Особенности акустической эмиссии, сопровождающей работу механических активаторов гидродинамических процессов в стесненных условиях

I I Rastegaeva; I A Rastegaev; D L Merson

doi:10.22213/2410-9304-2022-4-20-33

Authors

I. I. Rastegaeva Togliatti State University
I. A. Rastegaev Togliatti State University
D. L. Merson Togliatti State University

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2022-4-20-33

Keywords:

acoustic emission, rotary devices, hydrodynamic treatment of liquids, blade activators, open turbine, disk activators, cavitation

Abstract

To assess the possibility of using the acoustic emission method in the direction of selecting activators of hydrodynamic processes of rotary apparatuses (machines) for processing liquid media in constrained conditions, experimental studies of hydrodynamic and acoustic effects accompanying two main modes of their application were carried out: the first is operation in the mode of activator frequency cyclic change, the second is operation in the mode of fixed activator rotation frequency. Seven forms of hydrodynamic activators of three types (vane, turbine and disk) and a rotary pulse apparatus applied for disinfection of lubricants were used in the research. Using conventional and high-speed video, the main hydrodynamic effects accompanying the operation of each type of activator were identified, which were compared with the established acoustic effects and measurements of temperature and the Reynolds centrifugal criterion. According to the results of the research, the possibility and limitations of using the acoustic emission method for comparing the effectiveness of activators and modes of liquid treatment in rotary pulse devices in conditions of its turbulent motion are shown. Under constrained operating conditions of activators imitated by the width of the working chamber, an acoustic emission peak never described in literature earlier was revealed, which differs from the noise accompanying the turbulent movement of the liquid. The relationship between the change in the amplitude of the peak of acoustic emission with the rate of change in the rotation of the activators and the rate of pumping the medium through the working chamber of the rotary pulse apparatus is also established. The results obtained can be used to select and compare the form of activators of hydrodynamic processes, as well as to select and maintain an effective mode of disinfection of aqueous solutions.

Author Biographies

I. I. Rastegaeva, Togliatti State University

Senior Lecturer

I. A. Rastegaev, Togliatti State University

PhD in Physics and Mathematics

D. L. Merson, Togliatti State University

Professor

References

Промтов М. А. Пульсационные аппараты роторного типа: теория и практика : монография. М. : Машиностроение-1, 2001. 260 с.

Абиев Р. Ш. Пульсационные аппараты нового поколения - энерго- и ресурсосберегающее оборудование химических производств // Химическая промышленность сегодня. 2008. № 4. С. 46-54.

Сафонова Е. А., Потапов А. Н., Вагайцева Е. А. Интенсификация технологических процессов производства пива при использовании роторно-пульсационного аппарата // Техника и технология пищевых производств. 2015. № 1. С. 74-81.

Gogate R. P. Cavitational reactors for process intensification of chemical processing applications: A critical review // Chemical Engineering and Processing. 2008. V.47. P. 515-527. DOI: 10.1016/J.CEP.2007.09.014.

Banakar V.V., Sabnis S.S., Gogate P.R. et al. Ultrasound assisted continuous processing in microreactors with focus on crystallization and chemical synthesis: A critical review // Chemical Engineering Research and Design. 2022. V. 182. P. 273-289. DOI: 10.1016/j.cherd.2022.03.049.

Dixi D., Thanekar P., Bhandari V.M. Degradation of API pollutants using hydrodynamic cavitation and process intensification // Chemical Engineering and Processing. Process Intensification. 2022. V. 172. 108799. DOI: 10.1016/j.cep.2022.108799.

Промтов М. А. Перспективы применения кавитационных технологий для интенсификации химико-технологических процессов // Вестник ТГТУ. 2008. № 14(4). С. 861-869.

Forte G., Alberini F., Simmons M., Stitt H.E. Use of acoustic emission in combination with machine learning: monitoring of gas-liquid mixing in stirred tanks // Journal of Intelligent Manufacturing. 2021. № 32. Р. 633-647. DOI: 10.1007/s10845-020-01611-z.

Crouter A., Briens L. Passive acoustic emissions from particulates in a V-blender / Drug Development and Industrial Pharmacy. 2015. 41(11). Р. 1809-1818. DOI: 10.3109/03639045.2015.10099 13.

Синявский Ю. В. Усовершенствованный метод расчета мощности перемешивающего устройства // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». 2018. № 4. С. 3-14. DOI: 10.17586/2310-1164-2018-11-4-3-14.

Boyd J.W.R., Varley J. The uses of passive measurement of acoustic emissions from chemical engineering processes // Chemical Engineering Science. 2001. № 56. Р. 1749-1767. DOI: 10.1016/S0009-2509(00) 00540-6.

