Гідродинамічний струменевий кавітатор

Реферат: Гідродинамічний струменевий кавітатор, що містить циліндричний корпус із патрубками подачі і відведення рідкофазного середовища або суспензії, оснащений соплами. Сопла встановлені з можливістю регулювання їх взаємного розташування та щодо повздовжньої осі корпусу та з можливістю зміни кута між суміжними соплами в діапазоні 45-55 градусів. UA 101525 U (12) UA 101525 U UA 101525 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до пристроїв загального призначення для ефективного енергетичного оброблення рідинних середовищ внаслідок виникнення кавітації, інтенсифікації хімічних, масо- і теплообмінних процесів та генерування теплової енергії. Гідродинамічний струменевий кавітатор може бути використаний у хімічній і харчовій промисловості (гомогенізування, диспергування, емульгування, екстрагування тощо), як теплогенератор в енергетиці, а також у технологіях очищення побутових та стічних вод. Відомий гідродинамічний струменевий кавітатор, який містить корпус, де відбувається гальмування потоків рідини, що подаються соплами, встановленими назустріч одне одному, і які забезпечують обертово-поступальний рух рідини, а також патрубками подачі та відведення рідкофазного середовища. Виникнення гідродинамічної кавітації відбувається у результаті гідроудару - зіткнення зустрічно направлених і протилежно закручених потоків рідини, що обертаються з великою швидкістю [Патент України на корисну модель № 74009, F22B 3/00, 10.10.2012, Бюл. № 19, 2012 р.]. Недолік пристрою полягає у тому, що просторова орієнтація робочих елементів гідродинамічного кавітаційного теплового реактора - сопел, які встановлені назустріч один одному, тобто під кутом 180°, спричиняє формування області кавітації як між соплами, так, частково, і всередині них. Це, своєю чергою, призводить до інтенсивної ерозії цих елементів. Таке взаємне розташування сопел обмежує просторову область існування кавітації. Як наслідок, зменшується час перебування у кавітаційній області речовин, що взаємодіють між собою або які піддають кавітаційному обробленню, а, отже, і ступінь їх взаємодії, перетворення або оброблення. Крім того, обертово-поступальний рух рідини спричиняє утворення інтенсивних закручених потоків, що зумовлюють виникнення вихорів, які утруднюють розвиток бульбашкової кавітації, а тому зменшують ефективність кавітаційного оброблення рідкофазного середовища. Внаслідок дії зазначених чинників значно знижується ефективність використання підведеної до системи енергії для інтенсифікації хімічних, масо- і теплообмінних процесів, генерування теплової енергії, очищення стічних вод. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити такий гідродинамічний кавітатор, в якому зміна взаємного розташування робочих кавітувальних елементів гідродинамічного кавітаційного теплового реактора - сопел - забезпечило б формування суцільної області кавітації на деякій відстані від них і поширення цієї області від кавітувальних елементів у напрямку повздовжньої осі корпусу. Це дало б змогу уникнути ерозії елементів кавітатора, особливо сопел, сформувати видовжену, розосереджену в усьому об'ємі кавітатора кавітаційну область і, відповідно, збільшити час перебування середовищ, які піддають кавітаційному обробленню, у зоні кавітації, інтенсифікувати утворення кавітаційних бульбашок та їх колапс, що зумовить зростання ефективності внесення енергії у рідинне середовище та її використання для інтенсифікації хімічних, масо- і теплообмінних процесів, генерування теплової енергії, очищення стічних вод. Поставлена задача вирішується тим, що у гідродинамічному струменевому кавітаторі, що містить циліндричний корпус із патрубками подачі і відведення рідкофазного середовища або суспензії, оснащений соплами, згідно з корисною моделлю, сопла встановлені з можливістю регулювання їх взаємного розташування та щодо повздовжньої осі корпусу та з можливістю зміни кута між суміжними соплами в діапазоні 45-55 