Пристрій для ультразвукового розпилення рідини

1 Пристрій для ультразвукового розпилення рідини, що містить камеру розпилення із вмонтованими в и стінку ультразвуковими складеними п'єзокерамічними перетворювачами, кожен із яких з'єднаний із стержневим концентратором коливань, має систему охолодження і патрубок подачі рідини на торцеву поверхню концентратора, який відрізняється тим, що ультразвукові перетворювачі вмонтовані в стінку через ущільнювальні вібро-теплоізоляційні прокладки так, що знаходяться зовні камери, а ступінь концентратора меншого діаметра - в камері і має порожнину, замкнену з боку торцевої поверхні, остання виконана у вигляді конусоподібного виступу з буртиком по периметру, при цьому система охолодження виконана у вигляді розвиненої поверхні частотознижувальної накладки ультразвукового складеного перетворювача 2 Пристрій за п 1 , який відрізняється тим, що вихідний кінець патрубка подачі рідини розміщений навпроти вершини конусоподібного виступу 3 Пристрій за п 1 , який відрізняється тим, що вихідний кінець патрубка для підведення рідини оснащений кільцевим розподільником рідини, ВИХІДНІ отвори якого спрямовані на конусоподібний виступ 4 Пристрій за пп 1-3, який відрізняється тим, що система охолодження виконана у вигляді наскрізних поперечних отворів в ступені концентратора більшого діаметра, через які проходить охолоджувальна рідина Винахід відноситься до техніки ультразвукового розпилення рідин, зокрема для отримання аерозолів і може бути використаний для проведення технологічних процесів в ХІМІЧНІЙ, легкій і харчовій промисловостях, в парогенераторах, сушарнях, дистиляторах, теплообмінних пристроях Для проведення багатьох технологічних процесів в промисловості необхідно подрібнювати рідини для отримання дрібних крапельок в газовому середовищі (аерозолів) Одержують такі аерозолі різними методами пневматичним розпиленням, нагрівом, природнім випаровуванням рідини і іншими Найбільш ефективним показав себе метод ультразвукового розпилення, який характеризується малим розміром частинок, їх однорідністю і низькими затратами енергії на подрібнення рідини Метод реалізують різними видами ультразвукових перетворювачів, які визначають ефективність і надійність роботи, а також основні технічні характеристики як-то його к к д , дисперсність крапельок, продуктивність розпилювача, види рідин і сумішей, що можуть розпилюватися Конструкція таких розпилювачів залежить від конкретних технічних вимог, часто нестандартних, екстремальних, що постають перед розробниками Виконання цих вимог часто потребує рішення складних конструкторсько-технологічних задач, які нерідко вступають в протиріччя Відомий пристрій для ультразвукового розпилення рідкого середовища (ас СРСР №1176968, МПК В05В17/06, 1985), що має ультразвуковий перетворювач з концентратором і патрубком для підводу рідкого середовища, при цьому патрубок підводу рідини встановлений біля зовнішньої поверхні ультразвукового концентратора Недоліком відомого пристрою є його вузькі технологічні застосування із-за неможливості роботи при розпиленні сильно нагрітої рідини і в високотемпературних камерах розпилу, так як це приведе до перегріву ультразвукового розпилювача і погіршення його експлуатаційних характеристик Відомий пристрій також має низьку ефективність розпилення із-за невеликої розпилювальної поверхні робочого торця концентратора і малої 00 (О 62448 КІЛЬКОСТІ рідини, що може там знаходитися Відомий ультразвуковий розпилювач (пат Японії №1-104368, МПК В05В17/06, 1988), з яким зв'язаний концентратор, на КІНЦІ останнього сформована розпилювальна поверхня для рідини, що має форму сферичної виїмки На розпилювальну поверхню подається рідина із патрубка подачі, при цьому розпилювальна поверхня має велику площу, що збільшує дисперсність аерозолю Проте відомий пристрій також не може застосовуватися для розпилення сильно нагрітих рідин і в високотемпературних камерах розпилу із-за нагріву п'єзоперетворювача і можливого його виходу із ладу Перегрів ультразвукового розпилювача знижує його потужність і ВІДПОВІДНО КІЛЬКІСТЬ розпиленої рідини Велика розпилювальна поверхня у формі сферичної виїмки збільшує вірогідність зриву резонансних коливань ультразвукового розпилювача із-за затримки в виїмці значної КІЛЬКОСТІ рідини, що різко збільшує ЛІНІЙНІ розміри концентратора коливань, змінюючи його резонансну частоту Сферична поверхня створює фокусуючу діаграму розпилу, що приводить до швидкого злипання дрібних крапельок в великі Найбільш близьким до запропонованого пристрою по сукупності ознак і технічному результату є пристрій для розпилу рідин (патент Роси №2033279, МПК В05В17/06, 1995), що містить магнітостриктивний випромінювач ультразвукових коливань із сорочкою рідинного охолодження, з'єднаний із випромінювачем стержневий концентратор коливань, магістраль подачі рідини і засіб її подачі на торцеву поверхню концентратора, при цьому сорочка рідинного охолодження з'єднана з магістраллю подачі рідини і засобом її подачі на торцеву поверхню концентратора Проте відомий розпилювач не дає можливості розпилювати уже нагріті рідини або проводити розпилення в високотемпературні камери Пропускання високотемпературної рідини через сорочку рідинного охолодження магнітостриктивного випромінювача різко підвищує його температуру на додачу до власного теплового розігріву, збільшує втрати енергії на паразитні випромінювання, наприклад, на кавітацію в сорочці охолодження Це знижує к к д розпилювача, зменшує ефективність розпилу Встановлення такого розпилювача на стінку камери розпилу з високотемпературним середовищем (наприклад, паровий котел) також приведе до перегріву магнітостриктивного випромінювача через металевий стержневий концентратор і опорну частину корпуса Такі недоліки відомого пристрою звужують його застосування в різних технологічних процесах (наприклад, для розпилу в високотемпературні середовища) Невелика площа торцевої розпилювальної поверхні концентратора, непряма система подачі рідини, низький к к д випромінювача знижує ефективність розпилення або при підвищенні КІЛЬКОСТІ рідини приводить до заливу розпилюючої поверхні і припинення розпилу Відомий пристрій із-за необхідності сорочки рідинного охолодження навіть для розпилу невеликих кількостей рідини має складну конструкцію і значні затрати на виготовлення і експлуатацію В основу винаходу поставлено задачу розробки пристрою для ультразвукового розпилення рідини, який буде мати значний тепловий опір між нагрітою рідиною, що розпилюється або високотемпературним середовищем, куди розпилюється рідина і ультразвуковими перетворювачами, які мають свою ефективну систему охолодження, а система подачі рідини і форма розпилювальної поверхні уможливлять розпилення великих потоків рідини, що забезпечить широке технологічне застосування пристрою в промисловості, підвищить ефективність і продуктивність його роботи Для вирішення поставленої задачі в пристрої для ультразвукового розпилення рідини, що містить камеру розпилу із вмонтованими в и стінку ультразвуковими складеними п'єзокерамічними перетворювачами, кожен із яких з'єднаний із стержневим концентратором коливань, має систему охолодження і патрубок подачі рідини на торцеву поверхню концентратора, ВІДПОВІДНО винаходу ультразвукові перетворювачі вмонтовано в стінку через ущільнюючі вібро-теплоізоляційні прокладки так, що знаходяться зовні камери, а ступінь концентратора меншого діаметра - в камері і має порожнину, замкнену з боку торцевої поверхні, остання виконана в виді конусоподібного виступу з буртиком по периметру, при цьому система охолодження виконана в виді розвиненої поверхні частотопонижуючої накладки ультразвукового складеного перетворювача Встановлення ультразвукових перетворювачів на стінку камери розпилу через вібротеплоізоляційні прокладки зменшує їх нагрів від стінки і не демпфує коливання Ступінь концентратора меншого діаметра за рахунок свого малого перетину і порожнини створює високий опір тепловим потокам із камери розпилу і від нагрітої рідини на своєму торці Виконання частотопонижаючої накладки ультразвукового складеного перетворювача із розвиненою поверхнею збільшує теплообмінну поверхню із ЗОВНІШНІМ ненагрітим середовищем, де знаходяться ультразвукові перетворювачі, що знижує температуру п'єзокерамічних елементів Виконання торцевої поверхні в виді конусоподібного виступу збільшує розпилювальну поверхню, розширює діаграму розпилу, а буртиком по периметру дає можливість затримати певний шар рідини на розпилювальній поверхні на деякий час, за який вона встигне розпилитися