Пристрій для змішування текучих середовищ

1. Пристрій для змішування текучих середовищ, що містить корпус із каналами подачі середовища, що єжектує, і середовища, яке ежектують, канал подачі середовища (КПСЕ), що єжектує, має частину, що звужується (конфузор) і частину, що розширюється (дифузор), розділені камерою змішування, при цьому отвори камери змішування для впуску середовища, яке ежектують, з'єднані з каналом середовища, що єжектує, через додаткову кільцеву камеру, який відрізняється тим, що внутрішня поверхня камери змішування виконана у вигляді поверхні тіла обертання площини, обмеженої двома конхоїдами завитка Паскаля й проекціями торців дифузора й конфузора, зверненими один до одного, конхоїди завитка Паскаля симетрично розташовані щодо осі КПСЕ і симетрично або асиметрично щодо полярної осі конхоїд, полярна вісь конхоїд перпендикулярна осі КПСЕ, проекції торців частин КПСЕ, що звужується й розши C2 2 (11) 1 3 89878 4 іншого, створювати пристрої різного призначення, якого, що звужуються і розширюються, розділені наприклад, ефективні форсунки для спалювання камерою змішання, яка виконана торовидною, при палива, утворення аерозолів, змішання різних сецьому отвори камери змішання, що ежектують, редовищ і т.п.. Описане вище явище реалізують з'єднані з каналом, який ежектують, через додатна практиці за допомогою ежекторів різного типу, кову кільцеву камеру [див. опис до патенту РФ № які, як правило, складаються із сопла газу (що 2083247, М. кл. А62С31/02, опубл.10.07.1997р.] ежектує), низьконапірного газу (який ежектують), Описаний вище пристрій забезпечує ефективкамери змішання (звичайно циліндричної) і дифуне розпилення рідини до розмірів крапель порядку зора, що забезпечують змішання середовищ у 0,005мм. широкому діапазоні температур, тисків, швидкосОднак торовидна форма вихрової камери обтей і щільностей [ Абрамович Г.Н. Прикладна гамежує функціональні можливості пристрою. При зова динаміка. - М.: Держ. Вид-во техніконезначних змінах властивостей потоків, що ежектеоретичної літератури, 1951, с. 223 - 234; Делягін тує і який ежектують, вихрова камера втрачає Г.Н. і ін. Тепло генерирующие установки. - М.: свою здатність до завихрення потоків і стає гальСтройиздат, 1986. с. 256 - 265]. мом, а на її стінках налипають частки рідини або Однак реально стійку й ефективну роботу гагазу, ефективність розпилення й змішування змезо- або гідродинамічних пристроїв у конкретних ншуються. умовах не завжди можливо забезпечити за рахуТому метою технічного рішення, що заявлянок простих технічних рішень. Як правило, приється, є підвищення ефективності розпилення або строї здатні стабільно працювати в вузькому діазмішування багатокомпонентних середовищ, розпазоні технічних умов і для кожного конкретного ширення функціональних можливостей пристрою. випадку необхідно розробляти спеціальну консВ основу винаходу поставлена задача поліптрукцію пристрою. шення пристрою для змішування текучих середоВідомий спосіб змішування рідких або газоповищ, у якому, внаслідок виконання внутрішньої дібних середовищ у потоках рідини й газів, що поверхні камери змішання у вигляді поверхні тіла включає розміщення поперек потоку рідини або обертання площини, обмеженої двома конхоїдами газу насадка із дренажними отворами на бічній завитка Паскаля й проекціями торців частини конповерхні [див. опис до патенту РФ № 2080912, М. фузора, що звужується, й дифузора, що розширюкл.. B01F3/00 , опубл.10.08.1997р.], що виконаний ється, зверненими один до одного, розташування у вигляді погано обтічного кругового циліндра й конхоід завитка Паскаля симетрично щодо осі каорієнтований так, щоб дренажні отвори по обох налу подачі середовища, що ежектує (КПСЕ), і сторін бічної поверхні розташовувалися в зоні симетрично або асиметрично щодо полярної осі найбільшого розрідження на поверхні насадка при конхоід, виконання полярної осі конхоід перпендиобтіканні його потоком. кулярно осі КПСЕ, проекцій торців частин КПСЕ, Пристрій, що реалізує зазначений спосіб харащо звужуються й розширюються, паралельно поктеризується простотою виконання, монтажу й лярної осі конхоід і перпендикулярно осі КПСЕ, обслуговування. Він не має спеціальної камери напрямку осей отворів для впуску середовища, яке змішання, оскільки здатний забезпечити змішання ежектують, під кутом =35 65° щодо осі КПСЕ, при безпосередньо в потоці середовища, що ежектуцьому ють. a1/ a2 = d2/d1 = D1/ D2 = 1 9, де Однак відсутність камери