Пристрій для магнітокавітаційної обробки рідин

Пристрій для магнітокавітаційної обробки рідин, що містить заповнений оброблюваною рідиною нерухомий корпус із робочою камерою, осна 3 окисних реакцій та покращення якості очищення. До складу пристрою для реалізації цього методу входять ємність для розчину флокулянта, хлоратор, ємність для розчину кремнієвої кислоти, фільтри та трубопровід, на якому розташовано магнітний пристрій для додаткової магнітної обробки води [Сілін Р.І., Баран Б.А.,Гордєєв А.І. Властивості води та сучасні способи її очищення: монографія - Хмельницький: ХНУ 2009. - 254 с., іл. (Рис. 8.6, стор. 159)]. Цей пристрій має незначну ефективність та ступінь пришвидшення окисних реакцій дією формованого тут магнітного поля. Найбільш близьким до пропонованого пристрою є магніто-кавітаційний пристрій для підготовки стічних та промислових вод, який містить заповнений оброблюваною рідиною нерухомий корпус із робочою камерою, оснащеною пружним елементом для надання оброблюваній рідині пульсацій від електромагнітного віброзбудника із статором з обмотками та якорем, розміщений між нерухомим корпусом і робочою камерою охоплений магнітом збурювач кавітації для перетікання через нього оброблюваної рідини [Сілін Р.І., Баран Б.А.,Гордєєв А.І. Властивості води та сучасні способи її очищення: монографія - Хмельницький: ХНУ 2009. - 254 с. (Рис. 11.7, стор. 217)]. У цьому пристрої оброблювана вода подається в корпус і при увімкненому електромагнітному віброзбуднику пружним елементом у вигляді мембрани втягується в робочу камеру. При наданому віброзбудником мембрані русі вверх вода через збурювач кавітації у вигляді циліндричних отворів з високою швидкістю проштовхується вверх, формуючи при цьому кавітаційну каверну. Сплескування каверни утворює кавітаційне поле, насичене самозароджуваними із наявних в рідині зародків кавітації кавітаційними бульбашками. При цьому, проходячи крізь збурювач кавітації у вигляді циліндричної втулки, охопленої магнітами, вода додатково піддається магнітній обробці. Сумарна дія гідрокавітації та магнітного поля енергетично впливає на структуру води, покращуючи її властивості. Як наслідок, під дією магнітного та кавітаційного полів ініціюються окиснювальновідновлювальні процеси в оброблюваній воді, зростає швидкість окисних реакцій, забезпечуючи в кінцевому її очищення. Певним обмеженням у застосуванні даного пристрою є низька його продуктивність, зумовлена тим, що всю оброблювану воду необхідно пропомпувати крізь невеликі отвори-збурювачі кавітації. Практично це унеможливлює обробку протічної води у неперервному потоці, зводячи її до порційного дискретного, а отже, і малопродуктивного очищення. В основу корисної моделі поставлено завдання створення пристрою для магніто-кавітаційної обробки рідин, у якому індуковане обмотками котушок статорів електромагнітів магнітне поле одночасно забезпечуватиме належні рухи збурювачів кавітації та магнітну обробку рідин у неперервному їх потоці, підвищуючи тим самим продуктивність. Поставлене завдання вирішується тим, що в пристрої для магніто-кавітаційної обробки рідин, 66323 4 який містить заповнений оброблюваною рідиною нерухомий корпус із робочою камерою, оснащеною пружним елементом для надання оброблюваній рідині пульсацій від електромагнітного віброзбудника із статором з обмотками та якорем, розміщений між нерухомим корпусом і робочою камерою охоплений магнітом збурювач кавітації із можливістю перетікання через нього оброблюваної рідини, згідно корисній моделі, пристрій оснащено з'єднаними із якорями електромагнітів деками - збурювачами кавітації, пружно встановленими в робочій камері із можливістю здійснення протифазних коливань одна відносно іншої. Пружне встановлення приєднаних до якорів електромагнітів збурювачів кавітації, що коливаються у противофазі один відносно іншого, забезпечує інтенсифікацію сформованого збурювачами кавітаційного поля, що в свою чергою активізує окислювальні реакції в оброблюваній рідині, підвищуючи тим самим якість її обробки. Поряд