Як варіант, вихід рідини із патрубка навпроти його вершини приводить до рівномірного покриття всієї розпилюючої поверхні рідиною Додатково, як варіант, вихідний кінець патрубка для підводу рідини оснащений кільцевим розподільником рідини, ВИХІДНІ отвори останнього спрямовані на конусоподібний розпилюючий виступ, що дає можливість з багатьох отворів швидко і рівномірно покривати розпилювальну поверхню рідиною, не перекривати конструктивними деталями (патрубком) факел розпилу Таке конструктивне рішення збільшує дисперсність і продуктивність розпилу рідини Додатково, як варіант, система охолодження виконана в виді наскрізних поперечних отворів в ступені концентратора більшого діаметру, через які проходить охолоджувальна рідина Це створює ефективний теплоізолюючий бар'єр, який практич 62448 Така рідинна система охолодження відводить тепних перетворювачів, що, ВІДПОВІДНО, ПОЗИТИВНО ло від п'єзокерамічного перетворювача і створює вплине на їх електроакустичні характеристики, теплоізолюючий бар'єр між перегрітим середовизбільшить КІЛЬКІСТЬ розпиленої нагрітої рідини щем камери розпилу 1, рідиною, що розпилюється і п'єзокерамічним перетворювачем Таким чином, викладені конструктивні рішення в сукупності приводять до створення пристрою, що Для рівномірного розподілу рідини по розпимає ефективну систему стабілізації теплових і лювальному конусу 13 вихідний кінець патрубка 17 електроакустичних режимів ультразвукових може мати кільцевий розподільник рідини ЗО п'єзокерамічних перетворювачів, що дає можли(фігЗ), що конструктивно сформований на торці вість розпилювати великі об'єми сильно нагрітої корпусу 3 і має кільцевий пустотілий канал 31, рідини в високотемпературних середовищах останній з'єднаний із патрубком 17 каналом 32 Розподільник рідини ЗО має ВИХІДНІ отвори 33, які Сутність винаходу пояснюється рисунками, де спрямовані на конусоподібний виступ 13 на фіг 1 показана конструкція запропонованого Працює пристрій для ультразвукового розпипристрою, лення рідини наступним чином Після подачі ультразвукової високочастотної напруги від генератора фіг 2 - конструкція пристрою з рідинним охона п'єзошайби 6 п'єзоперетворювача 5 останній лодженням, починає вібрувати, збуджуючи резонансні поздовфіг 3 - конструкція кільцевого розподільника жні механічні коливання в концентраторі 9, в КІНЦІ рідини ступені меншого діаметру 11 якого має місце підПристрій складається із камери розпилу 1, на вищення амплітуди коливань і концентрація звукостінках якої розміщені різьбові втулки 2 (показана вої енергії на конусоподібному виступу 13 Рідина тільки одна), куди закручений корпус 3, в якому через вхідний штуцер 18 подається під тиском до через ущільнюючу вібро-теплоізоляційну прокладвихідного отвору 19 патрубка 17 Звідти вона розку 4 вмонтований ультразвуковий складений п'єзотікається тонким шаром від вершини конусоподібкерамічний перетворювач 5 кожен перетворювач ного виступу 13 до буртику 14 Так як амплітуда містить дві п'єзошайби, притиснуті частотопонипоздовжніх коливань на поверхні конусоподібного жаючою накладкою 7 і стяжною шпилькою 8 до виступу 13 збільшена в багато разів в порівнянні із концентратора коливань 9, який має ступінь більступінню 10, то шар рідини розпадається на мношого діаметру 10, ступінь меншого діаметру 11 і жину дрібнодисперсних частинок, які викидаються фланець 12, сформований в зоні нульових (мініу внутрішнє середовище камери розпилу 1 у вимальних) амплітуд коливань Розділення внутрішгляді конусоподібного факелу аерозолю нього об'єму камери 1 і зовнішнього середовища виконано в зоні фланця 12 обтискуванням ущільВ процесі розпилення рідини в камеру конусонюючої прокладки 4 подібний виступ 13 і, ВІДПОВІДНО, ступінь меншого діаметру 11, сама камера 1 нагріваються На шляСтупінь концентратора 11 меншого діаметру ху потоку тепла від них до п'єзокерамічного перемає на торці розпилювальну головку, виконану в творювача 5 створюється зона теплової ізоляції, виді конусоподібного виступу 13 з буртиком 14 по що включає товстий шар більш холодної, ніж в периметру останнього, а також порожнину 15 в камері розпилу, рідини на поверхні конусоподібновиді глухого отвору го розпилювального виступу 13, порожнина 15, що Частотопонижаюча накладка 7 для відводу тезменшує перетин металу