Кавітаційний апарат

Кавітаційний апарат, що містить сполучені конфузор потоку вхідного 3 жений термін експлуатації і потребує частого ремонту. Відомий кавітаційний апарат (реактор), в корпусі якого на привідному валу встановлений кавітатор, виконаний у вигляді крильчатки з клиновидною формою перерізу лопатей і гострою передньою крайкою (А. с. №467159, МПК6: D21B1/36, опубл. 15.04.1975р., Бюл. №14). Робота цього апарату також пов’язана із застосуванням привідних пристроїв. Окрім цього, апарат має обмежену сферу застосування, яка здебільшого охвачує розмелювання волокнистих матеріалів, і не забезпечує високодисперсної обробки вихідної сировини. За найближчий аналог корисної моделі прийнятий кавітаційний апарат, що містить послідовно сполучені конфузор потоку вихідного матеріалу, циліндричний корпус, дифузор відведення обробленого матеріалу, вздовж горизонтальної осі корпусу встановлений кавітатор у вигляді крильчатки з клиновидною формою лопатей з наскрізними отворами та зі спрямованими у бік конфузора гострими передніми крайками (А. с. №1353858, МПК4: D21B1/36, опубл. 23.11.1987р., Бюл. №43). При проходженні рідинного потоку відносно кавітатора за лопатями крильчатки утворюються кавітаційні каверни по всьому перерізу проточної камери, котрі зароджуються на крайках кожної лопаті. Гострі крайки наскрізних отворів є додатковими турбулізаторами потоку. Струмені, що витікають з отворів, взаємодіють з основним потоком, розбиваючи і тим самим ще більше подрібнюючи його. У цьому апараті примусове обертання кавітатору відсутнє, завдяки чому він має спрощене конструктивне виконання у порівнянні з представленими вище пристроями. Очевидно, що для будь-якої галузі, де застосовуються кавітаційні технології, найбільш оптимальними є умови, які забезпечують поєднання високої якості кінцевої продукції із застосуванням низьковартісного обладнання. У цьому сенсі кавітаційний апарат, прийнятий за найближчий аналог, можна віднести до категорії низьковартісного обладнання, але ефективність змішування апарату є недостатньо високою, а діапазон режимів кавітаційного змішування обмежений, що звужує його технологічні можливості. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ефективності роботи та розширення технологічних можливостей кавітаційного апарату шляхом удосконалення форми лопатей кавітатора, зокрема, виконання на площині гребеня лопатей рівновіддалених жолобоподібних канавок, в результаті чого ініційовані канавками кавітаційні потоки виконують функцію додаткових турбулізаторів, їх кавітаційні струмені, взаємодіючи з основним потоком, розбивають його і сприяють виникненню пульсацій (нестаціонарності) каверни з мікроподрібненням та гомогенізацією потоку. Поставлена задача досягається за рахунок того, що в кавітаційному апараті, що містить послідовно сполучені конфузор потоку вхідного матеріалу, циліндричний корпус, дифузор відведення обробленого матеріалу, вздовж горизонтальної осі корпусу встановлений кавітатор у вигляді крильча 52910 4 тки з клиновидною формою лопатей з наскрізними отворами та зі спрямованими у бік конфузора гострими передніми крайками, згідно корисної моделі, на площині гребеня лопатей виконані канавки у формі жолобів, середина донної частини яких знаходиться на рівні середини відстані між наскрізними отворами. Запропонована конструкція відрізняється від описаної у найближчому аналозі наявністю жолобоподібних канавок на гребенях лопатей. Ця відмітна ознака обумовлює зазначений вище технічний результат, який досягається в процесі експлуатації кавітаційного апарату. Канавки, розміщені на площині гребеня кожної лопаті на однаковій відстані одна від одної, є локальними турбулізаторами потоку, які утворюють в порожнині корпусу кавітаційного апарату пульсуючі ударні хвилі («мікровибухи») і кумулятивні мікрострумені, що спричиняють інтенсивну перемішувальну та ерозійну дію на оброблюване середовище. При натіканні рідинного потоку на гострі крайки лопатей