Ультразвуковий кавітаційний пристрій

Изобретение относится к устройствам для диспергирования и перемешивания потоков жидкостей и может быть использовано для проведения технологических процессов в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях народного хозяйства, а также для гомогенизации тяжелых топлив. Известен ультразвуковой смеситель, выбранный в качестве прототипа, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода цилиндрическую камеру с излучателями выполненными в виде последовательно установленных по спирали Архимеда лопаток, образующих каналы [Авт.св. СССР № 316482, кл. В 06 В 1/20, 1971]. Однако известный ультразвуковой смеситель не обеспечивает требуемого качества перемешивания диспергирования и гомонизации обрабатываемой среды, так как обработка ведется только энергией звуковых или ультразвуковых колебаний, кроме этого, смеситель не обеспечивает регулирования величины расхода обрабатываемой среды. В основу изобретения поставлена задача создать такое ультразвуковое кавитационное устройство, в котором путем введения нсвых конструктивных элементов, обеспечивающих кавитационное воздействие на обрабатываемую среду, позволило бы увеличить степень диспергирования, повысить качество перемешивания, обеспечить регулирование величины расхода обрабатываемой среды. Поставленная задача решается тем, что в ультразвуковом кавитационном устройстве, содержащем корпус с патрубками подвода и отвода, цилиндрическую камеру, внутри которой установлены по спирали Архимеда лопатки, каналы, в камере размещена втулка с выполненными по окружности щелевыми отверстиями, суммарная площадь которых меньше площади поперечного сечения втулки и рассекатель потока, выполненный в виде последовательно расположенных турбулизирующего элемента и размещенных по спирали Архимеда лопаток, при этом втулка установлена с возможностью продольного перемещения относительно корпуса, внутри втулки, в зоне расположения щелевых отверстий, установлен турбулизирующий элемент рассекателя, а лопатки рассекателя выведены за пределы втулки и размещены в каналах между лопатками, установленными в камере, причем устройство снабжено фиксирующим механизмом. Втулка связана с корпусом резьбовым соединением. Втулка установлена с возможностью вращения относительно рассекателя потока. Турбулизирующий элемент выполнен в виде конуса, вершина которого направлена в сторону патрубка подвода. Фиксирующий механизм выполнен в виде стопорных винтов диаметрально установленных в корпусе, взаимодействующих со втулкой. Сопоставленный анализ с прототипом показывает, что заявляемое ультразвуковое кавитационное устройство отличается тем, что в камере размещена втулка с выполненными по Окружности щелевыми отверстиями, суммарная площадь которых меньше площади поперечного сечения втулки и рассекатель потока, выполненный в виде последовательно расположенных турбулизирующего элемента и размещенных по спирали Архимеда лопаток, при этом втулка установлена с возможностью продольного перемещения относительно корпуса, внутри втулки, в зоне расположения щелевых отверстий, установлен турбулизирующий элемент рассекателя, а лопатки рассекателя выведены за пределы втулки и размещены в каналах между лопатками, установленными в камере, причем устройство снабжено фиксирующим механизмом. Втулка связана с корпусом резьбовым соединением. Втулка установлена с возможностью вращения относительно рассекателя. Турбулизирующий элемент выполнен в виде конуса, вершина которого направлена в сторону патрубка подвода. Фиксирующий механизм выполнен в виде стопорных винтов, диаметрально установленных в корпусе, взаимодействующих со втулкой. Размещение в камере втулки с выполненными по окружности щелевыми -отверстиями, Суммарная площадь которых меньше площади поперечного сечения втулки, установка внутри втулки, в зоне расположения щелевых отверстий, турбулизирующего элемента, выполненного в виде корпуса, вершина которого направлена в сторону патрубка подвода, позволяет: - создать за щелевыми отверстиями зоны кавитации высокой интенсивности, что приводит к увеличению степени диспергирования и гомогенизации обрабатываемой среды; - создать турбулизацию потока, чем создаются условия для более качественного перемешивания обрабатываемой среды. Установка втулки с возможностью продольного перемещения относительно корпуса, связь ее с корпусом резьбовым соединением, установка втулки с возможностью вращения относительно рассекателя, вывод размещенных по спирали Архимеда лопаток рассекателя за пределы втулки и размещение их в каналах между лопатками, установленными в камере позволяет производить бесступенчатое регулирование величины расхода обрабатываемой среды, путем уменьшения поперечного сечения каналов, образованных лопатками. Фиксирующий механизм, выполненный в виде винтов, диаметрально установленных в корпусе, взаимодействующих со втулкой позволяет надежно, без перекосов, фиксировать втулки, а значит и лопатки рассекателя в каналах в заданном положении, при установлении величины расхода. Таким образом технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого изобретения, выражается в увеличении степени перемешивания, диспергирования и гомогенизации обрабатываемой среды и обеспечении бесступенчатого регулирования величины расхода. