, the pressure at the entrance to the narrow channel and the flow velocity through the channel increase. Next, the narrow channel is closed, under the influence of inertial forces in the cavity of the narrow channel, zones with negative pressure are formed and conditions are created for the growth of cavitation bubbles and their collapse. Then again form a fluid flow with a given cross-section and speed for repeated water hammer. The effect of increased rarefaction and increased size of the cavitation cavity is created due to the transition of fluid from a wide channel to a narrow one and an increase in the speed of movement inside a narrow channel. To increase the efficiency of water hammer, the channels are made in the form of rectangular slots, the height of which is the same and several times greater than the width value (5-10 times). The width of the slit determines the size of the cross section of the channel. To form the initial fluid flow, an increased value of the width of the gap (wide channel) is used, and for the formation of an accelerated flow, a reduced value of the width of the gap (narrow channel) is used. The ratio of the flows and cross sections of the wide and narrow channels is determined by the ratio of the widths of the slits, for example, for a 5-fold ratio of flows, the width of the narrow slit is chosen equal to 0.5-1 mm, and the wide gap is 3-5 mm.
Как показывают экспериментальные данные, при перепаде давления в канале на 600 кг/см2 предельное значение диаметра кавитационного пузыря может составлять 100 мкм. При этом число Вебера равно 5000, а размер диспергированной частицы жидкости находится на уровне тысячных долей микрона. Средняя скорость схлопывания кавитационных пузырей в этом случае существенно превышает достигнутое в аналогах значение 50 м/с и может в конечном итоге приблизиться к предельному значению 1435 м/с, соответствующему скорости звука в водной среде.As experimental data show, with a pressure drop in the channel of 600 kg / cm 2, the limiting value of the diameter of the cavitation bubble can be 100 μm. In this case, the Weber number is 5000, and the size of the dispersed liquid particles is at the level of thousandths of a micron. In this case, the average collapse velocity of cavitation bubbles significantly exceeds the value reached in analogs of 50 m / s and may eventually approach the limiting value of 1435 m / s, which corresponds to the speed of sound in an aqueous medium.
Рассмотрим более детально процессы, происходящие в узком канале, и оценим возможные численные значения параметров в предлагаемом способе. Перекрытие канала потоком жидкости, даже частичное, приводит к гидроудару, если время перекрытия t составляет не болееConsider in more detail the processes occurring in a narrow channel, and evaluate the possible numerical values of the parameters in the proposed method. Overlapping the channel with a fluid flow, even partial, leads to water hammer if the overlap time t is not more than
где ω - скорость звука в жидкости;where ω is the speed of sound in a liquid;
l - длина канала в роторе.l is the length of the channel in the rotor.
Допустим, что условие для возникновения гидроудара выполняется, тогда максимальная величина давления ΔР при гидравлическом ударе рассчитывается по формуле ЖуковскогоAssume that the condition for the occurrence of water hammer is satisfied, then the maximum pressure ΔР during water hammer is calculated by the Zhukovsky formula
Δρ=ω·ρ·υ,Δρ = ω · ρ · υ,
где ρ - плотность жидкости;where ρ is the density of the liquid;
υ - линейная скорость прохождения жидкости через канал.υ is the linear velocity of the fluid through the channel.
Используем исходные данные:We use the source data:
ω=1435 м/с;ω = 1435 m / s;
ρ=1000 кг/м3;ρ = 1000 kg / m 3 ;
υ=45 м/сυ = 45 m / s
В результате получим, что величина давления на входе в канал малого сечения при гидроудареAs a result, we obtain that the pressure at the inlet to the channel of small cross section during water hammer
ΔР=659 кг/см2 ΔP = 659 kg / cm 2
Расчетное значение совпадает с ожидаемым и подтверждает, что размер диспергированной частицы жидкости может быть снижен до тысячных долей микрона.The calculated value coincides with the expected value and confirms that the size of the dispersed fluid particles can be reduced to thousandths of a micron.
2. Поставленная задача решается также тем, что в способ вводят дополнительные средства - статор и ротор с рядом широких каналов, при этом широкие каналы ротора располагаются напротив широких каналов статора, образуя сквозной канал. Кроме того, в статоре в промежутках между широкими каналами вводят узкие каналы, а промежутки между каналами в роторе выполняют с возможностью периодического перекрытия узких каналов статора.2. The problem is also solved by the fact that additional means are introduced into the method - a stator and a rotor with a number of wide channels, while the wide channels of the rotor are located opposite the wide channels of the stator, forming a through channel. In addition, narrow channels are introduced into the stator between the wide channels, and the spaces between the channels in the rotor are capable of periodically overlapping the narrow stator channels.
