Кавітаційний змішувач

1 Кавітаційний змішувач, що містить корпус з конфузором, дифузором і проточною частиною, де розміщено кавітатор, який включає перший кавітаційний елемент, виконаний у вигляді конуса і встановлений з можливістю зворотно-поступального руху, і другий кавітаційний елемент, виконаний з центральним осьовим каналом і встановлений в корпусі змішувача у вигляді вставки, який відрізняється тим, що на бічній поверхні першого кавітаційного елемента виконані поздовжні проточки, а другий кавітаційний елемент виконаний у вигляді деталі складного профілю, що включає фрагменти, які доповнюють по профілю перший кавітаційний елемент до повного конуса, при цьому перший кавітаційний елемент закріплений на штоці, який оснащений механізмом переміщення, що виключає поворот штока навколо своєї осі 2 Змішувач за п 1, який відрізняється тим, що фрагменти другого кавітаційного елемента, який доповнює по профілю перший кавітаційний елемент до повного конуса, закріплені на несучому Винахід відноситься до пристроїв для перемішування, диспергування, емульгування та гомогенізації рідких середовищ і може бути використаний в харчовій, ХІМІЧНІЙ, нафтохімічній, целюлознопаперовій та інших галузях промисловості Відомо змішувач з розширеним діапазоном режимів кавітаційного змішування, що містить конфузор, дифузор і проточну камеру із СПІВВІСНО встановленим у ній конусоподібним кавітатором, устаткованим механізмом осьового переміщення і виконаним складовим з окремих елементів [Патент України № 1399, B01F5/00, публ 25 03 94, бюл № 1] Однак всі складові частини кавітатора встановлені на механізмі осьового переміщення і являють собою порожнисті конусоподібні елементи, кожний з яких розміщується всередині попереднього по ходу потоку елемента Такі конструктивні особливості зазначеного технічного рішення пов'язані з перевантаженнями і швидким зносом деталей механізму осьового переміщення складових частин кавітатора Крім того, розширення діапазону режимів змішування вимагає досить великої довжини проточної камери для ЛІНІЙНОГО розташування окремих елементів кавітатора, що робить пристрій загалом досить громіздким Відомо змішувач, в корпусі якого СПІВВІСНО розміщений кавітатор, що складається з двох конусоподібних елементів, один з яких встановлений з можливістю переміщення в осьовому напрямі [А с СРСР № 1542596, B01F5/00, публ 15 02 90, бюл № 6] Широкий діапазон режимів кавітаційного змішування досягається за рахунок зміни просторового взаєморозташування зазначених елементів кавітатора Однак кавітаційні елементи являють собою два порожнисті зрізані конуси, розташовані таким чином, що кавітаційний елемент з меншим діаметром основи, устаткований механізмом осьового переміщення, встановлено по ходу потоку за кавітаційним елементом з великим діаметром основи При такій просторовій організації кавітаційний елемент з меншим діаметром основи при роботі пристрою фактично знаходиться або в кавітаційній каверні, що утворюється за кавітаційним елементом з великим діаметром основи, і його поверхня не бере участі в процесі утворення кавітаційних бульбашок, або в зоні розпаду цієї каверни, збіль КІЛЬЦІ на опорах 3 Змішувач за пп 1,2, який відрізняється тим, що перший кавітаційний елемент оснащений механізмом подачі одного з компонентів суміші 4 Змішувач за пп 1-3, який відрізняється тим, що другий кавітаційний елемент оснащений механізмом подачі одного з компонентів суміші ю ю 00 ю 52855 шуючи робочу поверхню кавітатора, але зазнаючи при цьому сильного зносу Такі конструктивні особливості пристрою ускладнюють його експлуатацію Відомо змішувач, що містить корпус з патрубками підводу і відводу матеріалів, що змішуються, конфузором, дифузором і проточною камерою, в якій СПІВВІСНО з нею з можливістю зворотнопоступального переміщення встановлений конусоподібний кавітатор, а також вставка з центральним каналом, що розміщена по ходу потоку за кавітатором і яка надає вплив на процес кавітації, а саме на кавітаційну каверну, що утворюється в потоці суміші [А с СРСР № 1674939, B01F5/00, публ 07 09 91, бюл № 33] Однак