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена конструктивная схема ультразвукового кавитационного устройства, продольный разрез; на фиг.2 - излучатель, продольный разрез. Ультразвуковое кавитационное устройство содержит корпус 1 (в данном варианте исполнения он выполнен из трех частей для удобства сборки-разборки) с патрубками подвода 2 и отвода 3, цилиндрическую камеру 4. В камере 4. установлены по спирали Архимеда лопатки 5, образующие каналы 6. Втулка 7 установлена в камере, 4, связана с корпусом 1 резьбовым соединением 8 и по ее окружности выполнены щелевые отверстия 9. Суммарная площадь щелевых отверстий 9 меньше площади поперечного сечения втулки 7. Внутри камеры 4 расположен, рассекатель 10, включающий турбулцзирующий элемент 11, выполненный (в данном варианте исполнения) в виде конуса, установленного внутри втулки 7 в зоне расположения щелевых отверстий 9, вершина которого направлена в сторону патрубка подвода 2, Втулка 7 установлена с возможностью вращения относительно рассекателя 10. Расположенные по спирали Архимеда лопатки 12 рассекателя 10, выведены за пределы втулки 7, размещены в каналах 6 между лопатками 5, образуя излучатель 13. В корпусе 1 диаметрально установлены стопорные винты 14 (в данном варианте исполнения их два) для фиксирования втулки 7 в заданном положении. Устройство работает следующие образом. Перед началом работы вращением втулки 7 через окно в корпусе (не показано), устанавливается, посредством изменения поперечного сечения каналов 6 излучателя 13, необходимая величина расхода обрабатываемой среды. Обрабатываемый поток через патрубок подвода 2 поступает в камеру 4. Двигаясь внутри втулки 7, он обтекает турбулизирующий элемент 11. Скорость потока за счет сужения проходного сечения увеличивается, затем проходя через щелевидные отверстия 9, за счет еще большего сужения проходного сечения, скорость потока резко возрастает, а давление падает. Это позволяет создать зону кавитации высокой интенсивности за щелевыми отверстиями 9 и равномерно подвергнуть обрабатываемый поток кавитационному воздействию. При кавитации в микрообъемах жидкости происходит схлопывание огромного количества пузырьков (каверн), в результате чего возникают местные гидравлические ударные давления до 10 МП комулятивные микроструи с огромной скоростью (200-400 м/с). Это приводит к сильной турбулизации потока, и оказывает размалывающее воздействие на обрабатываемую среду и, таким образом, создаются условия для точного и качественного перемешивания и диспергирования частиц обрабатываемой среды. Затем поток направляется в каналы 6 излучателя 13. Проходя по указанным каналам профилированной формы поток направляется под острым углом на стенки лопаток 5 и 12, чем обеспечивается преобразование энергии потока жидкости в энергию интенсивных высокочастотных колебаний, Этим обеспечивается высокое качество гомогенизации, диспергирования и перемешивания обрабатываемой среды. После прохождения потоком излучателя 13, он поступает в патрубок отвода 3. Заявляемое ультразвуковое кавитационное устройство обеспечивает высокое качество однородности обрабатываемой среды, части которой нельзя отделить друг от друга механическим путем, я том числе тонкое измельчение твердых, жидких и смолистых тел, дает возможность объединению простых молекул или ионов в более сложные, не вызывая при этом изменения химической природы вещества. Заявляемое устройство может использоваться в качестве: - иктенсификатора сгорания топлива в тепловых двигателях непосредственно перед подачей топлива в камеру сгорания. Обеспечивает снижение удельного расхода топлива, на 5-6% и значительное уменьшение дымности и токсичности выпускаемых газов; - гомогенизатора в системах топливо-подготовки энергетических установок, исключающего необходимость применения сепаратора, обеспечивает экономию до 2% топлива и решает экономические проблемы, связанные с утилизацией отходов сепарации; - устройства для улучшения эксплуатационных свойств моторных масел (в процессе работы их в двигателях), обеспечивающего повышение срока службы деталей двигателя и работающего масла на 1525%; - устройства для перемешивания и диспергирования в средах жидкость-жидкость.