Кавітаційний змішувач

Винахід відноситься до пристроїв для одержання суспензій, емульсій та інших сумішей в гідродинамічному кавітаційному полі і може бути використаний у харчовій, переробній, хімічній та інших галузях промисловості. Крім того, запропонований пристрій може бути застосований в кавітаційних обігрівачах - пристроях для нагрівання води для опалення та господарських потреб. Відомий кавітаційний пристрій для гідродинамічного розпушування волокна, який містить послідовно сполучені конфузор, циліндричну проточну камеру, розміщений в камері з можливістю осьового переміщення конусоподібний кавітатор і дифузор [А.с. СРСР №781240, кл. МКВ Д 21 В 1/36, С 04 В 31/08, опубл. 23.11.80, Бюл. №43]. Недоліком зазначеного пристрою є підвищене кавітаційно-ерозійне зношування проточної камери, що обумовлене захлопуванням на її внутрішній поверхні великої кількості кавітаційних бульбашок, які утворюються при розпаді приєднаних кавітаційних каверн, які виникають за кавітатором в потоці оброблюваної рідини. За прототип вибраний кавітаційний змішувач, який містить послідовно сполучені конфузор, складену із двох коаксіально встановлених трубок циліндричну проточну камеру, розміщений у меншій трубці з можливістю осьового переміщення конусоподібний кавітатор і дифузор [Патент України №1397, кл. МКВ В 01 F 5/00, опубл. 25.03.94, Бюл. №1]. Недоліком зазначеного пристрою є його недостатня довговічність, яка обумовлена підвищеним кавітаційноерозійним зношуванням проточної камери внаслідок захлопування кавітаційних бульбашок на внутрішній поверхні меншої трубки проточної камери. В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення кавітаційного змішувача, в якому, шляхом зміни його конструкції захлопування кавітаційних бульбашок відбувається не на внутрішній поверхні проточної камери, а в рідинному прошарку біля зазначеної поверхні, внаслідок чого підвищується довговічність змішувача. В запропонованому пристрої потік рідини, який надходить через конфузор, попадає в проточну камеру. Оскільки циліндрична проточна камера змішувача складена із двох коаксіально встановлених трубок, потік середовища розподіляється: частина потоку попадає в меншу трубку, в який встановлено з можливістю осьового переміщення конусоподібний кавітатор, а решта - в кільцеподібну порожнину, що утворюється в проточній камері між двома трубками. Внаслідок обтікання кавітатора потоком рідини за ним генерується приєднана кавітаційна каверна, яка при подальшому відриві від кавітатора і розпаді, утворює кавітаційне поле. Потоком рідини бульбашки виносяться з меншої трубки проточної камери і захлопуються в камері в зоні стабілізованого тиску. Відомо, що захлопування бульбашок супроводжується локальними тисками до 103 МПа, які ініціюють кавітаційноерозійне руйнування матеріалу проточної камери пристрою. Однак, частина технологічного потоку надходить у кільцеву порожнину, що утворюється між двома трубками складеної проточної камери і виходить звідки у вигляді кільцевого струменя вздовж проточної камери. Внаслідок цього кавітаційні бульбашки, що утворюються при розпаді кавітаційних каверн, які виникають за кавітатором у меншій трубці проточної камери, захлопуються не на стінках проточної камери, а в прошарку рідини. Внаслідок цього кавітаційно-ерозійне зношування матеріалу проточної камери практично не відбувається. Зазначена відстань від окрайки кавітатора до окрайки меншої трубки проточної камери за ходом потоку, що складає не менше 1,3d, де d - діаметр більшої основи конуса кавітатора, обумовлена тим, що за таких умов кавітаційне поле має найбільшу ерозійну активність. Крім того, зазначений прошарок рідини сприяє не тільки захисту стінки проточної камери від руйнування, але і запобігає забрудненню оброблюваного середовища матеріалами кавітаційної ерозії. Зі проточної камери рідинний потік відводиться через дифузор. Технічна суть і принцип дії кавітаційного змішувача пояснюється кресленням, на якому зображено повздовжній переріз змішувача. Кавітаційний змішувач містить патрубок підведення середовища 1, послідовно сполучені конфузор 2, циліндричну проточну камеру, яка складена із двох коаксіально встановлених трубок 3 і 4. В меншій трубці 4 встановлено, наприклад, на рухомому в осьовому напрямку штоці 5 конусоподібний кавітатор 6. Відстань від окрайки 7 кавітатора 6 до окрайки 8 меншої трубки проточної камери за ходом потоку рідини становить не менше 1,3d, де d - діаметр більшої основи конусоподібного кавітатора 6. Технологічний потік відводиться зі змішувача через дифузор 9, а надходить в змішувач через патрубок підведення рідини 1. Кавітаційний змішувач працює таким чином. Технологічний потік надходить у змішувач через патрубок підведення 1, конфузор 2 і попадає в проточну камеру, яка складається із двох коаксіально встановлених трубок - меншої 3 і більшої - 4. Внаслідок запропонованої конструкції проточної камери потік рідини розділяється. Основна частина потоку втікає в меншу трубку 3 і натікає на розміщений в ній конусоподібний кавітатор 6. Кавітатор 6 може бути закріплений, наприклад, на штоці 5 з можливістю осьового переміщення. Такі умови дозволяють підтримувати відстань від окрайки 7 кавітатора 6 до окрайки 8 меншої трубки 4 не менше 1,3d, де d - діаметр більшої основи конусоподібного кавітатора 6. При цьому співвідношенні ерозійна активність кавітаційного поля найбільша і, отже, кавітаційноерозійне руйнування матеріалу проточної камери змішувача найбільше. Інша частина технологічного потоку одночасно надходить в кільцеву порожнину між трубками 3 і 4, які утворюють проточну камеру змішувача. На виході з зазначеної порожнини цей потік набуває вигляду кільцеподібного прошарку біля внутрішньої поверхні більшої трубки 4 проточної камери. За таких умов кавітаційні бульбашки, що виникають при розпаді приєднаної кавітаційної каверни, яка генерується за кавітатором 6, захлопуються не на внутрішній поверхні більшої трубки 4, а в пристінному шарі рідини. Внаслідок цього, матеріал проточної камери не зазнає кавітаційно-ерозійних ушкоджень, а продукти ерозії не попадають в оброблюване середовище. Крім того, переміщуючи кавітатор 6, можна вибирати співвідношення більше, ніж 1,3d і таким чином, регулювати частину потоку, що надходить в кільцевий зазор між стінками трубок 3 і 4, в кавітаційну каверну і підвищувати при необхідності ефективність перемішування. Технологічний потік відводиться з кавітаційного змішувача через дифузор 9. Використання запропонованої конструкції пристрою дозволяє підвищити його довговічність і, таким чином, поліпшити умови роботи змішувача для одержання суспензій, емульсій у багатьох галузях промисловості, а також в пристроях для нагрівання води для опалення та господарських потреб.