Кавитационный смеситель

 

Сущность изобретения: смеситель содержит корпус 1 с проточной камерой 2, в которой установлен полый конус 3 на консоли 4. Конус по наружной поверхности снабжен лопастями 5, взаимодействующими с набегающим потоком жидкости. С помощью пружины 6 конус подпружинен относительно конца консоли. Один конец пружиньГприкреплен к свободному концу консоли, а другой -к вершгине конуса. На расстоянии длины хода конуса от его основания на внутренней поверхности проточной камеры выполнен к ольцевой выступ 7, высота которого равна ширине кольцевого зазора между стенкой камеры м основанием конуса . Консоль может быть выполнена полой с отверстиями для подачи реагента в кавитационную полость. 1 ил.

СО1ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

gs»s В 01 F 5/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCK0IVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ о (21) 4861580/26 (22) 20.08.90 (46) 30.01.93. Бюл. N. 4 (71) Азербайджанский государственный научно- исследовательский и проектный инс,:. титут нефтяной промышленности (72) Л.М. Матвеенко (56) Авторское свидетельство СССР

М 1197714, кл. В 01 F 5/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР

N 1176933, кл. В 01 F 7/04, 1983. . (54) КАВИТАЦИОННЫЙ СМЕСИТЕЛЬ (57) Сущность изобретения; смеситель содержит корпус 1 с проточной камерой 2, в которой установлен полый конус 3 на консо„„5U„„1790987 А1

2 ли 4. Конус по наружной поверхйости снабжен лопастямй 5, взаимодействующими с набегающим потоком жидкости. С помощью пружины 6 конус подпружинен относйтельно конца консоли. Один конец пружины прикреплен к свободному концу консоли, а другой — к вершине конуса. На расстоянии длины хода конуса от его основания на внутренней поверхности проточной камеры выполнен кольцевой выступ 7, высота которого равна ширине кольцевого зазора между стенкой камеры и основанием конуса. Консоль может быть выполнена полой с отверстиями для подачи реагента в кавитационную полость. 1 ил.

1790987

Изобретение относится к устройствам для смешения жидкостей.

Известен кавитационный смеситель, содержащий конус с проточной камерой,.в которой консольно установлен кавитирующий конус с образованием кольцевогб зазора между стенкой камеры и основанием конуса, Перемешиваемые жидкости подаются в камеру и, обтекая кавитирующий конус, перемешиваются за счет" кавитационных эффектов.

Для интенсификации перемешивания в кавитационную полость за койусом подают с переменным давлением воздух, используя для этого полую консоль, обращенную с полостью конуса, основание которого открыто . в кавитационную полость, В результате колебаний давления полость изменяет свои размеры с периодичностью изменения давления подаваемого в нее воздуха, при этом генерируются ударные волны, увеличивающие интенсивность перемешивания жидко-. стей.

Однако интенсифицирующее воздействие здесь достигается за счет существенного увеличения материалоемкости и трудоемкости изготовления устройства, т. е. за счет ухудшения технологичности устройства вследствие снабжения его автоматикой и воздухоподающим оборудованием.

Вместе с тем положительный эффект в значительной мере нейтрализуется, поскольку подачу воздуха в кавитационную полость нейтрализует разрежение (вакуум) в этой полости, а разре>кение является сильным стимулятором массообменных прбцессов.

В связи с этим уменьшается качество смешения.

Прототипом описываемого смесителя является кавитационный смеситель, содержащий корпус с проточной камерой; в которой размещен подпружиненный обтекатель, снабженный лопастями. ЛОпасти имеют суперкавитирующий профиль.

Недостатком известного устройства является невысокое качество перемешивания. и низкая надежность в работе, что объясняется следующими причинами.

