Ультразвуковий змішувач-активатор

Реферат: UA 90609 U UA 90609 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі будівельної, хімічної та харчової промисловості, зокрема до установок для активації мінеральних речовин і одержання суспензії. Відома установка для активації цементу, яка забезпечена установленою на амортизаторах рамою, з вібраторами, герметичною ємністю з розміщеними в ній трубопроводом і гідродинамічним випромінювачем, патрубками для вводу і виводу цементної суспензії і подачі надлишкового тиску (авт. св. №6433466 Кл. В28С 5/46, надр. в Б. В. №3, 1979 p.). Недоліками цієї установки є: - потреба в надлишковому тиску для забезпечення роботи гідродинамічних випромінювачів; - значна витрата води; - значні габарити по висоті. Відома установка для активації цементу, утримуюча герметичну ємність на амортизаторах, забезпечену фігурними секціями, з'єднаними між собою і утворюючими герметичний об'єм, підключений до вакуум-насоса, з установленими в ній по черзі по центру магнітострикційними перетворювачами, мембранами і п'єзокерамічними випромінювачами з тефлоновими трубками, розміщеними під ними паралельно нахиленим стінкам фігурних секцій (авт. св. СРСР №1065214, Кл. В28С 5/46, надр. в Б. В. №1, 1984 р.) Недоліками цієї установки є: - недостатній ступінь диспергування і змішування дисперсної суміші; низька продуктивність із-за значної довжини шляхів переміщення суспензії; - трудомісткість в виготовленні фігурних секцій; - значні витрати води і електроенергії. Відома установка "Диспергатор" авт. св. №1538936 Кл. В28С 5/46, надр. в Б. В. № 4, 1990 p., яка містить герметичну ємність із співвісно розміщеними завантажувальними і розвантажувальними патрубками, магнітострикційним перетворювачем з випромінюючою мембраною і привідним валом і забезпечена вигнутим кільцевим відбивачем, ротором, виконаним по формі кульового сектора і розміщеним з проміжком відносно випромінюючої мембран дзвоникоподібної форми, розміщеної через ущільнюючу прокладку на завантажувальному патрубку, причому вигнутий кільцевий відбивач закріплений до бокової поверхні напроти проміжку між мембраною і ротором. Недоліками установки є: - недостатній ступінь диспергування твердих частинок в рідині; - недостатній ступінь перемішування суспензії; - складність мембрани і ротора, їх незахищеність від зносу; - недостатній ступінь диспергування з ущільнюючої прокладки, складність її зміни, складність диспергування проміжку між мембраною і ротором; - складність в експлуатації. Відомий пристрій для активації цементної суспензії (авт. св. № 173720 Кл. В28С 5/46, надр. в Б. В. № 32, 1995 p.), який забезпечений закріпленими в днищі магнітострикційними перетворювачами з випромінюючою пластиною, причому вали виконані різношвидкісними, із яких високошвидкісний вал виконаний з кільцевими канавками для входу в них дисків низькошвидкісного вала. Недоліками пристрою є: - недостатній ступінь диспергування твердих частинок в суспензії і їх перемішування; - відсутність умов для виникнення кавітації, як фактора забезпечення диспергування та перемішування суспензії. Відомий пристрій "Змішувач-активатор" авт. св. № 1268429, Кл. В28С 5/46, надр. в Б. В. № 41, 1986 p., який забезпечений ковпаком з вертикальними прорізами установленими всередині корпусу співвісно з ним жорстко змонтованим на валу диском, причому лопатка виконана у вигляді стрічки розділеної по довжині вертикальними стінками на три частини, з яких протилежні крайні ділянки відігнуті вниз на 2/3 ширини лопатки в сторону напрямку кручення. Недоліками пристрою є: - недостатній ступінь диспергування і змішування твердих частинок в рідині; - значна висота установки, що не дозволяє розмістити її між дозаторами і змішувальним вузлом; - відсутність ультразвукового випромінювача, що виключає можливість виникнення кавітації; - складність конструкції і ускладнення роботи по ремонту в процесі експлуатації. Відома також установка "Змішувач-активатор" авт. св. № 125070, Кл. В28С 5/46, надр. в Б. В. № 30, 1986 р., в якій кожний змішувальний елемент виконаний у вигляді розміщених одна над другою і з'єднаних між собою чотирикутних пластин, два протилежних кути кожної з яких відігнуті зі створенням відкритої з торців порожнини між пластинами, причому ширина