Генератор кавітації

Корисна модель належить до галузі теплотехніки, а саме до кавітаційних апаратів і може бути використаний у системі опалення будинків та споруд для нагрівання рідин, а також для інтенсифікації технологічних процесів отримання пальних сумішей, особливо мазуту. Відомий генератор кавітації, який містить підвідний трубопровід, загальну камеру з основним струминним випромінювачем, виготовленим у вигляді криволінійних сопел, утворених двома стінками з вихідними крайками, розташованих по формі спіралі Архімеда, додаткового випромінювача, стінки сопел якого виготовлені з направленням спіралі протилежно спіралі основного випромінювача, та сполучену з загальною камерою відвідну трубу /1/. До недоліків відомого генератора кавітації відноситься те, що існуюча конструкції є дуже складною по виготовленню і монтажу конструктивних елементів, а наявність обтічних тіл приводить до кавітаційної ерозії робочих поверхонь випромінювачів і камер. Відомий генератор кавітації, який містить підвідний трубопровід, загальну камеру у вигляді двох сполучених циліндричних поверхонь різної кривизни з основним струминним випромінювачем, та сполучену з загальною камерою відвідну трубу /2/. До недоліків відомого генератора кавітації відноситься те, що в конструкції використаний відносно плавний перехід рідини з вхідного каналу в загальну камеру, що обумовлює не таке різке, як бажано, зниження тиску, необхідного для зародження у рідині великій кількості кавітаційних бульбашок. До недоліків відомого генератора кавітації відноситься і те, що існує можливість згину внутрішнього випромінювача у зв'язку з його малою товщиною (і, як слідство, недостатньою жорсткістю). Найбільш близькою корисною моделлю як за суттю, так і по задачах, що вирішуються, яка обрана за прототип, є генератор кавітації, який містить загальну камеру, струминний випромінювач, розташований усередині камери, підвідний трубопровід і відвідну трубу, розміщені зовні корпуса камери і з'єднані з внутрішньою порожниною через отвори в стінках корпуса камери, при цьому струминний випромінювач виконаний у вигляді стінки, причому вільний кінець стінки виконаний у вигляді зовнішніх поверхонь, що сходяться на клин /3/. До недоліків відомого генератора кавітації, який обрано за прототип, відноситься те, що існуюча конструкції є дуже складною по виготовленню і монтажу конструктивних елементів, а наявність обтічних тіл приводить до кавітаційної ерозії робочих поверхонь випромінювачів і камер. До недоліків відомого генератора кавітації, який обрано за прототип, відноситься і те, що в конструкції використаний відносно плавний перехід рідини з вхідного каналу в загальну камеру, що обумовлює не таке різке, як бажано, зниження тиску, необхідного для зародження у рідині великій кількості кавітаційних бульбашок. До недоліків відомого генератора кавітації відноситься також і те, що існує можливість під тиском рідини згину внутрішнього випромінювача у зв'язку з його малою товщиною (і, як слідство, недостатньою жорсткістю). В основу корисної моделі покладена задача шляхом зміни довжини вхідного отвору, його геометрії та геометрії внутрішнього струминного випромінювача, забезпечити більш різку зміну швидкості та тиску рідин, що обумовлює інтенсивне зародження кавітаційних бульбашок. Суть корисної моделі в генераторі кавітації, який містить загальну камеру, струминний випромінювач, розташований усередині камери, що підвідний трубопровід і відвідну трубу, розміщені зовні корпуса камери і з'єднані з внутрішньою порожниною через отвори в стінках корпуса камери, при цьому струминний випромінювач виконаний у вигляді стінки, причому вільний кінець стінки виконаний у вигляді зовнішніх поверхонь, що сходяться на клин, полягає в тому, що камера додатково містить кришку з виконаним на ній відвідним отвором, камера виконана у вигляді двох сполучених циліндричних поверхонь різної кривизни та вхідного каналу, що розділені стінками струминного випромінювача, підвідний трубопровід приєднаний до корпуса камери в площині повороту потоку рідини, відвідна труба розташована перпендикулярно площини повороту потоку рідини і вісесиметрично відвідного отвору кришки, вхідний отвір виконаний квадратного чи будь-якого іншого перетину, вхідний канал виконаний постійного квадратного поперечного перерізу по усій своїй довжині. Суть корисної моделі полягає і в тому, що вхідний канал складається