Гідродинамічний кавітаційний змішувач

Реферат: Гідродинамічний кавітаційний змішувач містить конфузор, сопло, дифузор, завихрювальний елемент, обтікач, вхідний і вихідний патрубки. Сопло виконане з рівномірно розташованими по колу тангенційними отворами. Обтічник оснащено регулятором осьового переміщення. Завихрювальний елемент виконано у вигляді конічної змінної вставки з спіральними гелікоїдними каналами на внутрішній поверхні, а зовнішня конічна поверхня виконана у відповідності конусу конфузора з можливістю фіксації. UA 117003 U (12) UA 117003 U UA 117003 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі будівельної, хімічної, нафтохімічної та нафтогазовидобувної промисловостей і може бути використана для генерації кавітаційних явищ, інтенсифікації процесів приготування дрібнодисперсних суспензій, емульсій, розчинів, пін. Відомий гідродинамічний кавітаційний апарат, який містить сопло, в дифузорі якого встановлено конічний обтічник, що закріплено на стрижні, причому стрижень виконано з зовнішніми витками і закріплений в центрі решітки, утвореної пластинами, які сходяться, зовнішні кінці яких прикріплені до кільця, встановленого співвісно з соплом, сам конічний обтічник виконано порожнистим у вигляді зрізаного конуса, що сполучається з гострим кутом розкриття і витками на зовнішній поверхні, зрізаного конуса з тупим кутом розкриття і циліндричної частини [1]. Недоліком зазначеного апарата є його складність і низька експлуатаційна надійність конструкції. Відомий також кавітаційний змішувач, що містить циліндричний корпус з патрубками підведення і відведення потоку рідини, всередині якого розміщено кавітатор у вигляді ротора з електричним приводом і аеродинамічними лопатями, при цьому кожна з лопатей утворена двома частинами, причому одна частина нерухомо закріплена на внутрішній поверхні циліндричного корпусу під кутом 15-20° до поверхні корпусу, а інша закріплена на роторі з можливістю обертання [2]. Істотним недоліком конструкції є наявність рухливих частин з електричним приводом. Відомий високонапірний кавітаційний піногенератор, що містить циліндричний корпус з фланцями на торцях, в одному з яких встановлено сопло у вигляді конфузора для підведення водного розчину піноутворювача, камера змішання і дифузор. Для забезпечення безперебійної роботи генератора при максимальному протитиску і гомогенності низькократної піни в пінопроводі в генераторі створюється кавітаційний режим течії при мінімізації гідравлічних втрат шляхом оптимізації геометричних характеристик генератора [3]. Недоліком піногенератора є відсутність обґрунтування вибору оптимальних його параметрів без урахування змінних параметрів середовищ, що змішуються. Найбільш близьким технічним рішенням до корисної моделі, що заявляється, є кавітатор, що містить конфузор, дифузор, сопло, завихрювальний елемент, обтікач, вхідний і вихідний патрубки, де завихрювальний елемент виконано у вигляді периферійно розташованих спіралеподібних каналів, що звужуються з виходом в сопло, кожен канал в поперечному перерізі має форму гелікоїда з співвідношення малої та великої осей 0,47-0,75 і з внутрішнім плавним звуженням по довжині каналів, які одночасно закручені з числом витків від 1,5 до 2,5 навколо конічної поверхні і сходяться до вершини конуса спіралей з кроком закрутки, що збільшується в міру звуження каналів, причому канали мають основний внутрішній виступ, який за формою виконано у вигляді геометричної поверхні другого порядку з вузького кінця гелікоїда, і додаткові внутрішні плавні виступи, що розташовані з тупого кінця гелікоїда, сам гелікоїд разом з основним і додатковими внутрішніми виступами закручені навколо своїх поздовжніх осей каналів з кроком 0,9-1,3 від найбільшої осі гелікоїда в напрямку, протилежному напрямку закручування гелікоїдних каналів навколо конічної поверхні [4]. Недоліком прототипу є складності в практичній реалізації геометричних особливостей каналів, умов їх обертання вздовж конічної поверхні і вздовж осі каналів, а також відсутність можливості регулювання режимів роботи, але в даній конструкції передбачено введення додаткових речовин і потоку, що рухається в соплі. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення гідродинамічного кавітаційного змішувача, в якому за рахунок того, що завихрювальний елемент, що виконано у вигляді конічної змінної вставки з спіральними гелікоїдними каналами на внутрішній поверхні, де кожна зі змінних конічних вставок виконана з спіральними гелікоїдними каналами різних геометричних розмірів, забезпечується розширення функціональних можливостей гідродинамічного кавітаційного змішувача, особливо при створенні дрібнодисперсних пін, і, як наслідок, підвищення ефективності його роботи. Поставлена задача вирішується тим, що в гідродинамічному кавітаційному змішувачі, що містить конфузор, сопло, дифузор, завихрювальний елемент, обтікач, вхідний і вихідний патрубки, згідно з корисною моделлю, сопло виконане з рівномірно розташованими по колу тангенційними отворами, обтічник оснащено регулятором осьового переміщення, завихрювальний елемент виконано у вигляді конічної змінної вставки з спіральними гелікоїдними каналами на внутрішній поверхні, а зовнішня конічна поверхня виконана у відповідності до конуса конфузора з можливістю фіксації. Суть корисної моделі полягає в формуванні додаткового до осьового руху обертання потоку двофазного середовища за рахунок вставки з спіральними гелікоїдними каналами, завдяки чому при змішуванні рідини з газом, що подається через тангенціальні отвори при обтіканні 1 UA 117003 U 5 10 15 20 25 30 35 завихрювального елемента, забезпечується зниження інтенсивності турбулентних пульсацій. При цьому досягається зниження втрат напору в гравітаційному кавітаційному змішувачі та, як наслідок, більш високі швидкості у вузькому перерізі конфузора, що зумовлює ще більше зниження тиску в цьому перерізі та створення більш розвиненої кавітації, яка сприяє інтенсивному перемішуванню речовин. Гідродинамічний кавітаційний змішувач, схема якого приведена на фіг. 1, складається з конфузора 1, послідовно з'єднаного з соплом 2 та дифузором 3, в стінці сопла 2 тангенційно рівномірно по колу розташовані отвори 4, в конфузорі 1 встановлено обтікач 5, який оснащено регулятором осьового переміщення 6 та конічна змінна вставка 7 зі спіральними гелікоїдними каналами. Торець більшого конуса конфузора 1 з'єднано з вхідним патрубком 8, а торець більшого конуса дифузора 3 з'єднаний з вихідним патрубком 9. Окрім цього приведена фіг.2, що є перерізом А-А сопла гідродинамічного кавітаційного змішувача. Гідродинамічний кавітаційний змішувач працює наступним чином. Речовини (рідина або газорідинна суміш), які надходять у вхідний патрубок, мають різну густину і в'язкість, тому у запропонованому змішувачі надана можливість ступінчастого регулювання режимів роботи за рахунок конічної змінної вставки 7 з спіральними гелікоїдними каналами та плавне точне регулювання режимів роботи за допомогою осьового переміщення обтікача 5 регулятором 6, змінюючи зазор між внутрішньою поверхнею конічної вставки 7 і конічною поверхнею обтікача. Тангенційні отвори 4 в соплі 2 дозволяють додати в потік, що рухається по спіралі, який створено за допомогою конічної вставки 7 з спіральними каналами: - рідинні, газоподібні та рідиногазоподібні емульсії; - частину речовини з будь-якої точки внутрішньої поверхні дифузора 3 або вихідного патрубка 9, що дозволить частково змінювати якісні показники кавітації, створюваної в дифузорі, зокрема, температуру потоку, що надходить в дифузор; - додаткові речовини, які створюють позитивний ефект, наприклад, якщо у вхідний патрубок 8 подається речовина з вмістом кислот (кислих елементів), то в сопло 2 через отвори 4 подається содовий розчин, що суттєво впливатиме на процеси, які відбуваються в дифузорі 3 і вихідному патрубку 9. Таким чином, запропоноване технічне рішення дозволить значно підвищити ефективність роботи, а також розширити функціональні можливості гідродинамічного кавітаційного змішувача, особливо при створенні дрібнодисперсних пін. Перелік джерел інформації 1. Гідродинамічний кавітаційний апарат, патент BY 15001 С1 від 2011.10.30. 2. Кавітаційний змішувач, патент BY 7733 U від 2011.10.30. 3. Високонапірний кавітаційний піногенератор, патент BY 6311 U від 2010.06.30. 4. Кавітатор, патент RU 2516638 С1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Гідродинамічний кавітаційний змішувач, що містить конфузор, сопло, дифузор, завихрювальний елемент, обтікач, вхідний і вихідний патрубки, який відрізняється тим, що сопло виконане з рівномірно розташованими по колу тангенційними отворами, обтічник оснащено регулятором осьового переміщення, завихрювальний елемент виконано у вигляді конічної змінної вставки з спіральними гелікоїдними каналами на внутрішній поверхні, а зовнішня конічна поверхня виконана у відповідності конусу конфузора з можливістю фіксації. 2 UA 117003 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3