3. Поставленная задача дополнительно решается тем, что в статоре выполняют две раздельные полости для приема жидкости. С первой полостью соединяют все широкие каналы и полость гидравлически соединяют с входом в насос, который возвращает жидкость в рабочую камеру устройства. Со второй полостью соединяют все узкие каналы, а саму полость гидравлически соединяют с емкостью, которая является накопителем готовой продукции.3. The task is additionally solved by the fact that two separate cavities for receiving fluid are performed in the stator. All wide channels are connected to the first cavity and the cavity is hydraulically connected to the pump inlet, which returns the liquid to the working chamber of the device. All narrow channels are connected to the second cavity, and the cavity itself is hydraulically connected to the tank, which is the drive for the finished product.
4. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1, 1А, 2 и 2В изображено устройство с каналами, расположенными по образующей цилиндрической поверхности ротора и статора, а также показаны полости, соединенные с широкими и узкими каналами статора; на фиг.3 и 4 в увеличенном масштабе показан в сечении порядок расположения широких и узких каналов; на фиг.5 показаны гидравлические связи между рабочей камерой аппарата и подающим насосом.4. The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1, 1A, 2 and 2B shows a device with channels located along the generatrix of the cylindrical surface of the rotor and stator, and also shows the cavity connected to the wide and narrow channels of the stator; figure 3 and 4 on an enlarged scale shows in cross section the arrangement of wide and narrow channels; figure 5 shows the hydraulic connection between the working chamber of the apparatus and the feed pump.
Устройство для реализации способа содержит статор 1, выполненный в виде цилиндра (фиг.1, 2) и коаксиально размещенный в нем с минимальным зазором δ ротор 2. Статор 1 и ротор 2 установлены в герметичный корпус 3, имеющей входной патрубок 4, выходной патрубок 5, патрубок возврата 8 и перегородку 9, которая делит полость статора на две составляющие, первая из которых (6) соединена с широкими каналами, а вторая (7) - с узкими каналами.A device for implementing the method comprises a
Рабочий цикл устройства делится на два полупериода, в первом полупериоде широкие каналы ротора размещаются напротив широких каналов статора (фиг.1А), во втором - широкие каналы ротора размещаются напротив узких каналов статора (фиг.2В).The working cycle of the device is divided into two half-periods, in the first half-cycle wide channels of the rotor are located opposite the wide channels of the stator (Fig. 1A), in the second - wide channels of the rotor are located opposite the narrow channels of the stator (Fig. 2B).
Кроме того, устройство содержит (фиг.5) насос 10 с входным патрубком 11 и трубопровод 12 возврата необработанной жидкости в насос 10 через патрубок 8, а также трубопровод 13 подачи жидкости в камеру 3 через входной патрубок 4.In addition, the device comprises (Fig. 5) a
На цилиндрической поверхности статора 1 (фиг.3,4) выполнены чередующиеся сквозные каналы (широкие и узкие). Широкие каналы Кшс статора 1 с поперечным размером λ равномерно расположены по окружности. Также равномерно расположены по окружности узкие каналы статора Кус. Ширину промежутков между широкими каналами статора выбирают равной сумме двойной ширины широкого канала плюс ширина узкого канала статора. Каналы ротора Кр располагают равномерно по окружности. Ширину каналов ротора также выбирают равной λ, а промежуток между каналами ротора также равен сумме двойной ширины широкого канала плюс ширина узкого канала статора.On the cylindrical surface of the stator 1 (Fig.3,4) made alternating through channels (wide and narrow). The wide channels K sf of the stator 1 with a transverse dimension λ are evenly spaced around the circumference. The narrow stator channels K must also are evenly spaced around the circumference. The width of the gaps between the wide stator channels is chosen equal to the sum of the double width of the wide channel plus the width of the narrow stator channel. The rotor channels K p are evenly spaced around the circumference. The width of the rotor channels is also chosen equal to λ, and the gap between the rotor channels is also equal to the sum of the double width of the wide channel plus the width of the narrow stator channel.
