Ультразвуковий активатор-змішувач

Ультразвуковий активатор-змішувач, який містить вертикально установлену на амортизаторах циліндричну ємність, яка забезпечена днищем і кришкою з центральними патрубками та запірнороздавальною арматурою, горизонтально установлену мембрану з магнітострикційним перетворювачем ультразвукових коливань і концентратори, який відрізняється тим, що утримує вертикально установлену циліндричну ємність з кришкою, забезпеченою центральним вхідним патрубком з корковим краном, та днищем, установленим на амортизаторах, з центральним вихідним патрубком, обладнаним корковим краном, над яким за допомогою герметизуючих і амортизуючих прокладок установлена горизонтальна мембрана з отворами по її периферії і отворами, розміщеними U 1 3 - низька продуктивність із-за великої протяжності шляху переміщення суспензії; - значна витрата електроенергії для живлення декількох п'єзокерамічних випромінювачів та декількох магнітострикційних перетворювачів, а також води для їх охолодження. Відома «Установка для активації цементної суспензії», яка утримує герметичну ємність, установлену на основу за допомогою амортизаторів, рами з вібраторами, всередині якої розміщена на амортизаторах ємність, виконана у вигляді розміщених одна над одною воронкоподібних секцій, днище кожної з яких з'єднано з трубопроводом, а його гідродинамічний випромінювач установлений з проміжком відносно нижче лежачої сторони секції. Ємність забезпечена також патрубками для введення і виведення цементної суспензії і подачі надлишкового тиску (авт. свід. СРСР №874378, Кл.3 В28С5/46, опубл. в БВ №39 за 1981p.). Недоліками цієї установки є: - недостатня міра диспергування суміші, наприклад, цементної суспензії, із-за довгого шляху переміщення і каскадних переходів від одного випромінювача до іншого; - низька продуктивність по тій же причині і недостатньої дії ультразвукового поля на тверді частини суспензії. Відома також по авт. свід. СРСР №1451027, Кл.4 В28С5/46, опубл. в БВ №2 за 1989р. «Установка для активації цементної суспензії», яка утримує установлену на амортизаторах ємність, з розміщеними послідовно в ній мембранами з магнітострикційними перетворювачами, патрубками для введення й виведення суспензії і штуцером з'єднання з вакуумною системою. Установка забезпечена воронками, кожна з яких розміщена під мембраною і змонтована на ємності з допомогою кільця і прокладки, розміщеної паралельно осі ємності тягою з кульковими клапанами, один з яких розміщений в кришці ємності, а кожна з чергових в днищі мембрани, виконаної тарілчатої форми з перфорованим відгином, причому кожний перетворювач розміщений на днищі мембрани. Недоліками установки є: - недостатня ступінь змішування складових суспензій, так як воронки не піддаються дії ультразвукових коливань і практично створюють умови для розшарування суміші (вода зі щільністю 1г/см3 і цемент - 3,1г/см3); - штуцер приєднаний до вакуумної системи розміщений так, що не сприяє створенню різниці тиску, необхідного для посилення роботи гідродинамічних випромінювачів; - із-за наявності великої кількості прокладок з пружного матеріалу знижується ступінь надійності установки в роботі, а заміна їх складна, так як потребує повного розбирання установки; - кульові клапани ускладнюють конструкцію установки; - наявність магнітострикційних перетворювачів викликає значну потребу в електроенергії, ускладнює конструкцію установки і надійність їх в роботі. Відомий також «Змішувач-активатор» по патенту України №52964, Кл.7 В28С5/46, опубл. в Бюл. №1, 2003p., який забезпечений розміщеною спі 42002 4 ввісно всередині ємності мембраною стаканного типу, установленою між прокладкою з пружного матеріалу, яка лежить на кільцевому упорі з вертикально розміщеними отворами, який жорстко закріплений до внутрішньої стінки ємності знизу, і кільцевою прокладкою з пружного матеріалу, установленою в обмежувачах, жорстко закріплених до нижньої сторони кришки, до днища цієї мембрани, з отводами по периметру, жорстко закріплено магнітострикційний перетворювач, а в середині циліндричної частини мембрани послідовно і жорстко закріплені мембрани конусної форми вверх сферичними вершинами, з гідродинамічними випромінювачами по периметру. Недоліками «Змішувача-активатора» є: - низька ефективність роботи гідродинамічних випромінювачів; - недостатній ступінь активації твердих частинок в рідині із-за - низької і не у всьому об'ємі кавітації; - складність заміни гідродинамічних випромінювачів. Як найближчий аналог прийнятий «Змішувачактиватор» по патенту України на корисну модель №30443, Кл. В28С, опубл. в БВ №2 за 2008p., який містить вертикально установлену циліндричну