Вібраційний електромагнітний пристрій для збурення кавітації

Вібраційний електромагнітний пристрій для збурення кавітації, що містить заповнений оброблюваною рідиною нерухомий корпус із робочою камерою, електромагнітний віброзбудник із набраним з листового заліза статором з обмотками, 3 вої частоти. Ультразвукові коливання магнітостриктора створюють умови для росту ядер кавітації, якими є завжди наявні в рідині різноманітні газові включення. Співпадіння частоти власних коливань ядер кавітації із частотою ультразвуку збурює явище резонансу, яке супроводжується миттєвим зародженням, розширенням та подальшим сплескуванням кавітаційних бульбашок. Як наслідок забезпечення суттєвої інтенсифікації хімічних реакцій і, відповідно, пов'язаних з цим очисних процесів, в тому числі і водоочищення та знезараження води від біологічних забруднень. Однак, проходження ультразвуку крізь рідину супроводжується значними втратами енергії акустичних хвиль, зумовленими розсіюванням ультразвуку на неоднорідностях середовища. Тому збурення кавітаційних явищ ультразвуком ефективне лише у незначних об'ємах рідини (як правило, до 500 мл), енергозатрати на обробку одиниці об'єму 2 рідини доволі суттєві (5–10 Вт/см ), що практично унеможливлює на даний час промислове використання ультразвукової кавітації, обмежуючи сферу її застосування лабораторними дослідженнями. В основу корисної моделі поставлено задачу створення вібраційного електромагнітного пристрою для збурення кавітації, у якому завдяки коливанням заповненої оброблюваною протічною рідиною пружно встановленої відносно нерухомого корпусу робочої камери із деками-збурювачами кавітації, забезпечуватиметься по всьому поперечному перерізі робочої камери збурення кавітаційного поля високої інтенсивності та за рахунок цього реалізовуватиметься обробка при неперервній подачі рідини у робочу камеру, що дозволить забезпечити високу продуктивність кавітаційної обробки рідин. Поставлена задача вирішується тим, що у вібраційному електромагнітному пристрої для збурення кавітації, що містить заповнений оброблюваною рідиною нерухомий корпус із робочою камерою, електромагнітний віброзбудник із набраним з листового заліза статором з обмотками, встановлений з можливістю здійснення коливань певної амплітуди та частоти збурювач кавітації, згідно з корисною моделлю, робоча камера встановлена із можливістю здійснення коливних рухів відносно нерухомого корпусу, розташований на корпусі на пружних елементах віброзбудник виконано у формі кільцевого електромагніта із співвісно розміщеними статором з обмотками та набраного з листового заліза якорем, до якого приєднано робочу камеру, а до статора та якоря прикріплені розташовані в робочій камері декизбурювачі кавітації, що закріплені із можливістю здійснення протифазних коливних рухів. У запропонованому пристрої завдяки здійсненню робочою камерою коливань певної амплітуди та частоти відносно нерухомого корпусу у неперервному потоці рідини відбуваються відносні переміщення дек із отворами для протікання рідини. Коливні високошвидкісні переміщення дек у рідинному потоці збурюють в рідині кавітацію. Оскільки деки прикріплено до статора та якоря електромагнітного віброзбудника, їх коливні рухи є протифазними. Внаслідок протифазних перемі 66550 4 щень приєднаних до статора та якоря дек із отворами для протікання рідини кавітація збурюється по всьому поперечному перерізу робочої камери, що надає можливість здійснювати обробку при неперервній подачі оброблюваної рідини у робочу камеру. Цим забезпечується висока продуктивність кавітаційної обробки рідин, спроможність обробки значних її обсягів. Крім того, забезпеченням однакової інтенсивності збуреної в рідині кавітації по всьому поперечному перерізу робочої камери досягається висока рівномірність обробки всієї протікаючої крізь робочу камеру рідини, тобто висока стабільність показників якості готового продукту. Вібраційний електромагнітний пристрій для збурення кавітації зображений на фіг. 1, на фіг. 2 відображено поперечний переріз А-А (фіг. 1). До його складу входять завантажувальна 6, робоча 9 та відвідна 14 камери, що з'єднані між собою із можливістю відносних переміщень через гнучкі гофри 8 та 12. На робочій камері 9 закріплено набраний із листового заліза кільцевий якір 10, а камера та якір через циліндричні пружні стержні 5 з'єднані із закріпленими на трубах завантажувальної 6 та відвідної 14 камер реактивних масах 11. Співвісно якореві 10 через циліндричні пружні стержні 2 до реактивних мас 11 прикріплено корпус 4 статора, у якому рівномірно