Спосіб кавітаційної обробки технологічного потоку

Реферат: Спосіб кавітаційної обробки технологічного потоку шляхом створення в потоці рідини поля кавітаційних пузирчиків під впливом гідродинамічної кавітації включає в себе обтікання кавітатора потоком рідини, утворення в сліді за ним каверни, природний та примусовий розпад каверни на зони, заповнені парогазовою сумішшю, та кавітаційні пузирчики і замикання їх у потоці в зоні підвищеного тиску, виконують пульсаційну подачу газової фази в нагнітальний технологічний потік для примусового розпаду каверни, калібрують кавітаційні пузирчики шляхом подачі парогазової фази через радіальні канали кавітатора в пристінний зазор кавітатора, утворюють суміші каліброваних пузирчиків з основним технологічним потоком, генерують ударні хвилі шляхом пропускання суміші рідини та газу через кільцеві проточки, подрібнюють кавітаційні каверни пульсаціями нагнітального технологічного потоку. Від зовнішнього джерела з пульсатором в пристінний зазор кавітатора як газову фазу подають водяний вологий пар і кавітаційні каверни від кавітаторів, розміщених в зовнішніх каналах предкавітатора, в нагнітальний потік перед предкавітатором і після кавітатора від зовнішнього джерела імпульсно подають рідину з підвищеним тиском 2-10 МПа, що забезпечує пульсацію нагнітального потоку і підвищений тиск в зоні замикання кавітаційних пузирчиків та компенсує втрати рідини з циркуляційного контуру. UA 105034 U (12) UA 105034 U UA 105034 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до способів кавітаційної обробки рідких середовищ, розчинів, суспензій, емульсій, очищення стічних вод, які забруднені висококонцентрованими органічними речовинами. Модель може бути використана в хімічній, харчовій, целюлозно-паперовій, нафтохімічній, парфумерній промисловості, у виробництві будівельних матеріалів та очищенні стічних вод м'ясокомбінатів. Відомий спосіб кавітаційної обробки рідини в технологічному потоці, що рухається зі швидкістю 10-20 м/с, який включає в себе операції створення кавітаційної каверни за кавітатором, природний розпад кавітаційної каверни на різномірні кавітаційні пузирчики, та зон, заповнених парогазовою сумішшю, створення зони підвищеного тиску шляхом розширення вихідного патрубка відводу рідини, де відбувається змикання якоїсь частини кавітаційних пузирчиків (патент України 53207А). Недоліком цього способу є низька ефективність, яка зумовлена великим розкиданням розмірів кавітаційних пузирчиків і великих зон, заповнених парогазовою сумішшю, які утворюються при розпаді хвостової частки каверни, зносяться потоком і характеризуються низьким кавітаційним та флотаційним ефектом. Це значно знижує енергетичну ефективність способу в цілому та потребує багаторазової рециркуляції технологічної рідини для досягнення потрібного технологічного ефекту. Найближчим по технічній суті до даної корисної моделі є спосіб кавітаційної обробки технологічного потоку шляхом створення в потоці рідини поля кавітаційних пузирчиків під впливом гідродинамічної кавітації, який включає в себе обтікання кавітатора потоком рідини, утворення в сліді за ним каверни, природного розпаду каверни на зони, заповнені парогазовою сумішшю та кавітаційні пузирчики і замикання їх у потоці в зоні підвищеного тиску, додатково виконуються операції пульсаційної подачі газової фази в каверну та нагнітальний технологічний потік, відсмоктування парогазу з каверни шляхом застосування пульверизаційного ефекту, калібрування кавітаційних та газових пузирчиків при русі парогазу по калібруючим каналам, утворення суміші каліброваних пузирчиків з основним технологічним потоком, генерація ударних хвиль шляхом пропускання суміші рідини та газу через сопла Лаваля, подрібнення кавітаційних каверн шляхом вібрацій кавітаційної системи та пульсаціями нагнітального технологічного потоку, змикання кавітаційних пузирчиків в потоці в зоні підвищеного тиску шляхом накладення гідроударів на вихідний потік, створення флотаційного ефекту з'єднання часток суміші технологічного потоку з кавітаційними пузирчиками при багаторазовому розширенні та стисненні потоку (патент України 35841 А). Відомий спосіб 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. Реалізація процесу гідроударів для кожного типорозміру кавітаційного реактора потребує індивідуального проектного рішення і достатньо складна. В основу корисної моделі була поставлена задача створення високоефективного способу обробки технологічного потоку рідини, який би запобігав утворенню крупних зон, заповнених парогазовою сумішшю 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 способом кавітаційної обробки технологічного потоку шляхом створення в потоці рідини поля кавітаційних пузирчиків під впливом гідродинамічної кавітації, який включає в себе обтікання кавітатора потоком рідини, утворення в сліді за ним