1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 29815
(51) B01J 19/10 (2006.01)
B01F 7/00 (2006.01)
F17D 1/16 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/1903.1
(22) 13.12.2013
(45) 15.05.2015, бюл. №5
(72) Надиров Надир Каримович; Журинов Мурат
Журинович; Ширинских Александр Васильевич
(73) Акционерное общество "Институт
органического катализа и электрохимии им.
Д.В. Сокольского"
(56) KZ №23276, 2010
(54) ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ РОТОРНЫЙ
ВОЗБУДИТЕЛЬ ЖИДКОСТИ
(57) Изобретение относится к способам
механического воздействия на жидкую среду (воду,
вязкое углеводородное сырье и др.) с целью
повышения ее температуры, изменения физико-
химических свойств, и может быть использовано
для нагрева жидкости, а также в нефтяной и
нефтеперерабатывающей промышленности во всех
случаях предварительной подготовки сырья к
перемещению или при подготовке его к какому-
либо воздействию на него (химическому,
акустическому и т.п.) или любому переделу.
Согласно изобретению жидкая среда в потоке
подвергается совместному механическому,
акустическому и термическому (за счет
саморазогрева) воздействию, при этом акустическое
воздействие осуществляется одновременно в
широком диапазоне изменяемых резонансных
частот.
Устройство для осуществления способа
содержит гидродинамический возбудитель,
имеющий закрепленные на валу ротор и мешалку,
ротор и мешалка вращаются внутри статора с
впуском обрабатываемой жидкости в полость
ротора и выпуском жидкости через выходные
отверстия на боковой рабочей поверхности ротора и
отверстия на рабочей поверхности статора и
последующим отводом жидкости в приемную
емкость - в полость статора, при этом корпус
устройства расположен вертикально, а ротор
вращается в горизонтальной плоскости. Вал ротора
имеет привод, содержащий средство для
обеспечения вращения с заданной частотой, при
этом мешалка, закрепленная на валу, может
вращаться синхронно с ротором или с другой
скоростью. На боковой рабочей поверхности ротора
расположены отверстия разного кратного размера
для протока обрабатываемой жидкой среды. Статор
расположен коаксиально ротору, на боковой
рабочей поверхности статора расположены
отверстиями для протока обрабатываемой жидкой
среды, при этом устройство содержит механизм
изменения размера отверстий статора,
соответственно и отверстий ротора в широком
интервале значений без остановки работающего
устройства. Изобретение позволяет повышать
эффективность физических методов воздействия на
жидкую среду и отличается от подобного рода
гидродинамических возбудителей более широкими
возможностями и универсальностью.
(19)KZ(13)A4(11)29815

2. 29815
2
Изобретение относится к способам воздействия
на жидкость с целью изменения ее физико-
химических свойств и может быть использовано в
нефтеперерабатывающей, нефтехимической,
теплотехнической, пищевой промышленности для
нагревания воды, а также интенсификации иных
процессов в жидкой среде.
Известен способ гидродинамического
возбуждения жидкости, роторный
гидродинамический возбудитель и устройство для
приготовлении композиционного топлива [Патент
RU 02259872, B01J 19/10, В01F 7/00, 2004.07.19],
включающие подачу жидкости на вход лопастного
рабочего колеса, выпуск жидкости из рабочего
колеса в кольцевую полость, выпуск жидкости из
кольцевой полости в вихревую камеру и далее - в
сборную камеру. Роторный гидродинамический
возбудитель содержит консольное лопастное
рабочее колесо, кольцевую полость между
периферийной кольцевой поверхностью рабочего
колеса и коаксиальной стенкой статора, вихревую
камеру между несущим диском рабочего колеса и
противолежащей стенкой статора и сборную
камеру. Недостатком способа и устройства является
отсутствие возможности изменять параметры
воздействия на жидкость в процессе ее обработки.
Известен способ и установка для подготовки
высокопарафинистой углеводородной жидкости к
транспортированию, согласно которым жидкость
последовательно подвергается сначала
акустическому возбуждению от источника
механических колебаний, а затем термообработке с
помощью отдельного нагревательного устройства
[Патент RU 2212580]. При этом акустическое
возбуждение осуществляется на одной из
резонансных частот, подчиняющихся общей
зависимости (F=F1N-1/2
, где F=63,9924 кГц -
основная частота колебания при N=1; (1≤ N ≤ 104
).
