Пристрій для змішування текучих середовищ

1. Пристрій для змішування текучих середовищ, що містить корпус із каналами подачі середовища, що ежектує, і середовища, яке ежектують, канал подачі середовища (КПСЕ), що ежектує, має частини, що звужується (дифузор) і що розширюється (конфузор), розділені камерою змішання, при цьому отвори камери змішання для впуску середовища, яке ежектують, з'єднані з каналом середовища, що ежектує, через додаткову кільцеву камеру, який відрізняється тим, що внутрішня поверхня камери змішання виконана у вигляді поверхні тіла обертання площини, обмеженої двома конхоїдами завитка Паскаля й проекціями торців частин дифузора, що звужується, й конфузора, що розширюється, оберненими один до одного, конхоїди завитка Паскаля симетрично розташовані відносно осі КПСЕ і симетрично або асиметрично відносно полярної осі конхоїд, полярна вісь конхоїд перпендикулярна осі КПСЕ, проекції торців частин КПСЕ, що звужується й розширюється, паралельні полярній осі конхоїд і перпендикулярні осі КПСЕ, осі отворів для впуску середовища, яке U 2 36550 1 3 36550 зора, що забезпечують змішання середовищ у широкому діапазоні температур, тисків, швидкостей і щільностей [Абрамович Г.Н. Прикладна газова динаміка. - М.: Держ. Вид-во технікотеоретичної літератури, 1951, с 223 -234; Делягін Г.Н. і ін. Тепло генерирующие установки. - М.: Стройиздат, 1986. с.256-265]. Однак реально стійку й ефективну роботу газо- або гідродинамічних пристроїв у конкретних умовах не завжди можливо забезпечити за рахунок простих те хнічних рішень. Як правило, пристрої здатні стабільно працювати в вузькому діапазоні технічних умов і для кожного конкретного випадку необхідно розробляти спеціальну конструкцію пристрою. Відомий спосіб змішування рідких або газоподібних середовищ у потоках рідини й газів, що включає розміщення поперек потоку рідини або газу насадка із дренажними отворами на бічній поверхні [див. опис до патенту РФ № 2080912, М. кл.. B01F3/00, опубл. 10.08.1997p.], що виконаний у вигляді погано обтічного кругового циліндра й орієнтований так, щоб дренажні отвори по обох сторін бічної поверхні розташовувалися в зоні найбільшого розрідження на поверхні насадка при обтіканні його потоком. Пристрій, що реалізує зазначений спосіб характеризується простотою виконання, монтажу й обслуговування. Він не має спеціальної камери змішання, оскільки здатний забезпечити змішання безпосередньо в потоці середовища, що ежектують. Однак відсутність камери змішання не зменшує значно габарити пристрою в цілому, оскільки ефективне змішання середовищ можливо на довжині не менш 8-10 діаметрів сопла середовища, що ежектують, крім того, функціональні можливості такого пристрою обмежені в основному низьконапірними потоками Відома форсунка для утворення аерозолів, що має у своїй сполуці сопло Лаваля, тороподібну й кільцеву камери [див. опис до патенту України №78079, М.кл. A01G25/00, опубл. 15.02.2007p.], додатково містить крильчатку, установлену на виході з дифузора, що дозволяє розширити кут розпилення аерозолів. Однак установка крильчатки на шляху швидкісного потоку хоча й дрібно дисперсних часток, з одного боку, істотно знижує надійність пристрою, з іншого боку, зменшення швидкості газу, що ежектує, знижує ефективність змішання середовищ у вихровій камері. Найбільш близьким технічним рішенням до рішення, що заявляють, по призначенню, технічній сутності й результату, що досягають, при використанні є пристрій для розпилення рідини, що містить корпус із каналами для подачі рідини, що ежектує і яку ежектують, сопло Лаваля, частини якого, що звужуються і розширіються, розділені камерою змішання, яка виконана торовидною, при цьому отвори камери змішання, що ежектують, з'єднані з каналом, який ежектують, через додаткову кільцеву камеру [див. опис до патенту РФ №2083247, М.