Спосіб керування процесом кавітаційного змішування і кавітаційний змішувач

1 Спосіб керування процесом кавітаційного змішування шляхом контролю довжини периметра кавітатора, який відрізняється тим, що як керуючий вплив на механізм просторової зміни конфігурації кавітатора використовують різницю тиску потоку, що набігає, і тиску насиченої пари в каверні 2 Кавітаційний змішувач, що містить корпус, в проточній частині якого розміщений кавітатор, який включає перший кавітаційний елемент, встановлений з можливістю зворотно-поступального переміщення, і другий кавітаційний елемент, виконаний з центральним осьовим каналом і встановлений в корпусі змішувача у вигляді вставки, який відрізняється тим, що перший кавітаційний елемент виконаний у вигляді багатогранної піраміди, на бічній поверхні якої виконані подовжні проточки, другий кавітаційний елемент виконаний у вигляді деталі складного профілю, що включає фрагменти, які доповнюють по профілю перший кавітаційний елемент до повної багатогранної піраміди, при цьому перший кавітаційний елемент закріплений на штоці, який оснащений механізмом переміщення, що виключає поворот штока навколо своєї осі, а в корпусі встановлені датчик тиску потоку, що набігає і датчик тиску в каверні 3 Змішувач за п 2, який відрізняється тим, що датчик тиску в каверні встановлений на першому кавітаційному елементі 4 Змішувач за пп 2-3, який відрізняється тим, що датчик тиску в каверні встановлений на другому кавітаційному елементі 5 Змішувач за пп 2-4, який відрізняється тим, що датчик тиску в каверні встановлений на першому і другому кавітаційному елементі 6 Змішувач за пп 2-5, який відрізняється тим, що фрагменти другого кавітаційного елемента закріплені на несучому КІЛЬЦІ на опорах 7 Змішувач за пп 2-6, який відрізняється тим, що перший кавітаційний елемент оснащений механізмом подачі одного з компонентів суміші 8 Змішувач за пп 2-7, який відрізняється тим, що другий кавітаційний елемент оснащений механізмом подачі одного із компонентів суміші Винахід відноситься до області технології приготування гомогенних сумішей, дисперсій і емульсій з рідких компонентів і може бути використаний в харчовій, ХІМІЧНІЙ, нафтохімічній, целюлознопаперовій і інших галузях промисловості Відомо керований спосіб змішування рідких середовищ в змішувачі з розширеним діапазоном режимів кавітаційного змішування, який містить конфузор, дифузор і проточну камеру з СПІВВІСНО встановленим у ній конусоподібним кавітатором, устаткованим механізмом осьового переміщення і виконаним складовим з окремих елементів [Патент України № 1399, B01F5/00, публ 25 03 94, бюл № 1] Однак діапазон режимів задається чинником кратності кавітаційної обробки потоку, тобто за рахунок керування захаращенням проточної камери змішувача і вимагає досить великої її довжини для ЛІНІЙНОГО розташування окремих елементів кавітатора, і таким чином робить пристрій загалом досить громіздким і обумовлює нераціональне використання робочого простору змішувача Крім того, всі складові частини кавітатора встановлені на механізмі осьового переміщення і являють собою порожнисті конусоподібні елементи, кожний з яких розміщується всередині попереднього по ходу потоку елемента Такі конструктивні особливості зазначеного технічного рішення пов'язані з перевантаженнями і швидким зносом деталей механізму осьового переміщення складових частин кавітатора Відомо змішувач, в корпусі якого СПІВВІСНО (О ю 00 ю 52856 обмежується діапазон режимів змішування і техрозміщений кавітатор, що складається з двох конологічні можливості пристрою загалом нусоподібних елементів, один з яких встановлений У основу винаходу поставлена задача створиз можливістю переміщення в осьовому напрямі [А ти спосіб керування процесом кавітаційного зміс СРСР № 1542596, B01F5/00, публ 15 02 90, шування шляхом раціонального вибору характебюл № 6] Керування широким діапазоном режиризуючого параметра і удосконалити кавітаційний мів кавітаційного змішування досягається внаслізмішувач шляхом зміни конструкції кавітатора, що док зміни просторового взаєморозташування вказабезпечить