пластини складає половину її довжини, а довжина відігнутої частини пластини складає половину її 1 UA 90609 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ширини, при цьому кожний вище розміщений змішувальний елемент повернутий відносно нижче розміщеного на 90 градусів. Недоліками установки є: - недостатній ступінь диспергування твердих частинок суспензії; - із-за незбалансованості вузлів установки має місце вібрації її в цілому; відсутнє ультразвукове поле, яке створює умови для виникнення кавітації; - відсутність відбивача не дає можливості використання додаткового диспергування твердих частинок при співударах; - ненадійно працює вузол приводу; - складність кріплення лопаток на двох валах і в горизонтах потребує значного часу на їх заміну; - установка має значну висоту і не вписується в простір між дозатором і змішувачем. Як найближчий аналог вибрано "Ультразвуковий активатор" по патенту України № 42000, МПК В28С 5/46, опубл. в Бюл. №12, 2009 p., який складається з верхньої циліндричної секції з кришкою, забезпеченою центральним вхідним патрубком з корковим краном, та нижньої конусної секції повернутої великою основою вверх і забезпеченою днищем з центральним вихідним патрубком обладнаним корковим краном, яка розміщена на амортизаторах. Між верхньою і нижньою секціями з допомогою кільцевих герметизуючих прокладок горизонтально установлена мембрана з отворами по периметру центрально і жорстко закріпленого з її верхньої сторони магнітострикційного перетворювача в нижньому отворі жорстко і центрально закріпленого в ній концентратора ультразвукових коливань тороподібної форми, з верхньої сторони якого має місце центральний отвір. З нижньої сторони горизонтальної мембрани центрально і жорстко закріплений перший непарний концентратор тороподібної форми, отвори якого співпадають з отворами мембрани, а центральний отвір з нижньої сторони співпадає з центральним заглибленням в формі півкулі з центральним отвором верхньої сторони чергового парного концентратора тороподібної форми, забезпеченого отворами з нижньої сторони по периметру, які, в свою чергу, співпадають з отворами непарного концентратора тороподібної форми і т.д. При цьому кожний нижній тороподібний концентратор зменшений на постійну величину, що забезпечує постійність проміжку між ними та внутрішньою стінкою нижньої секції. Останній концентратор є непарним, його отвори на верхній стороні співпадають з аналогічними отворами парного тороподібного концентратора, а центральний отвір знаходиться над вихідним патрубком. Недоліками найближчого аналога є: - недостатній ступінь активації твердих частинок в рідині; - нестандартність і складність у виготовленні мембрани. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення конструкції ультразвукового змішувача-активатора та підвищення якості суспензії. Поставлена задача вирішується тим, що ультразвуковий змішувач-активатор містить вертикально установлену конусну ємність з кришкою, забезпеченою центральним вхідним патрубком з корковим краном та днищем, установленим на амортизатори і забезпеченим центральним вихідним патрубком з корковим краном, на днищі, між кільцевими амортизуючими і герметизуючими прокладками якого установлена горизонтальна мембрана з центральним отвором та отворами по її периферії, а з верхньої сторони мембрани центрально і жорстко закріплена півкульова мембрана з отворами на рівні верхньої сторони тарілчастого концентратора з центральним отвором, а з нижньої сторони півкульової мембрани центрально і жорстко закріплений магнітострикційний перетворювач, а до її зовнішніх країв та мембрани жорстко і центрально закріплений пустотний конусний концентратор, стінки якого паралельні ємності і встановлені з проміжком до її внутрішньої поверхні, а верхня мала основа перекрита півкульовим пустотним концентратором з центральним отвором, під яким жорстко до внутрішньої стінки концентратора розміщені горизонтальні пластинчаті концентратори з отворами в протилежних сторонах, при цьому до нижньої сторони горизонтальної мембрани центрально і жорстко закріплені пустотні півкульові перфоровані концентратори, паралельні стінки яких розміщені з проміжками, які забезпечені центральними отворами і отворами перфорації. Спільними ознаками для найближчого аналога ультразвукового змішувача-активатора є вертикальна герметична ємність, установлена на амортизаторах і забезпечена запірнороздавальною арматурою, з розміщеними в ній на горизонтальній мембрані магнітострикційним перетворювачем ультразвукових коливань та концентраторами і мембранами. 