Ультразвуковий пристрій для обробки рідини

Реферат: Винахід належить до технологічного використання ультразвукової енергії і може бути використаний в різних галузях промисловості, зокрема в процесах, що відбуваються в рідкому середовищі, наприклад, при обеззаражуванні рідин, тобто знищенні вірусів та мікроорганізмів, фільтруванні рідин, створенні високоякісних стійких емульсій, освітленні стічних вод, холодній стерилізації молока, активації рідин та палива і т.п. Пристрій для ультразвукової обробки рідини містить вертикально розташований ступінчастий порожнистий корпус з донною торцевою поверхнею в ступені меншого діаметра, ультразвуковий випромінювач з демпфуючою накладкою та накладкою з зануреною в рідину торцевою випромінюючою поверхнею, який розташований в ступені корпуса з більшим діаметром та герметично закріплений в верхній частині корпусу в вузловій точці поздовжньої стоячої хвилі деформації з можливістю випромінювання ультразвукових хвиль в бік донної торцевої поверхні, вхідний патрубок розміщений на корпусі вище торцевої поверхні випромінювання ультразвукового випромінювача, вихідний патрубок розташований в корпусі в зоні донної поверхні і сполучений з порожниною корпусу через дросельний отвір, на внутрішній поверхні ступеня меншого діаметру нанесені дрібні канавки, наприклад, у вигляді дрібної різьби, на боковій поверхні накладки з торцевою випромінюючою поверхнею з боку цієї поверхні виконані канавки з утворенням UA 113244 C2 (12) UA 113244 C2 випромінюючих поверхонь, паралельних торцевій випромінюючій поверхні, а дрібні канавки, наприклад у вигляді дрібної різьби, виконані на всій внутрішній поверхні порожнистого ступінчастого корпусу. Запропонований ультразвуковий пристрій дозволяє отримати значну інтенсивність ультразвукових коливань при протіканні через нього рідини. Додаткова магнітна обробка рідини в сукупності з ультразвуковою дає можливість надати рідині нових позитивних властивостей. Задіяна в пристрої інтенсивна кавітаційна обробка здатна знешкодити широке коло шкідливих бактерій, вірусів та мікроорганізмів в рідині, забезпечити високий рівень окислювальних процесів в рідині, що дозволить наситити її вільними радикалами, тобто активувати рідину Наприклад, кавітаційно активоване рідке паливо має підвищені енергетичні показники горіння. Таке паливо встигає повністю з максимальною ефективністю згоріти в камері двигуна внутрішнього згоряння, не змиває мастильну плівку з пар тертя і не викидається з вихлопними газами в атмосферу. Емульсія, отримана в такому пристрої, довгий час не розшаровується завдяки інтенсивному кавітаційному перемішуванню на молекулярному рівні. UA 113244 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до технологічного використання ультразвукової енергії і може бути використаний в різних галузях промисловості, зокрема в процесах, що відбуваються в рідкому середовищі, наприклад, при знезараженні рідин, тобто знищенні вірусів та мікроорганізмів, створенні високоякісних стійких емульсій, освітленні стічних вод, холодній стерилізації молока, активації рідин та палива і т.п. Для інтенсифікації технологічних процесів, пов'язаних з рідиною, використовують різні фізичні поля та фактори впливу, наприклад ультразвукові коливання, які діють на згадані процеси через, так звані, ефекти першого порядку (частоту, інтенсивність і т.п.) і ефекти другого порядку, до яких належить перш за все, кавітація. Ефективність зазначеного використання ультразвукових коливань значною мірою залежить від режимів випромінювання ультразвукової енергії та особливостей побудови технологічного обладнання, що реалізує вказані технології. Відомий ультразвуковий пристрій для обробки рідини [патент України № 55323А, МПК C02F 1/36, 2003], що містить подовжений порожнистий корпус з донною і бічною поверхнями, в якому встановлений ультразвуковий випромінювач із трансформатором коливальної швидкості, підключений до електричного генератора коливань, який закріплено на корпусі у вузловій точці стоячої хвилі деформації в трансформаторі швидкості так, що випромінюючий торець трансформатора швидкості