Источником механических колебаний является
роторный гидродинамический возбудитель в виде
диска с отверстиями для прохода жидкости, стенка
слатора, расположена коаксиально ротору, корпус
содержит впускное и выпускное отверстие и
средство для привода ротора с расчетной частотой
вращения, при этом акустическое возбуждение
жидкости осуществляется при соблюдении
соотношения nR=l,1614F (где n- частота вращения
ротора, 1/с; R - радиус периферийной кольцевой
поверхности рабочего колеса, ±10%, м).
Недостатком изобретения [Патент RU 2212580,
28.05.2001] является ограниченные возможности
устройства - при разумных параметрах отдельных
узлов невозможно использовать широкий диапазон
резонансных частот.
Наиболее близким аналогом предлагаемого
изобретения является известный способ подготовки
высоковязкой нефти к транспортировке и установка
для его осуществления с использованием роторного
гидродинамического возбудителя, позволяющего
осуществлять акустическое возбуждение жидкости
одновременно в диапазоне нескольких резонансных
частот [наше изобретение: Патент РК №23276 от
28.04.2006]
Недостатком известного изобретения, в
частности гидродинамического возбудителя,
является недостаточная возможность использования
устройства для реализации процесса ввиду
конструкционных особенностей
гидродинамического возбудителя.
Задачей изобретения является улучшение
конструкционной характеристики устройства для
осуществления заявляемого способа, большей
универсальности устройства и улучшения
технологичности процесса.
Техническим результатом предлагаемого
изобретения является расширение возможности
эффективного гидродинамического акустического
воздействия на жидкую среду - воду или жидкое
углеводородное сырье (нефть, мазут и др.) для
нагрева и/или перевода жидкости в возбужденное
состояние путем одновременного использования
разных частот с возможностью изменения их
величин в широком диапазоне без остановки
технологического процесса.
Устройство для осуществления способа
возбуждения жидкости содержит акустический
гидродинамический возбудитель, имеющий ротор,
закрепленный на валу и вращающийся внутри
статора с впуском обрабатываемой жидкости в
полость ротора и выпуском жидкости через
выходные отверстия на боковой поверхности ротора
и отверстия на рабочей поверхности статора и
последующим отводом жидкости в полость статора,
при этом корпус устройства расположен в
вертикально, а ротор вращается в горизонтальной
плоскости. Такое исполнение дает определенные
преимущества по сравнению с известным
устройством. Как отмечено выше, с увеличением
значений резонансных частот возрастают либо
параметры ротора, либо частоты его вращения. Так,
для получения высоких резонансных частот (>60
кГц) диаметр ротора должен составлять около 2500
мм при скорости вращения 3000 об/мин, и в случае
вертикального расположения плоскости его
вращения, как в известном устройстве, такая
конструкция будет довольно габаритной. Между
тем при горизонтальном расположении плоскости
вращения ротора - основная часть конструкции
может быть установлена на уровне земли или даже
ниже, что более предпочтительно, поскольку будут
скрыты громоздкие части конструкции, а шумовые
эффекты, обычно сопровождающие работу таких
устройств, будут незначительны. Кроме того при
подаче сырья в устройство и при его работе в
полной мере используется гравитационный эффект,
что благоприятно сказывается на
работоспособности устройства и упрощает условия
его обслуживания и эксплуатации.
Схема устройства представлена на фиг.1,
отдельные детали - на фиг.2-3.
фиг.1 - продольный разрез I-I;
фиг.2 - поперечное сечение II- II фиг.1;
фиг.3- поперечное сечение III - III механизма
изменения отверстий статора;
Гидродинамический роторный возбудитель
жидкости (фиг.1), содержит корпус 1, с входным 2 и

3. 29815
3
выходным 3 отверстиями для подачи
обрабатываемой жидкости, вал 4, опирающийся на
подшипники 5 и 5а, вал в верхней части снабжен
уплотнителем 23, привод 6 с регулятором скорости
вращения, расположенные на валу 4 мешалка
пропеллерного типа 7 и ротор 8 в виде
цилиндрического колеса с лопатками 9 и
отверстиями 10 на боковой рабочей поверхности.
Статор 11 с полостью 12, рабочая поверхность
статора расположена коаксиально ротору 8,
содержит отверстия 13, равномерно распределенные
по периметру рабочей поверхности статора, между
рабочей поверхностью статора и рабочей
поверхностью ротора имеется зазор 14,
обеспечивающий минимально возможное
расстояние между рабочими поверхностями статора
и ротора, исключая их соприкосновение. Передача
вращения от привода 6 на вал 4 осуществляется
через муфту 15. Привод 6 содержит узел (на фиг. не
показан) для регулирования скорости вращения
вала.
