Кавітаційний реактор для обробки технологічного потоку

Реферат: Кавітаційний реактор складається з циліндричного корпусу з патрубками нагнітання та відводу технологічного потоку, між якими включений циркуляційний насос, пульсатора технологічного потоку на вході в реактор, пристрою для підвищення тиску в зоні схлопування кавітаційних пузирчиків, пристрою для подачі через отвори кавітатора в пристінний зазор кавітатора газової компоненти та з закріплених коаксіально в циліндричному корпусі предкавітатора і кавітатора, які мають з′єднані між собою осьовий та радіальний канали і мають в каналі пристінкового зазору кавітатора розміщені по довжині каналу елементи, що генерують пульсуючі ударні хвилі в потоці протікаючої рідини. Предкавітатор і кавітатор виконані єдиним конструктивно функціональним елементом, який має поверхню у вигляді зрізаного конуса із двома циліндричними поверхнями, перша з яких в напрямку руху потоку поверхня більшого діаметра є поверхнею предкавітатора і наступна поверхня меншого діаметра є поверхнею кавітатора, на циліндричній поверхні предкавітатора виконані канали у вигляді ділянок гвинтових канавок зі зламом осі каналів на границях ділянок і в кожному із каналів встановлений кавітуючий елемент у вигляді крила суперкавітуючого профілю так, щоб кожна каверна попадала в пристінний зазор кавітатора найкоротшим шляхом, на циліндричній поверхні кавітатора виконані кільцеві проточки, радіальні канали кавітатора, які введені в кільцеві проточки, що знаходяться на циліндричній поверхні кавітатора через осьовий канал сполучені з пульсатором парогенератора, кавітатор розміщено коаксіально в діелектричній втулці, довжина якої за торцем кавітатора не менша двох з половиною діаметрів кавітатора, в діелектричній втулці вздовж кавітатора розміщений коаксіально кільцевий електрод, ізольований від стінки реактора та від рідини і з′єднаний з джерелом електричного негативного потенціалу, за зоною схлопування пузирчиків каверни у заземленому металічному корпусі реактора закріплено металічний сітчастий електрод, як пристрій для підвищення тиску в зоні схлопування кавітаційних пузирчиків та пульсатор технологічного потоку в реакторі використано допоміжний насос. UA 104770 U (12) UA 104770 U UA 104770 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до кавітаційної обробки рідких середовищ, розчинів, суспензій, емульсій, очищення стічних вод, які забруднені висококонцентрованими органічними речовинами. Корисна модель може бути використана в хімічній, харчовій, целюлозно-паперовій, нафтохімічній, парфумерній промисловості, у виробництві будівельних матеріалів та очищенні стічних вод м'ясокомбінатів. Відомі конструкції кавітаційних апаратів реалізують спосіб створення кавітаційної каверни в потоці рідини, коли вона обтікає будь-яку перепону (конус, кулю, циліндр, крила лопати і т.і.) з подальшим природним розпадом каверни на різномірні кавітаційні пузирчики та великі парогазові порожнечі, що відриваються від хвостової частки кавітаційної каверни. При цьому велика кількість парогазу не використовується для інтенсифікації кавітаційної обробки рідкого потоку у зв'язку з винесенням таких великих порожнеч потоком без кавітаційного змикання. Таким є гідродинамічний реактор, який має циліндричний корпус з патрубками магнічення та відводу технологічного потоку та встановленим в ньому коаксіально кавітатором, який виконаний у вигляді зрізаного конуса (Патент України №38032). Недоліком цього реактора є низька ефективність, яка зумовлена великим розкиданням розмірів кавітаційних пузирчиків і великих парогазових порожнеч, які утворюються при розпаді хвостової частки каверни та притаманним їм низьким кавітаційним ефектом дії. Найближчим аналогом є реактор для кавітаційної обробки технологічного потоку шляхом створення в потоці рідини поля кавітаційних пузирчиків під впливом гідродинамічної кавітації, який складається з циліндричного корпусу з патрубками нагнітання та відводу технологічного потоку та встановленого коаксіально корпусу кавітатора, що виконаний у вигляді зрізаного конуса, що додатково має предкавітатор, що встановлений по ходу потоку перед основним кавітатором, при цьому предкавітатор має осьовий та радіальні отвори, вхід яких зв'язаний з пульсатором через отвори в стрижні та