конструктивні особливості вставки, що являє собою зрізаний конус з каналами, великі основи якого розташовані на поверхні зрізаного конуса, а менші відкриваються в центральний канал, визначають відносно невисокий вплив зазначеної вставки на процес кавітаційного змішування, оскільки вона лише частково бере участь в утворенні каверни і призначена в основному для повідомлення каверні обертального імпульсу При цьому обмежуєтьсядіапазон режимів змішування і технологічні можливості пристрою загалом В основу винаходу поставлено задачу вдосконалити кавітаційний змішувач шляхом зміни конструкції кавітатора і тим самим забезпечити розширення діапазону режимів кавітаційного змішування і технологічних можливостей змішувача загалом Поставлена задача вирішується таким чином У проточній частині корпусу кавітаційного змішувача, що містить також конфузор і дифузор, встановлений з можливістю зворотно-поступального руху перший кавітаційний елемент у вигляді конуса, на бічній поверхні якого, згідно з винаходом, виконані бічні проточки, а також другий кавітаційний елемент з центральним осьовим каналом встановлений в корпусі у вигляді вставки, що включає згідно з винаходом окремі фрагменти, які доповнюють по профілю перший кавітаційний елемент до повного конуса Перший кавітаційний елемент при цьому закріплений на штоку, що устаткований механізмом переміщення вказаного елемента вздовж осі змішувача і який виключає поворот штока навколо своєї осі Такий механізм забезпечує поєднання обох кавітаційних елементів при максимальному наближенні першого рухомого кавітаційного елемента до другого кавітаційного елемента у вигляді вставки Фрагменти другого кавітаційного елемента, який доповнює по профілю перший кавітаційний елемент до повного конуса, згідно з винаходом, закріплені на несучому КІЛЬЦІ на опорах Перший кавітаційний елемент, згідно з винаходом, оснащений пристроєм подачі одного з компонентів суміші Другий кавітаційний елемент, згідно з винаходом, оснащений пристроєм подачі одного з компонентів суміші нарівні з першим кавітаційним елементом або незалежно від нього Конструктивне рішення запропонованого змішувача, як буде показано нижче, дозволяє значно підвищити інтенсивність кавітаційного змішування і розширити діапазон його режимів Винахід пояснюється наступними кресленнями на Фіг 1 показаний подовжній розріз кавітаційного змішувача, на Фіг 2 показаний перший кавітаційний елемент в аксонометрії, на Фіг 3 показаний фрагмент другого кавітаційного елемента в аксонометрії, на Фіг 4 показаний варіант виконання другого кавітаційного елемента в аксонометрії, на Фіг 5 показані варіанти профіля опор, на Фіг 6 показаний подовжній розріз кавітаційного змішувача з механізмом подачі компонента суміші на першому кавітаційному елементі, на Фіг 7 показаний подовжній розріз фрагмента другого кавітаційного елемента з механізмом подачі компонента суміші Як показано на Ф і г 1 , кавітаційний змішувач містить корпус 1 з конфузором 2 і дифузором З В проточній частині корпусу 1 розміщений перший кавітаційний елемент 4, який закріплений на штоку 5 Другий кавітаційний елемент 6 закріплений на внутрішній поверхні проточної камери корпусу 1 Як показано на Фіг 2, перший кавітаційний елемент 4 являє собою конус з бічними проточками 7 Шток 5 сполучений з механізмом зворотнопоступального переміщення (не показано), який виключає поворот штока 5 навколо своєї осі Механізм може являти собою, наприклад, найпростішу передачу «гвинт - гайка» Як показано на Фіг 3, другий кавітаційний елемент виконується у вигляді вставки в корпус і включає окремі фрагменти 8 Число і профіль цих вставок відповідає числу і профілю проточок першого кавітаційного елемента Кавітаційний змішувач працює таким чином Потік рідини, що поступає в конфузор 2, в проточній частині корпусу 1 набігає на конусоподібний кавітаційний елемент 4 з бічними проточками 7 За вказаним елементом утворюється каверна, хвостова частина якої генерує кавітаційне поле з безлічі бульбашок, що наповнені парогазовою фазою Оскільки розташовується хвостова частина каверни на рівні, відповідному