Статор содержит приспособление 16 в виде
цилиндра с отверстиями 17, позволяющее изменять
ширину отверстий статора 13.
Устройство работает следующим образом.
Подготовленная для обработки жидкость
самотеком (или насосом) подается внутрь корпуса 1
гидродинамического возбудителя через впускное
отверстие (патрубок) 2, и мешалкой 7 перемещается
в полость ротора 18. В процессе вращения ротора 8
обрабатываемая жидкость с большой скоростью
выбрасывается из ротора через отверстия 10 и
периодически совпадающие с ними отверстия
статора 13, в приемную емкость - полость 12,
покидая зону акустического возбуждения. В случае
необходимости жидкость из приемной емкости
может полностью или частично вновь подаваться на
повторную обработку.
Приспособление 16 позволяет изменять размер
отверстий статора 13 в широком диапазоне
непосредственно в процессе работы устройства с
помощью механизма 19, содержащего шестерню 20,
зубья которой взаимодействуют с зубьями полосы
22 (фиг.3), закрепленной в верхней части цилиндра
16. Поворотом регулирующего колеса 21 можно
осуществлять вращение цилиндра 16 и,
соответственно, изменять величину отверстий
статора 13, выбирая оптимальный вариант для
данного вида жидкой среды или технологического
процесса.
От подобного рода гидродинамических
возбудителей предлагаемое устройство отличается
большей технологичностью и универсальностью.
Пример практического осуществления изобретения.
В табл.1 приведены некоторые характеристики
гидродинамического возбудителя жидкости, в
табл.2 - в качестве примера - результаты
гидродинамической обработки мазута при скорости
потока сырья 3 л/мин, без изменения размера
отверстий гидродинамического возбудителя
жидкости.
Таблица 1
Некоторые характеристики гидродинамического возбудителя жидкости
№№> Параметр Размерность Значение
1 Частота вращения ротора Об/мин. 6000-8000(± 10%)
2 Рабочий радиус ротора Мм 60
3 Окружной шаг отверстий (максимальных) ротора Мм 10,77
4 Диаметр выходных отверстий ротора
Площадь отверстия
Мм
мм2
5,5; 4,0; 2,8; 2,0; 1,4
23,7; 12,56; 6,15; 3,14; 1,53
5 Радиус внутренней рабочей поверхности статора мм 60,3
Таблица 2
Результаты гидродинамической обработки мазута
Значение параметра№ Параметр Размерность
до обработки после
обработки
1 Температура саморазогрева мазута:
при 6000 об/мин
при 8000 об/мин
°С:
40
40
>68
>75
2 Температура
застывания
°С +42 +34
3 Вязкость
кинематическая при
+80°С
сСт 121 103
3 Плотность при 20°С г/см3
934 908

4. 29815
4
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ возбуждения жидкости, включающий
гидродинамическое акустическое воздействие на
жидкость взаимодействующего с ней источника
механических колебаний и термообработку
жидкости, отличающийся тем, что жидкость
подвергают акустическому возбуждению и
термообработке в широком диапазоне резонансных
частот.
2. Устройство для осуществления
гидродинамического акустического возбуждения
жидкости содержащая корпус с впускными
отверстиями (патрубками), вал, привод,
закрепленный на валу ротор с отверстиями для
протока обрабатываемой жидкости, статор с
коаксиально расположенной рабочей поверхностью,
отличающееся тем, что часть корпуса
гидродинамического возбудителя, содержащего
впускное отверстие, расположена вертикально, а
другая часть, содержащая ротор и статор,
расположена горизонтально, по окружности ротора
расположены отверстия для прохождения
обрабатываемой жидкости, отверстия имеют разные
размеры, и могут быть 3-круглой, прямоугольной
или иной геометрической формы, при этом
отверстия различаются между собой на кратную
величину, на рабочей поверхности статора имеются
отверстия, равномерно расположенные по
периметру статора, при этом статор содержит
приспособление, позволяющее изменять размер его
рабочих отверстий непосредственно в процессе
работы устройства, на валу - в зоне, расположенной
между впускным отверстием и ротором, закреплена
лопастная мешалка, при этом ротор и мешалка
могут вращаться независимо друг от друга с
разными скоростями.

5. 29815
5
Верстка Р. Талькенов
Корректор К. Сакалова