кавітатора в корпусі кавітаційного пристрою за кавітатором утворюється потік мікробульбашок - кавітаційні каверни. їх ерозійна активність додатково підсилюється потоком бульбашок, що генеруються на гострих крайках наскрізних отворів кавітатора. Генерування цих мікробульбашок різко підсилюється в момент проходження рідинного потоку через гребені лопатей, коли він попадає на жолобоподібні канавки. Так, наразившись на першу канавку, потік зазнає раптового розширення, і, рухаючись далі, натікає на відрізок горизонтальної площини гребеню (проміжок між канавками), де потік різко звужується, після чого він попадає в порожнину наступної канавки, в якій знову розширюється. Таких «стрибків» потік зазнає протягом обтікання гребеню лопаті. Ця своєрідна динаміка потоку спричиняє утворення пульсуючих каверн на виході кавітатора, виникнення ударних хвиль і коливань високої частоти з мікроподрібненням та гомогенізацією рідини, яка є набагато вищою, ніж та, що досягається при роботі кавітатора, лопаті якого мають лише наскрізні отвори. Це дозволяє суттєво розширювати сферу застосування кавітаційного апарату і впроваджувати його в ті галузі, які потребують вкрай ретельної та особливо дрібнодисперсної обробки рідинного середовища. Ерозійна активність кавітаційного поля в запропонованому кавітаційному апараті є достатньою для ефективної обробки важкорозчинних рідин, для одержання емульсій, суспензій тощо. Запропонований кавітаційний апарат пояснюють креслення, де представлено: - на Фіг.1 - схематичне зображення кавітаційного апарату; - на Фіг.2 - кавітатор у розрізі. До складу кавітаційного апарату входять послідовно сполучені конфузор 1 потоку вихідного матеріалу, циліндричний корпус 2 та дифузор 3 відведення обробленого матеріалу (Фіг.1). Вздовж горизонтальної осі корпусу встановлений стержень 4 з кавітатором 5 у вигляді крильчатки з клиновидною формою лопатей з наскрізними отвора 5 52910 ми 6. На площині гребеня лопатей виконані канавки 7 у формі жолобів (Фіг.1, 2), середина донної частини яких (точка А) знаходиться на рівні середини відстані b між наскрізними отворами. Або, іншими словами, середина донної частини жолобоподібних канавок (точка А) знаходиться на уявній вертикальній площині, що проходить через середину відстані b між наскрізними отворами. Лопаті крильчатки мають гострі передні крайки 8, спрямовані у бік конфузора (Фіг.2). Кавітаційний апарат працює наступним чином: Потік рідини, що надходить до конфузора 1, набігає на крайки 8 лопатей кавітатору 5, звернені назустріч потоку, та на крайки отворів 6. У звуженому каналі між внутрішньою поверхнею циліндричного корпусу 2 кавітаційного апарата і кавітатором 5 швидкість потоку різко зростає, при цьому відбувається різке зниження тиску з генеруванням кавітаційних мікробульбашок - за кавітатором утворюються кавітаційні каверни по всьому перерізу корпусу 2 (проточної камери). В моменти про Комп’ютерна верстка Л. Купенко 6 ходження потоку через жолобоподібні канавки 7 генерування мікробульбашок ще більше підсилюється. При зіткненні з першою канавкою потік різко розширюється, а на площині проміжку між канавками різко звужується, після чого він попадає в наступну канавку, в якій знову розширюється відбувається так званий «зрив» потоку. Кавітаційні струмені, що витікають з отворів 6, доповнені струменями, витікаючими з канавок 7, розбивають загальну каверну, утворену передньою крайкою 8, надаючи їй пульсуючого характеру та підвищеної ерозійної активності. Каверна, утворена на виході кавітатору, характеризується високим ступенем турбулізації, що сприяє ефективному подрібненню та гомогенізації потоку. Таким чином, особливості формоутворення клиновидних лопатей крильчатки, виражені в поєднанні наскрізних отворів з жолобоподібними канавками, дозволили створити кавітаційний апарат, який має високі експлуатаційні характеристики без примусового обертання кавітатору. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601