спрямований до донної поверхні корпуса і розташований нижче вихідного патрубка корпуса. У пристрої використовується вплив на рідину тільки одного фізичного поля-ультразвукового. У вказаному пристрої ультразвукова енергія вводиться в рідину за допомогою зануреної випромінюючої поверхні ультразвукового перетворювача, що дозволяє зробити це достатньо ефективно. Але максимальну інтенсивність ультразвукова хвиля має тільки поблизу поверхні випромінювання. Подалі від випромінювача інтенсивність різко понижується. Відбувається це внаслідок значного збільшення площі, через яку проходить ультразвукова хвиля деформації. Якщо використовується випромінювач з поршневими коливаннями, то діаграма направленості його випромінювання поступово розширюється. При цьому відповідно зменшується інтенсивність ультразвукової енергії. Якщо використовується мембранний згинальний випромінювач, то ультразвукова енергія розповсюджується в усі боки і її інтенсивність швидко спадає. Ультразвукова хвиля, що випромінюється, відбивається від стінок корпуса, внаслідок чого в порожнині корпуса встановлюється стояча хвиля деформації. Якщо стінки корпуса нахилені відносно поверхні випромінювання або використовується згинальний випромінювач, то в об'ємі корпуса встановлюється, так зване, дифузне ультразвукове поле, в якому перемішуються вузли та пучності коливань. Це дозволяє усереднити рівень кавітації в об'ємі рідини, що знаходиться в корпусі. Але цей рівень буде суттєво менший у порівнянні з рівнем кавітації в вузлах та пучностях стоячої хвилі деформації у випадку коли випромінююча та відбиваюча поверхні паралельні. Дифузне ультразвукове поле дозволяє підвищити рівномірність кавітаційної обробки деталей в очисних ультразвукових кавітаційних ваннах. Але, якщо мова йде про досягнення високої інтенсивності ультразвукової енергії та високого рівня кавітації для забезпечення високої ефективності знезараження рідини (кількість знищених мікроорганізмів пропорційна інтенсивності ультразвукової енергії, що вводиться в рідину) з дифузним полем необхідно боротися. Якщо ж інтенсивність ультразвукових коливань буде малою і рівень падіння тиску в ультразвуковій хвилі буде нижче за поріг виникнення кавітації в рідині, то кавітація не виникатиме і пристрій взагалі не буде знищувати шкідливі мікроорганізми, а навпаки буде стимулювати їх розмноження. Мала площа випромінюючої поверхні застосованого в пристрої трансформатора коливальної швидкості не дозволяє ввести в рідину ультразвукову хвилю великої інтенсивності, оскільки при збільшенні підведеної до випромінювача потужності на випромінюючій поверхні утворюється кавітаційний двофазний прошарок, який поглинає та розсіює значну кількість ультразвукової енергії, перешкоджаючи проходженню ультразвукових коливань в рідину. Тому збільшення підведеної потужності призводить лише до нагріву п'єзокераміки випромінювача. Таким чином, конструкція, що розглядається, не дозволяє досягти достатньо високої інтенсивності ультразвукового поля і високого рівня кавітації в об'ємі рідини, що обробляється. Тому вказаний пристрій не дозволяє ефективно обробляти рідину з метою її знезараження, активації та отримання стійких емульсій. Також відомий ультразвуковий пристрій для обробки рідини [заявка на винахід № а 2009 11932, C02F 1/36, дата подання 23.11.2009], що містить вертикально розташований порожнистий корпус з донною торцевою поверхнею та вхідним і вихідним патрубками, ультразвуковий випромінювач з розвиненою поверхнею випромінювання, закріплений в верхній частині корпуса в вузловій точці стоячої хвилі деформації з утворенням герметичної порожнини 1 UA 113244 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 та можливістю випромінювання ультразвукових хвиль в бік донної торцевої поверхні, яка розташована паралельно поверхні випромінювання на відстані кратній непарній кількості чвертей довжини ультразвукових хвиль у рідині. В пристрої також використовується тільки одне фізичне поле - ультразвукове. Можливість випромінювання ультразвукових хвиль вздовж корпуса забезпечується розташуванням ультразвукового перетворювача у