Низькочастотний віброрезонансний кавітатор

Реферат: У низькочастотному віброрезонансному кавітаторі для кавітаційної обробки рідин, що містить заповнений оброблюваною рідиною нерухомий корпус із робочою камерою, розміщені в ньому приводи низькочастотних вібрацій, виконані у вигляді електромагнітів з статором із осердям та обмотками котушок, якорем і пружною системою, що з'єднує якір із статором, та жорстко прикріплені до якорів із можливістю здійснення протифазних коливних рухів деки-збурювачі кавітації. Деки-збурювачі кавітації встановлено із можливістю протифазних коливань вздовж напряму осей електромагнітів приводу, які розміщено в корпусах співвісно із можливістю охолодження їх оброблюваною рідиною. UA 104571 C2 (12) UA 104571 C2 UA 104571 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Низькочастотний віброрезонансний кавітатор для кавітаційної обробки рідин належить до галузі кавітаційних хіміко-технологічних процесів. Даний пристрій може бути застосований, наприклад, для водоочищення, знезараження питної води, стоків хімічних, харчових та переробних підприємств від різноманітних забруднень, у тому числі і біологічних. Запропонований пристрій належить до групи обладнання фізико-хімічних методів кавітаційного ініціювання та активації окиснювально-відновлювальних реакцій у рідинах енергією сплескування великої кількості самозароджуваних в рідині кавітаційних бульбашок. Відомий пристрій для збурення гідродинамічної кавітації, що містить циліндричний корпус, системи подачі до нього оброблюваних рідин та супутніх обробці газів, електромагнітний вібропривід із коливними деками, що завдяки перетіканню крізь наявні в них отвори рідини забезпечують збурення кавітації, та мережу живлення електромагніта віброприводу із приладом регулювання частоти напруги [Патент України № 75274 Спосіб кавітаційної обробки рідин / Старчевський В.Л., Шевчук Л.І., Афтаназів І.С., Строган O.I. заявл. 18.05.2012; реєстраційний номер u 201206022, опубл. 26.11.2012 бюл. №22]. Суттєвою перевагою цього пристрою є забезпечувана ним можливість кавітаційної обробки рідин у резонансних режимах, що досягається підбором частот коливань збурюючих кавітацію дек кратними частотам коливань наявних у, оброблюваних рідинах зародків кавітації. Це дозволяє здійснювати високопродуктивну кавітаційну обробку рідин при мінімальних енергозатратах. Однак, через відсутність системи охолодження електромагніта віброприводу, індуковане обмоткою котушки приводу перемінне магнітне поле нагріває корпус та статор віброприводу до високих температур, провокуючи міжвиткове замикання дроту обмотки, небезпеку ураження струмом обслуговуючого персоналу, пожежонебезпеку. У наслідок цього, тривалість безперервної роботи даного віброкавітатора обмежена декількома десятками хвилин і стільки ж часу витрачаються на охолодження віброприводу. Це вдвічі понижує продуктивність даного віброкавітатора. Найбільш близьким до пропонованого є вібраційний електромагнітний пристрій для збурення кавітації, що містить заповнений оброблюваною рідиною нерухомий корпус із робочою камерою, розташований на корпусі на пружних елементах привід низькочастотних вібрацій, який виконано у формі кільцевого електромагніта із співвісно розміщеними статором з обмотками котушок та набраного з листового заліза якоря, пружню систему та встановлені у робочій камері із можливістю здійснення протифазних коливних рухів деки-збурювачі кавітації [Патент України № 66550. Вібраційний електромагнітний пристрій для збурення кавітації / Старчевський В.Л., Шевчук Л.І., Афтаназів І.С., Строган О.I., заявл. 06.06.2011; реєстраційний номер заявки 2011 07143, опубл. 10.01.2012, Бюл. № 1]. При подачі у робочу камеру оброблюваної рідини та напруги на обмотки котушок електромагнітного приводу статор та якір здійснюють протифазні коливання із частотою, рівною частоті перемінної напруги живлення. При цьому прикріплені до них деки із відносною швидкістю до 12,6 м/с розтинають потік оброблюваної рідини, збурюючи у ньому кавітацію. Однак, у результаті того, що протифазні коливання дек-збурювачів кавітації здійснюються у взаємно паралельних площинах, і оброблювана рідина не піддається додатковому тиску, інтенсивність кавітаційного поля тут незначна, що обмежує сферу ефективного використання кавітаторів даного типу. Окрім того, охолодженню оброблюваною рідиною тут піддається лише внутрішня поверхня кільцевого якоря. Нагрітий індукованим електромагнітами перемінним магнітним полем статор та його котушки із обмотками рідиною не охолоджуються. Це суттєво обмежує тривалість його неперервної експлуатації, зумовлює потребу в непродуктивних, втратах