розширення діапазону режимів кавізаних елементів кавітатора з урахуванням того таційного змішування і технологічних можливостей факту, що на вказаний процес значною мірою змішувача загалом впливає периметр кавітатора, який бере участь в утворенні кавітаційної каверни Поставлена задача вирішується таким чином Однак кавітаційні елементи являють собою Керування процесом кавітаційного змішування два порожнисті зрізані конуси, розташовані таким здійснюють шляхом контрольованої зміни довжини чином, що кавітаційний елемент з меншим діаметпериметра кавітатора, а у якості керуючого впливу ром основи, устаткований механізмом осьового на механізм просторової зміни конфігурації кавітапереміщення, встановлено по ходу потоку за кавітора, згідно з винаходом, використовують різницю таційним елементом з великим діаметром основи тиску потоку, що набігає, і тиску насиченої пари в При такій просторовій організації кавітаційний каверні елемент з меншим діаметром основи під час роФактично, керування процесом кавітаційного боти пристрою фактично знаходиться або в кавізмішування означає керування зміною його інтентаційній каверні, що утворюється за кавітаційним сивності елементом з великим діаметром основи, і його Відомо залежність інтенсивності кавітаційного поверхня не бере участі в процесі утворення кавізмішування від периметра, що бере участь в утвотаційних бульбашок, або в зоні розпаду цієї каверренні каверни Ця залежність виражається наступни, збільшуючи робочу поверхню кавітатора, але ною формулою зазнаючи при цьому сильного зносу Такі конструктивні особливості пристрою ускладнюють його JK-D-ReQ75FeQ25n експлуатацію, зокрема контроль параметрів про%= L-dn цесу змішування Відомо спосіб керування процесом кавітаційного змішування шляхом контролю відхилень від виміряного значення різниці тиску потоку, що набігає на кавітатор, і тиску насиченої пари в каверні [Заявка РФ № 93045978 від 28 09 93, B01F3/08, публ 1996 р , бюл №2] Однак зазначений характеризуючий параметр використовується в даному технічному рішенні для керування КІЛЬКІСНИМ складом початкових компонентів суміші, що готується, і власне процес утворення кавітаційної каверни залишається некерованим Відомо змішувач, що містить корпус з патрубками підводу та відводу матеріалів, що змішуються, конфузором, дифузором і проточною камерою, в якій СПІВВІСНО з нею з можливістю зворотнопоступального переміщення встановлений конусоподібний кавітатор, а також вставка з центральним каналом, що розміщено по ходу потоку за кавітатором і яка впливає на процес кавітації, а саме на кавітаційну каверну, що утворюється в потоці суміші [А с СРСР № 1674939, B01F5/00, публ 07 09 91, бюл № 33] Однак конструктивні особливості вставки, що являє собою зрізаний конус з каналами, великі основи яких розташовані на поверхні усіченого конуса, а менші відкриваються в центральний канал, спричинють відносно невисокий вплив вказаної вставки на процес кавітаційного змішування, оскільки вона лише частково бере участь в утворенні каверни і призначена в основному для повідомлення каверні обертального імпульсу Крім того, зміна просторового взаєморозташування кавітатора і вставки у вказаному пристрої не враховує той факт, що периметр кавітатора, що бере участь в утворенні кавітаційної каверни, впливає на процес кавітаційного змішування При цьому Де %- число кавітації, D - діаметр корпусу, Re - число Рейнольдса, Fe - число Фруда, П - периметр кавітатора, що бере участь в утворенні кавітації, L - довжина каверни, d n - приведений діаметр кавітатора, К - поправочний коефіцієнт Число кавітації % є загальноприйнятим критерієм інтенсивності кавітаційного змішування Вказане число кавітації % підкоряється також наступній залежності Рн-Рк %= .2 ' 0,5ри' (2) Де рн -тиск потоку, що набігає, рк - тиск насичених пар в каверні, р - ЩІЛЬНІСТЬ рідини, u - швидкість потоку, що набігає Очевидно, що на практиці перепад тиску рн-рк контролювати можна із застосуванням найпростішої апаратури Саме цей параметр, як найпростіший для контролю, згідно з винаходом, вибрано як характеризуючий параметр для проведення