верхній частині корпуса, де в області кріплення трансформатора швидкості утворено герметичну порожнину. Ця порожнина не дозволяє змочувати вузлову точку кріплення трансформатора швидкості. В разі змочування цієї точки ультразвукова енергія може стікати в рідину і не доходити в повному обсязі до вихідного торця трансформатора швидкості, зменшуючи ефективність його коливань. Цей пристрій завдяки розвиненій поверхні випромінювання і циліндричній формі порожнини корпуса дозволяє підвести до випромінювача значно більшу потужність і отримати, відповідно, більшу інтенсивність ультразвукових коливань. Практично вдається досягти інтенсивності до 20 2 Вт/см . Але для знезараження великої кількості типів мікроорганізмів та ефективної активації багатьох рідин необхідна значно більша інтенсивність ультразвукових коливань. Крім того, при застосуванні такого пристрою на зливі, тобто при атмосферному тиску, кавітаційні ефекти в порожнині корпусу будуть відбуватися при малій ефективності, оскільки відомо, що ефективність кавітації збільшується при підвищенні статичного тиску. Найбільш близьким до запропонованого є ультразвуковий пристрій для обробки рідини [патент України № 100470, C02F 1/36, C02F 1/30, опубл. 25.12.2012, Бюл. № 24], що містить вертикально розташований ступінчастий порожнистий корпус з донною торцевою поверхнею в ступені меншого діаметра, ультразвуковий випромінювач з демпфопорожнистісною накладкою та накладкою з, зануреною в рідину, торцевою випромінюючою поверхнею, який розташований в ступені корпусу з більшим діаметром та герметично закріплений в верхній частині корпуса в вузловій точці поздовжньої стоячої хвилі деформації з можливістю випромінювання ультразвукових хвиль в бік донної торцевої поверхні, яка розташована паралельно торцевій поверхні випромінювання випромінювача, вхідний та вихідний патрубки, причому вхідний патрубок розміщений на корпусі вище торцевої поверхні випромінювання ультразвукового випромінювача, вихідний патрубок розташований в корпусі в зоні донної поверхні і сполучений з порожниною корпусу через дросельний отвір, а на внутрішній поверхні ступеню меншого діаметру нанесені дрібні канавки, наприклад, у вигляді дрібної різьби. В пристрої, як і в попередніх конструкціях, використовуються можливості тільки одного фізичного поля - ультразвукового. У вказаному пристрої, знову ж таки, не обумовлений мінімально припустимий рівень інтенсивності ультразвукових коливань. Тому в цьому пристрої теж можливий режим, при якому буде відбуватися не знезараження, а навпаки стимулювання росту шкідливих мікроорганізмів. Крім того, в пристрої не оговорені припустимі діаметри поверхні випромінювання та ступеня більшого діаметра корпусу, що може привести до невірного вибору довжини ступенів порожнистого корпусу, довжина яких залежить від швидкості звуку в рідині та поршневого режиму коливань поверхні випромінювання. Не виконання цих умов призведе до втрати ефективності роботи пристрою, оскільки невірний вибір довжини ступенів не дозволить встановитися по довжині корпуса хвилі деформації. Характер хвилі деформації, що не установився, не дозволить отримати ефективні розрідження та стиснення в об'ємі рідини, необхідні для досягнення розвиненої кавітації. У пристрої, що розглядається, випромінююча поверхня коливається з однією амплітудою і тому в рідину випромінюються коливання однієї інтенсивності, що призводить до утворення в рідині кавітаційних бульбашок одного розміру і відповідно з однією енергетикою захлопування та вузьким спектром ударних хвиль. Але для ефективної боротьби з присутніми в рідині одночасно різноманітними мікроорганізмами, цей спектр ударних хвиль необхідно розширити. Частота ультразвукових коливань випромінювача в конструкції, що розглядається, не пов'язана з реологічними властивостями рідини, що обробляється. Тому ефективність обробки може бути досить низькою. Максимальної ефективності можна досягти лише тоді, коли частота ультразвукових коливань буде дорівнювати власній частоті рідини. Крім того, у вказаному пристрої застосована різьбова канавка на ступені малого діаметру корпусу. Це