ємність з днищем, забезпеченим центральним вихідним патрубком з корковим краном, розташованим на амортизаторах та кришкою з центральним вихідним патрубком забезпеченим корковим краном. Під кришкою, між кільцевими амортизуючими і герметизуючими прокладками горизонтально розміщена мембрана, яка забезпечена отворами по периметру жорстко і симетрично вертикальній осі закріпленого з верхньої її сторони магнітострикційного перетворювача, які співпадають з отворами жорстко і центрально закріпленого трубчатого кільцевого концентратора ультразвукових хвиль з нижньої сторони тієї ж мембрани, який щільно обхоплює зовні центрально і жорстко закріплений концентратор конусної форми, а його зовнішню поверхню аналогічно обхоплює закріплений таким же чином кільцевий концентратор ультразвукових хвиль, вертикальна стінка якого розміщена з проміжком до внутрішньої поверхні ємності і відповідає зовнішній поверхні трубчатого кільцевого концентратора, який забезпечений центральним отвором з нижньої сторони. Недоліками найближчого аналога є: - недостатня активність диспергування твердих частинок і змішування продуктів їх руйнування з рідиною; - мала кількість активних зон виникнення кавітації, яка є потужним фактором руйнування твердих частинок в рідині. Задачею корисної моделі є підвищення якості суспензії та удосконалення конструкції установки. Задача досягається тим, що ультразвуковий активатор-змішувач утримує вертикально установлену циліндричну ємність з кришкою, забезпеченою центральним вхідним патрубком з корковим краном та днищем, установленим на амортизаторах, з центральним вихідним патрубком обладнаним корковим краном, над яким, з допомогою герметизуючих і амортизуючих прокладок, 5 установлена горизонтальна мембрана з отворами по її периферії і отворами розміщеними по її контуру центрально і жорстко установленого з її нижньої сторони магнітострикційного перетворювача, а з її верхньої сторони аналогічно і вертикально закріплений центральний концентратор ультразвукових коливань з округленою вершиною, який забезпечений круговими концентраторами близькими до трапецеїдального поперечного розтину і прилягаючого до мембрани додаткового кругового концентратора близького до трикутного поперечного розтину, які своїми ввігнутими боковими поверхнями, разом з боковим кільцевим концентратором, забезпеченим аналогічними додатковими кільцевими концентраторами такої ж конфігурації, установлених з кільцевими проміжками симетрично один до одного, причому отвори мембрани співпадають з проміжком прилягаючим до неї додаткових концентраторів, утворюють кільцеві полості круглого поперечного розтину, діаметр яких збільшується знизу вверх, а верхній додатковий кільцевий концентратор бокового кільцевого концентратора утворює центральний отвір великого діаметра. Загальними ознаками для ультразвукового активатора-змішувача і найближчого аналога є вертикально установлена на амортизаторах циліндрична ємність, яка забезпечена днищем і кришкою з центральними патрубками та запірнороздавальною арматурою, горизонтально установлена мембрана з магнітострикційним перетворювачем ультразвукових коливань і концентратори. Конструктивне рішення виконання ультразвукового активатора-змішувача забезпечує суттєві відмінні ознаки, у порівнянні з аналогами і найближчим аналогом: 1. Заміна частини ознак новими, що указує на наявність суттєвих ознак: концентратор конусної форми і кільцевий концентратор замінені на центральний концентратор з округленою вершиною з круговими концентраторами близькими до трапецеїдального поперечного розтину і прилягаючого до мембрани додаткового кругового концентратора близького до трикутного поперечного розтину, які своїми ввігнутими боковими поверхнями, разом з боковим кільцевим концентратором, забезпеченим аналогічними додатковими кільцевими концентраторами такої ж конфігурації, установлених з кільцевими проміжками симетрично один до одного утворюють кільцеві полості круглого поперечного розтину. Верхній додатковий кільцевий концентратор бокового кільцевого концентратора утворює центральний отвір. Діаметри кільцевих полостей збільшуються знизу вверх. 2. Частково нове сполучення ознак, що теж указує на наявність суттєвих відмінностей: центральний концентратор ультразвукових коливань з округлою вершиною забезпечений круговими концентраторами. Боковий кільцевий концентратор теж забезпечений круговими концентраторами. При закріпленні їх з проміжком і симетрично додаткові кільцеві концентратори утворюють кільцеві полості круглого поперечного розтину, які працюють як циліндричні концентратори. Зменшення їх діаметра зверху вниз забезпе 42002 6 чує роботу їх, як загального концентратора ультразвукових коливань. 