Ультразвуковий змішувач-активатор

Ультразвуковий змішувач-активатор, що містить вертикально установлену на амортизаторах герметичну циліндричну ємність, горизонтальну мембрану з магнітострикційним перетворювачем ультразвукових коливань та запірно-роздавальну арматуру, який відрізняється тим, що він утримує герметичну вертикально установлену циліндричну ємність з днищем, установленим на амортизаторах, яке забезпечено центральним вихідним патрубком з корковим краном та кришкою з центральним вхідним патрубком, обладнаним корковим краном, під якою між герметизуючими і амортизуючими кільцевими прокладками установлена горизонтальна мембрана з отворами, розміщеними по периметру жорстко і центрально закріпленого з її верхньої сторони магнітострикційного перетворювача, а з її нижньої сторони аналогічно закріплені U 2 (19) 1 3 Недоліками цього корисної моделі є: - недостатня ступінь диспергування цементної та іншої суспензії; - складність конструкції; - значні габарити. Відома «Установка для активації цементної суспензії», яка утримує герметичну ємність, установлену на основу за допомогою амортизаторів раму з вібраторами, всередині якої розміщена на амортизаторах ємність, виконана в вигляді розміщених одна над одною воронкоподібних секцій, днище кожної з яких з'єднано з трубопроводом, а його гідродинамічний випромінювач установлений з проміжком відносно нижчележачої сторони секції. Ємність забезпечена також трубками для вводу і виводу цементної суспензії і подачі надлишкового тиску (а. с. СРСР №874378, М.Кл. В28С 5/46, надрук. в Б.В. №39, 1981 p.). Недоліками цієї установки є: - недостатня ступінь диспергування суміші, наприклад, цементної суспензії, із-за довгого шляху переміщення і каскадних переходів від одного випромінювача до іншого; - низька продуктивність з тієї ж причини і недостатньої дії ультразвукового поля на тверді частини суспензії. Відомий також патент України №52964, Кл. В28С 5/46, опубл. в Бюл. №1 за 2003 р. «Змішувач-активатор», який забезпечений розміщеною співвісно 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 отворами по периметру, жорстко закріплений магнітострикційний перетворювач, а всередині циліндричної частини мембрани послідовно і жорстко закріплені мембрани конусної форми вверх сферичними вершинами, з гідродинамічними випромінювачами по периметру. Недоліками змішувача-активатора є: - наявність вакуумної системи для забезпечення роботи гідродинамічних випромінювачів, що ускладнює конструкцію установки; - наявність в об'ємі ємкості технологічних порожнин, що обмежує дію кавітації і, відповідно, активацію суспензії; - недостатня ступінь активації дисперсних сумішей. Як прототип прийнятий «Ультразвуковий активатор-змішувач» по патенту України №42002, Кл. В28С 5/46, опубл. в Бюл. №12, 2009 p., який утримує вертикально установлену циліндричну ємність з кришкою, забезпеченою центральним вхідним патрубком з корковим краном та днищем з центральним вихідним патрубком обладнаним корковим краном, установленим на амортизаторах, над якими між герметизуючими і амортизуючими прокладками горизонтально установлена мембрана з отворами по периферії та отворами по контуру центрально і жорстко установленого магнітострикційного перетворювача з нижньої її сто 58091 4 рони, а з верхньої сторони аналогічно закріплений центральний концентратор з округленою вершиною, забезпечений додатковими кільцевими концентраторами, контури яких визначені зовнішньою поверхнею циліндричних кільцевих концентраторів, верхній, з яких забезпечений верхніми центральними отворами, боковими отворами та нижніми центральними отворами, котрі співпадають з верхніми центральним отворами середнього кільцевого концентратора 21, а нижні його центральні отвори співпадають з верхніми центральними отворами нижнього циліндричного кільцевого концентратора, нижні центральні отвори якого співпадають з отворами мембрани, при цьому діаметри кільцевих концентраторів зменшуються зверху вниз при наявності постійного проміжку між ними та внутрішньою поверхнею ємності. Недоліками