дозволяє додатково турбулізувати рідину та затримати в цій камері більшу кількість зародків кавітації і, відповідно, підвищити ефективність кавітаційної обробки рідини. Але кавітація має місце і в камері більшого діаметра і режим кавітаційної обробки при незначній інтенсивності кавітації в цій камері теж дуже важливий, оскільки дозволяє отримати кавітаційні бульбашки, відмінні за розмірами від тих, що утворюються в камері меншого діаметра з великою інтенсивністю коливань. Енергетика захлопування таких різних бульбашок буде різною 2 UA 113244 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 і вплив процесу їх руйнування на рідину та мікроорганізми в рідині теж буде різним. Не врахування цього процесу не дозволяє досягти якісної обробки рідини. В основу винаходу поставлено задачу підвищення ефективності обробки рідини шляхом вдосконалення пристрою для ультразвукової обробки рідини, що містить вертикально розташований ступінчастий порожнистий корпус з донною торцевою поверхнею в ступені меншого діаметра, ультразвуковий випромінювач з демпфуючою накладкою та накладкою з, зануреною в рідину, торцевою випромінюючою поверхнею, який розташований в ступені корпусу з більшим діаметром та герметично закріплений в верхній частині корпуса в вузловій точці поздовжньої стоячої хвилі деформації з можливістю випромінювання ультразвукових хвиль в бік донної торцевої поверхні, яка розташована паралельно торцевій поверхні випромінювання випромінювача, вхідний та вихідний патрубки, причому вхідний патрубок розміщений на корпусі вище торцевої поверхні випромінювання ультразвукового випромінювача, вихідний патрубок розташований в корпусі в зоні донної поверхні і сполучений з порожниною корпусу через дросельний отвір, а на внутрішній поверхні ступеня меншого діаметра нанесені дрібні канавки, наприклад, у вигляді дрібної різьби. Для вирішення поставленої задачі в пристрої для ультразвукової обробки рідини, що містить вертикально розташований ступінчастий порожнистий корпус з донною торцевою поверхнею в ступені меншого діаметра, ультразвуковий випромінювач з демпфуючою накладкою та накладкою з, зануреною в рідину, торцевою випромінюючою поверхнею, який розташований в ступені корпуса з більшим діаметром та герметично закріплений в верхній частині корпуса в вузловій точці поздовжньої стоячої хвилі деформації з можливістю випромінювання ультразвукових хвиль в бік донної торцевої поверхні, яка розташована паралельно торцевій поверхні випромінювання випромінювача, вхідний та вихідний патрубки, причому вхідний патрубок розміщений на корпусі вище торцевої поверхні випромінювання ультразвукового випромінювача, вихідний патрубок розташований в корпусі в зоні донної поверхні і сполучений з порожниною корпуса через дросельний отвір, а на внутрішній поверхні ступеня меншого діаметра нанесені дрібні канавки, наприклад, у вигляді дрібної різьби, частота збудження ультразвукового випромінювача дорівнює власній частоті рідини, що обробляється, інтенсивність ультразвукових коливань перевищує поріг виникнення кавітації в рідині, що обробляється, діаметр торцевої поверхні випромінювання випромінювача та діаметр ступеня більшої площі порожнистого корпусу вибрані меншими за половину довжини ультразвукової хвилі, що встановилася в рідині по довжині порожнистого корпусу, відстань від торцевої поверхні випромінювання випромінювача до ступеня меншого діаметра та довжина ступеня меншого діаметра кратні непарній кількості чвертей довжини стоячої ультразвукової хвилі, що встановилася в рідині по довжині порожнистого корпусу, на боковій поверхні накладки з торцевою випромінюючою поверхнею з боку цієї поверхні виконані канавки з утворенням випромінюючих поверхонь, паралельних торцевій випромінюючій поверхні, а дрібні канавки, наприклад у вигляді дрібної різьби виконані на всій внутрішній поверхні порожнистого ступінчастого корпусу. Крім того, як варіант, ступінчастий порожнистий корпус виконано із немагнітного матеріалу, на корпусі в зоні ступеня меншого діаметра на бокових поверхнях цього ступеня діаметрально протилежно парами однаково встановлені