3. Введення нових ознак: центральний концентратор з округлою вершиною і кільцевими концентраторами з проміжком розміщений в боковому кільцевому концентраторі, що створило умови для різного збільшення кільцевих концентраторів і утворення кільцевих полостей кругового поперечного розтину. 4. Згідно пп. 1, 2 і 3 мають місце нові типи зв'язків і взаємодії між ознаками. На фігурі приведений ультразвуковий активатор-змішувач в розтині. Ультразвуковий активатор-змішувач утримує вертикально установлену циліндричну ємність 1 з кришкою 2 забезпеченою центральним вхідним патрубком 3 з корковим краном 4 та днищем 5, установленим на амортизаторах 6, з центральним вихідним патрубком 7 обладнаним корковим краном 8, над яким з допомогою герметизуючих і амортизуючих прокладок 9 і 10 установлена горизонтальна мембрана 11 з отворами 12 по її периферії і отворами 13 розміщеними по контуру центрально і жорстко установленого з її нижньої сторони магнітострикційного перетворювача 14, а з її верхньої сторони аналогічно і вертикально закріплений центральний концентратор 15 ультразвукових коливань з округленою вершиною 16, який забезпечений круговими концентраторами 17 і 18 трапецієдального поперечного розтину і прилягаючого до мембрани 11 додаткового кругового концентратора 19 трикутного поперечного розтину, які своїми ввігнутими боковими поверхнями, разом з боковим кільцевим концентратором 20, забезпеченим аналогічними додатковими кільцевими концентраторами 21, 22 і 23 такої ж конфігурації, установлених з кільцевими проміжками 24, 25 і 26 симетрично один до одного, причому отвори 13 мембрани 11 співпадають з проміжком 26, прилягаючих до неї додаткових концентраторів 23 і 19, утворюють кільцеві полості 27, 28 і 29 круглого поперечного розтину, діаметр яких збільшується знизу вверх, а верхній додатковий кільцевий концентратор 30 бокового кільцевого концентратора 20 утворює центральний отвір 31 великого діаметра. Ультразвуковий активатор-змішувач працює таким чином. При закритому корковому крані 8 вихідного патрубка 7, ввімкненому високочастотному генераторові (не показаний) магнітострикційного перетворювача 14 і відкритому корковому крані 4 по вхідному патрубку 3 в ємність 1 подають дисперсну суспензію для її активації і якісного змішування. Активація суспензії полягає в багатократному збільшенню питомої поверхні твердої фази і змішування продуктів руйнування твердих частинок з рідиною. Поступивши на округлену вершину 16 центрального концентратора 15 і, заповнюючи кільцеву циліндричну полость 27, яка виконує роль кільцевого циліндричного концентратора, суспензія піддається інтенсивній ультразвуковій дії полів випромінюваних верхньою частиною центрального концентратора 15 і сфокусованого ультразвуково 7 42002 го поля кільцевого циліндричного концентратора (кільцевої циліндричної полості 27). В процесі дії на суспензію ультразвукових полів, в турбулентних потоках суспензії виникають кавітаційні явища, які є потужними деструкторами твердих частинок в рідині і активними змішувачами продуктів руйнування цих частинок з рідиною. Дію кавітації доповнюють удари і співудари твердих частинок, їх тертя та механічна ерозія. Пройшовши проміжок 24, який діє як щілинний концентратор і гідродинамічний випромінювач, суспензія поступає в чергову кільцеву циліндричну полость 28, в якій сфокусоване ультразвукове поле діє аналогічно і більш інтенсивно і т. д. Проходячи через отвори 13 мембрани 11, які діють як циліндричні концентратори і гідродинамічні випромінювачі, суспензія охолоджує корпус магнітострикційного перетворювача 14 і одночасно піддається дії ультразвукових полів випромінюваних його поверхнею та поверхнею нижньої сторони мембрани 11 і поступово знизу вверх заповнює Комп’ютерна верстка О. Рябко 8 ємність під дією ультразвукового поля випромінюваного зовнішньою поверхнею кільцевого концентратора 20, чим підтримується дія кавітації у всьому об'ємі. При заповненні ємності 1 нижче верхньої грані кільцевого концентратора 20 частково або повністю відкривають корковий кран 8 і по вихідному патрубку 7 видаляють активовану суспензію для її подальшого використання, а установка продовжує працювати у безперервному режимі. При цьому коркові крани 4 і 8 виконують роль регуляторів рівня суспензії в ємності і об'ємів поступаючої суспензії в ємність для активації і видаляємої активованої суспензії. Після закінчення роботи установку промивають аналогічним чином, після чого вимикають високочастотний генератор (не показаний) магнітострикційного перетворювача 14. При відновленні роботи процеси повторюються. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601