порожнистій розетці, причому виходи радіальних отворів виходять на торець предкавітатора, який має вигляд зубчастого вінця, а кавітатор має, крім конусної частки, ще й циліндричну, при цьому в його тілі виконані осьовий та радіальні канали, які спілкуються між собою, а вихід з них направлений в кільцевий зазор між кавітатором та циліндричним корпусом перед соплами Лаваля, причому по осі реактора розташована центральна трубка, один кінець якої з'єднаний з входом радіальних каналів кавітатора, а інший з'єднаний з торцем предкавітатора та має отвори, виконані безпосередньо у торці предкавітатора, причому кавітатор та предкавітатор розташований на стрижнях у ступицях розеток з можливістю поздовжніх коливань, які розташовані між фланцями циліндричного корпусу та патрубками нагнітання та відводу технологічного потоку, а виходи радіальних каналів - на циліндричній частині кавітатора - прикриває кавітуючий парасольковидний щиток, що закріплений на ній, і вихідна частина кавітатора має вигляд зрізаного конуса, що звернений своєю вершиною в сторону вихідного патрубка, при цьому сопла Лаваля утворені декількома кільцями, які мають вигляд рівнокутового трикутника в осьовому перерізі і розташовані безпосередньо за кавітатором на стрижні. Кавітаційний реактор має на вході в реактор встановлений пульсатор та вібратор, що створює осьові коливання кавітаційної системи на стрижнях, які вільно посаджені в ступцях розеток. На виході з реактора за вихідним патрубком встановлений генератор гідроударів (Патент України №35841 А). Відомий реактор має наступні недоліки. Каверна за предкавітатором не подрібнюється на велику кількість малих пузирчиків і вони схлопуються з низькою енергією кумуляції на довгому шляху до ділянки кавітатора з соплами Лаваля. Реалізація процесу гідроударів для кожного типорозміру кавітаційного реактора потребує індивідуального проектного рішення і достатньо складна. В основу корисної моделі поставлена задача створення високо ефективного кавітаційного реактора для обробки технологічного потоку рідини, який би запобігав утворенню крупних парогазових порожнин та сприяв би утворенню можливо більшої частки рівнокаліброваних дрібних за розміром газових та кавітаційних пузирчиків які мають високу ефективність кумулятивної дії на технологічні потоки та створював би умови для підвищення рівня енергії такої дії та для збільшення загальної кількості енергії кумуляції. Поставлена задача вирішується кавітаційним реактором, який складається з циліндричного корпусу з патрубками нагнітання та відводу технологічного потоку, між якими включений циркуляційний насос, пульсатора технологічного потоку на вході в реактор, пристрою для підвищення тиску в зоні схлопування кавітаційних пузирчиків, пристрою для подачі через отвори кавітатора в пристінний зазор кавітатора газової компоненти та з закріплених коаксіально в циліндричному корпусі предкавітатора і кавітатора, які мають з’єднані між собою осьовий та радіальний канали і мають в каналі пристінкового зазору кавітатора розміщені по довжині 1 UA 104770 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 каналу елементи, що генерують пульсуючі ударні хвилі в потоці протікаючої рідини, при цьому предкавітатор і кавітатор виконані єдиним конструктивно функціональним елементом, який має поверхню у вигляді зрізаного конусу із двома циліндричними поверхнями, перша з яких в напрямку руху потоку поверхня більшого діаметра є поверхнею предкавітатора і наступна поверхня меншого діаметра є поверхнею кавітатора, на циліндричній поверхні предкавітатора виконані канали у вигляді ділянок гвинтових канавок зі зломом осі каналів на границях ділянок і в кожному із каналів встановлений кавітуючий елемент у вигляді крила суперкавітуючого профілю так, щоб кожна каверна попадала в пристінний зазор кавітатора найкоротшим шляхом, на циліндричній поверхні кавітатора виконані кільцеві проточки, радіальні канали кавітатора, які введені в кільцеві проточки, що знаходяться на циліндричній поверхні кавітатора через осьовий канал сполучені з пульсатором парогенератора, кавітатор розміщено коаксіально в діелектричній втулці, довжина якої за торцем кавітатора не менша двох з половиною діаметрів кавітатора, в діелектричній втулці вздовж кавітатора розміщений коаксіально кільцевий електрод, ізольований від стінки реактора та від рідини і з’єднаний з джерелом електричного негативного потенціалу, за зоною схлопування пузирчиків каверни у заземленому металічному корпусі реактора закріплено металічний сітчастий електрод, як пристрій для підвищення тиску в зоні схлопування кавітаційних пузирчиків та пульсатор технологічного потоку в реакторі використано допоміжний насос.