Кроме того, в статоре 1 (фиг.1) выполнены две раздельные полости 6 и 7. С полостью 6 соединены все широкие каналы с проходными сечениями λ, а сама полость 6 гидравлически соединена через патрубок 8 трубопроводом 12 (фиг.5) с входом в насос 10, подающим жидкость в рабочую камеру через трубопровод 13 и патрубок 4.In addition, in the stator 1 (Fig. 1), two
С полостью 7 соединены все узкие каналы с проходным сечением β, и сама полость 7 гидравлически соединена посредством выходного патрубка 5 с емкостью-накопителем готовой продукции.All narrow channels with a passage section β are connected to the
Устройство работает следующим образом. Ротор 2 раскручивается до заданных оборотов от электродвигателя (на фиг.5 не показан), включается насос 10 (фиг.5). Через входной патрубок 4 рабочей камеры 3 под давлением подают жидкость (например, смесь - топливо 80%, вода 20% и ПАВ). Жидкость заполняет полости ротора 2 и каналы с поперечным размером λ (фиг.3, 4) по всему объему. При совпадении широких каналов ротора 2 и статора 1 начинается истечение жидкости из полости ротора 2 в полость статора 1 через все широкие каналы ротора 2 (фиг.3), откуда жидкость поступает в полость 6 (фиг.1), а затем через патрубок 8 и трубопровод 12 (фиг.5) в насос 10 и далее циркулирует по замкнутому контуру.The device operates as follows. The
При дальнейшем повороте ротора 2 по часовой стрелке (фиг.4) происходит перекрытие широких каналов с поперечным размером λ и открытие узких каналов статора 1 с поперечным размером β.With a further rotation of the
Таким образом, при вращении ротора 2 в каждом из узких каналов с проходным сечением β создается дополнительный перепад давления, например, равный 659 кг/см2. Учитывая, что в момент гидроудара канал с проходным сечением β статора 1 открыт, и формирование гидроудара происходит непосредственно у входа в канал статора 1, то основная энергия гидроудара приходится на увеличение кинетической энергии потока жидкости, проходящей через узкий канал.Thus, when the
После перекрытия узкого канала с проходным сечением β статора 1 жидкость продолжает движение по инерции, создавая зоны с отрицательными давлениями. Это приводит к разрыву потока жидкости, образованию кавитационных пузырей большого диаметра и схлопыванию, которое является причиной диспергирования жидкости с образованием наноразмерных капель. По окончании кавитационной обработки диспергированная жидкость попадает в полость 7 (фиг.1), а затем в емкость для готовой продукции.After overlapping a narrow channel with a passage section β of the
При дальнейшем вращении ротора 2 (фиг.3) и совпадении широких каналов ротора 2 и статора 1 начинается повторное истечение жидкости из полости ротора 2 в полость статора 1 через все широкие каналы. Далее повторяется следующий цикл диспергирования жидкости.With further rotation of the rotor 2 (figure 3) and the coincidence of the wide channels of the
Предлагаемые способ и устройство в сравнении с прототипом обеспечивают следующие преимущества:The proposed method and device in comparison with the prototype provide the following advantages:
- за счет формирования циркулирующего потока обеспечиваются условия для повышения давления и создания гидроудара;- due to the formation of a circulating stream, conditions are provided for increasing pressure and creating a water hammer;
- путем направления потока в узкий канал повышается скорость истечения жидкости;- by directing the flow into a narrow channel, the rate of fluid flow increases;
- перекрытие узкого канала приводит к возрастанию отрицательного давления и образованию кавитационных полостей увеличенного размера и увеличению скорости схлопывания;- overlapping a narrow channel leads to an increase in negative pressure and the formation of cavitation cavities of an increased size and an increase in the speed of collapse;
- ускоренное схлопывание кавитационных полостей вызывает эффективное диспергирование жидкости;- accelerated collapse of cavitation cavities causes effective dispersion of the liquid;
- разделение потока на два канала позволяет проводить многократную обработку жидкой смеси и отделять готовый диспергированный продукт;- dividing the stream into two channels allows multiple processing of the liquid mixture and separate the finished dispersed product;
- сочетание широких и узких каналов позволяет реализовать предлагаемый способ в устройстве;- a combination of wide and narrow channels allows you to implement the proposed method in the device;
- введение раздельных полостей для жидкой смеси в статоре позволяет выделить готовый диспергированный продукт из циркулирующего потока и поддержать циркуляцию на заданном уровне;- the introduction of separate cavities for the liquid mixture in the stator allows you to select the finished dispersed product from the circulating stream and to maintain circulation at a given level;
- выполнение каналов в форме прямоугольных щелей позволяет сокращать время перекрытия канала и повышать эффективность гидроудара;- the implementation of the channels in the form of rectangular slots allows you to reduce the time the channel is blocked and increase the efficiency of water hammer;
- выбор определенного соотношения между шириной каналов и шириной промежутков между каналами обеспечивает одновременное периодическое затормаживание потока и последующее направление части потока в узкий канал;- the choice of a certain ratio between the width of the channels and the width of the gaps between the channels provides simultaneous periodic inhibition of the flow and the subsequent direction of the flow to the narrow channel;
- выбор узкого канала с уменьшающимся сечением позволяет увеличить скорость течения жидкости и эффективность диспергирования;- the choice of a narrow channel with a decreasing cross-section allows you to increase the speed of the fluid flow and the dispersion efficiency;
- использование наклонных каналов позволяет разделить жидкость на два потока;- the use of inclined channels allows you to divide the liquid into two streams;
- выбор количества каналов позволяет менять режимы и производительность устройства.- the choice of the number of channels allows you to change the modes and performance of the device.