постійні магніти, спрямовані один до одного різнойменними полюсами, причому всі магніти розміщені або в одній поздовжній площині, або кожна пара після першої від входу в ступінь меншого діаметра в поперечному перерізі повернута на кут до 90° проти годинникової стрілки відносно сусідньої верхньої пари. Вибрання частоти ультразвукового випромінювача відповідною власній частоті рідини, що обробляється, дозволить викликати резонансні коливання в рідині і досягти максимальної ефективності збудження кавітаційних явищ в рідині, тобто забезпечити максимальну ефективність обробки рідини. Вибрання інтенсивності ультразвукових коливань більшою за поріг виникнення кавітації в рідині дозволить вилучити можливий режим роботи пристрою, коли внаслідок малої інтенсивності коливань кавітація в рідині не буде виникати. Вибрання діаметра торцевої поверхні випромінювання випромінювача та діаметра ступеня більшої площі порожнистого корпусу меншими за половину довжини ультразвукової хвилі, що встановилася в рідині по довжині порожнистого корпусу, дозволить забезпечити в пристрої суто поршневий режим роботи випромінюючої поверхні. Це дозволить сформувати ступінчастий рідинний трансформатор тиску, поздовжні розміри якого розраховуються, виходячи зі швидкості звуку в рідині. В разі наявності не поршневих коливань, в ступенях корпусу виникають поперечні коливання, що зменшує кількість енергії, яка випромінюється в поздовжньому напрямку. При 3 UA 113244 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 цьому швидкість звуку підлягає корегуванню, що значно ускладнює розрахунки пристрою і зменшує ефективність роботи трансформатора. Вибрання відстані від торцевої поверхні випромінювання випромінювача до ступеня меншого діаметра та довжини ступеня меншого діаметра кратними непарній кількості чвертей довжини стоячої ультразвукової хвилі, що встановилася в рідині по довжині порожнистого корпусу, дозволяє забезпечити найкращі умови відбиття поздовжніх хвиль в рідині та утворення стоячої хвилі. При встановленні стоячої хвилі по довжині корпусу утворюються вузли та пучності, що забезпечує появу кавітаційних прошарків, в області яких і відбувається ефективна кавітаційна обробка рідини. Виконання на боковій поверхні накладки з торцевою випромінюючою поверхнею з боку цієї поверхні канавок з утворенням випромінюючих поверхонь, паралельних торцевій випромінюючій поверхні, дозволяє збільшити загальну площу випромінюючої поверхні, що дає можливість підвести до випромінювача більшу потужність за умови забезпечення відсутності на випромінюючій поверхні кавітаційного двофазного прошарку, який поглинає та розсіює ультразвукові коливання, тобто призводить до зменшення ефективності роботи пристрою. Виконання поверхонь випромінювання на різній відстані від пучності коливань ультразвукового випромінювача забезпечить коливання цих поверхонь з різними амплітудами, що приведе до випромінювання в рідину ультразвукових коливань різної інтенсивності. Це збільшить частотний та енергетичний діапазон кавітаційного впливу на рідину та присутні в ній мікроорганізми і різноманітні домішки або забруднення. Виконання дрібних канавок, наприклад, у вигляді дрібної різьби на всій внутрішній поверхні порожнистого ступінчастого корпусу дозволяє у всьому технологічному об'ємі рідини забезпечити збільшення ефективності турбулізації потоку рідини та збільшення кількості зародків кавітації в усіх ступенях рідинного трансформатора тиску, що забезпечить додаткове збільшення ефективності кавітаційної обробки рідини в пристрої. Виконання корпусу із немагнітного матеріалу та встановлення на корпусі в області ступеня малого діаметра ультразвукового трансформатора тиску постійних магнітів дозволяє обробити збурену ультразвуковою кавітацією рідину інтенсивним магнітним полем, що дозволить заспокоїти, структурувати та додатково активувати рідину, тобто надати їй додаткових позитивних властивостей. Суть винаходу пояснюється кресленням, де показана схема ультразвукового пристрою для обробки рідини з варіантом розміщення пар магнітів в одній поздовжній площині. Пристрій