Ультразвуковий активатор-змішувач

Реферат: UA 80739 U UA 80739 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до областей будівельної, електротехнічної, харчової і другої техніки, зокрема до установок для активації дисперсних сумішей та одержання дисперсних суспензій. Відома установка для активації цементу, містить установлену на основі за допомогою амортизаторів раму з вібраторами, герметичну ємкість з розміщеними в ній трубопроводом і гідродинамічним випромінювачем, патрубками для вводу цементної суміші і подачі надлишкового тиску (а. с. СРСР № 643346, М. Кл. В28С 5/46, опубл. в Б. В. № 3 за 1979 p.). Недоліками цієї установки є: - потреба в надлишковому тиску для забезпечення роботи гідродинамічних випромінювачів; - значна втрата води. Відома установка для активації цементної суспензії, яка містить герметичну ємність на амортизаторах, забезпечену фігурними секціями, з'єднаними між собою та утворюючими герметичний об'єм, підключений до вакуум-насосу зі встановленими в ньому по черзі горизонтально по центру магнітострикційними перетворювачами з мембранами і п'єзокерамічними випромінювачами з тефлоновими трубками, розташованими під ними паралельно нахиленим стінкам фігурних секцій (а. с. СРСР № 1065214, М. Кл. В28С 5/46, опубл. в Б. В. № 1 за 1984 р.). Недоліками установки є: - недостатній ступінь диспергування і змішування суміші; - трудомістка у виготовленні ємність (фігурні секції); - низька продуктивність із-за великої протяжності шляху перемішування суспензії; - значні витрати енергії. Відомий також пристрій для активації цементної суспензії по а. с. СРСР № 1175720, М. Кл. В28С 5/46, опубл. в Б. В. № 32 за 1985 p., який забезпечений закріпленими у днищі магнітострикційними перетворювачами з установленою паралельно валам випромінюючою ультразвук пластиною, причому вали виконані різношвидкісними, з яких високошвидкісний вал виконаний із закріпленими на ньому дисками, що чергуються із шайбами, а низькошвидкісний - у вигляді пустотілого барабана з кільцевими канавками для входу високошвидкісного валу. Недоліками цього пристрою є: - недостатній ступінь диспергування твердих частинок та їх змішування; - відсутність умов для утворення явищ кавітації; відсутність умов використання гідродинамічного випромінювача та кавітаційних явищ, супутніх йому при наявності турбулентного руху суспензії. Відомий також "Диспергатор" (а. с. СРСР № 1538936, М. Кл. В28С 5/46, опубл. в Б. В. № 4 за 1990 р.), який містить герметичну ємкість із співвісно розміщеними завантажувальними і розвантажувальними патрубками, магнітострикційним перетворювачем з випромінюючою мембраною, привідний вал і забезпечений увігнутим кільцевим відбивачем, а вал - ротором, виконаним за формою кульового сектора і встановленим із зазором до мембрани дзвоникоподібної форми, розміщеної на завантажувальному патрубку, причому увігнутий кільцевий відбивач закріплений до бокової поверхні ємності навпроти зазору між мембраною і ротором. Недоліком установки є недостатній ступінь диспергування твердих частинок у рідині і ступінь змішування продуктів руйнації з рідиною та складність конструкції установки для її виготовлення. Відомий також "Диспергатор-змішувач" по патенту України № 41082, Кл. В28С 5/46, опубл. в Бюл. № 7 за 2001 p., який містить циліндричну ємність, виконану з упорами у верхній частині, на яких за допомогою амортизаційної прокладки встановлений відбивач, виконаний у вигляді полого тора, з'єднаного в нижній частині з пластиноподібним елементом, а підшипникова опора закріплена по осі ємності в кришці, виконаній у вигляді сферичного полого сектора, зв'язаного у нижній частині з тороподібною обичайкою, причому мембрана за допомогою вертикальних елементів з'єднана з пластиноподібним елементом, причому відбивач виконаний з пазом на внутрішній поверхні, розташований симетрично горизонтальній площині, проведеній через горизонтальну вісь тора, а ротор виконаний у вигляді кільцевої шайби, розміщеної на валу втулки, в нижній частині якої з зазором відносно нижньої кромки паза тора установлена пластина, з жорстко закріпленими на ній кутиками з вирізами в вертикальних поличках для розміщення кільцевої шайби. Недоліками установки є: - складність конструкції; - наявність рухомих вузлів; - недостатній ступінь диспергування твердих частинок суспензії. 