Гідродинамічний кавітаційний апарат

1. Гідродинамічний кавітаційний апарат, який включає корпус з центральним проточним каналом, утвореним вхідним конфузором, робочою камерою, що розширюється, і вихідним дифузором, який відрізняється тим, що співвідношення вихідного перерізу робочої камери, до вхідного знаходиться в межах їх співвідношення 1,1÷4,0, а діаметр найбільшого розширення робочої камери 3 більше і вони займають всю внутрішню порожнину робочої камери тертя потоку суттєво вище що впливає на коефіцієнт корисної дії установки. Крім того ініціювання кавітації в пристінковому шарі потоку рідини викликає ерозію робочих поверхонь апарату та штирів. Відома кавітаційна установка (див. RU 2244174, МПК F15D1/02, дата публікації: 10.01.2005) яка містить конфузор, вихідний дифузор і проточну циліндричну робочу камеру зі встановленим в ній ініціаторам кавітації у вигляді одноабо багатопотокових сопел в стінках робочої камери, встановлених з можливістю забезпечення умов формування стрибка перемішування під кутом =40°-50° до осі камери, на відстані (2-10) Dк від кінця робочої камери і початку дифузора і пов'язаних з каналом управління, де Dк - діаметр робочої камери. Застосування багатопотокових сопел в стінках робочої камери суттєво не змінює описаний вище у інших аналогах процес формування кавітації. Крім цього на роботу багатопотокових сопел потрібна додаткова енергія. Відомий гідродинамічний кавітаційний реактор (див. RU 2305589, МПК B01F5/00, дата публікації: 10.09.2007) який містить конфузор, вихідний дифузор і проточну, конусоподібне розширюючуся робочу камеру, що містить ділянку, зі встановленими в ній групою пристінкових ініціаторів кавітації у вигляді пластинчастих елементів кромки яких нахилені до напряму потоку. Проте такий гідродинамічний апарат для обробки робочого середовища, як і йому подібні має ряд недоліків. До них відносяться такі як нерівномірний розподіл швидкості потоку по перетину внутрішніх порожнин апарату. Застосування спеціальних ініціаторів кавітації вказаного вигляду обмежує зону кавітації невеликим об'ємом, розташованим за кінцями кромок ініціаторів по ходу руху робочого середовища, оскільки кавітація виникає в зонах зриву на них потоку. Молекули робочого середовища, які торкаються нерухомих поверхонь робочої камери між ними, втрачають, завдяки тертю, свою швидкість і зменшують, в свою чергу, швидкість молекул, які переміщуються поруч, що призводить до різного ступеню генерації кавітації в об'ємі і неповній обробці робочого середовища, що впливає на коефіцієнт корисної дії установки, крім того ініціювання кавітації в пристінковому шарі потоку рідини викликає ерозію робочих поверхонь апарату. Завданням розробки є створення Гідродинамічного кавітаційного апарату в якому за рахунок зміні співвідношення розмірів його елементів та їх форми проточної частини забезпечується формування кавітаційного середовища в об'ємі робочої камери апарату, що спрощує конструкцію апарату, покращує рівномірність формування зони кавітації по перетину робочої зони та зменшує затрати енергії для ініціації кавітації. Для вирішення цього завдання Гідродинамічний кавітаційний апарат включає корпус з центральним проточним каналом, утвореним вхідним конфузором, робочою камерою, що розширюється, і вихідним дифузором. 54888 4 Новим у Гідродинамічному кавітаційному апараті є те, що співвідношення вихідного перетину робочої камери, до вхідного знаходиться в межах їх співвідношення 1,1÷4,0, а діаметр найбільшого розширення робочої камери знаходиться в межах від її мінімального значення рівного (1,24×вхідний діаметр конфузору)0,5 до максимального значення яке дорівнює 20 мінімальним значенням цього діаметра. Внаслідок такої форми та співвідношення розмірів конструктивних елементів апарату зона виникнення кавітації формується більш рівномірно по перетину робочої камери та по довжині робочої камери. При цьому кавітація виникає без застосування додаткових елементів, що формують кавітацію на своїх кромках, а кавітаційні пухирі захлопуються перед виходом з робочої камери. Зміна місця виникнення пухирів, перенесення її в об'єм робочої камери суттєво зменшує ерозію внутрішніх поверхонь апарату. В окремих варіантах реалізації робоча камера Гідродинамічного кавітаційного апарату сформована спрямованими один до одного своїми внутрішніми порожнинами конусоподібними поверхнями, а співвідношення вихідного діаметру конфузора до вхідного знаходиться в межах 0,01÷0,25. Внаслідок такої форми робочої камери та співвідношення розмірів конструктивних елементів апарату додатково покращується рівномірність зони виникнення кавітації по перетину робочої камери та по довжині робочої камери. В окремих варіантах реалізації Гідродинамічного кавітаційного апарату довжина робочої камери знаходиться в межах 3,7÷4,2×V/D0,5, де V - об'єм рідини в м3/ceк. D - діаметр найбільшого розширення робочої камери в м. Застосування такої довжини робочої камери гарантує захлопування кавітаційних пухирів перед виходом з робочої камери. Гідродинамічний кавітаційний апарат ілюструється представленою на Фіг.1 схемою його розрізу із зазначенням елементів його проточної частини та суттєвих розмірів що забезпечують властивості гідродинамічного кавітаційного апарату. Гідродинамічний кавітаційний апарат включає вхідний канал 1, вхідний конфузор 2, робочу камеру 3, з конусоподібними стінками 4 та 5, що розширюється, і вихідним дифузором 6. На схемі також показано вхідний діаметр конфузору D1, вихідний діаметр конфузору D2, ширину робочої камери h, діаметр найбільшого розширення робочої камери D3, вхідний діаметр дифузору D4, вихідний діаметр дифузору D5. Працює гідродинамічний кавітаційний апарат наступним чином. Оброблювана рідина подається у вхідний канал 1, та прискорюється у конфузорі 2. При попаданні у розширену порожнину робочої камери 3 в об'ємі робочої рідини виникають кавітаційні пухирі, які при ущільненні потоку рідини перед виходом з камері 3 захлопуються і оброблені рідина виходить через вихідний дифузор 6. Внаслідок застосованої форми та співвідношення розмірів конструктивних елементів апарату 5 54888 зона виникнення кавітації формується більш рівномірно по перетину робочої камери та по довжині робочої камери. При цьому кавітація виникає без застосування додаткових елементів, що формують кавітацію на своїх кромках, а кавітаційні пухирі Комп’ютерна верстка А. Рябко 6 захлопуються перед виходом з робочої камери. Зміна місця виникнення пухирів, перенесення її в об'єм робочої камери суттєво зменшує ерозію внутрішніх поверхонь апарату. 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