складається з вертикально розташованого порожнистого корпусу 1 з донною торцевою поверхнею 2, вхідним патрубком 3 та вихідним патрубком 4. При цьому вихідний патрубок розташований в зоні донної поверхні 2 і з'єднаний з внутрішньою порожниною корпусу 1 через дросельний отвір 5. Порожнина корпусу 1 має ступінчастий характер і виконана із ступенів різного діаметра. В верхній частині корпусу 1 в ступені найбільшого діаметра розміщений ультразвуковий випромінювач, а донна поверхня 2 розташована в ступені найменшого діаметра. Ультразвуковий випромінювач утворений випромінюючою накладкою 6, демпфуючою накладкою 7 та п'єзокерамічними елементами 8, які механічно стиснуті. Електроди п'єзоелементів підключені до електричного генератора ультразвукових коливань (на схемі умовно не показаний). Ультразвуковий випромінювач закріплений в корпусі 1 вузловою точкою поздовжньої хвилі деформації 9 (пунктирна лінія), що встановлюється по довжині випромінювача при його збудженні в резонансному режимі. Частоту збудження ультразвукового випромінювача обирають рівною власній частоті коливань рідини, що обробляється. Ультразвуковий випромінювач закріплений в корпусі 1 герметично за допомогою ущільнень 10, які стиснуті гайкою 11. Випромінююча накладка 6 має поверхню випромінювання 12, яка розташована паралельно донній поверхні 2 корпуса 1 і знаходиться нижче вхідного патрубка 3. На боковій поверхні накладки 6 з торцевою випромінюючою поверхнею 12 з боку цієї поверхні виконані канавки 13 з утворенням випромінюючих поверхонь, паралельних торцевій випромінюючій поверхні 12. Товщини накладок 6, 7 та п'єзоелементів 8 розраховані таким чином, що в резонансному режимі збудження по довжині ультразвукового випромінювача встановлюється стояча хвиля 9 пружної деформації. При цьому випромінююча поверхня 12 знаходиться в пучності коливань, тобто коливається з максимальною амплітудою. Завдяки герметичному закріпленню ультразвукового випромінювача в корпусі 1 над вхідним патрубком 3 утворюється герметична порожнина 14. Випромінююча поверхня 12 розташована від донної поверхні 2 на відстані, яка кратна парній кількості чвертей довжини стоячих ультразвукових хвиль 15 (безперервна лінія) у рідині. Від місця переходу ступеня більшого діаметра в ступінь меншого діаметра випромінююча поверхня 12 розташована на відстані кратній непарній 4 UA 113244 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 кількості чвертей довжини стоячих ультразвукових хвиль 15 у рідині. На внутрішній поверхні порожнистого корпусу 1 ступеня нанесені дрібні канавки, наприклад, у вигляді дрібної різьби. Як варіант, порожнистий корпус 1 може бути виконано з немагнітного матеріалу, а на корпусі в зоні ступеня меншого діаметра на бокових поверхнях цього ступеня діаметрально протилежно парами однаково встановлені постійні магніти 16, спрямовані один до одного різнойменними полюсами, причому всі магніти розміщені або в одній поздовжній площині (фіг. 1), або кожна пара після першої від входу в ступінь меншого діаметра в поперечному перерізі повернута на кут до 90° проти годинникової стрілки відносно сусідньої верхньої пари. Пристрій працює наступним чином. Через пристрій за допомогою вхідного 3 та вихідного 4 патрубків прокачується рідина, яка потребує кавітаційної обробки. Завдяки наявності дросельного отвору 5 в порожнині корпусу 1 утворюється підвищений статичний тиск. При цьому, завдяки герметичному кріпленню ультразвукового випромінювача за допомогою ущільнення 10, в верхній частині порожнини корпусу 1 утворюється повітряна герметична порожнина 14. Ця порожнина не дозволяє змочувати вузлову точку кріплення ультразвукового випромінювача. В разі змочування цієї точки ультразвукова енергія може стікати в рідину і не доходити в повному обсязі до поверхні випромінювання 12 випромінюючої накладки 6, зменшуючи ефективність роботи випромінювача. Пристрій готовий до роботи. При подачі високочастотної напруги від електричного генератора коливань на п'єзоелементи випромінювача в останньому збуджуються поздовжні резонансні пружні механічні коливання 9, які при цьому дорівнюють і частоті