Ультразвуковий змішувач кавітаційного типу

Изобретение относится к устройствам, в которых перемешивание осуществляется в поле кавитационных пузырьков и может быть использовано в химической, нефтехимической, фармакологической, пищевой и других отраслях промышленности. Известен кавитационный смеситель, содержащий корпус с размещенным в нем приводным валом с кавитатором в виде крыльчатки (А.с. №1114452, кл. B01F7/6, 1984). Приводной вал снабжен дополнительными крыльчатками и кронштейнами, на которых установлены крыльчатки. Корпус снабжен кольцевыми перегородками, установленными между крыльчатками и устройство подвода среды выполнено в виде патрубков, размещенных напротив крыльчатки. Смеситель снабжен дополнительным приводным валом с кронштейнами и крыльчатками, установленными соосно приводному валу с возможностью вращения в противоположную сторону, Качество перемешивания в данной конструкции зависит от плотности и физических свойств жидкости. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является конструкция кавитационного смесителя по авторскому свидетельству №1510908, кл. B01F7/16, 1989. Смеситель содержит корпус с размещенными в нем вертикальными валами, на которых посредством кронштейнов закреплены кавитаторы, выполненные в виде упругих резонаторов с различной частотой собственных колебаний. Валы установлены с возможностью вращения в одну сторону. Кавитаторы одного вала чередуются по высоте с кавитаторами другого вала. При этом упругие резонаторы выполнены в виде цилиндрических пружин различной жесткости. Перемешивание жидкостей проходит непосредственно в корпусе, где при вращении валов за кавитационными элементами создаются кавитационные каверны, при схлопывании которых образуются поля микропузырьков, осуществляющих интенсивное перемешивание материала. При движении в жидкости кавитационные элементы начинают вибрировать со своей резонансной частотой, что создает режим турбулизации с широким спектром акустических колебаний, при которых схлопывание каверн происходит более интенсивно. В зонах между валами увлекаемые кавитаторами струи жидкости движутся навстречу друг другу со сверхзвуковой скоростью, создаются ударные волны, воздействующие на каверны. Оптимальная для данной жидкости частота колебаний достигается за счет изменения формы турбулизаторов. Но эффект ограничивается размерами камеры и условиями прочности материала, так как невозможно получить необходимую ширину диапазона генерируемых колебаний. В результате время, требуемое для перемешивания жидкости с высоким качеством на неоптимальной частоте, больше. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования смесителя кавитационного типа, в котором повышение эффективности перемешивания обеспечивается за счет такой конструкции кавитационных элементов, которая, создавая процесс вибротурбулизации с широким спектром ультразвуковых колебаний, позволяет получить оптимальную настройку колебаний на требуемую для данной жидкости частоту и за счет этого уменьшить время, необходимое для перемешивания вязких и трудно перемешиваемых материалов, В ультразвуковом смесителе кавитационного типа, содержащем корпус с размещенными в нем горизонтальными валами, на которых с помощью гайки и контргайки закреплены кавитационные элементы, поставленная задача решается тем, что кавитационные элементы выполнены в виде съемных дисков с пальцами, при этом валы установлены с возможностью вращения в противоположные стороны, а пальцы кавитационных элементов имеют цилиндрическую форму и расположены со смещением на 30° вдоль оси вала; при этом пальцы кавитационных элементов содержат прорези вдоль по движению, а конфигурация и глубина прорезей, а также высота пальцев находятся в зависимости от резонансной частоты различных перемешиваемых жидкостей. С целью быстрой замены пальцы кавитационных элементов вставлены в отверстия на дисках и закреплены штифтами. Диски вращаются в разных плоскостях и скорость движения дисков относительно жидкости находится в пределах от 8 до 25м/сек. Замена дисков приводит к изменению расстояния между пальцами. Этот фактор, а также изменение глубины и ширины прорези и высоты пальцев влияет на спектральный состав генерируемых колебаний. От высоты пальцев зависит максимум спектра колебаний, от формы и размера прорези зависит спектр частот. Применяя те или иные конструкции дисков и пальцев экспериментальным путем удалось получить коэффициент зависимости высоты пальцев и формы и глубины прорези от резонансной частоты данной жидкости. В результате осуществляется оптимальная настройка на требуемую для данной жидкости частоту. Решений с признаками, сходными с существенными признаками заявляемого решения, отличающими последние от прототипа не выявлено. Заявляемое решение позволите результате возможности настройки на определенную частоту колебаний расширить диапазон применения аппарата, радиальный прямоточный подвод жидкости уменьшает время нахождения жидкости в камере смешивания, возможность вращения валов в противоположные стороны позволяет уменьшить сопротивление и увеличить скорость движения и перемешивания жидкости в два раза, а сменность кавитационных элементов увеличивает срок службы аппарата в целом. На фиг.1 представлен ультразвуковой смеситель кавитационного типа, разрез; на фиг.2 сечение А - А на фиг.1, на фиг.3 - палец кавитационного элемента; на фиг.4 - диск кавитационного элемента, разрез. Ультразвуковой смеситель кавитационного типа содержит корпус 1 с размещенными в нем горизонтальными валами 2, на которых с помощью гайки и контргайки закреплены кавитационные элементы. Кавитационные элементы выполнены в виде съемных дисков 3 с заштифтованными в них пальцами 4. Валы 2 в корпусе закреплены консольне и установлены горизонтально с возможностью вращения' в противоположные стороны. Кавитационные элементы сгруппированы в два модуля по два диска. На каждом диске размещены по 8 пальцев. Пальцы кавитационных элементов имеют цилиндрическую форму и расположены со смещением вдоль оси вала на 30°. Положение пальцев последнего диска совпадает с положением пальцев первого диска. Каждый палец имеет прорезь 5. Патрубок 6 служит для подвода рабочей жидкости, патрубок 7 - для подвода подмешиваемой жидкости. Вращение валов осуществляется двигателем 8. Патрубок 9 служит для отвода обработанной жидкости. Ультразвуковой смеситель кавитационного типа работает следующим образом. Рабочую жидкость подают непрерывно в корпус 1 через патрубок 6 подвода. Подмешиваемую жидкость подают через патрубок 7 подвода. Валы приводят во вращение при помощи двигателей 8. Валы 2 вращаются в противоположные стороны. Прямая передача от двигателей 8 к валам 2 обеспечивает увеличение КПД за счет отсутствия потерь энергии в редукторе. При вращении валов за кавитационными элементами создаются кавитационные каверны, при схлопывании которых возникает кумулятивная струя, в которой жидкость движется со сверхзвуковой скоростью, так как образуются очень большие локальные давления, при которых жидкость разбивается на мелкие фракции. Обработанная в корпусе 1 жидкость выводится через патрубок 9 отвода смеси. Данная конструкция обеспечивает высокое качество перемешивания и диспергирования вязких и трудноперемешиваемых материалов.