часу на охолодження. В основу винаходу поставлено задачу створення низькочастотного віброрезонансного кавітатора для кавітаційної обробки рідин, у якому завдяки протифазним коливанням декзбурювачів кавітації вздовж напряму осей електромагнітів приводів підвищуватиметься інтенсивність формованого у робочій камері кавітаційного поля, а завдяки охолодженню оброблюваною рідиною статорів електроприводів підвищуються коефіцієнт корисної дії кавітатора та продуктивність кавітаційної обробки рідин завдяки скороченню часу непродуктивного простою для їх охолодження. Поставлена задача вирішується тим, що у низькочастотному віброрезонансному кавітаторі для кавітаційної обробки рідин, що містить заповнений оброблюваною рідиною нерухомий корпус із робочою камерою, розміщені в ньому приводи низькочастотних вібрацій, виконані у вигляді електромагнітів з статором із осердям та обмотками котушок, якорем і пружньою системою, що з'єднує якір із статором, та жорстко прикріплені до якорів із можливістю здійснення протифазних коливних рухів деки-збурювачі кавітації, згідно з винаходом, декизбурювачі кавітації встановлено із можливістю протифазних коливань вздовж напряму осей 1 UA 104571 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 електромагнітів приводів, які розміщено в корпусах співвісно із можливістю охолодження їх оброблюваною рідиною. У запропонованому пристрої співвісним розташуванням дек, що здійснюють протифазні коливні рухи назустріч одна одній, забезпечується підвищення тиску та швидкості гідравлічних потоків оброблюваної рідини при її протіканні крізь отвори, які облаштовані у деках-збурювачах кавітації. У наслідок цього струмені рідини втрачають щільність та міцність, а із завжди наявних у рідині зародків кавітації лавиноподібно зароджуються, збільшуються у своєму об'ємі та сплескують кавітаційні бульбашки, які і формують кавітаційне поле високої інтенсивності. Невпинне охолодження оброблюваною рідиною корпуса кавітатора та розміщених у ньому електромагнітних приводів вібрацій усуває небезпеку нагріву їх статорів та обмоток котушок до підвищених температур, які викликають небезпеку руйнування через міжвиткове замикання дроту обмоток. Це дозволяє здійснювати неперервну кавітаційну обробку рідин, усуває потребу в зупинках та простоюванні обладнання для його охолодження, чим і забезпечується підвищення продуктивності. При надмірному підвищенні температури електромагнітів приводу суттєва частка енергії витрачається на нагрівання, а не на корисну роботу, якою, у даному випадку, є просторові плоскопаралельні коливні рухи дек-збурювачів кавітації. Охолодження їх статорів зменшує непродуктивні втрати енергії і, відповідно, зростає коефіцієнт корисної дії приводу. Низькочастотний віброрезонансний кавітатор для кавітаційної обробки рідин зображений на кресленні. Низькочастотний віброрезонансний кавітатор містить герметично закриту робочу камеру 8 із симетричними фланцями, до яких приєднано два циліндричні корпуси 3 із патрубками 1 подачі оброблюваної рідини, яка одночасно може використовуватись і як охолоджувальна, якщо її температура не перевищує температури навколишнього середовища. Всередині кожного циліндричного корпуса 3 розміщені статор із обмоткою та якір електромагнітів приводу 4, які від робочої камери 8 відділено фланцем 7 із центральним отвором для переміщень штока якоря електромагніта 4 та отворами для перетікання оброблюваної рідини. Між якорем та статором електроприводу 4 встановлено виготовлену із пружного матеріалу мембрану, яка забезпечує коливання якоря із приєднаним до нього штоком з амплітудою до 3,5-4,0 мм. На штоках якорів електромагнітів 4 закріплено деки-збурювачі кавітації 9, пласка чи конічна поверхня яких пронизана отворами для перетікання оброблюваної рідини. Електромагніти приводу 4 та декизбурювачі кавітації 9 мають спільну геометричну вісь. Якорі приводів 4 та прикріплені до їх штоків деки-збурювачі кавітації 9 в процесі роботи здійснюють синхронні плоскопаралельні протифазні коливні рухи назустріч один одному, що забезпечується електричною схемою з'єднання обмоток котушок їх приводів. Робоча камера 8 та циліндричні корпуси 3 із електромагнітами приводу 4 оснащені патрубками 1, 10 та 11 для подачі та відводу оброблюваної рідини, супутніх обробці газів чи повітря (у випадку технологічної потреби). Кавітатор із міркувань техніки безпеки закрито захисними кожухами 2, які встановлено на опорах 12. Для регулювання віддалі між деками-збурювачами кавітації 9, що зумовлено потребою обробки різних за густиною та в'язкістю оброблюваних рідин, у кавітаторі передбачені регулювальні прокладки 5 