Nordon A., Carella Y., Gachagan A., Littlejohn D., Hayward G. Factors affecting broadband acoustic emission measurements of a heterogeneous reaction // The Analyst. 2006. 131(2). Р. 323-330. DOI: 10.1039/B510922A.

Valentin D., Presas A., Egusquiza M. et al. Transmission of High Frequency Vibrations in Rotating Systems. Application to Cavitation Detection in Hydraulic Turbines // Applied Sciences. 2018. 8(3). 451. DOI: 10.3390/app8030451.

Escaler X., Ekanger J.V., Francke H.H. et al. Detection of Draft Tube Surge and Erosive Blade Cavitation in a Full-Scale Francis Turbine // Journal of Fluids Engineering. 2014. 137(1). 011103. DOI: 10.1115/1.4027541.

Чудина М. Шум как индикатор кавитации в центробежном насосе // Акустический журнал. 2003. Т. 49, № 4. С. 551-564.

Shi H., Li Z., Bi Y. An On-line Cavitation Monitoring System for Large Kaplan Turbines / IEEE Power Engineering Society General Meeting. 2007. Р. 1-6. DOI: 10.1109/PES.2007.385723.

Пичков С. Н., Захаров Д. А., Новицкий Э. Г. Исследование кавитационных процессов в насосном оборудовании акустическим методом // Труды НГТУ им. Р. Е. Алексеева. 2018. Т. 132, № 4 (123). С. 158-163.

Jamaludin N., Mba D. Monitoring extremely slow rolling element bearings: Part I and Part II // NDT&E International. 2002. 35(6). C. 349-366. DOI: 10.1016/S0963-8695(02)00006-3.

Presas A., Valentin D., Egusquiza E. et al. Influence of the rotation on the natural frequencies of a submerged-confined disk in water // Journal of Sound and Vibration. 2015. 337. Р. 161-180. DOI: 10.1016/j.jsv.2014.10.032.

Цыбускина И. И., Диженин В. В., Викарчук А. А. Кавитационно-тепловая обработка жидкостей как эффективный метод защиты от биопоражений // Известия Самарского научного центра РАН. 2010. Т. 12, № 1 (9). С. 2266-2270.

Растегаева И. И., Диженин В. В., Викарчук А. А. Безреагентные методы обеззараживания смазочно-охлаждающих жидкостей // Вектор науки ТГУ. 2010. № 2 (12). С. 15-19.

Кнепп Р., Дейли Д., Хэммит Ф. Кавитация. М. : Мир, 1974. 668 с.

Исаков А. Я., Исаков А. А. Кавитация в перемешивающих устройствах : монография. Петропавловск-Камчатский : КамчатГТУ, 2006. 206 с.

Там же.

Сиротюк М. Г. Акустическая кавитация. М. : Наука, 2008. 271 с.

Пылаев Н. И., Эдель Ю. У. Кавитация в гидротурбинах. Л. : Машиностроение, 1974. 256 с.

Li W., Li E., Shi W., Li W., Xu X. Numerical Simulation of Cavitation Performance in Engine Cooling Water Pump Based on a Corrected Cavitation Model // Processes. 2020. 8. 278. DOI: 10.3390/pr8030278.

Оптимизация режимов обработки жидких сред в роторных устройствах на основе метода акустической эмиссии с системой обратной связи / И. И. Растегаева, И. А. Растегаев, А. А. Викарчук и др. // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2012. № 5. С. 25-31.

Al-Arabi A.A.B., Selim S.M.A., Saidur R. et al. Detection of Cavitation in Centrifugal Pumps // Australian Journal of Basic and Applied Sciences. 2011. 5 (10). Р. 1260-1267.

Trivedi C. A review on fluid structure interaction in hydraulic turbines: A focus on hydrodynamic damping // Engineering Failure Analysis. 2017. V. 77. Р. 1-22. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2017.02.021.

Louyot M., Nennemann B., Monette C., Gosselin F.P. Modal analysis of a spinning disk in a dense fluid as a model for high head hydraulic turbines // Journal of Fluids and Structures. 2020. 94. 102965. DOI:10.1016/j.jfluidstructs.2020.102965.

Промтов М. А., Степанов А. Ю., Алешин А. В. Методы расчета характеристик роторного импульсного аппарата: монография. Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2015. 148 с.

Червяков В. М., Юдаев В. Ф. Гидродинамические и кавитационные явления в роторных аппаратах : монография. М. : Машиностроение-1, 2007. 128 с.