каверни, природний та примусовий розпад каверни на зони, заповнені парогазового сумішшю, та кавітаційні пузирчики і замикання їх у потоці в зоні підвищеного тиску, виконують пульсаційну подачу газової фази в нагнітальний технологічний потік для примусового розпаду каверни, калібрують кавітаційні пузирчики шляхом подачі парогазової фази через радіальні канали кавітатора в пристінний зазор кавітатора, утворюють суміші каліброваних пузирчиків з основним технологічним потоком, генерують ударні хвилі шляхом пропускання суміші рідини та газу через кільцеві проточки, подрібнюють кавітаційні каверни пульсаціями нагнітального технологічного потоку, при цьому від зовнішнього джерела з пульсатором в пристінний зазор кавітатора як газову фазу подають водяний вологий пар і кавітаційні каверни від кавітаторів, розміщених в зовнішніх каналах предкавітатора, в нагнітальний потік перед предкавітатором і після кавітатора від зовнішнього джерела імпульсно подають рідину з підвищеним тиском 2-10 МПа, що забезпечує пульсацію нагнітального потоку і підвищений тиск в зоні замикання кавітаційних пузирчиків та компенсує втрати рідини з циркуляційного контуру. 1 UA 105034 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Суть корисної моделі пояснюється операціями, що здійснюються в пристрої, зображеному на кресленні, де: 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 пузирчики; 22 - металевий сітчастий електрол; 23 - насос; 24 - допоміжний насос; 25 - запобіжний клапан. На кресленні зображений кавітаційний реактор для реалізації способу кавітаційної обробки технологічного потоку, який складається з циліндричного металічного корпусу 1, патрубку нагнітання 2, патрубку 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 10Кв. 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 конусу з двома циліндричними кавітуючими поверхнями 12 і 13. На циліндричній поверхні 12 предкавітатора виконані канали у вигляді ділянок гвинтових канавок зі зломом 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 зроблені кільцеві проточки 15. В тілі кавітатора виконані взаємосполучені осьовий 16 та радіальні канали 17. Канали 17 виходять в порожнини проточок 15, а канал 16 сполучений з каналом патрубка 18, до якого приєднаний трубопровід від генератора 19 водяного вологого пару. На трубопроводі пару 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 заземляється. 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 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 2 UA 105034 U 5 10 15 20 25 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 зародишами кавітаційнийних 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 пристінному просвіті 14 не менше 0,86 а об'ємний вміст парогазової компоненти, яка надходять по осьовому 16 та радіальним каналам 17 в пристінному просвіт 14 від парогенератора 19 у вигляді пульсуючого потоку водяного пару 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 водяного вологого пару попадаючи в пристінному просвіт 14 і 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 пристінному 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 спосіб кавітаційної обробки технологічного потоку, що 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 пузирків, виготовлено джерело високої напруги на 50 кВ. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 Спосіб кавітаційної обробки технологічного потоку шляхом створення в потоці рідини поля кавітаційних пузирчиків під впливом гідродинамічної кавітації, який включає в себе обтікання кавітатора потоком рідини, утворення в сліді за ним каверни, природний та примусовий розпад каверни на зони, заповнені парогазовою сумішшю, та кавітаційні пузирчики і замикання їх у потоці в зоні підвищеного тиску, виконують пульсаційну подачу газової фази в нагнітальний технологічний потік для примусового розпаду каверни, калібрують кавітаційні пузирчики шляхом подачі парогазової фази через радіальні канали кавітатора в пристінний зазор кавітатора, утворюють суміші каліброваних пузирчиків з основним технологічним потоком, генерують ударні хвилі шляхом пропускання суміші рідини та газу через кільцеві проточки, подрібнюють кавітаційні каверни пульсаціями нагнітального технологічного потоку, який відрізняється тим, що від зовнішнього джерела з пульсатором в пристінний зазор кавітатора як газову фазу подають водяний вологий пар і кавітаційні каверни від кавітаторів, розміщених в зовнішніх каналах предкавітатора, в нагнітальний потік перед предкавітатором і після кавітатора від зовнішнього джерела імпульсно подають рідину з підвищеним тиском 2-10 МПа, що забезпечує пульсацію нагнітального потоку і підвищений тиск в зоні замикання кавітаційних пузирчиків та компенсує втрати рідини з циркуляційного контуру. 3 UA 105034 U Комп’ютерна верстка О. Рябко 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