Исследовано влияние высокоэнергетических сдвиговых напряжений, развиваемых в роторно-дисковых аппаратах (РДА), на свойства технологических жидкостей, используемых в процессе синтеза каучуков. Эффективная конструкция аппарата позволяет с высоким КПД производить эффективное смешение, активацию и нагрев технологических жидкостей.
Как известно, гамма излучение возникает в результате нескольких причин: ядерных превращений, при аннигиляции пары частица–античастица, при прохождении быстрых электронов через вещество, обусловленное торможением последних в кулоновских полях ядер и др.
Исключая такие экзотические процессы для роторно-дискового аппарата (РДА), как ядерные превращения, возможно, стоит допустить наличие таких процессов, как прохождение быстрых электронов через вещество. Ранее нами было показано, что при использовании в качестве рабочего тела воды, в РДА происходит удаление накипи и ржавчины со стенок трубопроводов и другого технологического оборудования. Но откуда берутся быстрые электроны в РДА? Напомним конструкцию теплогенератора на базе РДА, подробно рассмотренную нами в работе, и интегральную рабочую схему (рис.1.).
Рис. 1. Схема РДА
1. Корпус РДА
2. Электродвигатель
3. Шкив РДА
4. Шкив электродвигателя
5. Поликлиновой ремень
6. Торцевые уплотнения
Параметры РДА:
Диаметр ротора – 100 мм;
Частота вращения электродвигателя – 3000 об/мин;
Частота вращения ротора РДА – 10200 об/мин;
Соотношение шкивов – 3,3:1;
Линейная скорость на периферии ротора – 70 м/сек;
Поликлиновой ремень длиной 70 см и шириной 3 см.
В РДА с двумя дисками на валу имеются 3 камеры, 3 зоны. Вода (или другая технологическая жидкость), поступая в зону 1 через отверстие, расположенное как можно ближе к центральной оси аппарата, достигая вращающегося диска ротора, отбрасывается им к периферии и через узкий зазор между диском ротора и статором и поступает во вторую камеру.
Во второй камере вода (жидкость) уже не имеет возможности «упасть» на вал ротора удерживаемая в периферийной зоне аппарата центробежной силой. Находясь между двумя вращающимися дисками ротора, вода образует своеобразный «чулок», прилегающий к цилиндрической поверхности статора.
Если в первой камере фиксируемое давление составляет 0,4 атм., то во второй камере – 0,135 атм.
В третьей камере регистрируемое давление – 4-4,5 атм. Изменение показателей давления зависит от расхода воды в аппарате.
Возникает вопрос: как такое может быть, чтобы вода передвигалась (перемещалась) через камеры из зоны с меньшим давлением в зону с большим давлением? Дело в том, что «чулок» жидкости с одной стороны – жесткий, как металлическая труба, (т.к. вода, как известно, несжимаема), с другой стороны – гибкий и непрерывный (осуществляется непрерывность потока жидкости). Эти две составляющие и обеспечивают одновременно и вакуум в 1 и 2 камерах, и давление (4,5 атм.) в третьей камере.
Рис. 2. Схема движения фрагментов вещества в центральной камере РДА
Таким образом, имея первоначальное намерение создать РДА, который был предназначен для нагрева воды и технологических жидкостей, у нас по сути получился одновременно электро-генератор Ван де Граафа (рис. 3) и генератор Фарадея (рис. 4).
Рис. 3. Генератор Ван де Граафа
Генератор Ван де Графа представляет собой генератор высокого напряжения, принцип действия которого основан на электризации движущейся диэлектрической ленты. Первый такой генератор был разработан физиком американским Робертом Ван де Граафом. Таким образом, принцип действия нашего генератора заключается в переносе электрического заряда диэлектриком – ремнем между шкивами РДА и электродвигателя.
Рис. 4. Генераторы Фарадея
В работе нами было установлено, что РДА, будучи включен последовательно с тестером (анализатор тока и напряжения) в электрическую цепь: клемма на корпусе теплогенератора–тестер–нуль-клемма (заземление) – начинает менять свой электрический потенциал. На рис.5 показана характерная кривая изменения потенциала (напряжения) во времени.
Рис. 5. Зависимость величины заряда от времени
В процессе эксплуатации установки наблюдается следующее: помимо того, что вещество испытывает трибодеструкцию, происходит насыщение воды (или другой рабочей жидкости) потоком свободных электронов (ē), которые, соответственно, вступают в реакцию гидратации. Теплота гидратации электронов составляет – 157 кДж/моль.
Гамма-излучение было нами зарегистрировано с помощью соответствующего прибора: Дозиметра-радиометра МКС-15Д «Снегирь».
Рис. 6. Схематическое расположение приборов в установке
Показания приборов, обозначенных на схеме 6, представлены в следующей таблице.
Таблица
Показания дозиметра-радиометра МКС-15Д «Снегирь»
|
Предмет измерения |
Показания прибора, мкЗв/ч |
|
Общий радиационный фон окружающей среды |
0,18 |
|
Кавитатор, режим «выкл.» |
0,16 |
|
Кавитатор, режим «вкл.» |
0,26 |
|
Рабочая жидкость на выходе |
0,18 |
Примечание: погрешность измерений прибора дозиметра-радиометра МКС-15Д составляет ±10 %. Допустимый радиационный фон до 0,25 мкЗв /ч.
Выводы
Гамма излучение, регистрируемое в РДА, вероятно, является следствием эмиссии в систему быстрых электронов, вырабатываемых интегрированными генераторами Ван-де-Граафа и Фарадея в схему установки.
Радиоактивность рабочей жидкости на выходе находится в пределах допустимого радиационного фона.
Литература:
1. Гамма-излучение /Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. – 1984. – С.108.
2. Теплогенерирующие процессы в роторно-пульсационных аппаратах./Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета) №8(34)/2010. – СПб. – С. 97.
3. Электростатический генератор /Физический энциклопедический словарь. – М.: Советская энциклопедия, 1984. – С.894.
4. Электромагнитная индукция /Физический энциклопедический словарь. – М.: Советская энциклопедия. – 1984. – С.872.
5. Елфимов В.В., П.В. Елфимов П.В., Аветисян А.Р. Высокоэффективные активаторы технологических жидкостей на базе роторно-дисковых аппаратов. Их применение в технологических процессах синтеза каучуков и других полимерных материалов./ В сб. докл. VIII Международной конференции «Инновационные нефтехимические технологии – 2012», 09–12 октября 2012 г., г. Нижнекамск.