прототипу є: - недостатня ступінь активації твердої фази в рідині із-за значної маси центрального концентратора ультразвукових коливань; - складність виготовлення кільцевих циліндричних порожнин; - кільцеві циліндричні порожнини не піддаються ремонту в процесі знову їх поверхонь. Задачею ультразвукового змішувачаактиватора є підвищення якості суспензії і удосконалення конструкції установки. Задача досягається тим, що ультразвуковий змішувач-активатор утримує герметичну вертикально установлену циліндричну ємність з днищем, установленим на амортизаторах, яке забезпечено центральним вихідним патрубком з корковим краном та кришкою з центральним вхідним патрубком обладнаним корковим краном, під якою між герметизуючими і амортизуючими кільцевими прокладками установлена горизонтальна мембрана з отворами, розміщеними по периметру жорстко і центрально закріпленого з верхньої її сторони магнітострикційного перетворювача, а з її нижньої сторони аналогічно закріплені центральний концентратор, бокові сторони якого відповідають зовнішньому контуру верхнього кільцевого трубчатого концентратора з отворами з верхньої сторони, які співпадають з отворами мембрани, та отворами з нижньої сторони, а до його нижньої сторони співвісно щільно прилягає середній аналогічний кільцевий концентратор з отворами, до якого аналогічно співвісно стикується такий же нижній кільцевий циліндричний концентратор з отворами з внутрішньої сторони і центральними отворами, при цьому до нижньої сторони мембрани центрально і жорстко закріплений з проміжком до ємності кільцевий концентратор, у якого зовнішня сторона представляє собою вертикальну циліндричну форму, а внутрішня сторона повторює форму зовнішніх сторін кільцевих трубчатих концентраторів і утворює додаткові кільцеві концентратори, перший і останній з яких відповідають половині поперечного перерізу середніх, і всі вони щільно прилягають до зовнішньої поверхні кільцевих трубчатих концентраторів, а його отвори в першому концентраторові співпадають з отворами мембрани і отворами верхнього кільцевого трубчатого концентратора. 5 Спільними для ультразвукового змішувачаактиватора та прототипу є вертикально установлена на амортизаторах герметична циліндрична ємність, горизонтальна мембрана з магнітострикційним перетворювачем ультразвукових коливань та запірно-роздавальна арматура. Конструктивне рішення виконання ультразвукового змішувача-активатора забезпечує ряд переваг і суттєвих відмінностей у порівнянні з прототипом і відомими аналогами: 1. Частково нове сполучення ознак, що указує на наявність суттєвих відмінностей: кільцеві трубчаті концентратори однакових розмірів, утворені незалежно від других концентраторів ультразвукових коливань і можуть бути замінені при їх зносі; кільцеві трубчаті концентратори не проникають до центрального масивного концентратора, так як він відсутній. 2. Введення нових ознак, що теж указує на наявність суттєвих відмінностей: наявність верхнього, середнього і нижнього кільцевих і трубчатих концентраторів та центрального концентратора ультразвукових коливань. 3. Заміна частини ознак новими, що теж свідчить про наявність суттєвих відмінностей: горизонтальна мембрана розміщена під кришкою, а не на днищі, магнітострикційний перетворювач жорстко і центрально закріплений на верхній стороні горизонтальної мембрани, а не з нижньої сторони, як у прототипі. 4. Враховуючи викладене в п.п. 1, 2 і 3 конструктивне рішення ультразвукового змішувачаактиватора забезпечує нові взаємоположення ознак та нові типи зв'язків і взаємодії між ознаками. На фігурі приведений ультразвуковий змішувач-активатор в поперечному перерізі. Ультразвуковий змішувач-активатор утримує герметичну вертикально установлену ємність 1 з днищем 2, установленим на амортизаторах 3, яке забезпечено центральним вихідним патрубком 4 з корковим краном 5 та кришкою 6 з центральним вхідним патрубком 7 обладнаним корковим краном 8, під якою між герметизуючими і амортизуючими кільцевими прокладками 9 і 10 установлена горизонтальна мембрана 11 з