із забезпеченням електромагнітами робочих коливних рухів збурювачів кавітації, ними одночасно формується і знакозмінний магнітний потік високого градієнта індукції, що проникаючи крізь неперервний потік рідини, додатково нашаровується на кавітаційне поле, видозмінюючи структуру оброблюваної води, покращуючи її властивості. При цьому сумарною дією магнітного та кавітаційного полів підвищується відновлювальна здатність ініційованих окисних реакцій, в тому числі і водоочисних процесів, а обробка рідин у неперервному потоці забезпечує високу продуктивність. Принципова схема пристрою для магнітокавітаційної обробки рідин зображена на фіг. 1, на фіг. 2 подано його вид збоку, на фіг. 3 - поперечний переріз А-А (фіг. 1) із відображенням силових ліній магнітного поля. До складу пристрою для магніто-кавітаційної обробки рідин входять два діаметрально протилежно розташовані електромагніти із статором та якорем. Один із них розміщений на трубі 1 подачі води, інший - на трубі 5 відводу очищеної води (фіг. 1). Для кріплення електромагнітів на трубах 1 та 5 вони оснащені корпусом 2, в якому і зафіксовані статор 3 з котушкою обмотки 4, та клемовим затискачем 6 із кронштейном 7 (фіг. 2). Під статорами з боку труб подачі та відводу води із зазором розміщені прикріплені до плоских дек 8 та 9 набрані із листового заліза якорі 10. Статор 3 з котушкою обмотки 4 спільно із якорем 10 власне і формують електромагніт із знакозмінним магнітним полем з силовими лініями 13, а два діаметрально протилежно розташовані електромагніти утворюють двотактний електромагнітний віброзбудник (фіг. 3). Прикріплені до якорів 10 деки 8 та 9 розташовані перпендикулярно потоку оброблюваної рідини і з'єднані між собою та із трубами 1 і 5 через еластичні гофри 11. Труба 1 подачі оброблюваної рідини та труба 5 її відводу формують нерухомий корпус, а розміщені між ними деки 8 та 9 із гофрами 11 - робочу камеру. В деках 8 та 9 по всій їх розташованій в трубному просторі робочої камери площині рівномірно виконано отвори для перетікання оброблюваної рідини. Діаметр До отворів в деках 8 та 9 рівний 5 амплітуді А їх коливань, тобто До=А, а віддаль між сусідніми отворами к0 рівна подвійному розмаху коливань, тобто kо=4А (фіг. 3). Від осьових зміщень та провертання кожна із дек 8 та 9 утримується двома консольними стержневими стабілізаторами 12, один фланець яких прикріплено до корпусу 2, а другий - до виведених за площину труб фрагментів дек. Спільно із гнучкими гофрами 11 стабілізатори 12 виконують функцію пружної системи електромагнітних віброзбудників, тому їх жорсткість розраховують і приймають такою, щоб власна частота коливань прикріплених до них дек 8 та 9 була максимально наближеною до частоти подачі напруги на котушки 4 електромагнітів, тобто робота двотактного електромагнітного віброзбудника здійснювалась у резонансному чи наближеному до нього режимі. Саме у цьому режимі забезпечуються максимальний коефіцієнт корисної дії та мінімальні втрати енергії при роботі двотактного електромагнітного віброзбудника. Робота пристрою для магніто-кавітаційної обробки рідин здійснюється наступним чином. По завантажувальній трубі 1 на позицію обробки під незначним тиском або самотоком подають оброблювану рідину. Одночасно на обмотки 4 котушок 3 електромагнітів подають змінну напругу. При цьому електромагніти одночасно притягують до статорів свої якорі із прикріпленими до них деками 8 чи 9 з отворами, прогинаючи при цьому пружні стержні стабілізаторів 12 та гнучкі гофри 11, що формують пружну систему. В перший півперіод змінної напруги живлення котушок електромагнітів якорі 10, долаючи сили опору пружних систем, притягуються до відповідних статорів 3, а в другий, при подачі на обмотки 4 котушок змінної напруги протилежного знаку, під дією пружних сил максимально віддаляються від статорів. При цьому прогин та пружність стабілізаторів 12 та гнучких гофр 11 розраховано таким чином, що вони унеможливлюють співударяння якоря 10 та статора 3 між собою. Почергове протягування якорів 