1 UA 80739 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Як найближчий аналог прийнятий "Активатор суспензії" по патенту України № 68549, МПК В28С 5/46, опубл. в Бюл. № 8 за 2004 p., який містить вертикально установлену на амортизаторах герметичну циліндричну ємність, під кришкою якої, за допомогою герметизуючих і амортизуючих прокладок установлена горизонтальна мембрана з отворами по периметру центрально і жорстко установленого на ній магнітострикційного перетворювача ультразвукових коливань, а з нижнього її боку закріплений центрально і жорстко своєю великою основою пустотний зрізаний конусний концентратор ультразвукових коливань з закругленою вершиною, на якому жорстко закріплені концентратори тарілчастої форми: перший від мембрани і усі непарні повернуті опуклим боком вгору; другий з отворами в крайній зоні від місця їх кріплення і усі парні з такими ж отворами - опуклим боком вниз, при цьому їх діаметри зменшуються зверху вниз у відповідності зі зменшенням діаметру центрального концентратора так, що проміжок між ними і внутрішньою поверхнею пустотного конусного концентратора залишається постійним за величиною, а діаметри непарних допоміжних концентраторів забезпечують цей проміжок в 2,5 рази більшим. Недоліками найближчого аналога є: - недостатній ступінь активації і змішування суміші; - складність конструктивного рішення центрального конусного концентратора і допоміжних парних і непарних мембран. Задачею ультразвукового активатора-змішувача є підвищення якості активації складових суспензії і їх змішування та удосконалення конструкції установки. Задача вирішується тим, що ультразвуковий активатор-змішувач містить герметичну циліндричну ємність з кришкою забезпеченою центральним вхідним патрубком з корковим краном та днищем, вертикально установленим на амортизаторах, з центральним вихідним патрубком, обладнаним корковим краном, над яким, між круговими герметизуючими і амортизуючими прокладками горизонтально установлена мембрана з отворами по периметру жорстко і центрально закріпленого магнітострикційного перетворювача з нижньої її сторони та отворами за аналогічно закріпленим з верхньої її сторони циліндричним концентратором з кришкою, забезпеченою центральним отвором, при цьому всередині нього між верхньою стороною мембрани і кришкою жорстко один над одним розміщені додаткові пустотні конусні концентратори - перший відкритою великою основою та отворами по її периметру; другий жорстко поєднаний своєю малою основою, повернутою вверх до такої ж основи першого концентратора, з отворами по периметру його великої основи з проміжком до внутрішньої поверхні циліндричного концентратора і т.д., причому останній пустотний конусний концентратор повернутий відкритою великою основою вверх, а закритою малою основою з отворами жорстко упирається у верхню поверхню мембрани. Загальними ознаками для ультразвукового активатора-змішувача і найближчого аналога є герметична, вертикально установлена циліндрична ємність з днищем, установленим на амортизаторах і кришкою, забезпеченими запірно-роздавальною арматурою, в якій розміщена горизонтальна мембрана з магнітострикційним перетворювачем, концентратор і мембрани. Конструктивні рішення ультразвукового активатора-змішувача, у порівнянні з найближчим аналогом, забезпечують ряд переваг і суттєвих відмінностей ознак, основними з яких є: 1. Частково нове сполучення ознак, що указує на наявність суттєвих відмінностей: горизонтальна мембрана розміщена не під кришкою, а на днищі; магнітострикційний перетворювач закріплений з нижньої сторони мембрани, а не на ній; кріплення концентратора до мембрани не з нижньої сторони, а з верхньої. 2. Заміна одних ознак іншими, що теж свідчить про наявність суттєвих відмінностей: конусний пустотний концентратор, центрально закріплений з нижньої сторони горизонтальної мембрани, замінений на циліндричний концентратор, закріплений з верхньої сторони мембрани; додаткові мембрани, жорстко закріплені на центральному конусному концентраторові, діаметр яких зменшується зверху вниз, замінені на мембрани однакового діаметру, установлені одна над одною так, що їх малі і великі основи стикуються. 3. Введення нових ознак, що теж свідчить про наявність суттєвих відмінностей: циліндричний концентратор; пустотні конусні концентратори з отворами. 4. Враховуючи викладене в пп. 1, 2 і 3, конструктивні рішення ультразвукового активаторазмішувача забезпечують нові взаємоположення ознак та нові типи зв'язків і взаємодії між ознаками. На кресленні приведений ультразвуковий активатор-змішувач у розтині. Ультразвуковий активатор-змішувач містить герметичну циліндричну ємність 1 з кришкою 2, забезпеченою вхідним патрубком 3 з корковим краном 4 та днищем 5, на якому вона вертикально установлена на амортизаторах 6, з центральним вихідним патрубком 7, 2 UA 80739 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 обладнаним корковим краном 8, над яким між круговими герметизуючими і амортизуючими прокладками 9 і 10 горизонтально установлена мембрана 11 з отворами 12 по периметру жорстко і центрально закріпленого магнітострикційного перетворювача 13 з нижньої її сторони та отворами 14 за аналогічно закріпленим з верхньої її сторони циліндричним концентратором 15 з кришкою 16, забезпеченою центральним отвором 17, при цьому всередині нього, між верхньою стороною мембрани 11 і кришкою 16, жорстко один над одним розміщені додаткові пустотні конусні концентратори - перший 18 відкритою великою основою 19 та отворами 20 по її периметру; другий 21 жорстко поєднаний своєю малою основою 22, повернутою вверх до такої ж основи першого концентратора 18, з отворами 23 по периметру його великої основи з проміжком до внутрішньої поверхні циліндричного концентратора 15 і т.