отворами 12 розміщеними по периметру жорстко і центрально закріпленого з верхньої її сторони магнітострикційного перетворювача 13, а з її нижньої сторони аналогічно закріплені центральний концентратор 14, бокові якого відповідають зовнішньому контуру верхнього кільцевого трубчатого концентратора 15 з отворами 16 з верхньої сторони, які співпадають з отворами 12 мембрани 11, та до отворів 17 з нижньої сторони, а до його нижньої сторони співвісно щільно прилягає середній аналогічний кільцевий концентратор 18 з отворами 19 і 20, до якого аналогічно співвісно стикується такий же нижній кільцевий циліндричний концентратор 21 з отворами 22 і центральним отвором 23, при цьому до нижньої сторони мембрани 11 центрально і жорстко закріплений з проміжком до ємності кільцевий концентратор 24, у якого зовнішня сторона представляє собою вертикальну циліндричну форму, а внутрішня сторона повторює форму зовнішніх сторін 58091 6 кільцевих трубчатих концентраторів 15, 18, 21 і утворює додаткові кільцеві концентратори 25, 26, 27 і 28 перший і останній з яких відповідають половині поперечного перерізу середніх і всі вони щільно прилягають до зовнішньої поверхні вище вказаних кільцевих трубчатих концентраторів, а його отвори 29 співпадають з отворами 12 мембрани 11 і отворами 16 кільцевого трубчатого концентратора 15. Ультразвуковий змішувач-активатор працює таким чином. При закритому корковому крані 5 вихідного патрубка 4, ввімкненому високочастотному генераторові 9 (не показаний) магнітострикційного перетворювача 13 і відкритому корковому крані 8 по вхідному патрубку 7 в ємність 1 подають суспензію для її активації та змішування. Активація суспензії полягає в тому, щоб багатократно збільшити питому поверхню твердої фази і якісно змішати продукти руйнування твердих частинок з рідиною. Поступивши на корпус магнітострикційного перетворювача суспензія піддається дії ультразвукових полів випромінюваних його поверхнею та дії потужного ультразвукового поля, яке випромінює верхня сторона мембрани 11. В турбулентному русі суспензії під дією ультразвукових полів виникають кавітаційні явища, які є потужними деструкторами твердої фази в рідині і активними змішувачами продуктів руйнування твердих частинок з рідиною. Дію кавітації доповнюють удари і співудари твердих частинок, їх аналогічні види тертя та механічна ерозія. Через співпадаючі отвори 12, 29 і 16, які діють як циліндричні концентратори і гідродинамічні випромінювачі, як подальші отвори, суспензія поступає в верхній кільцевий трубчатий концентратор, який своєю внутрішньою циліндричною поверхнею фокусує випромінюване нею ультразвукове поле посилене додатковими кільцевими концентраторами 25 і 26 та центральним концентратором 14. Пройшовши отвори 17 і до отворів 19 середнього кільцевого трубчатого концентратора 18 суспензія піддається дії ультразвукових полів випромінюваних нижньою внутрішньою частиною зовнішньої сторони концентратора 15 і верхньою внутрішньою частиною зовнішньої сторони концентратора 18 і т.д. При виході через отвори 23 нижнього кільцевого трубчатого концентратора 21 суспензія заповнює ємність 1 знизу вверх і піддається ультразвуковій дії кільцевого концентратора 24 полем, яке випромінює його зовнішня сторона, чим і підтримується дія кавітації та супутніх факторів диспергування у всій ємності. Після заповнення ємності суспензією частково або повністю відкривають корковий кран 5 і по вихідному патрубку видаляють активовану суспензію для подальшого використання і процеси активації і змішування суспензії продовжується в безперервному режимі. При цьому коркові крани 5 і 8 виконують функції регуляторів потоків видалення активованої суспензії і суспензії яка поступає на активацію. 7 58091 Після закінчення роботи установки її промивають аналогічним чином, після чого вимикають високочастотний генератор (не показаний) магнітострикційного перетворювача 13. Комп’ютерна верстка М. Ломалова 8 При відновленні роботи процеси повторюють ся. Підписне Тираж 23 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