Гідродинамічний кавітатор

Гідродинамічний кавітатор, який містить корпус з камерою гальмування потоків рідини і каналом відведення підігрітої рідини, форсунки, установлені назустріч одна одній, який відрізняється тим, що він забезпечений вхідним патрубком, а канал відведення підігрітої рідини виконаний у вигляді вихідного патрубка, при цьому форсунки, які забезпечують обертово-поступальний рух рідини, виконані відцентровими або відцентровоструминними та установлені в камері гальмування потоків рідини з можливістю осьового переміщення, а камера гальмування потоків рідини закріплена на вихідному патрубку. Винахід належить до пристроїв перетворення потенціальної енергії тиску рідини в кінетичну і потім в теплову шляхом сумісного кавітаційноакустичного впливу. Гідродинамічний кавітатор може бути використаний як джерело теплозабезпечення в енергетиці, а також для інтенсифікації технологічних процесів в дисперсних системах (емульгація, гомогенізація, диспергація, стерилізація). Відомий рідинний теплогенератор [патент RU2148754] містить корпус з вхідним і вихідним патрубками та вбудованими в нього концентричними внутрішньою та зовнішньою камерами закрутки, кожною із своїм соплом. Закрутка потоку здійснюється у протилежні сторони, обидва потоки рухаються в одному напрямку. Недоліком пристрою є низька ефективність перетворення кінетичної енергії в теплову та можливість виникнення кавітації на поверхні зовнішнього сопла, що призводить до руйнування робочих поверхонь теплогенератора. Найближчим до винаходу, що заявляється, є гідродинамічний теплогенератор, що містить корпус, в якому розміщені камери резонатора та гальмування струменів, з'єднані порожниною вхідні сопла, насадки, що розширюються, завихрювачі потоку, на вихідній частині сопла ущільнююча прокладка з гострою кромкою та зливний канал нагрітої води. Гідродинамічний теплогенератор перетворює механічну енергію рідини в тепло шляхом ступінчастої кавітації середовища. Потік рідини розганяється в конічних співвісних, зустрічноспрямованих соплах до швидкості 30…40 м/с завертанням струменя та зниженням тиску нижче тиску пароутворення з наступним зниженням тиску в дифузорній насадці та ударному гальмуванні при їхній зустрічній взаємодії. В результаті взаємодії потік розгортається в межах 90° та по з'єднувальній кільцевій порожнині, що звужується, подається в тороподібний резонатор, де проходить додаткову обробку ультразвуком. Як гідродинамічне випромінювання використовується гостра кромка прокладки ущільнюючої половини тороподібного резонатора [див. патент РФ № 2166155]. Конструкція даного теплогенератора вибрана найближчим аналогом. Найближчий аналог і винахід, що заявляється, мають такі спільні ознаки: корпус; камера гальмування потоків рідини, розташована всередині корпусу; (19) UA (11) 95707 (13) C2 (21) a201001250 (22) 08.02.2010 (24) 25.08.2011 (46) 25.08.2011, Бюл.№ 16, 2011 р. (72) АКСЕНТЬЄВ ОЛЕГ МИХАЙЛОВИЧ, АНДРЮЩЕНКО АНАТОЛІЙ МИХАЙЛОВИЧ, ДУХАНІН ОЛЕКСАНДР ФЕДОРОВИЧ, КУЛЬШИК ОЛЕКСАНДР ВАСИЛЬОВИЧ (73) АКСЕНТЬЄВ ОЛЕГ МИХАЙЛОВИЧ, АНДРЮЩЕНКО АНАТОЛІЙ МИХАЙЛОВИЧ, ДУХАНІН ОЛЕКСАНДР ФЕДОРОВИЧ, КУЛЬШИК ОЛЕКСАНДР ВАСИЛЬОВИЧ (56) RU 2148754 C1, 10.05.2000 RU 2166155 C2, 27.04.2001 AT 410591 B, 25.06.2003 RU 2225967 C2, 20.03.2004 3 форсунки, які установлені співвісно назустріч одна одній; канал відведення підігрітої рідини. Недоліком даної конструкції є її складність, суперечність у фізиці процесу: розігнати у соплі до появи парової фази, а потім ліквідувати її у дифузорі, а також складність досягнення генерації коливань з певною частотою. Окрім того, пластинчасті гідродинамічні випромінювачі виготовляються зі сталі і в зв'язку з вигинними коливаннями мають малий термін використання, а строк придатності неметалевої прокладки ще менший. В основу винаходу поставлено задачу розробити удосконалений гідродинамічний кавітатор, в якому шляхом іншого конструктивного розміщення форсунок та виконання їх відцентровими або відцентрово-струминними забезпечити спрощення конструкції, а також підвищення надійності та ефективності. Поставлена задача вирішена конструкцією гідродинамічного кавітатора, що містить корпус з камерою гальмування потоків рідини і каналом відведення підігрітої рідини, форсунки, установлені назустріч одна одній, згідно з винаходом він забезпечений вхідним патрубком, а канал відведення підігрітої рідини виконаний у вигляді вихідного патрубка, при цьому форсунки, які забезпечують обертово-поступальний рух рідини, виконані відцентровими або відцентрово-струминними та установлені в камері гальмування потоків рідини з можливістю осьового переміщення, а камера гальмування потоків рідини закріплена на вихідному патрубку. Новим у винаході, що заявляється, є те, що: 1) форсунки установлені в камері гальмування потоків рідини з можливістю осьового переміщення; 2) форсунки виконані відцентровими або відцентрово-струминними; 3) канал відведення підігрітої рідини виконаний у вигляді вихідного патрубка; 4) камера гальмування потоків рідини закріплена на вихідному патрубку; 5) кавітатор забезпечений вхідним патрубком. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю заявлених ознак і досягненням технічного результату можна пояснити наступним. По-перше, виконання форсунок відцентровими або відцентрово-струминними дозволило виключити контакт парогазової фази (яка утворюється по осі форсунок внаслідок розрідження) з внутрішньою поверхнею форсунок. Така конструкція приводить до того, що між внутрішньою поверхнею форсунок і парогазовою фазою утворюється рідинний прошарок, який не містить парогазової фази. Це виключає кавітаційне руйнування внутрішніх стінок форсунок і підвищує ефективність роботи кавітатора. По-друге, таке конструктивне рішення змінює процес гальмування потоків. Закручений парорідинний потік, який витікає з великою швидкістю, умовно з правої форсунки, зустрічає на своєму шляху протилежно закручений потік, який витікає з 95707 4 умовно лівої форсунки. У вузькій зоні взаємодії двох потоків відбувається інтенсивна гідродинамічна кавітація, яка супроводжується акустичними (ультразвуковими) коливаннями. Окрім того, в зоні взаємодії потоків з високим вмістом парогазової фази відбувається стрибок тиску, пов'язаний з переходом надзвукового плину парорідинної суміші в дозвуковий плин рідини. Завдяки тому, що потоки, які стикаються, обертаються в різні сторони, удар не припадає на внутрішню поверхню камери гальмування, що також сприяє захисту її від кавітаційного руйнування. Завдяки тому, що форсунки установлені з можливістю осьового переміщення, є можливість змінювати відстань між ними і тим самим змінювати частоту генерованих коливань в залежності від мети обробки рідини. У кожної рідини своя частота власних коливань молекул, що дає можливість впливати резонансною частотою на будь-який компонент рідинної суміші, послаблюючи і руйнуючи міжмолекулярні зв'язки. Зміною параметрів обробки в заявленому гідродинамічному кавітаторі досягається зміна фізико-технічних властивостей вихідного середовища. Таким чином, в заявленому пристрої кавітаційно-акустична дія на потік рідини досягається шляхом перетворення потенційної енергії рідини в кінетичну енергію обертально-поступального руху з подальшим ударним гальмуванням в зоні взаємодії зустрічних потоків з протилежно направленими швидкостями обертання. На кресленні зображений гідродинамічний кавітатор, що заявляється. Гідродинамічний кавітатор містить корпус 1, забезпечений вхідним 2 і вихідним 3 патрубками. Всередині корпусу 1 розміщена камера гальмування потоків рідини 4, яка жорстко закріплена на вихідному патрубку 3. В камері гальмування потоків рідини 4 установлені форсунки 5. Для забезпечення обертово-поступального руху рідини форсунки 5 установлені співвісно назустріч одна одній з можливістю осьового переміщення. Форсунки 5 виконані відцентровими або відцентровоструминними. В заявленому кавітаторі цей принцип реалізовано завдяки тому, що кожна форсунка 5 забезпечена тангенційними впускними вікнами 6. Гідродинамічний кавітатор працює наступним чином. Вхідна рідина подається насосом (на кресленні насос не показано) у вхідний патрубок 2, а далі надходить у форсунки 5 через впускні вікна 6. Всередині кожної форсунки 5 рідинний потік набуває обертально-поступального руху. Внаслідок радіального градієнта тиску, який утворюється по осі потоку, формується парогазова фаза. Далі зустрічно направлені і протилежно закручені потоки рідини, що обертаються з великою швидкістю, зустрічаються в камері гальмування потоків рідини 4 і зіштовхуються, що приводить до їх різкого взаємного гальмування і, як наслідок, до підвищення статичного тиску середовища і до сплескування парогазової фази. Внаслідок цього, відбувається підвищення температури рідинного середовища. Підігріта рідина видаляється з кавітатора через вихідний патрубок 3. 5 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 95707 6 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601