д., причому останній пустотний конусний концентратор повернутий відкритою великою основою вверх, а закритою малою основою вниз жорстко упирається в верхню поверхню мембрани 11. Ультразвуковий активатор-змішувач працює таким чином. При закритому корковому крані 8 вихідного патрубка 7, ввімкненому високочастотному генераторові (не показаний) магнітострикційного перетворювача 13 і відкритому корковому крані 4 по вхідному патрубку 3 в ємність 1 подають дисперсну суспензію для її активації і змішування. Активація суспензії полягає в багатократному збільшенню питомої поверхні твердих частинок суспензії і змішування продуктів руйнування цих частинок з рідиною. Через отвір 17 суспензія надходить в простір між верхньою поверхнею першого додаткового конусного концентратора 18 і нижньою стороною кришки і піддається дії ультразвукових полів випромінюваних цими поверхнями. В процесі дії ультразвукових коливань в турбулентних потоках суспензії виникають кавітаційні явища, які є потужними деструкторами твердої фази в рідині і активними змішувачами продуктів руйнування з рідиною. Дію кавітації доповнюють удари і співудари твердих частинок, їх тертя та механічна ерозія. Пройшовши отвори 20, які діють, як і інші отвори, як циліндричні концентратори і гідродинамічні випромінювачі, суспензія надходить в кільцевий простір, обмежений нижньою поверхнею першого додаткового конусного концентратора 18, верхньою поверхнею другого додаткового конусного концентратора 21 і внутрішньою поверхнею циліндричного концентратора 15, піддається дії ультразвукових полів випромінюваних цими поверхнями і через отвори 24 надходить в простір, обмежений нижньою поверхнею другого додаткового конусного концентратора 21 і верхньою поверхнею концентратора, аналогічного концентратору 18, піддається дії ультразвукових полів випромінюваних їх поверхнями і т.д. Пройшовши останні отвори 20, суспензія надходить на горизонтальну мембрану 11, піддається дії ультразвукового поля, випромінюваного її верхньою поверхнею та ультразвукових полів, випромінюваних нижньою поверхнею останнього концентратора 18 і внутрішньою стороною циліндричного концентратора 15 і через отвори 12 поступово знизу вверх заповнює ємність 1, охолоджує магнітострикційний перетворювач 13 і піддається ультразвуковій дії полів, випромінюваних корпусом магнітостриктора 13, нижньою стороною мембрани 11 і зовнішньою стороною циліндричного концентратора, чим забезпечується дія кавітації і супутніх факторів на суспензію у всьому об'ємі ємності 1. При досягненні суспензією рівня кришки 16, частково або повністю відкривають корковий кран 8 і по вихідному патрубку 7 видаляють активовану суспензію для її подальшого використання. А установка працює у безперервному режимі. Після закінчення роботи установку промивають аналогічним чином, після чого вимикають високочастотний генератор (не показаний) магнітострикційного перетворювача 13. При відновленні роботи процеси повторюються. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 Ультразвуковий активатор-змішувач, що містить герметичну, вертикально установлену циліндричну ємність з днищем, установленим на амортизаторах, і кришкою з запірнороздавальною арматурою, в якій розміщена горизонтальна мембрана з магнітострикційним перетворювачем, концентратор ультразвукових коливань і мембрани, який відрізняється тим, що він містить герметичну циліндричну ємність з кришкою, забезпеченою вхідним патрубком з корковим краном та днищем, розміщеним на амортизаторах, з центральним вихідним патрубком, обладнаним корковим краном, над яким між круговими герметизуючими і амортизуючими прокладками горизонтально установлена мембрана з отворами по периметру жорстко і центрально закріпленого магнітострикційного перетворювача з нижньої її сторони та отворами за аналогічно закріпленим з верхньої її сторони циліндричним концентратором з кришкою, забезпеченою центральним отвором, при цьому всередині нього, між верхньою 3 UA 80739 U 5 стороною мембрани і кришкою, жорстко один над одним розміщені додаткові пустотні конусні концентратори - перший відкритою великою основою та отворами по її периметру; другий жорстко поєднаний своєю малою основою, повернутою вверх до такої ж основи першого концентратора, з отворами по периметру його великої основи з проміжком до внутрішньої поверхні циліндричного концентратора і т.д., при цьому останній пустотний конусний концентратор повернутий відкритою великою основою вверх, а закритою малою основою з отворами жорстко упирається в верхню поверхню мембрани. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 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 4