10 до котушок статорів 3 трансформується у направлені плоско паралельні протифазні коливання двох пружно встановлених коливних мас, кожна з яких сформована із деки 8 чи 9 та якоря 10. Ці коливання відбуваються із певними розрахунковими амплітудами та частотою, рівною частоті подачі напруги на котушки двотактного електромагнітного віброзбудника, як правило 50 гц. При протифазних плоско-паралельних переміщеннях дек 8 та 9 гострі кромки їх отворів невпинно пересікають потік неперервно поступаючої на позицію обробки рідини. При рекомендованій амплітуді коливань дек 2,5-3 мм і частоті 50 Гц швидкість, з якою дека перетинає потік рідини, становить 8-9,5 м/с, швидкість відносних переміщень двох сусідніх дек, що коливаються у протифазі, вдвічі більша, тобто 16-19 м/с. Цього достатньо для збурення загостреними кромками отворів у деках із завжди наявних в рідині зародків кавітації повітряних кавітаційних каверн. При переміщенні повітряних каверн в сформованому гідродинамічному кавітаційному полі оброблюваної рідини тиск всередині каверн стрімко наростає, збільшу 66323 6 ючи їх об'єм, внаслідок чого за коливною декою каверни створюють в оброблюваній рідині кавітаційне поле із імпульсами ударних хвиль. Дія імпульсів ударних хвиль не завжди наявні в рідині ядра кавітації супроводжуються миттєвим зародженням, розширенням та подальшим сплескуванням кавітаційних бульбашок. Рівномірним розташуванням отворів в деках 8 та 9 забезпечується рівномірність інтенсивності кавітаційного поля по всій площі поперечного перерізу труби 1 подачі рідини, тобто рівномірність її кавітаційної обробки. Поряд з тим, направлена на коливання якорів 10 з деками 8 та 9 робота кожного із електромагнітів супроводжується формуванням їх статорами 3 з обмотками 4 змінних магнітних потоків 13 із значним градієнтом напруженості, які сумуючись між собою перетинають заповнену протічною оброблюваною рідиною робочу камеру, забезпечуючи тим самим невпинну магнітну обробку рідини. При цьому, завдяки симетричному розташуванню декзбурювачів кавітації 8 та 9 протікаюча через них рідина двічі піддається кавітаційній обробці і одноразово магнітній. Після проходження подвійної кавітаційної та магнітної обробки рідина через відвідну трубу 5 відводиться для відстоювання, очищення від інактивованого мулу-осаду та подальшого цільового використання. Регулювання якості оброблених у пристрої для магніто-кавітаційної обробки рідин здійснюють регулюванням інтенсивності формованого ним в рідинах кавітаційного поля, яка залежна від амплітуди А коливань дек-збурювачів кавітації 8 та 9 та діаметра отворів До для перетікання рідини. Амплітуду коливань дек 8 та 9 та інтенсивність магнітного поля 13 регулюють зміною величини струму живлення котушок 4 електромагнітів. Розрахунок пружності коливних систем, потужності електромагнітів приводу та їх конструктивних елементів (форму та розміри електромагнітів, поперечний переріз та кількість витків обмоток тощо) здійснюють по загальноприйнятих методиках розрахунків резонансних вібраційних машин із електромагнітним приводом. Поєднання двох взаємонезалежних, але одночасно спрямованих на видозміну структури і властивостей оброблюваних рідин фізичних впливів, а саме кавітаційного та магнітного полів, забезпечує інтенсифікацію окиснювально-відновлювальних процесів та ініційованих ними хімічних реакцій в рідинах. Основними перевагами пристрою для магнітокавітаційної обробки рідин порівняно із відомими є висока продуктивність, придатність для обробки значних обсягів рідин в неперервному їх потоці у поєднанні із забезпеченням рівномірності обробки рідин при високому коефіцієнті корисної дії, спрощення конструкції завдяки двофункційному використанню електромагнітів - у якості приводу рухів збурювачів кавітації для створення кавітаційного поля та в якості джерел формування магнітних потоків високого градієнта напруженості для магнітної обробки рідин. 7 66323 8 9 Комп’ютерна верстка Мацело В. 66323 Підписне 10 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