ступені концентратора пла від п'єзокерамічного перетворювача має розменшого діаметру 11, вібро-теплоізолююча провинену поверхню в виді ребер 16 Для подачі рідикладка 4 між стінкою камери (корпусом 3) і ступінни на торцеву поверхню концентратора коливань ню концентратора більшого діаметра 10 У випад9 в корпусі 3 впресований патрубок 17, який з'єдку збільшення температурного напору від камери і наний каналом з вхідним штуцером 18, що в свою рідини додатково згідно запропонованому причергу підключений до магістралі подачі рідини, що строю можливо створити більш ефективний теплорозпилюється Вихідний кінець 19 патрубка 17 ізоляційний бар'єр у вигляді поперечних каналів із розміщений навпроти вершини конусоподібного охолоджувальною рідиною в ступені концентратовиступу 13 Пристрій має захисний кожух 20 Елекра з більшим діаметром 10 При оснащенні притроди п'єзошайб електрично з'єднані через вихідстрою кільцевим розподільником рідина наповнює ний контакт 21 з генератором ультразвукових кочерез канал 32 пустотілий канал 31 і через ВИХІДНІ ливань (на рисунку не показаний) отвори 33 рівномірно в багатьох точках поступає У випадку розпилення особливо високотемпена розпилювальну поверхню конусоподібного виратурних рідин або в особливо високотемпературступу 13 В процесі роботи ультразвукового перене середовище система охолодження п'єзокерамітворювача його складові частини за рахунок втрат чного перетворювача виконана в виді (наприклад, і зовнішнього притоку тепла нагріваються Перечотирьох) наскрізних поперечних отворів 22 (фіг 2) грів п'єзокерамічних шайб 6 може привести до їх в ступені концентратора більшого діаметру 10, які деполяризації, створенню мікротріщин і, як наслівиходять в порожнину 23, розташовану по перидок, різкому зниженню ефективності (величини метру ступені більшого діаметру 10 Порожнина 23 амплітуди), що зменшить продуктивність розпизамкнута ущільнюючою прокладкою 24, остання лення пристрою притиснута через сухар 25 крайкою 26 корпусу З Охолоджувальна рідина із магістралі через вхідВ запропонованій конструкції створено додатний штуцер 27 попадає в канал 28 і потім в порожкові теплові опори між нагрітим середовищем (канину 23 і далі крізь поперечні (попарно взаємопермерою розпилу), нагрітою рідиною, що розпилюпендикулярні) отвори 22 до вихідного штуцера 29 ється і п'єзокерамічними шайбами Та КІЛЬКІСТЬ но стабілізує температурні режими п'єзокераміч 62448 8 біля +200°С, було використано 20 ультразвукових тепла, що все ж таки виділяється чи підведена перетворювачів із діаметром п'єзошайб 38мм на зовні, буде відведена або за рахунок повітряного частоті роботи 22кГц Кожен перетворювач спожиконвективного чи примусового охолодження розвав до 50Вт електричної енергії Температура вовиненої поверхні частотопонижаючої накладки, ди, що розпилювалася, становила приблизно або за рахунок прокачки охолоджувальної рідини +100°С При використанні конвективного теплооб(наприклад, тосолу) через поперечні канали ультміну між розвиненою поверхнею частотопонижаюразвукового концентратора чої накладки і повітрям температура п'єзокерамічТому ступінь нагріву ультразвукового перетвоних шайб становила не більше +60°С, що для них рювача буде значно менша ніж в прототипі, це є нормою стабілізує його роботу і дає можливість розпилювати значні об'єми рідини при високій надійності Коли температура в камері парогенератора роботи Виконання розпилювальної поверхні у зросла до 400°С, було використано примусове вигляді конусоподібного виступу з буртиком по рідинне охолодження (тосол) ультразвукових пепериметру і рівномірний розподіл по ній рідини ретворювачів, що залишило їх температуру нагрідозволяє сформувати стабільний максимально ву практично такою ж можливий шар рідини, що ще розпилюється і таЗгадані розпилювачі працювали в безперервкож підвищити ефективність роботи пристрою ному режимі, їх використання дало можливість (продуктивність розпилу) різко збільшити к к д парогенератора і зменшити його габарити Наприклад, для розпилення 1,5т води на годину в камеру парогенератора, де була температура Комп ютерна верстка М Мацело Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності Львівська площа 8 м Київ МСП 04655 Україна ДП Український інститут промислової власності вул СІМІХОХЛОВИХ 15 м Київ 04119