керованого процесу кавітаційного змішування Показник П для кавітатора, що являє собою фігуру складного профілю, можна розрахувати Периметр кавітатора піддається ЗМІНІ за рахунок механічних засобів впливу, що досягається на практиці згідно з винаходом, що пропонується Для здійснення запропонованого способу в проточній частиш корпусу кавітаційного змішувача, що містить також конфузор і дифузор, встановлений з можливістю зворотно-поступального переміщення перший кавітаційний елемент, згідно з 52856 подовжній розріз кавітаційного змішувача з механізмом подачі компонента суміші на першому кавітаційному елементі, на Фіг 10 показаний подовжній розріз фрагмента другого кавітаційного елемента з механізмом подачі компонента суміші Як показано на Ф і г 1 , кавітаційний змішувач містить корпус 1 з конфузором 2 і дифузором З В проточній частині корпусу 1 розміщений перший кавітаційний елемент 4, закріплений на штоку 5 Другий кавітаційний елемент 6 закріплений на внутрішній поверхні проточної камери корпусу 1 В корпусі 1 кавітаційного змішувача перед його проточною частиною встановлений датчик 7 тиску потоку, що набігає, що набігав, а датчик 8 тиску в каверні встановлений в проточній камері корпусу 1 змішувача Як показано на Фіг 2, перший кавітаційний елемент 4 являє собою піраміду з бічними проточками 9 Шток 5 сполучений з механізмом зворотнопоступального переміщення (не показано), який виключає поворот штока 5 навколо своєї осі Механізм може являти собою, наприклад, найпростішу передачу «гвинт - гайка» Як показано на Фіг 3, другий кавітаційний елемент виконується у вигляді вставки в корпус і включає окремі фрагменти 10 їх число і профіль Датчик тиску в каверні, згідно з винаходом, відповідає числу і профілю проточок першого кавіможе бути встановлений на першому кавітаційнотаційного елемента му елементі Датчик тиску в каверні, згідно з винаходом, Як показано на Фіг 4, для кавітатора, утвореможе бути встановлений на другому кавітаційному ного першим кавітаційним елементом 4 і другим елементі кавітаційним елементом був положенні, коли ці елементи зведені в одне ціле, максимальна довДатчик тиску в каверні, згідно з винаходом, жина периметра кавітатора, де відбувається утвоможе бути встановлений на першому і другому рення кавітаційних бульбашок, являє собою перикавітаційному елементі метр фігури TNCABEFG Фрагменти другого кавітаційного елемента, що доповнює по профілю перший кавітаційний елеЯк показано на Фіг 5, для кавітатора, утворемент до повного конуса, згідно з винаходом, закріного першим кавітаційним елементом 4 і другим плені на несучому КІЛЬЦІ на опорах кавітаційним елементом 6 у положенні, коли ці елементи розведені і відстоять один від іншого, Перший кавітаційний елемент, згідно з винадовжина змінного периметра кавітатора, де відбуходом, оснащений пристроєм подачі одного з комвається утворення кавітаційних бульбашок, являє понентів суміші собою фігуру TNNiCABEFFiG У цьому випадку Другий кавітаційний елемент, згідно з винаходовжина периметра кавітатора збільшується на дом, оснащений пристроєм подачі одного з комподовжину, рівну відстані NN1 + F-iF Ця величина нентів суміші разом з першим кавітаційним елемепіддається розрахунку і контролюється на робочій нтом або незалежно від нього шкалі механізму зворотно-поступального переміКонструктивне рішення запропонованого кавіщення (не показано) таційного змішувача, як буде показано нижче, дозволяє реалізувати запропонований спосіб керуЯк показано на Фіг 6, схема реалізації способу вання кавітаційним змішуванням, підвищити згідно з винаходом із використанням запропоноваінтенсивність кавітаційного змішування і розшириного згідно з винаходом пристрою включає контти діапазон його режимів ролер 11, настроєний на параметри рн-рк і ъ н а який через расходомір 12 надходять дані про Винахід пояснюється наступними кресленняшвидкість рідини, що поступає з напірної системи ми на Фіг 1 показаний подовжній розріз кавітацій13 в корпус 1 змішувача Дані про різницю тиску ного змішувача, на Фіг 2 показаний перший кавітаРн-Рк, потоку, що набігає і тиску насиченої