кл. А62С31/02, опубл. 10.07.1997p.] 4 Описаний вище пристрій забезпечує ефективне розпилення рідини до розмірів крапель порядку 0,005мм. Однак торовидна форма вихрової камери обмежує функціональні можливості пристрою. При незначних змінах властивостей потоків, що ежектує і який ежектують, ви хрова камера втрачає свою здатність до завихрення потоків і стає гальмом, а на її стінках налипають частки рідини або газу, е фективність розпилення й змішування зменшуються. Тому метою технічного рішення, що заявляють, є підвищення ефективності розпилення або змішування багатокомпонентних середовищ, розширення функціональних можливостей пристрою. В основу корисноїмоделі поставлена задача поліпшення пристрою для змішування текучих середовищ, у якому, внаслідок виконання внутрішньої поверхні камери змішання у вигляді поверхні тіла обертання площини, обмеженої двома конхоїдами завитка Паскаля й проекціями торців частини дифузора, що звужується, й конфузора, що розширюється, зверненими один до одного, розташування конхоід завитка Паскаля симетрично щодо осі каналу подачі середовища, що ежектує (КПСЕ), і симетрично або асиметрично щодо полярної осі конхоід, виконання полярної осі конхоід перпендикулярно осі КПСЕ, проекцій торців частин КПСЕ, що звужуються й розширюються, паралельно полярної осі конхоид і перпендикулярно осі КПСЕ, напрямку осей отворів для впуску середовища, яке ежектують, під кутом a = 35 ¸ 65o щодо осі КПСЕ, при цьому a1 / a 2 = d2 / d1 = D1 / D2 = 1 ¸ 9 , де a1 - відстань від торця частини КПСЕ, що звужується, до полярної осі конхоїд, а2 - відстань від торця частини КПСЕ, що розширюється, до полярної осі конхоід; d1 - мінімальний діаметр частини КПСЕ, що звужується, d2 - мінімальний діаметр частини КПСЕ, що розширюється, D1 - діаметр торця частини КПСЕ, що звужується; D2 - діаметр торця частини КПСЕ, що розширюється, і виконання довжини Н камери змішання між торцями частин КПСЕ, що звужується й розширюється, рівній сумі а1+а2, що лежить у межах R≤Н≤2R, де R - радіус нерухли вої окружності конхоіди, забезпечується новий технічний результат. Він полягає в тім, що потік, який проходить через отвори камери змішання може бути або безперервним, або дискретним аж до окремих часток при певних значеннях температури, тиску й швидкості потоку, що ежектує. Речовина, яку ежектують, багаторазово відбивається від стінок камери, утворює просто завихрення або завихрення типу «вихри у ви хрі», які взаємодіють із потоком, що ежектує. За рахунок цього підвищується ефективність змішування потоків у співвідношеннях як 1:1, так і 1:10000, виключаються умови для утворення «мертвих зон» і налипання часток на поверхню камери змішання. При певних значеннях темпера 5 36550 тури, тиску й швидкості потоку внаслідок зіткнення часток можливе руйнування не тільки великих часток, але й молекул, тобто перетворення речовини. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому пристрої для змішування текучих середовищ, що містить корпус із каналами подачі середовища, що ежектує, і середовища, яке ежектують, канал подачі середовища, що ежектує (КПСЕ), має частину, що звужується (дифузор) і що розширюється (конфузор), розділені камерою змішання, при цьому отвори камери змішання для впуску середовища, яке ежектують, з'єднані з каналом середовища, що ежектує, через додаткову кільцеву камеру, відповідно до корисної моделі, внутрішня поверхня камери змішання виконана у вигляді поверхні тіла обертання площини, яка обмежена двома конхоїдами завитка Паскаля й проекціями торців частини дифузора, що звужується, й конфузора, що розширюється, зверненими один до одного, конхоіди завитка Паскаля симетрично розташовані щодо осі КПСЕ і симетрично або асиметрично щодо полярної осі конхоід, полярна вісь конхоід перпендикулярна осі КПСЕ, проекції торців частин КПСЕ, що звужується й розширюється, паралельні полярної осі конхоід і перпендикулярні осі КПСЕ, осі отворів для впуску середовища, яке ежектують, спрямовані під кутом a = 35 ¸ 65o щодо осі КПСЕ, при цьому a1 / a 2 = d2 / d1 = D1 / D2 = 1 ¸ 9 , де a1 - відстань від торця частини КПСЕ, що звужується, до полярної осі конхоїд, а2 - відстань від торця частини КПСЕ, що розширюється, до полярної осі конхоід; d1 - мінімальний діаметр частини КПСЕ, що звужується, d2 - мінімальний діаметр частини КПСЕ, що розширюється, D1 - діаметр торця частини КПСЕ, що звужується; D2- діаметр торця частини КПСЕ, що розширюється, а довжина камери змішання Н між торцями частин КПСЕ, що звужується й розширюється, дорівнює сумі а1+а2 і визначена співвідношенням R≤Н≤2R, де R - радіус нерухли вої окружності конхоіди. Відповідно до корисної моделі, він містить від 1 до 28 впускних отворів для середовища, яке ежектують. Відповідно до корисної моделі, для газоподібних потоків l≥2R, де l - константа конхоіди. Відповідно до корисної моделі, для рідинних потоків R≤l≤2R. Відповідно до корисної моделі, для потоків, що містять тверді фракції, 0≤l≤R. Як видно з викладу сутності технічного рішення, що заявляють, воно відрізняється від прототипу і, отже, є новим. Хоча теорія газового ежектора розроблена досить добре [див. Абрамович Г.Н. Прикладна газова динаміка. - М.: Гос. Вид-во те хніко-теоретичної літератури, 1951], запропонована й методика розрахунку, однак необхідність робити в процесі розрахунку безліч допущень, приводить в остаточно 6 му підсумку до результатів, які перевіряються тільки експериментально. У результаті такої перевірки й з'явилася безліч технічних рішень, які в деяких випадках успішно використовують на практиці. У деяких випадках використання запропонованих технічних рішень залишається проблематичним, оскільки не містять у формулі й описі скільки-небудь відправних крапок придатних для реалізації цих технічних рішень [див., наприклад, опис до патенту РФ №2083247, М.кл. А62С31/02, опубл. 10.07.1997p.] Технічне рішення, що заявляють, принципово відрізняється від відомих тим, що, базуючись на фундаментальних теоретичних посилках, не тільки пропонує новий підхід до формування камери змішання, але й дає досить конкретні відправні крапки, необхідні для реалізації технічного рішення в широкому діапазоні речовин, що ежектують і які ежектують. Технічне рішення промислово застосовне, оскільки виготовлено на сучасному встаткуванні в декількох екземплярах і успішно випробувано для змішування: рідин (у тому числі грузлих) з рідинами, порошками й газами; порошків з порошками, рідинами й газами; газів з газами; розчинів речовин або суспензій; лікарських речовин до співвідношення 1:2000; різних масел із водою для одержання емульсій різної концентрації. Фіг.1 Пристрій для змішування текучих середовищ. Фіг.2 Схема змішування середовищ в зоні біля дифузора. Фіг.3 Схема змішування середовищ в зоні полярної осі конхоїд. Фіг.4 Схема змішування середовищ в зоні біля