змішання не зменa1 - відстань від торця частини КПСЕ , що звушує значно габарити пристрою в цілому, оскільки жується, до полярної осі конхоід, ефективне змішання середовищ можливо на дова2 - відстань від торця частини КПСЕ, що розжині не менш 8 - 10 діаметрів сопла середовища, ширюється, до полярної осі конхоід; що ежектують, крім того, функціональні можливосd1 - мінімальний діаметр частини КПСЕ , що ті такого пристрою обмежені в основному низькозвужується, напірними потоками. d2 - мінімальний діаметр частини КПСЕ, що Відома форсунка для утворення аерозолів, що розширюється, має у своїй сполуці сопло Лаваля, тороподібну й D1 - діаметр торця частини КПСЕ , що звужукільцеву камери [див. опис до патенту України ється; №78079, М.кл. A01G25/00, опубл.15.02.2007р.], D2 - діаметр торця частини КПСЕ, що розшидодатково містить крильчатку, установлену на рюється, виході з дифузора, що дозволяє розширити кут і виконання довжини Н камери змішання між розпилення аерозолів. торцями частин КПСЕ, що звужується й розширюОднак установка крильчатки на шляху швидкіється, рівній сумі a1 + а2, що лежить у межах R Н сного потоку хоча й дрібно дисперсних часток, з 2R, де R - радіус нерухливої окружності конхоіди, одного боку, істотно знижує надійність пристрою, з забезпечується новий технічний результат. Він іншого боку, зменшення швидкості газу, що ежекполягає в тім, що потік, який проходить через тує, знижує ефективність змішання середовищ у отвори камери змішання може бути або безперервихровій камері. вним, або дискретним аж до окремих часток при Найбільш близьким технічним рішенням до певних значеннях температури, тиску й швидкості рішення, що заявляють, по призначенню, технічній потоку, що ежектує. Речовина, яку ежектують, басутності й результату, що досягають, при викорисгаторазово відбивається від стінок камери, утвотанні є пристрій для розпилення рідини, що місрює просто завихрення або завихрення типу «витить корпус із каналами для подачі рідини, що хри у вихрі», які взаємодіють із потоком, що ежектує і яку ежектують, сопло Лаваля, частини ежектує. За рахунок цього підвищується ефектив 5 89878 6 ність змішування потоків у співвідношеннях як 1:1, нку, однак необхідність робити в процесі розрахунтак і 1:10000, виключаються умови для утворення ку безліч допущень, приводить в остаточному під«мертвих зон» і налипання часток на поверхню сумку до результатів, які перевіряються тільки еккамери змішання. При певних значеннях темпераспериментально. У результаті такої перевірки й тури, тиску й швидкості потоку внаслідок зіткнення з'явилася безліч технічних рішень, які в деяких часток можливе руйнування не тільки великих часвипадках успішно використовують на практиці. У ток, але й молекул, тобто перетворення речовини. деяких випадках використання запропонованих Поставлена задача вирішується тим, що у вітехнічних рішень залишається проблематичним, домому пристрої для змішування текучих середооскільки не містять у формулі й описі скількивищ, що містить корпус із каналами подачі серенебудь відправних крапок придатних для реалізадовища, що ежектує, і середовища, яке ежектують, ції цих технічних рішень [див., наприклад, опис до канал подачі середовища, що ежектує (КПСЕ), має патенту РФ № 2083247, М. кл. А62С31/02, частину, що звужується (конфузор) і що розширюопубл.10.07.1997р.] ється (дифузор), розділені камерою змішання, при Технічне рішення, що заявляють, принципово цьому отвори камери змішання для впуску серевідрізняється від відомих тим, що, базуючись на довища, яке ежектують, з'єднані з каналом серефундаментальних теоретичних посилках, не тільки довища, що ежектує, через додаткову кільцеву пропонує новий підхід до формування камери змікамеру, відповідно до винаходу, внутрішня повершання, але й дає досить конкретні відправні крапхня камери змішання виконана у вигляді поверхні ки, необхідні для реалізації технічного рішення в тіла обертання площини, яка обмежена двома широкому діапазоні речовин, що ежектують і які конхоідами завитка Паскаля й проекціями торців ежектують. дифузора, й конфузора, зверненими один до одТехнічне рішення промислово застосовне, ного, конхоіди завитка Паскаля симетрично розоскільки виготовлено на сучасному встаткуванні в ташовані щодо осі КПСЕ і симетрично або асимедекількох екземплярах і успішно випробувано для трично щодо полярної осі конхоід, полярна вісь змішування: рідин ( у тому числі грузлих) з рідинаконхоід перпендикулярна осі