пари в ційний елемент в аксонометрії, на Фіг 3 показаний каверні поступають на контролер 11 через датчик фрагмент другого кавітаційного елемента в аксо7 тиску потоку, що набігає, і датчик 8 тиску в кавенометрії, на Фіг 4 показаний поподовжній розріз рні Керуючий сигнал контролера 11 для зміни докавітатора в положенні, коли перший і другий кавівжини периметра П кавітатора, утвореної першим таційні елементи зведені в одне ціле, на Фіг 5 покавітаційним елементом 4 і другим кавітаційним казаний поподовжній розріз кавітатора в положенелементом 6, поступає на привід 14, регулюючий ні, коли перший і другий кавітаційні елементи механізм зворотно-поступального переміщення розведені та знаходяться на відстані один від одпершого кавітаційного елемента 4 ного, на Фіг 6 показана схема реалізації способа, на Фіг 7 показаний варіант виконання другого кавіКавітаційний змішувач працює таким чином таційного елемента в аксонометрії, на Фіг 8 покаПотік рідини, що поступив в конфузор 2, в проточзані варіанти профіля опор, на Фіг 9 показаний ній частиш корпусу 1 набігає на пирамидообразвинаходом, у вигляді піраміди, на бічній поверхні якої виконані бічні проточки, а також другий кавітаційний елемент з центральним осьовим каналом, встановлений в корпусі у вигляді вставки і, згідно з винаходом, включає фрагменти, які доповнюють по профілю перший кавітаційний елемент до повної піраміди Вибір конфігурації вказаних кавітаційних елементів здійснено з таким розрахунком, щоб периметр робочої поверхні кожного з них збільшився у порівнянні з прототипом Перший кавітаційний елемент закріплений на штоку, що устаткован механізмом переміщення зазначеного елемента вздовж осі змішувача і який виключає поворот штока навколо своєї осі Такий механізм забезпечує поєднання обох кавітаційних елементів при максимальному наближенні першого рухомого кавітаційного елемента до другого кавітаційного елемента у вигляді вставки, а при ЗМІНІ їх просторового взаєморозташування забезпечує між обома елементами зазор, рівновеликий по всьому периметру першого кавітаційного елемента У корпусі кавітаційного змішувача перед його проточною частиною встановлений датчик тиску потоку, що набігає, а датчик тиску в каверні встановлений в проточній камері корпусу змішувача 52856 8 довжини периметра П кавітатора, утвореної першим кавітаційним елементом 4 і другим кавітаційним елементом 6, який поступає на привід 14 зі шкалою, що регулює механізм зворотнопоступального переміщення першого кавітаційного елемента 4 Датчики тиску можуть встановлюватися в корпусі змішувача згідно з інженерним розрахунком Найбільш раціональним варіантом місця розташування датчика тиску в каверні можна вважати перший кавітаційний елемент як елемент, за яким утвориться основна каверна У деяких випадках, наприклад, коли реологічні властивості суміші, що обробляється передбачають достатню довжину каверни, раціонально встановлювати датчик тиску в каверні на другому кавітаційному елементі Для випадків, коли потрібна висока точність значення керуючого впливу рн-Рк, передбачається варіант встановлення датчика тиску в каверні з виходами на першому і другому кавітаційних елеЗміна просторового взаєморозташування кавіментах таційних елементів 4 і 6 за допомогою механізму, що керуює зворотно-поступальним переміщенням Як показано на Фіг 7, фрагменти 10 другого першого кавітаційного елемента 4 за допомогою кавітаційного елемента 6 можуть мати кріплення штока 5, дає можливість змінювати розміщення на несучому КІЛЬЦІ 15 у вигляді опор 16 Такий вахвостової частини каверни, що розпадається на ріант виконання кавітаційного елемента 6 дозвобульбашки і яка утворилася за першим кавітаційляє забезпечити утворення зазора між стінками ним елементом 4, відносно другого кавітаційного проточної частини корпусу і кавітатором для протіелемента 6, змінюючи тим самим КІЛЬКІСТЬ булькання рідини при поєднанні обох кавітаційних елебашок-зародків, що беруть участь в утворенні на ментів, а також раціонально здійснювати його моньому кавітації Внаслідок цього відкривається нтаж та експлуатацію можливість створення