Основным стимулирующим фактором перемешивания потока жидкости, набегающего на обтекатель, является возбуждение в этом потоке струйно-кавитационного режима течения с помощью лопастей суперкавитирующего профиля, которыми снабжен обтекатель. Однако ширина возбуждаемого кавитационного течения ограничена толщиной суперкавитирующих лопастей, а в областях потока между лопастями обтекателя интенсивность кавитации уменьшается, Кроме этого, несмотря на создание струйнокавитационного режима течения, достигаемая степень перемешивания недостаточна, что объясняется следующим, При кавитационном режиме течения жидкость движется в виде высокоскоростных струй, окруженных пузырьками пара и капельками жидкости, поэтому процесс смешения идет, в основном, за счет перемешивания этих пу10 зырьков и капелек, а в высокоскоростных струях жидкости перемешивание другого компонента ограничено лишь поверхностным пограничйым слоем струи, в то время как ядро высокоскоростной струи жидкости

15 пролетает зону смешения без нарушения сплошности и в смешении с другим компонентом не участвует. Описанные факторы в итоге ухудшают качество смешения, Кроме надежный механизм вбзвращения обтекателя в исходное положение после сжатия пружины и окончания прямого хода обтекателя.

Целью изобретения является улучшение качества смешения и повышение на25 дежности устройства в работе

Указанная цель достигается тем, что в известном кавитационном смесителе, содержащем корпус с проточной камерой, в

30 которой размещен подпружиненный обтекатель, снабженный лопастями, обтекатель выполнен в виде конуса, конец пружины, на котором. закреплен конус, размещен сво35 бодно, на расстоянии длины хода от основания конуса по внутренней поверхности проточной камеры выполнен кольцевой выступ, высота которого равна ширине кольцевого зазора между стенкой камеры и основанием конуса

Вылолнение обтекателя в виде конуса позволяет охватить обтекающий поток кавитационным режимом по всему периметру кольцевого сечения между конусом и стен45 кой корпуса, поскольку конус является активным кавитатором.

Свободное размещение конца пружины. на котором закреплен конус(при защемленном противоположном конце пружины) 50 обеспечивает дополнительное обратное вращение конуса с лопастями при обратном ходе конуса за счет расжатия и раскручивания пружины, которая была сжата и скручена гидродинамичес кими силами в

55 набегающем потоке жидкости, что способствует дополнительному перемешиванию жидкостей.

Наличие на внутренней поверхности проточной камеры на расстоянии длины хода от основания конуса кольцевого выступа, того, низка надежность работы известного

20 устройства, так как в нем не предусмотрен

1790987

10

25

35

55 высота которого равна ширине кольцевого зазора между стенкой камеры и основанием конуса, обусловливает получения ряда аффектов, увеличивающих глубину перемешив а н и я к о м и о н е н т о в и и о в ы ш а ю щ и х надежность:устройства в работе. При прямом ходе конуса одновременно со скручиванием и сжатием в пружине накапливается потенциальная -энергия упругого противодействия. По мере приближения основания смещаемого конуса к кольцевому выступу нэ внутренней поверхности проточной камеры, высота которого равна ширине кольцевого зазора между стенкой камеры и основанием конуса, уменьшается живая площадь потока вплоть до его перекрытия, и гидродинамические усилия на конус резко уменьшаются. В этот момент происходит, разжатие и раскручивание пружины, и в итоге конус надежно возвращается в исходное положение, а в силу гидродинамической неустойчивости потока процесс возвратно-поступательного движения с вращением конуса принимает автоколебательный характер. Так как с частотой колебания конуса изменяются давление и скорость потока за конусом, то также изменяется во времени и размер кавитационной полости за конусом, что вызывает образованием ударных волн, интенсифицирующих процесс смешения, В значительной степени интенсифицирует и углубляет процесс перемешивания ударное . взаимодействие высокоскоростных струй жйдкости с кольцевым выступом, ударяясь о который струи жидкости распыляются, отражаясь в кэвитэционную полость, где в условиях разрежения жидкостная пыль дополнительно испаряется, что в итоге создает идеальные условия смешения, Таким образом достигается улучшение качества смешения и повышается надежность уст; ройства в работе.

На чертеже изобра>кен кавитационный смеситель.

Смеситель содержит корпус 1 с проточной камерой 2, в которой установлен полый конус 3 на консоли 4. Конус по наружной поверхности снабжен лопастями 5, взаимодействующими с набегаемым потоком жидкости, С помощью пружины 6 конус подпружинен относительно конца консоли, причем пружина расположена навивкой на скручивание в направлении гидродинамического вращения лопастей и защемлена своими концами на конце консоли и в вершине конуса. На расстоянии длины хода конуса от его основания на внутренней поверхности проточной камеры выполнен кольцевой выступ 7, высота которого равна ширине кольцевого зазора между стенкой камеры и основанием конуса. Консоль может выполняться полой для подачи реагента в кавитационную полость, в этом случае в стенке консоли выполняют отверстия 8.