КПСЕ, проекції торців ми, порошками й газами; порошків з порошками, частин КПСЕ, що звужується й розширюється, рідинами й газами; газів з газами; розчинів речопаралельні полярної осі конхоід і перпендикулярні вин або суспензій; лікарських речовин до співвідосі КПСЕ, осі отворів для впуску середовища, яке ношення 1:2000; різних масел із водою для одержання емульсій різної концентрації. ежектують, спрямовані під кутом =35-65° щодо Фіг.1 Пристрій для змішування текучих сереосі КПСЕ, при цьому довищ. a1/ а2 = d2/d1 = D1/ D2 = 1 9, де Фіг.2 Схема змішування середовищ в зоні біля а1 - відстань від торця частини КПСЕ, що звудифузора. жується, до полярної осі конхоїд, Фіг.2а Стандартна схема будування конхоїд. а2 - відстань від торця частини КПСЕ, що розФіг.3 Схема змішування середовищ в зоні поширюється, до полярної осі конхоід; лярної осі конхоїд. d1 - мінімальний діаметр частини КПСЕ, що Фіг.4 Схема змішування середовищ в зоні біля звужується; конфузора. d2 - мінімальний діаметр частини КПСЕ, що Пристрій для змішування текучих середовищ розширюється, (Фіг.1), містить корпус 1 з каналами для подачі D1 - діаметр торця частини КПСЕ , що звужусередовища 2, що ежектує, і канал 3 середовища, ється. яке ежектують. Канал для подачі середовища, що D2 - діаметр торця частини КПСЕ, що розшиежектує (КПСЕ), має частину 4, що звужується рюється, (конфузор), і частину 5, що розширюється (дифуа довжина камери змішання Н між торцями чазор). Між ними розташована камера 6 змішання. стин КПСЕ, що звужується й розширюється, дорівЧастина корпуса, що несе конфузор, має отвори 7 нює сумі а1+а2 і визначена співвідношенням для впуску середовища, що ежектують, кількість R Н 2R, де R - радіус нерухливої окружності коняких може бути від 1 до 28 залежно від кількості хоіди. середовищ, що змішуються, і характеристик потоВідповідно до винаходу, він містить від 1 до 28 ків, що ежектують і яких ежектують. Ці отвори з'єдвпускних отворів для середовища, яке ежектують. нані з каналом 3 середовища, що ежектує, через Відповідно до винаходу, для газоподібних пододаткову кільцеву камеру 8. Внутрішня поверхня токів  2R, де  - константа конхоіди. камери 6 змішання виконана у вигляді поверхні Відповідно до винаходу, для рідинних потоків тіла обертання площини, яка обмежена двома R  2R. конхоідами завитка Паскаля 9 і 10, а також проекВідповідно до винаходу, для потоків, що місціями торців частин, що звужується 11 і розширютять тверді фракції, 0  R. ється 12, конфузора 4 і дифузора 5, які повернені Як видно з викладу сутності технічного рішендруг до друга. Конхоіди 9 і 10 завитка Паскаля ня, що заявляють, воно відрізняється від прототисиметрично розташовані щодо осі 14 КПСЕ і асипу і, отже, є новим. метрично щодо полярної осі 13 конхоід 9 і 10. ПоРішення також має винахідницький рівень. Холярна вісь 13 конхоід 9 і 10 перпендикулярна осі ча теорія газового ежектора розроблена досить 14 КПСЕ. Проекції 11 і 12 торців частин КПСЕ, що добре [див. Абрамович Г.Н. Прикладна газова дизвужується 4 і розширюється 5, паралельні полярнаміка. - М.: Гос. Вид-во техніко-теоретичної літеної осі 13 конхоід і перпендикулярні осі 14 КПСЕ. У ратури, 1951], запропонована й методика розрахутакий спосіб між конфузором 4 і дифузором 5 7 89878 8 утворена камера змішання 6, що має складну фоних середовищ і характеристики ефективності рму. змішування різних текучих середовищ. У таблиці, наведеної нижче, показані основні параметри деяких пристроїв для змішування різТаблиця Параметри пристрою Н, мм R, мм a1, мм a2, мм d1, мм d2, мм D1, мм D2, мм  =f(R),мм *,% Фіг.2, Приклад1 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 * - відхилення концентрації речовин в одиниці об'єму. Пристрій працює в такий спосіб. Канал 2 подачі середовища, що ежектує, направляє середовище, яке ежектують, в конфузор 4, а потім через камеру змішання 6 у дифузор 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 ежектує, і середовища, яке ежектують. Складна форма камери змішання 6 забезпечує утворення вихрових 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 краплинами. 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.4показано, як змішуються порошки з рідиною і рідина з рідиною з утворенням потокового струменю. 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 технічних умов, що забезпечує дуже широкий діапазон його використання. 9 Комп’ютерна верстка В. Мацело 89878 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601