по колу розташовані котушки електромагнітів 15 із обмотками 3. Обмотки шістьох рівномірно розташованих по колу електромагнітів з'єднано таким чином, що вони утворюють три зміщених між собою на 120° двотактних віброзбудники. Співвісно розташовані статор із котушками 15 і обмотками 3 та якір 10 з робочою камерою 9 утворюють кільцевий електромагнітний віброзбудник, який у поєднанні із прикріпленими до реактивної маси пружними стержнями 2 та 5 формують тримасну резонансну коливну систему. Перша з коливних мас - робоча камера 9 із прикріпленим до неї якорем 10, друга - статор із котушками 15 та обмотками 3, третя - реактивна маса із масивними трубами завантажувальної 6 та відвідної 14 камер. До якоря та статора жорстко прикріплені деки 7 та 13 - збурювачі кавітації із рівномірно розташованими по всій їх площі отворами для протікання оброблюваної рідини. Діаметри отворів у деках 7 та 13 рівні амплітуді їх коливань, а віддаль між сусідніми отворами - потрійному значенню амплітуди. Пари прикріплених до якоря та статора дек розміщені симетрично на вході та виході робочої камери 9. Від потрапляння сторонніх предметів до коливних систем електромагнітний віброзбудник захищено захисним кожухом 1. Робота вібраційного електромагнітного пристрою для збурення кавітації в рідинах здійснюється наступним чином. По трубі завантажувальної камери 6 в робочу камеру 9 під незначним тиском або самострумом подають оброблювану рідину. Одночасно на обмотки 3 котушок 15 електромагнітів послідовно за або проти годинникової стрілки подають напругу. Електромагніти у цій же послідовності почергово притягують до себе якір 10 із наповненою оброблюваною рідиною робочою 5 камерою 9, прогинаючи при цьому назустріч одні одним пружні циліндричні стержні 2 та 5. Прогин та пружність циліндричних стержнів 2 та 5 розраховано таким чином, що вони унеможливлюють співвдаряння якоря та статора між собою. Почергове протягування якоря до поряд розташованих котушок 10 статора трансформується у направленні кругові протифазні коливання двох пружно встановлених коливних мас, а саме якоря 10 із робочою камерою 9 та статора 4. Ці коливання відбуваються із певними розрахунковими амплітудами та частотою, рівною частоті подачі напруги на котушки кільцевого електромагнітного віброзбудника, як правило 50 Гц. Разом із коливними масами плоскопаралельні кругові протифазні переміщення в робочій камері 9 здійснюють і прикріплені до них деки 7 і 13 з отворами, пересікаючи потік неперервно надходжуваної в цю камеру оброблюваної рідини. При рекомендованій амплітуді коливань дек 1,5–2 мм і частоті 50 Гц швидкість, з якою дека перетинає потік рідини, становить 4,7–6,3 м/с, швидкість відносних переміщень двох сусідніх дек, що коливаються у протифазі, вдвічі більша, тобто 9,4–12,6 м/с. Цього достатньо для збурення отворами дек в оброблюваній рідині імпульсів ударних хвиль, вплив яких на завжди наявні в рідині ядра кавітацій супроводжується миттєвим зародженням, розширенням та подальшим сплескуванням кавітаційних бульбашок. Рівномірним розташуванням отворів в деках 7 та 13 забезпечується рівномір 66550 6 ність інтенсивності кавітаційного поля по всій площі поперечного перерізу робочої камери 9, тобто рівномірність обробки рідини. Завдяки симетричному розташуванню декзбурювачів кавітації протікаюча через робочу камеру 9 рідина двічі піддається кавітаційній обробці. Після проходження в робочій камері подвійної кавітаційної обробки рідина через відвідну камеру 14 подається для подальшого цільового використання. Лабораторні дослідження технологічних можливостей запропонованого вібраційного електромагнітного пристрою для збурення кавітації в рідинах здійснювали на технологічних операціях очищення води від біологічних забруднень. При його використанні для знезараження води від бактерій різновиду Pseudomona у середовищі вуглекислого газу СО2 за неперервної подачі води у робочу камеру в обсязі 1,5–2 л/с забезпечувався ступінь очищення води 75–80 %. При аналогічній величині подачі води, забрудненої дріжджами виду Saccharomyces у середовищі озону О3 ступінь очищення води сягає 90 %. Продуктивність технологічного процесу водоочищення при цьому ста3 новила 5,5–7 м /год. Основною перевагою вібраційного електромагнітного пристрою для збурення кавітації в рідинах порівняно із відомими є висока продуктивність, придатність для обробки значних обсягів рідин в неперервному їх потоці у поєднанні із забезпеченням рівномірності обробки рідин. 7 Комп’ютерна верстка М. Мацело 66550 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601