градусів. Розташування сопел під кутом 45-55º одне щодо одного забезпечує зіткнення струменів рідкофазного середовища на деякій відстані від кавітувальних елементів - сопел. Внаслідок цього суцільна область кавітації також формується на деякій відстані від сопел і поширюється у напрямку повздовжньої осі корпусу, а тому ерозія окремих елементів кавітатора, зокрема сопел, практично не відбувається. Формування видовженої, розосередженої в усьому об'ємі кавітатора області кавітації забезпечує збільшення часу перебування рідкофазного середовища, який обробляють, у цій області. Під час поширення області кавітації у напрямку повздовжньої осі кавітатора газоподібні речовини, що утворюються під час кавітації, виносяться потоком рідкофазного середовища із зони зіткнення струменів, де й зароджується кавітація. Внаслідок цього концентрація газоподібних речовин у зоні зіткнення струменів зменшується, що забезпечує збільшення інтенсивності виникнення кавітаційних бульбашок та їх колапсу, завдяки якому й виділяється енергія в середовищі. За кута між соплами в межах 45-50º досягається максимальна площа зіткнення струменів рідини з найбільшою кінетичною енергією. Це дає змогу якнайповніше використати потенційну енергію тиску рідкофазного середовища для збудження і розвитку явища кавітації і тим самим перетворити її в енергію, що виділяється після колапсу кавітаційних бульбашок. Усе зазначене зумовлює підвищення ефективності внесення енергії у рідкофазне середовище і, як наслідок, сприяє інтенсифікації хімічних, масо- і теплообмінних процесів та генерування теплової енергії. 1 UA 101525 U 5 10 15 20 На кресленні зображено повздовжній переріз гідродинамічного кавітатора, де: 1 - патрубок подачі; 2, 7 - обойми; 3, 8 - вставки; 4 - сопла; 5 - прокладки; 6 - корпус; 9 - патрубок відведення. Гідродинамічний струменевий кавітатор складається з циліндричного корпусу 6 з патрубками подачі 1 та відведення 9, який розташований між вставками 3 і 8, кожна з яких розміщена в обоймі, відповідно 2 і 7. Вставка 3 з боку подавання рідкофазного потоку оснащена конусом для зменшення опору та рівномірного розподілу потоку на сопла 4. Для монтування сопел 4 у вставці 3 виконано отвори під кутом у межах 45-55°. У вставках 3 і 8 виконано кільцеві канавки для монтування в них корпусу 6. Обойма 2 оснащена патрубком подачі 1, а обойма 7 патрубком відведення 9. Корпус 6 фіксується між обоймами 2 і 7 елементами кріплення. Герметизація гідродинамічного струменевого кавітатора досягається за допомогою прокладок 5. Гідродинамічний струменевий кавітатор працює так. Рідкофазне середовище, яке піддають кавітаційному обробленню, під тиском подають через патрубок подачі 1 у простір між обоймою 2 і вставкою 3. Потік за допомогою конуса вставки 3 рівномірно розподіляється січенням цього простору і надходить у сопла 4. На виході із кожного сопла формується струмінь, що володіє високою кінетичною енергією. Під час зіткнення струменів на деякій відстані від сопел 4 у рідкофазному середовищі збуджується кавітація й формується область кавітації всередині корпусу 6. За рахунок руху потоку ця область поширюється вздовж осі кавітатора на весь корпус 6. Компоненти рідкофазного середовища піддаються інтенсивному обробленню в області існування кавітації, внаслідок чого інтенсифікуються хімічні процеси, масо- і теплоперенесення, генерування теплової енергії, очищення стічних вод. Після оброблення у кавітаційному полі рідкофазне середовище через патрубок відведення 9 виводиться з кавітатора. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Гідродинамічний струменевий кавітатор, що містить циліндричний корпус із патрубками подачі і відведення рідкофазного середовища або суспензії, оснащений соплами, який відрізняється тим, що сопла встановлені з можливістю регулювання їх взаємного розташування та щодо повздовжньої осі корпусу та з можливістю зміни кута між суміжними соплами в діапазоні 45-55 градусів. Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2