2 UA 90609 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Конструктивні рішення ультразвукового змішувача-активатора забезпечують ряд суттєвих відмінностей і переваг у порівнянні з найближчим аналогом, основними з яких є: 1. Заміна частини ознак іншими, що указує на наявність суттєвих відмінностей: верхня циліндрична секція ємності прототипу замінена на конусну, а нижня конусна - на півкульове днище; горизонтальна мембрана прототипу розміщена між верхньою циліндричною і нижньою конусною секціями, яка замінена на горизонтальну мембрану установлену на півкульове днище; магнітострикційний перетворювач прототипу жорстко і центрально закріплений на верхній стороні горизонтальної мембрани, який замінений на магнітострикційний перетворювач, аналогічно закріплений з нижньої сторони півкульової мембрани; концентратори тороподібної форми прототипу замінені на концентратори півкульової форми. 2. Введення нових ознак, що теж свідчить про наявність суттєвих відмінностей: ємність конусної форми з днищем півкульової форми; пустотний конусний концентратор; додаткові горизонтальні мембрани; півкульові концентратори. 3. Частково нові сполучення ознак, що теж указує на наявність суттєвих відмінностей: півкульова мембрана з магнітострикційним перетворювачем, яка повернута випуклою стороною вверх, жорстко з'єднана з горизонтальною мембраною і пустотним конусним концентратором; тарілчаста мембрана, жорстко закріплена до півкульової мембрани з внутрішньої сторони нижче отворів по контуру магнітострикційного перетворювача. 4. Враховуючи пп. 1, 2 і 3, конструктивні рішення ультразвукового змішувача-активатора забезпечують нові взаємоположення ознак, нові типи зв'язків і взаємодії між ознаками. На кресленні приведений ультразвуковий зміщувач-активатор у розрізі: Ультразвуковий змішувач-активатор містить вертикально установлену конусну ємність 1 з кришкою 2 забезпеченою центральним вхідним патрубком 3 з корковим краном 4 та днищем 5, установленим на амортизатори 6 і забезпеченим центральним вихідним патрубком 7 з корковим краном 8. На днищі 5 між кільцевими амортизуючими і герметизуючими прокладками 9 і 10 установлена горизонтальна мембрана 11 з центральним отвором 12 та отворами 13 по її периферії. З верхньої сторони мембрани 11 центрально і жорстко закріплена півкульова мембрана 14 з отворами 15 на рівні верхньої сторони тарілчастого концентратора 16 з центральним отвором 17. З нижньої сторони півкульової мембрани 14 центрально і жорстко закріплений магнітострикційний перетворювач 18, а до її зовнішніх країв та мембрани 11 жорстко і центрально закріплений пустотний конусний концентратор 19 стінки якого паралельні ємності 1 і встановлені з проміжком до її внутрішньої поверхні, а верхня мала основа перекрита півкульовим пустотним концентратором 20 з центральним отвором 21, під яким жорстко до внутрішньої стінки концентратора 19 розміщені горизонтальні пластинчаті концентратори 22 і 23 з отворами 24 і 25 в протилежних сторонах. До нижньої сторони горизонтальної мембрани 11 центрально і жорстко закріплені пустотні півкульові перфоровані концентратори 26, 27 і 28, паралельні стінки яких розміщені з проміжками, які забезпечені центральними отворами 29, 30 і 31 і отворами перфорації 32, 33 і 34. Ультразвуковий змішувач-активатор працює наступним чином. При закритому корковому крані 8, включеному високочастотному генераторові (не показаний) магнітострикційного перетворювача 18 і відкритому корковому крані 4 по вхідному патрубку 3 в ємність 1 подають суспензію для активації і змішування. Суспензія надходить в фокусуючий півкульовий концентратор 20, де піддається інтенсивній дії ультразвукового поля, яку сприяє виникненню кавітації в її турбулентних потоках. Кавітація, в свою чергу, викликає потужні деструктивні дії по відношенню до твердої фази в рідині і одночасно є якісним змішувачем продуктів руйнування твердих частинок з рідиною. Одночасно діють і інші фактори інтенсивного диспергування і