з двох з'єднаних між собою частин - прямолінійної і вигнутої по радіусу, прямолінійна частина каналу сполучена з вхідним отвором, вигнута частина каналу закінчується на грані з'єднання бічних поверхонь стінки струминного випромінювача. Суть корисної моделі полягає також і в тому, що бічними стінками вхідного каналу є, відповідно, зовнішня стінка струминного випромінювача і внутрішня стінка корпуса камери, внутрішня стінка корпуса камери і зовнішня стінка струминного випромінювача вигнуті по радіусам з загальним центром, внутрішня поверхня стінки випромінювача виконана вигнутою по радіусу, центр якого знаходиться на подовжній осі відвідної труби, висота бічних стінок камери, вхідного каналу і стінок струминного випромінювача рівні між собою, зазначені стінки розміщені вертикально щодо площини повороту потоку рідини, висота стінок постійна і визначена параметрами вхідного отвору, центри всіх циліндричних поверхонь, що утворюють порожнину камери, стінок вхідного каналу і струминного випромінювача розташовані в різних точках усередині камери генератора кавітації. Порівняльний аналіз технічного рішення з прототипом показує, що генератор кавітації, який заявляється, відрізняється тим, що камера додатково містить кришку з виконаним на ній відвідним отвором, камера виконана у вигляді двох сполучених циліндричних поверхонь різної кривизни та вхідного каналу, що розділені стінками струминного випромінювача, підвідний трубопровід приєднаний до корпуса камери в площині повороту потоку рідини, відвідна труба розташована перпендикулярно площини повороту потоку рідини і вісесиметрично відвідного отвору кришки, вхідний отвір виконаний квадратного чи будь-якого іншого перетину, вхідний канал виконаний постійного квадратного поперечного перерізу по усій своїй довжині, вхідний канал складається з двох з'єднаних між собою частин - прямолінійної і вигнутої по радіусу, прямолінійна частина каналу сполучена з вхідним отвором, вигнута частина каналу закінчується на грані з'єднання бічних поверхонь стінки струминного випромінювача, бічними стінками вхідного каналу є, відповідно, зовнішня стінка струминного випромінювача і внутрішня стінка корпуса камери, внутрішня стінка корпуса камери і зовнішня стінка струминного випромінювача вигнуті по радіусам з загальним центром, внутрішня поверхня стінки випромінювача виконана вигнутою по радіусу, центр якого знаходиться на подовжній осі відвідної труби, висота бічних стінок камери, вхідного каналу і стінок струминного випромінювача рівні між собою, зазначені стінки розміщені вертикально щодо площини повороту потоку рідини, висота стінок постійна і визначена параметрами вхідного отвору, центри всіх циліндричних поверхонь, що утворюють порожнину камери, стінок вхідного каналу і струминного випромінювача розташовані в різних точках усередині камери генератора кавітації. Таким чином, генератор кавітації, який заявляється, відповідає критерію корисної моделі "новизна". Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де на фіг.1 показаний загальний вигляд генератора кавітації, який заявляється, на фіг.2 показана конструктивно-компонувальна схема генератора кавітації, який заявляється, на фіг.3 показаний генератор кавітації, який заявляється, на виді збоку (з боку торцевої стінки корпуса та вхідного отвору), на фіг.4 показаний генератор кавітації, який заявляється, на виді зверху з боку кришки та відвідної труби, на фіг.5 показаний генератора кавітації, який заявляється, в поперечному перетині А-А, на фіг.6 подана схема взаємного розташування струминного випромінювача і внутрішньої стінки корпуса загальної камери, на фіг.7 подана схема вхідного каналу з поясненням його геометрії, на фіг.8 подана схема конструкції передньої торцевої стінки камери з поясненням геометрії вхідного отвору вхідного каналу. Генератор кавітації (як варіант конструктивного виконання) містить (див. фіг.1-4) загальну камеру 1, струминний випромінювач 2 (див. фіг.6), розташований усередині камери 1, підвідний трубопровід 3 і відвідну трубу 4, розміщені зовні корпуса камери 1. Підвідний трубопровід 3 з'єднаний із внутрішньою порожниною 5 камери 1 через отвір 6, виконаний в торцевій стінці 7 корпуса 8 камери 1 (див. фіг.8). Конструктивно струминний випромінювач 2 виконаний у вигляді стінки, причому вільний кінець 9 стінки струминного випромінювача 2 виконаний у вигляді зовнішніх поверхонь (відповідно, позиції 10 і 11)(див. фіг.5 і фіг.6), що сходяться на клин (позиція 9) (див. фіг.6). Камера 1 генератора кавітації додатково містить кришку 12 з виконаним на ній відвідним отвором 13 (див. фіг.1). Конструктивно камера 1 виконана у вигляді двох сполучених циліндричних поверхонь різної кривизни та вхідного каналу 14, що розділені стінками (позиції 10 і 11) струминного випромінювача 2 (див. фіг.5). Підвідний трубопровід 3 приєднаний до корпуса (позиція 8) камери 1 у площині повороту потоку рідини (див. фіг.1-2). Відвідна труба 4 розташована перпендикулярно площини повороту потоку рідини і вісесиметрично відвідного отвору 13 кришки 12 (див. фіг.2). Вхідний отвір 6 виконаний квадратного чи будь-якого іншого поперечного перерізу з площиною Q1 поперечного перерізу (див., відповідно, фіг.7 та фіг.8). Конструктивно вхідний канал 14 виконаний постійного квадратного поперечного перерізу по усій своїй довжині, де зазначені площини Q1, Q2, Q3, ... та Qn поперечного перерізу є рівними між собою (див. фіг.7). Вхідний канал 14 складається з двох з'єднаних між собою частин - прямолінійної (позиція 15) і вигнутої по радіусу (позиція 16)(див. фіг.5 та фіг.7). Конструктивно і технологічно прямолінійна частина (позиція 15) каналу 14 сполучена з вхідним отвором 6 (див. фіг.5 та фіг.8). Вигнута частина (позиція 16) каналу 14 закінчується на грані (позиція 9) з'єднання на клин 9 бічних поверхонь (позиції 10 і 11) стінки струминного випромінювача 2 (див. фіг.5-6). Конструктивно бічними стінками каналу 14 є, відповідно, зовнішня стінка (позиція 10) струминного випромінювача 2 і внутрішня стінка (позиція 17) корпуса 8 камери 1. Конструктивно внутрішня стінка (позиція 17) корпуса 8 камери 1 і зовнішня стінка (позиція 10) струминного випромінювача 2 вигнуті по радіусу, відповідно, R і r, із загальним центром О1. Конструктивно внутрішня поверхня (позиція 11) стінки випромінювача 2 вигнута по радіусу R1, центр O2 якого знаходиться на подовжній осі відвідної труби 4 (див. фіг.5). Висота h бічних стінок (позиція 17) камери 1, бічних стінок (позиції 10 і 17) вхідного каналу 14 і стінок (позиції 10 і 11) струминного випромінювача 2 однакова, а зазначені стінки розміщені вертикально щодо площини повороту потоку рідини. Конструктивно висота h стінок (позиції 10, 11 і 17) постійна і визначена параметрами вхідного отвору 6 (див. фіг.6-8). Центри (точки О1і O2) усіх циліндричних поверхонь, що утворюють внутрішню порожнину 5 камери 1, стінок вхідного каналу 14 і струминного випромінювача 2, розташовані в різних точках усередині камери 5 генератора (див. фіг.5). Генератор кавітації працює наступним чином. Попередньо виготовляють конструктивні елементи генератора кавітації, а саме, корпус камери 1, кришку 12 камери 1, що підвідний трубопровід 3 і відвідну трубу 4. Після виготовлення корпусу камери 1 у ньому на бічній стінці 7 виконують вхідний отвір 6. При цьому вхідний отвір 6 виконують квадратного поперечного перерізу (як варіант конструктивного виконання) (див. фіг.8). Після виготовлення кришки 12 у ній виконують відвідний отвір 13, при цьому згаданий відвідний отвір 13 виконують круглого поперечного перерізу (див. фіг.1 та фіг.4). Підвідний трубопровід 3 і відвідну трубу 4 виконують у вигляді тонкостінного циліндра (див. фіг.1-4). Конструктивно і технологічно внутрішню порожнину 5 камери 1 виконують складної геометричної форми, а саме, у вигляді двох сполучених циліндричних поверхонь різної кривизни з радіусами, відповідно, R і r (із загальним центром О1), та R1 (з центром O2, який знаходиться на подовжній осі відвідного трубопроводу 4) і вхідного каналу 14, що розділені стінками (позиції 10 і 11) струминного випромінювача 2 (див. фіг.5). Струминний випромінювач 2 виконують формою, що являє собою циліндричні поверхні (з радіусами R і r), що сходяться в гостру грань 9 (див. фіг.5 та фіг.6). Отриманий у результаті виготовлення корпуса камери 1 вхідний канал 14 складається з двох з'єднаних між собою частин - прямолінійної (позиція 15) і вигнутої по радіусу (позиція 16)(див. фіг.7). Конструктивно і технологічно прямолінійна частина (позиція 15) каналу 14 виконана як подовження вхідного отвору 6 (див. фіг. 8) з його геометричними параметрами. Вигнута частина (позиція 16) каналу 14 закінчується на грані (позиція 9) з'єднання бічних поверхонь (позиції 10 і 11) стінки струминного випромінювача 2 (див. фіг.6). Конструктивно вхідний