Таким образом, описанная последовательность операций способа и реализация устройства-диспергатора для выполнения этих операций сообщает способу новое свойство - возможность диспергирования жидкости до получения наноразмерных частиц.Thus, the described sequence of operations of the method and the implementation of the dispersing device for performing these operations gives the method a new property - the ability to disperse the liquid to obtain nanosized particles.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006118958/04A RU2340656C2 (en) | 2006-06-01 | 2006-06-01 | Method of obtaining nano-dispersed hydro-fuel emulsion and device to that end |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006118958/04A RU2340656C2 (en) | 2006-06-01 | 2006-06-01 | Method of obtaining nano-dispersed hydro-fuel emulsion and device to that end |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006118958A RU2006118958A (en) | 2007-12-10 |
RU2340656C2 true RU2340656C2 (en) | 2008-12-10 |
Family
ID=38903613
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006118958/04A RU2340656C2 (en) | 2006-06-01 | 2006-06-01 | Method of obtaining nano-dispersed hydro-fuel emulsion and device to that end |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2340656C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2469778C1 (en) * | 2011-05-05 | 2012-12-20 | Раул Ринк | Rotary cavitation disintegrator of fluid media |
RU2685550C1 (en) * | 2018-04-10 | 2019-04-22 | Автономная некоммерческая организация "Научный инновационно-инжиниринговый центр перспективных технологий Международной инженерной академии" | Method for producing diesel fuels with improved low-temperature properties and reduced sulfur content and device for implementation thereof |
RU2785551C1 (en) * | 2022-06-28 | 2022-12-08 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет водного транспорта" | Liquid hydrocarbon fuel processing unit |
-
2006
- 2006-06-01 RU RU2006118958/04A patent/RU2340656C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2469778C1 (en) * | 2011-05-05 | 2012-12-20 | Раул Ринк | Rotary cavitation disintegrator of fluid media |
RU2469778C9 (en) * | 2011-05-05 | 2013-04-10 | Раул Ринк | Rotary cavitation disintegrator of fluid media |
RU2685550C1 (en) * | 2018-04-10 | 2019-04-22 | Автономная некоммерческая организация "Научный инновационно-инжиниринговый центр перспективных технологий Международной инженерной академии" | Method for producing diesel fuels with improved low-temperature properties and reduced sulfur content and device for implementation thereof |
RU2785551C1 (en) * | 2022-06-28 | 2022-12-08 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет водного транспорта" | Liquid hydrocarbon fuel processing unit |
RU222284U1 (en) * | 2023-08-30 | 2023-12-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" | Rotary pulsation apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006118958A (en) | 2007-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6935770B2 (en) | Cavitation mixer | |
ITMI992228A1 (en) | APPARATUS AND METHOD FOR THE FORMATION OF STOMIZED ATOMIZED MICROEMULSIONS | |
RU2553861C1 (en) | Hydrodynamic mixer | |
Fesenko et al. | Prospects of using hydrodynamic cavitation for enhancement of efficiency of fluid working medium preparation technologies | |
SG173132A1 (en) | A method and apparatus for cavitating a mixture of a fuel and an additive | |
RU2340656C2 (en) | Method of obtaining nano-dispersed hydro-fuel emulsion and device to that end | |
KR101778438B1 (en) | Dielectirc insertion, reactor and plasma generating device having the same | |
RU2158627C1 (en) | Cavitation-type mixer | |
US9400107B2 (en) | Fluid composite, device for producing thereof and system of use | |
RU2488432C2 (en) | Making of water-fuel emulsion | |
RU2411074C1 (en) | Combined static mixer-activator | |
RU2139454C1 (en) | Device for acting on fluid medium flow | |
JP2006016495A (en) | Method for supplying emulsified fuel and apparatus for the same | |
RU2186614C2 (en) | Apparatus and method of interaction of phases in gas- to-liquid and liquid-to-liquid systems | |
RU2726488C2 (en) | Hydro-stabilized fuel, method of production thereof and heat-exchanger reactor | |
RU2412750C1 (en) | Method of destruction of molecular bonds in fluids, and installation to this end | |
RU2335337C2 (en) | Rotary-oscillatory device | |
EP3817846B1 (en) | Cavitation process for water-in-fuel emulsions | |
RU2306972C2 (en) | Device for the mixtures homogenization and preparation | |
RU2550203C2 (en) | Combined universal static mixer-activator | |
GB2487602A (en) | Diesel-water emulsions for improved engine operation | |
RU184449U1 (en) | DEVICE FOR MECHANOACTIVATION OF COLLOIDAL DISPERSE SYSTEMS | |
RU222106U1 (en) | Gas-liquid apparatus for producing foam | |
RU62034U1 (en) | LAMINATED MULTI-CHANNEL CAVITATION REACTOR | |
RU2335705C2 (en) | Method of operating steam boilers and hydrodynamic generator to this effect |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090602 |