власних коливань рідини. Це приводить до виникнення резонансних коливань рідини, що забезпечує максимальну ефективність обробки рідині. Ультразвукова хвиля вводиться в рідину з інтенсивністю, яка перевищує поріг виникнення кавітації в рідині, але не приводить до появи кавітаційного прошарку на поверхні випромінювання 12 при вибраній площі цієї поверхні. Такі умови дозволяють ввести в рідину ультразвукову хвилю з мінімальними втратами. Вибрання діаметра торцевої поверхні випромінювання випромінювача та діаметра ступеня більшої площі порожнистого корпусу меншими за половину довжини ультразвукової хвилі, що встановилася в рідині по довжині порожнистого корпусу, дозволить забезпечити в пристрої суто поршневий режим роботи випромінюючої поверхні. Це забезпечить утворення в порожнині корпусу 1 ступінчастого рідинного трансформатора тиску. В разі наявності не поршневих коливань, в ступенях корпусу виникають поперечні коливання, що зменшує кількість енергії, яка випромінюється в поздовжньому напрямку і, відповідно, зменшує ефективність роботи трансформатора. Введені в рідину ультразвукові коливання відбиваються від торцевої донної поверхні 2 і повертаються до поверхні випромінювання 12. В рідині встановлюється стояча хвиля тиску 15. Зменшення площі поперечного перерізу внутрішньої порожнини корпусу 1 забезпечує зростання інтенсивності ультразвукових коливань в рідині в ступені малого діаметра, що забезпечує максимально ефективну її обробку. В ступені малого діаметра трансформатора тиску рідина буде оброблена сконцентрованою ультразвуковою енергією, яка утворить потужні кавітаційні явища. Довжина ступеня меншого діаметра може бути виконана з декількома місцями пучностей, що дозволить інтенсивно обробити рідину декілька разів. Головне при цьому витримати умови відбиття хвилі, тобто необхідно забезпечити протяжність ступеня меншого діаметра порожнистого корпусу, кратною непарній кількості чвертей довжини стоячих ультразвукових хвиль 15 у рідині. Розміщення поверхні випромінювання 12 ультразвукового випромінювача на відстані, кратній непарній кількості чвертей довжини стоячих ультразвукових хвиль у рідині від місця переходу ступеня більшого діаметра в ступінь меншого діаметра забезпечить мінімальність втрат при потраплянні ультразвукових коливань в ступінь меншого діаметра, а також забезпечить встановлення в рідині стоячої хвилі деформації і утворення чітко виражених вузлів та пучностей, що дозволить отримати в ступені меншого діаметра кавітаційні зони високої інтенсивності. Утворений дросельним отвором 5 підвищений статичний тиск в порожнині корпусу додатково підвищить інтенсивність кавітаційної обробки рідини. Нанесені на боковій поверхні накладки 6 з торцевою випромінюючою поверхнею 12 канавки з утворенням випромінюючих поверхонь, паралельних торцевій випромінюючій поверхні дозволяє збільшити загальну площу випромінюючої поверхні, що дає можливість підвести до випромінювача більшу потужність за умови забезпечення відсутності на випромінюючій поверхні кавітаційного двофазного прошарку, який поглинає та розсіює ультразвукові коливання і призводить до зменшення ефективності роботи пристрою. Виконання поверхонь випромінювання на різній відстані від пучності коливань ультразвукового випромінювача забезпечує коливання цих поверхонь з різними амплітудами, що приводить до випромінювання в рідину ультразвукових коливань різної інтенсивності. Це збільшує частотний та енергетичний діапазон кавітаційного впливу на рідину та присутні в ній мікроорганізми і різноманітні домішки 5 UA 113244 C2 5 10 15 20 або забруднення. Нанесені на внутрішній поверхні корпусу 1 дрібні канавки, наприклад у вигляді дрібної різьби, забезпечують додаткову турбулізацію потоку рідини та затримання в зонах кавітації зародків кавітації, що додатково підвищує рівень кавітації і ефективність обробки рідини. В різі виконання дрібних канавок у вигляді дрібної різьби додатково здійснюється закручування потоку рідини, що також сприяє підвищенню якості кавітаційної обробки. Застосування потужних постійних магнітів, силові лінії яких під кутом 90° пронизують