канал 14 виконують постійного квадратного поперечного перерізу по усій своїй довжині, де зазначені площини Q1, Q2, Q3,... та Qn поперечного перерізу будуть рівними між собою (див. фіг.7). Форма загальної камери 1 кавітаційного генератора у вигляді двох сполучених циліндричних поверхонь різної кривизни і квадратна форма вхідного отвору 6 і каналу 14, продовженого аж до осі симетрії зовнішнього контуру генератора, приводить до більш різкої зміни напрямку руху рідини та зниження тиску рідини до величини тиску насичених парів, що обумовлює виникнення кавітаційних явищ, які інтенсифікують процеси масообміну. Зміна довжини вхідного каналу (позиція 14) збільшує товщину внутрішнього струминного випромінювача 2, що призведе до підвищення терміну роботи генератора кавітації. У виготовленому корпусі 8 генератора кавітації висота h бічних стінок (позиція 17) камери 1, бічних стінок (позиції 10 і 17) вхідного каналу 14 і стінок (позиції 10 і 11) струминного випромінювача 2 виконана однаковою, а зазначені стінки розміщені вертикально щодо площини повороту потоку рідини. Висота h стінок (позиції 10, 11 і 17) корпуса 8 генератора кавітації визначається параметрами вхідного отвору 6. Центри (точки О1 і O2) усіх циліндричних поверхонь, що утворюють внутрішню порожнину 5 камери 1, стінок вхідного каналу 14 і струминного випромінювача 2 розташовані в різних точках усередині камери 5 згаданого генератора кавітації (див. фіг.5). Зібраний з вищевказаних конструктивних елементів генератор кавітації встановлюється в технологічну лінію, до якої він приєднується за допомогою підвідного трубопроводу 3 і відвідної труби 4 (які попередньо приєднані, відповідно, до вхідного отвору 6 і відвідному отвору 13). Рідини, під тиском, по підвідному трубопроводу 3 поступають у внутрішню порожнину 5 загальної камери 1, а саме, через вхідний отвір 6 квадратного поперечного перерізу (площини Q1) в канал 14 камери 1, частина (позиція 15) якого виконана прямолінійною. З зазначеної частини каналу 14 рідини потрапляють до частини (позиція 16) каналу 14, вигнутої по радіусу (позиція R) (див. фіг.5). На виході з каналу 14 (в районі вільного кінця 9 стінки струминного випромінювача 2) рідини потрапляють різко розширену порожнину 5 камери 1, де закручуються. Форма і геометрія порожнини каналу 14 та камери 1 забезпечує різку зміну направлення руху рідин та зниження тиску рідин до величини тиску насичених парів, що обумовлює формування каверн, які замикаються безпосередньо в потоці далеко від робочих поверхонь камери 1 генератора кавітації. Нестаціонарна хвостова частина каверни генерує поле кавітаційних мікробульбашок, які, при замиканні, інтенсифікують процеси масообміну та хімічні перетворення. Створена кавітаційна суміш кавітаційних мікробульбашок відводиться з камери 5 через відвідний отвір 13 (який виконано в кришці 12) і далі по відвідній трубі 4 в технологічну лінію до споживачів. Дослідами було встановлено, що запропонований генератор кавітації дозволяє отримати до 35% обводнювань мазут при вхідній температурі +45°С і тиску 5,0 атмосфер, а також розігріти, наприклад, воду за 45 хвилин від +10°С до +87°С, промислову олію за 30 хвилин від +10°С до +130°С у малому колі системи опалення, при низьких енерговитратах. Таким чином, застосування запропонованого генератора кавітації дозволяє зменшити витрати на виготовлення, підвищити надійність роботи, знизити енерговитрати на процес змішування чи розігріву рідин. Підвищення ефективності застосування генератора кавітації, який заявляється, у порівнянні з прототипом, досягається за рахунок того, що здійснюється більш різка зміна напрямку руху рідини та зниження тиску рідини до величини тиску насичених парів, що, у свою чергу, обумовлює виникнення кавітаційних явищ, які інтенсифікують процеси масообміну. Підвищення ефективності застосування генератора кавітації, який заявляється, у порівнянні з прототипом, досягається і за рахунок того, що збільшення довжини вхідного каналу збільшує, у свою чергу, товщину внутрішнього струминного випромінювача, що подовжує термін роботи генератора кавітації. Джерела інформації 1. Авторське свідоцтво СРСР №316482 "Генератор кавитации", кл.В06В1/20, 1969 - аналог. 2. Патент України на винахід №64225А від 16.02.2004 року "Генератор кавітації", МПК 7 F02М33/00 - аналог. 3. Авторське свідоцтво СРСР №1233578 "Генератор кавитации", МПК7 F02М33/00, - прототип.