Ультразвуковий змішувач-активатор

Ультразвуковий змішувач-активатор, що містить установлену на основі за допомогою амортизаторів ємність з сферичною кришкою і днищем, завантажувальний і розвантажувальний патрубки, горизонтально закріплену за допомогою амортизуючих кільцевих прокладок мембрану з магнітострикційним випромінювачем, концентратори ультразвукових коливань і запірно-роздавальну арматуру, який відрізняє ться тим, що він містить вертикально установлену ємність, верхня частина якої циліндрична, а нижня - лійкоподібної форми, під кришкою якої між герметизуючими прокладка 3 25852 ми, кожна із яких розташована під мембраною і змонтована на ємність, за допомогою кільця і прокладки, установленої паралельно осі ємності, тягою з кульовими клапанами, один із яких розташований, в кришці ємності, а кожен із наступних - в днищі мембрани. Мембрана виконана у вигляді тарілчастої форми з перфорованою відбортовкою, причому кожен перетворювач розташований на днищі мембрани [а.с. СРСР №1451027, М.Кл. В5/46, Бюл. №2, 1989p.]. Недоліком цієї установки є: - значна витрата електроенергії, так як кожна мембрана забезпечена магнітострикційним перетворювачем; - ненадійність в роботі кульових клапанів, що знижує продуктивність установки в результаті їх частої заміни. Відомий також [“Пристрій для активації цементної суспензії" по авт. свід. №1175720, опубл. в Бюл. №32, 1985p.], який утримує закріплений в днищі корпуса магнітострикційний перетворювач з паралельною валам випромінюючою пластиною, а вали виконані різношвидкісними, причому високошвидкісний вал виконаний з закріпленими на ньому дисками, які чергуються з шайбами, а низькошвидкісний вал - у вигляді пустотного барабана з кільцевими канавками, в які входять диски високошвидкісного вала. Недоліками цієї установки є: - недостатня ступінь диспергування твердої фази суспензії; - недостатня ступінь змішування складових суспензії; - низька продуктивність установки. Відомий також [“Диспергатор-змішувач" патент України №60418, опубл. в Бюл. №10, 2003p., Кл. В28С5/46], який утримує змонтовану на амортизаторах герметичну ємність з завантажувальною і розвантажувальною арматурою, установленим в ній барабаном і магнітострикційними перетворювачами, закріпленими жорстко симетрично і протилежно горизонтальному діаметру ємності на її зовнішній поверхні, а на її вн утрішній поверхні поздовжньо і жорстко установлені з'ємні сегменти, профіль яких зменшується по ввігнутій кривій по ходу обертання барабана, а також з жорстко і поздовжньо закріпленими на зовнішній поверхні барабана з'ємними сегментами, профіль яких зменшується по випуклій кривій по напрямку його обертання. Недоліками диспергатора-змішувача є: - значний знос сегментів на внутрішній поверхні ємності і зовнішній поверхні барабана, складність їх ви готовлення і заміни; - перегрівання магнітострикційних перетворювачів і необхідність в технологічних перервах, що зменшує продуктивність установки. Як найближчий аналог прийнятий “Змішувачактиватор" [патент України №52977 опубл. в Бюл. №1, 2003p.], який містить установлену на основі за допомогою амортизаторів ємність з сферичною кришкою і днищем, завантажувальний і розвантажувальний патрубки, горизонтально закріплену за допомогою амортизуючих кільцевих прокладок, мембрану з магнітострикційним випромінювачем, 4 концентратори ультразвукових коливань у вигляді співвісно і концентрично розміщених пустотілих конічних оболонок із закругленими вершинами з перепускними отворами, запірно-роздавальну арматуру, які забезпечені додатковими розвантажувальними патрубками, один із кінців кожного з яких розміщений за днищем, а другий зв'язаний з кожним наступним від внутрішнього концентратором, при чому мембрана і концентратори виконані з центральним отвором. Випромінювач розміщений на мембрані з кришкою, вершини концентраторів спрямовані в бік днища, при цьому перепускні отвори розміщені на кожному концентраторі, наступному від внутрішнього, у верхній частині конічної поверхні, а кожний додатковий розвантажувальний патрубок з'єднаний з концентратором біля центрального отвору. Спільними конструктивними рішеннями для прототипу і ультразвукового змішувача-активатора є те, що установлена на основі за допомогою амортизаторів ємність з сферичною кришкою і днищем, завантажувальним і розвантажувальним патрубками, горизонтально закріплена, за допомогою кільцевих прокладок, мембрана з магнітострикційним випромінювачем, концентратор ультразвукових коливань і запірно-роздавальна арматура. Задачею корисної моделі є підвищення якості суспензії і удосконалення конструкції установки. Конструктивно задача вирішується тим, що ультразвуковий змішувач-активатор утримує вертикально установлену ємність, верхня частина якої циліндрична, а нижня - воронкоподібної форми, під кришкою якої, між герметизуючими і амортизуючими прокладками горизонтально установлена мембрана з центрально і жорстко закріпленим магнітострикційним перетворювачем, яка забезпечена отворами, розміщеними по контуру з внутрішньої сторони жорстко і центрально закріпленого, з нижньої сторони мембрани, першої ланки ультразвукових хвиль стаканної форми з отворами кругом стрижня, до дна якого жорстко і центрально закріплена друга аналогічна ланка концентратора меншого діаметра з отворами, які розміщуються по контуру вн утрішньої сторони третьої ланки концентратора стаканної форми з центральним отвором в його дні, який меншого діаметра від попереднього і аналогічно закріпленого до нього, а далі, жорстко і центрально закріплена до попереднього, четверта ланка з центральним отвором і меншого діаметра. Конструктивне рішення виконання