Устройство работает следующим образом..

Жидкостный поток, состоящий из перемешиваемых жидкостей, поступает в камеру корпуса 1 со стороны вершины конуса 3.

Обтекание конуса 3 сопровождается возникновением кавитационного режима течения, при котором зэ конусом образуется полость разре>кения. Вокруг полости жидкость движется в виде высокоскоростных струй, состоящих из смеси жидкости и пузырьков пара. При соударении струй с кольцевым выступом 7 жидкость переходит в пылеобразное состояние, а затем превращается в пар, поскольку процесс идет в зоне разрежения. Перевод жидкостей в парообразное состояние приводит к их идеальному перемешиванию. При необходимости в кавитационную полость можно подавать реагент с помощью канала в консоли 4 и отверстий 8 в ее стенке.

Взаимодействие с набегающим потоком вызывает вращательное движение лопастей 5 вместе с конусом 3. что обеспечивает предварительное перемешивание жидкостей в потоке перед попадэнием в кавитационный режим течения

Возникший на конусе 3 крутящий момент и сила лобового сопротивления скручивают и сжимают пружину 6, поскольку ее концы защемлены на конце консоли 4 и в вершине конуса 3. При этом расстояние между основанием конуса 3 и кольцевым выступом 7 уменьшается, падает расход жидкости и скорость течения, увеличивается давление за конусом в кавитационной полости, изменяется размер полссти. Продолжение некоторого движения конуса по инерции, а также гидродинамическая неустойчивость потока приводят к превышению накопленного пружиной раскручивэющего момента над скручивающим моментов и силы упругой деформации над гидродинамической силой сжатия пружины, в результате чего пружина раскручивается и удлиняется, отбрасывая конус B исходное положение. В процессе возврата конуса 3 лопасти вращэются в обратную сторону, продолжая перемешивать поток, а давление за конусом вновь уменьшается до вакуумообразования в кавитационной полости, которая теперь увеличивается в размерах. Возникает автоколебательный режим продольных смещений конуса 3 с сопутствующими изменениями размера кавитационной полости, в результате чего возникают ударные

1790987

Составитель Л. Матвеенко

Техред M.Mîðãåíòçë . Корректор Н; Бучок

Редактор

I,Г °

Заказ 111 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

" .1" - с "

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 волны, интенсифицирующие смешейие расход в технологическую схему параллельжидкостей в потоке. -., : — но включают два устройства, в которых реКак видно, в описываемом .кавитацион- жим колебаний конусов устанавливают в ном смесителе интенсификация процесса противофазе, смешения жидкостей. идет на всех участках 5 Частоту колебаний конуса задают варьпрохождения потока: предварительное ло- ированием характеристик конуса, лопастей, пастное перемеш иван ие до кавит ацИбнного п-ружин ы.участка с йоследующим перемейиванием i кавитационных струях, затем резкое углуб- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я ление перемешивания при высокоскорост- 10 Кавитационный смеситель, содержаном /соударении кавитационных струй С щий корпус c проточной камерой, в которой кольцевым выступом и превращением жид- размещен подпружиненный обтекатель, кости в пыль и, наконец, превращение пыли . снабженный лопастямисуперкавитирующев пар в разреженной кавитационной поло- го профиля, отличающийся тем, что, сти с получением в итоге идеально гомоген- 15 с целью улучшения качества смешения и ной смеси. При этом на все учаСтки повышвния надвжнОСтиуСтрОйства в рабосмешения стимулирующедействуетударно- те, обтекатель выполнен в виде конуса, коволновой процесс, возбуждение кбторого нец пружины, на котором закреплен конус, также обеспечйвается в результате измене- размещей свободно, на внутренней поверхния размеров кавитационной йолости в ко- 20 ности проточной камеры на расстояниидлилебательном режиме. . . ны хода От Основания конуса выполнен

Так как при работе одного устройства кольцевой выступ высотой, равной ширине расход жидкости получается переменным,— кольцевого зазора между стенкой камеры и то при необходимости иметь постоянный основанием конуса,.

25.