конфузора. Пристрій для змішування текучих середовищ (Фіг.1), містить корпус 1 з каналами для подачі середовища 2, що ежектує, і канал 3 середовища, яке ежектують. Канал для подачі середовища, що ежектує (КПСЕ), має частину 4, що звужується (дифузор), і частину 5, що розширюється (конфузор). Між ними розташована камера 6 змішання. Частина корпуса, що несе дифузор, має отвори 7 для впуску середовища, що ежектують, кількість яких може бути від 1 до 28 залежно від кількості середовищ, що змішуються, і характеристик потоків, що ежектують і яких ежектують. Ці отвори з'єднані з каналом 3 середовища, що ежектує, через додаткову кільцеву камеру 8. Внутрішня поверхня камери 6 змішання виконана у вигляді поверхні тіла обертання площини, яка обмежена двома конхоїдами завитка Паскаля 9 і 10, а також проекціями торців частин, що звужується 11 і розширюється 12, дифузора 4 і конфузора 5, які повернені друг до друга. Конхоїди 9 і 10 завитка Паскаля симетрично розташовані щодо осі 14 КПСЕ і асиметрично щодо полярної осі 13 конхоід 9 і 10. Полярна вісь 13 конхоїд 9 і 10 перпендикулярна осі 14 КПСЕ. Проекції 11 і 12 торців частин КПСЕ, що звужується 4 і розширюється 5, паралельні полярної осі 13 конхоїд і перпендикулярні осі 14 КПСЕ. У такий спосіб між дифузором 4 і конфузором 5 утворена камера змішання 6, що має складну форму. 7 36550 У таблиці, наведеної нижче, показані основні параметри деяких пристроїв для змішування різ 8 них середовищ і характеристики ефективності змішування різних текучи х середовищ. Таблиця Параметри пристрою Н, мм R, мм а1, мм а2, мм d1, мм d2, мм D1, мм D2, мм l=f(R), мм μ*, % Фіг.2, Приклад 1 Змішування газів 3 12 1 2 2 1,5 ¸ 2,0 14 9 0,1 ¸ 0,75 0,05 ¸ 0,10 Фіг.3, Приклад 2 Змішування рідин 10 18 5 5 2 2 6 6 1,0 ¸ 1,50 0,5 ¸ 1,0 Фіг.4, Приклад 3 Змішування порошків 25 32 23 2 3 3¸4 8 12 2,0 ¸ 2,5 5 ¸ 10 *μ - відхилення концентрації речовин в одиниці об'єму. Пристрій працює в такий спосіб. Канал 2 подачі середовища, що ежектує, направляє середовище, яке ежектують, в дифузор 4, а потім через камеру змішання 6 у конфузор 5. Канал 3 середовища, яке ежектують, направляє його спочатку в кільцеву камеру 8, що забезпечує рівний доступ середовища, яке ежектують, до отворів 7, які направляють середовище, яке ежектують, також у камеру змішання під відповідним кутом, забезпечуючи, таким чином, взаємодію середовища, що ежектуе, і середовища, яке ежектують. Складна форма камери змішання 6 забезпечує утворення вихрови х потоків і ефективне перемішування середовищ, що ежектує і яке ежектують. На Фіг.2 показано, як змішуються гази з газами та гази з рідиною. При цьому відбувається не тільки змішування, але й розпилення утвореної суміші у вигляді туману з дрібнодисперсними краплина ми. Ефективне змішування можливе при відношеннях компонентів від 1:1000 до 50:50. На Фіг.3 показано, як змішуються рідина з рідиною та рідина з порошками. При цьому відбувається якісне змішування. При певних умовах можлива деструкція компонентів і утворення нових речовин. На Фіг.4 показано, як змішуються порошки з рідиною і рідина з рідиною з утворенням потокового стр уменю. Як видно з викладу сутності технічного рішення, що заявляється, і опису прикладів його здійснення, єдиний конструктивний підхід до реалізації пристроїв дозволяє здійснити такі, що здатні якісно змішувати різні середовища в широкому діапазоні середовищ і те хнічних умов, що забезпечує дуже широкий діапазон його використання. 9 Комп’ютерна в ерстка О. Рябко 36550 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601