ультразвукового змішувача-активатора забезпечується суттєвими відмінними ознаками, в порівнянні з аналогами. Введення нових ознак, які вказують на наявність суттєвих відмінностей є мембрана з концентраторами ультразвукових хвиль, ланки якої мають форму стаканів, діаметр яких зменшується зверху вниз. Кожна ланка такого концентратора працює як окремий циліндричний концентратор, що сприяє додатковому посиленню ультразвукового поля. Принцип дії всіх ланок концентратора оснований на збільшенні амплітуди коливального змі 5 25852 щення його частин в результаті зменшення поперечного розтину у відповідності до закону збереження кількості руху. При цьому збільшення амплітуди зміщення буде тим більше, чим більше різниця діаметрів ланок. Таке конструктивне рішення концентратора, при умові подачі суспензії у внутрішній простір його складових, забезпечує значне підвищення ступеня диспергування твердих частинок суспензії, така як створення умови для нового функціонального призначення - концентратора ультразвукових хвиль, пристрою для значного посилення ультразвукового поля (амплітуди коливального зміщення частин). Відповідно підвищується значення ультразвукової кавітації, як деструктора твердої фази в рідині. Таким чином, відхід від співвісних і концентрично розміщених пустотіли х конічних оболонок, яке має місце в найближчому аналозі, дозволяє одержати нове сполучення вузлів і деталей, яке характеризується новими корисними властивостями установки. Зміна форми складових (ланок) концентратора, крім цього, забезпечує зменшення лінійних розмірів по висоті, а зміна форми нижньої частини ємності зменшує відповідно металоємність. Конструктивне розміщення отворів в горизонтальній мембрані в кожній ланці концентратора сприяє збільшенню шляху переміщення суспензії в ультразвукових полях, що сприяє інтенсифікації руйнування твердих частинок дією кавітації та якісному змішуванню продуктів руйнування з рідкою фазою. Ультразвуковий змішувач-активатор містить вертикально установлену ємність 1, на амортизаторах 22 верхня частина якої циліндрична, а нижня - воронкоподібної форми, яка забезпечена днищем 2 з центральним вихідним патрубком 3 забезпеченим корковим краном 4 і кришкою 5 з центральним вхідним патрубком 6, обладнаним корковим краном 7, під якою, між амортизаційними і герметизуючими прокладками 8 і 9, на ємності 1 горизонтально установлена мембрана 10 з центрально і жорстко закріпленим магнітострикційним перетворювачем 11, яка забезпечена отворами 12, розміщеними по контуру з внутрішньої сторони жорстко і центрально закріпленої з нижньої сторони мембрани 10 першої ланки 13 концентратора ультразвукових хвиль стаканної форми з отворами 14 кругом стрижня 15, до дна якого жорстко і центрально закріплено друга аналогічна ланка концентратора 16 меншого діаметра з отворами 17, які розміщуються по контур у вн утрішньої стінки третьої ланки концентратора 18 стаканної форми з центральним отвором 19 в його дні, який меншого діаметра від попереднього і жорстко та центрально закріплений до нього, а далі жорстко і 6 центрально закріплена четверта ланка концентратора 20 з центральним отвором 21 меншого діаметра. Ультразвуковий змішувач - активатор працює таким чином. При закритому корковому крані 4, включеному високочастотному генераторові (не показаний) магнітострикційного перетворювача 11 в відкритому корковому крані 7 по патрубку 6 в ємність 1 подають суспензію для активації і змішування, яка поступає на корпус магнітострикційного перетворювача 11, охолоджує його і піддається дії ультразвукових полів випромінюваних самим корпусом і верхньою стороною мембрани 10. В турбулентних потоках суспензії, під дією ультразвукових полів, виникають явища кавітації, які є потужними факторами диспергування твердих частинок в рідині та якісного змішування продуктів руйн ування з рідиною. Одночасно діють і додаткові фактори руйнування твердої фази: удари і співудари твердих частинок, їх різновидне тертя та механічна ерозія. Значне збільшення питомої поверхні твердих частинок в рідині та їх рівномірний розподіл по всьому об'єму забезпечує пропорційне підвищення активності суспензії в цілому. Далі суспензія проходить через отвори 12, які діють як циліндричні концентратори та гідродинамічні випромінювачі, попадає в першу ланку концентратора 13, який представляє собою кільце прямокутного розтину зі стрижнем 15 по вертикальній осі, де піддається дії ультразвукових полів випромінюваних нижньою стороною мембрани 10, верхньою і боковими внутрішніми стінами цього концентратора і т.д.. Розміщення отворів 14, 17, 19, які працюють аналогічно отворам 14, в протилежних сторонах сприяє підвищенню турбулентності рідини, а також збільшенню терміну дії ультразвукових, полів на суспензію. При виході через отвір 21 четвертої ланки концентратора 20 суспензія поступово заповнює ємність і послідовно на неї діють ультразвукові поля, які випромінюють зовнішні сторони ланок 20, 18, 16 і 13 концентратора, чим підтримується дія кавітації у всьому об'ємі ємності 1. Після заповнення ємності частково або повністю відкривають корковий кран 4 і по вихідному патрубку 3 активована і змішана суспензія видаляється для подальшого використання. Одночасно корковим краном 7 регулюється об'єм суспензії, яка поступає в ємність і процес продовжується в безперервному режимі. По закінченні роботи установка промивається аналогічним чином, після чого виключають високочастотний генератор (не показаний) магнітострикційного перетворювача 11. При відновлені роботи процес повторюється. 7 Комп’ютерна в ерстка М. Мацело 25852 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601