Суть корисної моделі пояснюється кресленням, на якому зображено: 1 - циліндричний корпус; 2 - патрубок нагнітання; 3 - патрубок відводу; 4 - діелектрична втулка; 5 - циліндричний металевий електрод; 6 - високовольтний провід; 7 - суперкавітуюче крило; 8 - предкавітатор; 9 - кавітатор; 10 - каверна; 11 - зона схлопування; 12 - кавітуюча поверхня; 13 - кавітуюча поверхня; 14 - пристінний просвіт; 15 - кільцеві проточки; 16 - осьовий канал; 17 - радіальний канал; 18 - патрубок; 19 - генератор водяного вологого пару; 20 - пульсатор; 21 - циліндрична частина камери схлопування пузирчиків; 22 - металевий сітчастий електрод; 23 - насос; 24 - допоміжний насос; 25 - запобіжний клапан. На кресленні зображений кавітаційний реактор для кавітаційної обробки технологічного потоку, який складається з циліндричного металічного корпусу 1, патрубка нагнітання 2, патрубка відводу технологічного потоку 3. В корпусі 1 коаксіально закріплена діелектрична втулка 4, виготовлена з діелектричного матеріалу, в тіло якої запресований циліндричний металічний електрод 5 надійно електроізольований від корпусу 1 і від рідини. До електрода високовольтним проводом 6 підключено джерело напруги негативної полярності величиною не менше 10 Кв. Електрод розташований над суперкавітуючим крилом 7 предкавітатора 8 над кавітатором 9 і каверною 10 та зоною 11 схлопування кавітаційних пузирчиків. Предкавітатор 8 та кавітатор 9 виконані у вигляді єдиного функціонально конструктивного елемента у вигляді зрізаного конуса з двома циліндричними кавітуючими поверхнями 12 і 13. На циліндричній поверхні 12 предкавітатора виконані канали у вигляді ділянок гвинтових канавок зі зламом осі каналів на границях ділянок і в кожному із каналів встановлений кавітуючий елемент 7 так, щоб кожна каверна попадала в пристінний просвіт 14 кавітатора 9 найкоротшим шляхом. На циліндричній поверхні 13 кавітатора 9 виконані кільцеві проточки 15. В тілі кавітатора виконані взаємосполучені осьовий 16 та радіальні канали 17. Канали 17 виходять в порожнини 2 UA 104770 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 проточок 15, а канал 16 сполучений з каналом патрубка 18, до якого приєднаний трубопровід від генератора 19 водяної вологої пари. На трубопроводі пари установлений пульсатор 20. В кінці циліндричної частини камери схлопування кавітаційних пузирчиків 21 розміщений металічний сітчастий електрод 22, який має надійний електричний контакт зі стінкою металічного корпусу реактора. Корпус реактора заземлений. Циркуляцію технологічної рідини через реактор забезпечує насос 23. Підвищений тиск рідини в циркуляційному контурі, а також пульсації потоку рідини в корпусі реактора до і після кавітатора забезпечуються допоміжним насосом 24, нагнітальний патрубок якого трубопроводами з'єднаний з патрубками 2 і 3. На вхід цього насоса надходить рідина проточок через ущільнення вала основного насоса 23 та за необхідністю із зовнішнього трубопроводу. Заданий тиск технологічної рідини в циркуляційному контурі забезпечується запобіжним клапаном 25. Кавітаційний реактор працює наступним чином. Технологічний потік під тиском, який достатній для подолання гідравлічного опору в циркуляційному контурі реактора подається насосом 23 через патрубок 2 до корпусу 1 на вхід предкавітатора 8, прискорює свій рух в зоні конусної частини предкавітатора і розподіляється на декілька потоків по гвинтовим каналам у вигляді ділянок зі зламом осі каналів на границях ділянок, які розміщені рівномірно по колу на циліндричній поверхні 12. Потік рідини рухаючись в каналі турбулізується при зміні напрямку руху на границях ділянок каналів, при цьому генеруються мікропузирчики, які збільшують вміст парової фази в каверні та становляться зародками кавітаційних пузирчиків для каверни, що утворюється за кавітуючим елементом, що закріплений в каналі. Кожен потік зі створеною каверною найкоротшим шляхом закручуючись