збурену та розірвану кавітацією рідину, дозволяє, додатково до ультразвукового поля, забезпечити максимально ефективний вплив на рідину магнітного поля, що приводить до заспокоєння, структуризації та додаткового активування рідини. Підкручування силових магнітних ліній за рахунок поступового повороту магнітів в різних поперечних перерізах дозволяє підвищити ефективність магнітної обробки рідини. Запропонований ультразвуковий пристрій дозволяє отримати значну інтенсивність ультразвукових коливань при протіканні через нього рідини. Додаткова магнітна обробка рідини в сукупності з ультразвуковою дає можливість надати рідині нових позитивних властивостей. Задіяна в пристрої інтенсивна кавітаційна обробка здатна знешкодити широке коло шкідливих бактерій, вірусів та мікроорганізмів в рідині, забезпечити високий рівень окислювальних процесів в рідині, що дозволить насичити її вільними радикалами, тобто активувати рідину. Наприклад, кавітаційно активоване рідке паливо має підвищені енергетичні показники горіння. Таке паливо встигає повністю з максимальною ефективністю згоріти в камері двигуна внутрішнього згоряння, не змиває мастильну плівку з пар тертя і не викидається з вихлопними газами в атмосферу. Емульсія, отримана в такому пристрої, довгий час не розшаровується завдяки інтенсивному кавітаційному перемішуванню на молекулярному рівні. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 45 50 55 1. Ультразвуковий пристрій для обробки рідини, що містить вертикально розташований ступінчастий порожнистий корпус з донною торцевою поверхнею в ступені меншого діаметра, ультразвуковий випромінювач з демпфуючою накладкою та накладкою з, зануреною в рідину, торцевою випромінюючою поверхнею, який розташований в ступені корпусу з більшим діаметром та герметично закріплений в верхній частині корпусу в вузловій точці поздовжньої стоячої хвилі деформації з можливістю випромінювання ультразвукових хвиль в бік донної торцевої поверхні, яка розташована паралельно торцевій поверхні випромінювання випромінювача, вхідний та вихідний патрубки, причому вхідний патрубок розміщений на корпусі вище торцевої поверхні випромінювання ультразвукового випромінювача, вихідний патрубок розташований в корпусі в зоні донної поверхні і сполучений з порожниною корпусу через дросельний отвір, а на внутрішній поверхні ступеня меншого діаметра нанесені дрібні канавки, наприклад, у вигляді дрібної різьби, який відрізняється тим, що частота збудження ультразвукового випромінювача дорівнює власній частоті рідини, що обробляється, інтенсивність ультразвукових коливань перевищує поріг виникнення кавітації в рідині, що обробляється, діаметр торцевої поверхні випромінювання випромінювача та діаметр ступеня більшої площі порожнистого корпусу вибрані меншими за половину довжини ультразвукової хвилі, що встановилася в рідині по довжині порожнистого корпусу, відстань від торцевої поверхні випромінювання випромінювача до ступеня меншого діаметра та довжина ступеня меншого діаметра кратні непарній кількості чвертей довжини стоячої ультразвукової хвилі, що встановилася в рідині по довжині порожнистого корпусу, на боковій поверхні накладки з торцевою випромінюючою поверхнею з боку цієї поверхні виконані канавки з утворенням випромінюючих поверхонь, паралельних торцевій випромінюючій поверхні, а дрібні канавки, наприклад у вигляді дрібної різьби, виконані на всій внутрішній поверхні порожнистого ступінчастого корпусу. 2. Ультразвуковий пристрій для обробки рідини за п. 1, який відрізняється тим, що ступінчастий порожнистий корпус виконано із немагнітного матеріалу, на корпусі в зоні ступеня меншого діаметра на бокових поверхнях цього ступеня діаметрально протилежно парами однаково встановлені постійні магніти, спрямовані один до одного різнойменними полюсами, причому всі магніти розміщені або в одній поздовжній площині, або кожна пара після першої від входу в ступінь меншого діаметра в поперечному перерізі повернута на кут до 90° проти годинникової стрілки відносно сусідньої верхньої пари. 6 UA 113244 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7