та 6. У електричну схему живлення електромагнітів приводу 4 кавітатора включено регулятор частоти напруги, наприклад, моделі AFC-120, який дозволяє плавним регулюванням частоти вихідної напруги змінювати частоту притягування якоря електромагніта до його статора, змінюючи тим самим частоту коливань прикріплених до штока якоря дек-збурювачів кавітації 9 в діапазоні 5-200 Гц. Унаслідок цього, в процесі обробки рідин у даному кавітаторі є можливість плавно наблизити частоту вібрацій коливних дек до частот, кратних частотам коливань наявних у оброблюваних рідинах зародків кавітації, тобто максимально наблизити роботу кавітатора до резонансних режимів, яким властиве мінімальне споживання енергії приводом, максимальні значення коефіцієнтів їх корисної дії. Синхронні протифазні коливання якорів та штоків електромагнітних приводів 4 забезпечують пониження вібрацій, що можуть передаватись від коливних частин кавітатора на несучі опори 12 та поруч облаштоване устаткування. Сили реакцій коливних переміщень обох якорів та штоків із прикріпленими до них деками-збурювачами кавітації 9, будучи синхронними та протилежно направленими, через робочу камеру 8 та циліндричні корпуси 3 взаємно погашають та нівелюють одна одну, зводячи до мінімуму передачу вібрацій на основу. Обробку рідин у низькочастотному вібраційному електромагнітному кавітаторі здійснюють наступним чином. Експериментально визначивши оптимальні для конкретної оброблюваної рідини режими роботи кавітатора, на включеному в електричну систему живлення приводу регуляторі частоти напруги, наприклад, моделі AFC-120, встановлюють необхідний діапазон 2 UA 104571 C2 5 10 15 20 частот напруги. Патрубками 1 через регулювальні дроселі подають у циліндричні корпуси 3 та робочу камеру 8 кавітатора оброблювану рідину, газ - у випадку технологічної потреби. Проходячи повз електромагнітні приводи 4 оброблювана рідина охолоджує їх і, потрапивши крізь отвори у фланці 7 в робочу камеру 8, піддається кавітаційній обробці у неперервному потоці або замкнутому технологічному циклі. Кавітаційно оброблена впродовж певного часу, обумовленого технологічним завданням, рідина через патрубок 11 та дросель регулювання витрати (на кресл. не відображено) витікає із робочої камери 8 у накопичувальну ємність або надходить безпосередньо у відповідне технологічне обладнання. У тому випадку, коли рідина, що надходить є на кавітаційну обробку, має; підвищену температуру або через свої хімічні чи фізичні параметри не може використовуватись як охолоджувальна для приводу 4, її на кавітаційну обробку подають патрубками 10 безпосередньо у робочу камеру 8. Отвори у фланці 7 тоді перекривають і герметично відділяють робочу камеру 8 від циліндрів 3 із електромагнітами приводу 4. Тоді у процесі кавітаційної обробки приводи 4 охолоджують не оброблюваною рідиною, а поданою через патрубки 1 спеціальною охолоджувальною рідиною, наприклад, водою при пониженій до 8-10 °C температурі. Основними перевагами низькочастотного віброрезонансного кавітатора для кавітаційної обробки рідин є мінімальні затрати енергії приводу, що забезпечується роботою у резонансних режимах, і зумовлений цим високий коефіцієнт корисної дії. Крім того, йому властиві підвищені інтенсивність формованого кавітаційного поля завдяки забезпечуваному підвищенню тиску та швидкості збурюючих кавітацію гідравлічних струменів та продуктивність через придатність до неперервної експлуатації завдяки охолодженню приводу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 Низькочастотний віброрезонансний кавітатор для кавітаційної обробки рідин, що містить заповнений оброблюваною рідиною нерухомий корпус із робочою камерою, розміщені в ньому приводи низькочастотних вібрацій, виконані у вигляді електромагнітів з статором із осердям та обмотками котушок, якорем і пружною системою, що з'єднує якір із статором, та жорстко прикріплені до якорів із можливістю здійснення протифазних коливних рухів деки-збурювачі кавітації, який відрізняється тим, що корпус має відділення, в якому встановлено статор із обмоткою та якір електромагнітів приводу, які від робочої камери відділено фланцем із центральним отвором для переміщень штока якоря електромагнітів та отворами для перетікання оброблюваної рідини, причому деки-збурювачі кавітації встановлено із можливістю здійснення протифазних коливань вздовж напряму осей електромагнітів приводу; до корпусу приєднано патрубок для подачі оброблюваної рідини, а до робочої камери - патрубки для підводу та відводу оброблюваної рідини. Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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 3