в каналі спрямовується в пристінний просвіт 14 кавітатора 9. Ступінь стиснення потоку в пристінний просвіт 14 не менше 0,86, а об’ємний вміст парогазової компоненти, яка надходить по осьовому 16 та радіальних каналах 17 в пристінний просвіт 14 від парогенератора 19 у вигляді пульсуючої потоку водяної пари та оболонок каверн предкавітатора не менше 0,7. Це дозволяє реалізувати в пристінному просвіті 14 надзвуковий режим руху потоку, а при допомозі кільцевих проточок 15 отримати систему ударних хвиль, які подрібнюють оболонки каверн предкавітатора та підсилюють дію від змикання кавітаційних пузирчиків. Позитивно заряджені пузирчики водяної вологої пари попадаючи в пристінний просвіт 14 стикаючись з кавітаційними пузирчиками віддають їм свій заряд та подалі конденсуються. Від тертя рідини, що рухається з великою швидкістю в каналах предкавітатора 8 і в пристінний просвіті 14 з поверхнею кавітатора, що електроізольований від корпусу 1 реактора, а також від тертя з поверхнею діелектричної втулки 4, пузирчики в рідині збільшують електричні заряди на своїх оболонках. Завдяки вищеназваним процесам за торцевою краївкою кавітатора 9 формується каверна, оболонка якої містить безліч дрібних електрично заряджених пузирчиків. На всьому шляху рідини від народження пузирчика в каналах предкавітатора до їх схлопування в зоні 21 реактора на оболонки пузирчиків наносяться додаткові електричні заряди методом електростатичної індукції від електрода 5, на який подається потенціал негативної полярності високої напруги. Таким чином, введення нових конструктивних елементів дозволяє реалізувати кавітаційну обробку технологічного потоку і кавітаційний реактор вирішує поставлену технічну задачу. Спроектовано кавітаційний реактор на генерування в кожному кубічному метрі робочої рідини не менше 3 кВт теплової енергії. Виготовлені і пройшли випробовування кавітуючі пристрої, отримано факел рівнорозмірних пузирчиків, виготовлено джерело високої напруги на 50 кВ. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 Кавітаційний реактор, який складається з циліндричного корпусу з патрубками нагнітання та відводу технологічного потоку, між якими включений циркуляційний насос, пульсатора технологічного потоку на вході в реактор, пристрою для підвищення тиску в зоні схлопування кавітаційних пузирчиків, пристрою для подачі через отвори кавітатора в пристінний зазор кавітатора газової компоненти та з закріплених коаксіально в циліндричному корпусі предкавітатора і кавітатора, які мають з′єднані між собою осьовий та радіальний канали і мають в каналі пристінкового зазору кавітатора розміщені по довжині каналу елементи, що генерують пульсуючі ударні хвилі в потоці протікаючої рідини, який відрізняється тим, що предкавітатор і кавітатор виконані єдиним конструктивно функціональним елементом, який має поверхню у вигляді зрізаного конуса із двома циліндричними поверхнями, перша з яких в напрямку руху потоку поверхня більшого діаметра є поверхнею предкавітатора і наступна поверхня меншого 3 UA 104770 U 5 10 діаметра є поверхнею кавітатора, на циліндричній поверхні предкавітатора виконані канали у вигляді ділянок гвинтових канавок зі зламом осі каналів на границях ділянок і в кожному із каналів встановлений кавітуючий елемент у вигляді крила суперкавітуючого профілю так, щоб кожна каверна попадала в пристінний зазор кавітатора найкоротшим шляхом, на циліндричній поверхні кавітатора виконані кільцеві проточки, радіальні канали кавітатора, які введені в кільцеві проточки, що знаходяться на циліндричній поверхні кавітатора, через осьовий канал сполучені з пульсатором парогенератора, кавітатор розміщено коаксіально в діелектричній втулці, довжина якої за торцем кавітатора не менша двох з половиною діаметрів кавітатора, в діелектричній втулці вздовж кавітатора розміщений коаксіально кільцевий електрод, ізольований від стінки реактора та від рідини і з′єднаний з джерелом електричного негативного потенціалу, за зоною схлопування пузирчиків каверни у заземленому металічному корпусі реактора закріплено металічний сітчастий електрод, як пристрій для підвищення тиску в зоні схлопування кавітаційних пузирчиків та пульсатор технологічного потоку в реакторі використано допоміжний насос. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4