змішування цих твердих частинок: удари і їх співудари, різні види тертя та механічна ерозія. В результаті згаданих дій адекватно збільшується питома поверхня твердої фази і рівномірний розподіл цих частинок в об'ємі суспензії, що пропорційно збільшує активність її в цілому при подальшому використанні. Через центральний отвір 21, який діє як циліндричний концентратор і гідродинамічний випромінювач, суспензія надходить на перший горизонтальний пластинчатий концентратор 22, де піддається дії ультразвукових полів випромінюваних верхньою стороною концентратора 22 і нижньою стороною концентратора 20, а далі, проходячи через отвори 24, які діють аналогічно центральному отвору 21, суспензія надходить на другий горизонтальний пластинчатий концентратор 23, переміщується по його поверхні і піддається ультразвуковій дії верхньої його сторони і нижньої сторони концентратора 22. 3 UA 90609 U 5 10 15 20 Пройшовши через отвір 25, який діє аналогічно отворам 21 і 24, суспензія надходить на поверхню півкульової мембрани 14 де піддається дії ультразвукових полів цієї мембрани та нижньої сторони концентратора 23. Через отвори 15, які діють аналогічно отворам 21, 24 і 25, суспензія надходить на тарілчасту мембрану 16, охолоджує корпус магнітострикційного перетворювача 18, піддається дії випромінюваних ними ультразвукових полів та ультразвукового поля внутрішньої фокусуючої сторони півкульової мембрани 14, а далі, через центральний отвір 17 надходить на горизонтальну мембрану 11 і дії кавітації, викликані випромінювальними ультразвуковими полями, продовжується аналогічним чином до виходу суспензії через центральний отвір 31 на днище 5. При поступовому заповненні ємності 1 в дію вступають ультразвукові поля випромінювані внутрішньою стороною пустотного півкульового перфорованого концентратора 28 та зовнішньою стороною пустотного конусного концентратора 19, що сприяє підтриманню дії кавітації у всьому об'ємі. Після заповнення ємності 1 частково або повністю відкривають корковий кран 8 і активована суспензія по вихідному патрубку 7 видаляється для подальшого використання. Одночасно корковим краном 4 регулюється об'єм суспензії, що надходить, по вхідному патрубку 3 і процес продовжується в безперервному режимі. По закінченні роботи установка промивається аналогічним чином, після чого виключають високочастотний генератор (не показаний) магнітострикційного перетворювача 18. При відновленні роботи процеси повторюються. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 Ультразвуковий змішувач-активатор, що містить вертикальну і герметичну ємність, установлену на амортизаторах і забезпечену запірно-роздавальною арматурою, в якій на горизонтальній мембрані розміщені магнітострикційний перетворювач ультразвукових коливань, концентратори та мембрани, який відрізняється тим, що містить вертикально установлену конусну ємність з кришкою, забезпеченою центральним вхідним патрубком з корковим краном та днищем, установленим на амортизатори, і забезпеченим центральним вихідним патрубком з корковим краном, а на днищі, між кільцевими амортизуючими і герметизуючими прокладками, установлена горизонтальна мембрана з центральним отвором та отворами по її периферії, при цьому з верхньої сторони мембрани центрально і жорстко закріплена півкульова мембрана з отворами на рівні верхньої сторони тарілчастого концентратора з центральним отвором, а з нижньої сторони півкульової мембрани центрально і жорстко закріплений магнітострикційний перетворювач, а до її зовнішніх країв та мембрани жорстко і центрально закріплений пустотний конусний концентратор, стінки якого паралельні ємності і встановлені з проміжком до її внутрішньої поверхні, верхня мала основа перекрита півкульовим пустотним концентратором з центральним отвором, під яким жорстко до внутрішньої стінки концентратора розміщені горизонтальні пластинчаті концентратори з отворами в протилежних сторонах, а до нижньої сторони горизонтальної мембрани центрально і жорстко закріплені пустотні півкульові перфоровані концентратори, паралельні стінки яких розміщені з проміжками, які забезпечені центральними отворами і отворами перфорації. 4 UA 90609 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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 5