розташуванню другого кавітаційний елемента 6, а саме його фрагментів 8, периметр яких бере участь в утворенні самостійних каверн, то вказані бульбашки, що не встигли схлопнутися з вивільненням енергії, стають зародками кавітації, які сприяють утворенню каверн на фрагментах 8 другого кавітаційного елемента 6 При цьому вказані каверни мов би подовжують довжину першої каверни Таким чином, конструктивні особливості другого кавітаційного елемента 6, що не вимагає додаткової довжини проточної частини корпусу кавітатора, дозволяють інтенсифікувати процес, що проводиться у змішувачі, який запропоновано згідно з винаходом Зміна просторового взаєморозташування кавітаційних елементів 4 і 6 за допомогою механізму, який керує зворотно-поступального рухом першого кавітаційного елемента 4 за допомогою штока 5, дає можливість змінювати розміщення хвостової частини каверни, що розпадається на бульбашки і яка що утворилася за першим кавітаційним елементом 4, відносно другого кавітаційного елемента 6, змінюючи тим самим КІЛЬКІСТЬ бульбашокзародків, що беруть участь в утворенні на ньому кавітації Внаслідок цього відкривається можливість створення широкого діапазону режимів кавітаційного змішування для рідин з різними реолоп 5 52855 чними особливостями У випадку, коли хвостова частина каверни, що виникає за першим кавітаційним елементом 4, знаходиться на рівні задньої кромки елемента 6 або за нею, зона кавітації найменша і, отже, інтенсивність процесу змішування найменша У випадку, коли хвостова частина каверни, що утворюється за першим кавітаційним елементом 4, знаходиться на рівні передньої кромки елемента 6, зона кавітації найбільша і, отже, інтенсивність процесу змішування також найбільша Керує зворотно-поступальним переміщенням першого кавітаційного елемента 4 за допомогою штока 5 механізм, який не допускає повороту штока 5 навколо своєї осі і тим самим забезпечує рівновеликий зазор між кавітаційними елементами 4 і 6 по периметру утворення кавітації, що виключає їх часткове зіткнення або побічну вібрацію, які можуть призвести до їх зносу або інших функціональних порушень Як показано на Фіг 4, фрагменти 8 другого кавітаційного елемента 6 можуть мати кріплення на несучому КІЛЬЦІ 9 у вигляді опор 10 Такий варіант виконання кавітаційного елемента 6 дозволяє забезпечити утворення зазору між стінками проточної частини корпусу і кавітатором для протікання рідини при поєднанні обох кавітаційних елементів, а також раціонально здійснювати його монтаж та експлуатацію Як показано на Фіг 5, 6, 7 опори 10 можуть являти собою штирі різного профілю, як простого Фіг 1 (варіанти А, В) так і суперкавітуючого (варіант 3) У останньому випадку вони виконують також функцію додаткових кавітаційних елементів Як показано на Фіг 8, в першому кавітаційному елементі 4 може бути виконаний механізм подачі одного з компонентів суміші безпосередньо в порожнину каверни, що утворюється за елементом 4 Такий механізм являє собою осьовий канал 11 в ТІЛІ елемента 4, що подовжується аналогічним каналом штока 5 і який підключено до джерела подачі вказаного компонента (не показано) Таким джерелом може бути, наприклад, автономна напірна система Зазначений механізм надає додаткову варіативність діапазону режимів змішування і відкриває нові технологічні можливості пристрою Як показано на Фіг 9, другий кавітаційний елемент 6 також може бути устаткованим механізмом подачі одного з компонентів суміші безпосередньо в порожнину каверни, що утворюється за елементом 6 Такий механізм являє собою канал 12, який виконано в ТІЛІ елемента 6 і який закінчується вихідним отвором на задній кромці фрагмента 8 Джерело подачі вказаного компонента визначається інженерним розрахунком Таке оснащення кавітаційного елемента також розширює технологічні можливості пристрою Запропоноване технічне рішення дозволяє створити широкий діапазон режимів кавітаційного змішування уникаючи збільшення габаритів самого змішувача, що істотно розширює його технологічні можливості Фіг.2 52855 10 Фіг.З Фіг.4 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24