широкого діапазону режимів Як показано на Фіг 8, опори 16 можуть являти кавітаційного змішування для рідин з різними реособою штирі різного профілю, як простого (варіанлогічними особливостями У випадку, коли хвостоти А, В), так і суперкавитуючого (варіант С) В ва частина каверни, яка утворюється за першим останньому випадку вони виконують також функкавітаційним елементом 4, знаходиться на рівні цію додаткових кавітаційних елементів задньої кромки елемента 6 або за нею, зона кавіЯк показано на Фіг 9, в першому кавітаційному тації найменша і, отже, інтенсивність процесу зміелементі 4 може бути виконано механізм подачі шування найменша У випадку, коли хвостова часодного з компонентів суміші безпосередньо в потина каверни, яка утворюється за першим рожнину каверни, що утворюється за елементом кавітаційним елементом 4, знаходиться на рівні 4 Такий механізм являє собою осьовий канал 17 в передньої кромки елемента 6, зона кавітації найТІЛІ елемента 4, що подовжується аналогічним більша і, отже, інтенсивність процесу змішування каналом штока 5 і який підключено до джерела також найбільша подачі зазначеного компонента (не показано) Таким джерелом може бути, наприклад, автономна Керує зворотно-поступальним переміщенням напірна система Зазначений механізм надає допершого кавітаційного елемента 4 за допомогою даткову варіативність діапазону режимів змішуштока 5 механізм, який не допускає повороту штовання і відкриває нові технологічні можливості ка 5 навколо своєї осі і тим самим забезпечує рівпристрою новеликий зазор між кавітаційними елементами 4 і 6 по периметру утворення кавітації, що виключає Як показано на Фіг 10, другий кавітаційний їх часткове зіткнення або побічну вібрацію, які моелемент 6 також може бути устаткованим механіжуть призвести до їх зносу або інших функціоназмом подачі одного з компонентів суміші безпосельних порушень редньо в порожнину каверни, що утворюється за елементом 6 Такий механізм являє собою канал Реалізує спосіб керування процесом кавітацій18, який виконано в ТІЛІ елемента 6 і який закінчуного змішування з використанням запропонованоється вихідним отвором на задній кромці фрагменго пристрою керуючий контур На контролер 11 із та 10 Джерело подачі зазначеного компонента заданими параметрами рн-рк і u з расходоміру 12 визначається інженерним розрахунком Таке надходять дані про швидкість рідини й, що постуоснащення кавітаційного елемента також розшипає з напірної системи 13 в корпус 1 змішувача рює технологічні можливості пристрою Одночасно на контролер 11 через датчик 7 тиску потоку, що набігає і датчик 8 тиску в каверні постуЗапропоноване технічне рішення дозволяє кепають дані про різницю рн-рк тиску потоку, що набірувати процесом кавітаційного змішування в шигає і тиску насиченої пари в каверні, У залежності рокому діапазоні режимів змішування уникаючи від співвідношення отриманих даних із заданими збільшення габаритів самого змішувача, що істотконтролер 11 видає керуючий сигнал для зміни но розширює його технологічні можливості ный кавітаційний елемент 4 з бічними проточками 9 За вказаним елементом утворюється каверна, хвостова частина якої генерує кавітаційне поле з безлічі наповнених парогазовою фазою бульбашок Оскільки розташовується хвостова частина каверни на рівні, відповідному розташуванню другого кавітаційного елемента б, а саме його фрагментів 10, периметр яких бере участь в утворенні самостійних каверн, то зазначені бульбашки, які не встигли схлопнутися з вивільненням енергії, стають зародками кавітації, сприяючими утворенню каверн на фрагментах 10 другого кавітаційного елемента 6, При цьому зазначені каверни мов би подовжують довжину першої каверни Таким чином конструктивні особливості другого кавітаційного елемента 6, що не вимагає додаткової довжини проточної частини корпусу кавітатора, дозволяють інтенсифікувати процес, що проводиться в змішувачі, який запропоновано згідно з винаходом 52856 ФіМ 10 Фіг.2 УШ 10 Фіг.4 Фіг. б ФІГ 6 11 52856 12 16 16 Фг7 16 16 Фіг 8 Фіг 10 ТОВ Міжнародний науковий комітет вул Артема 77 м Київ 04050 Україна (044)236-47-24