Гидродинамический генератор акустических колебаний

Изобретение относится к акустической технике и предназначено для интенсификации процессов очистки, эмульгирования, дезинтеграции клеточных субстратов и экстракции в химической, пищевой, микробиологической и строительной отраслях промышленности. В предлагаемом устройстве источником колебаний является отражатель, выполненный в виде пластины, закрепленной на стойках к неподвижному основанию, и возбуждаемый кавитационной областью, сформированной потоком жидкости с помощью насадки. Насадка имеет форму диафрагмы. Технический результат - повышение эффективности устройства путем уменьшения непроизводительных потерь энергии, а также удешевления конструкции. Максимальная эффективность работы устройства достигается, когда расстояние от насадки до отражателя равно внутреннему диаметру отверстия диафрагмы. 1 з.п. ф-лы. 2 ил.

 

Изобретение относится к акустической технике и может быть использовано для интенсификации процессов очистки, эмульгирования, гомогенизации, дезинтеграции клеточных субстратов и экстракции в химической, пищевой, микробиологической отраслях промышленности, а также при производстве строительных материалов для дорожных покрытий.

Известны гидродинамические устройства, в которых источником акустических колебаний является тонкостенная пластина или диск [1, 2], возбуждаемые высокоскоростной струей жидкости, сформированной соплом. Указанные устройства имеют сложное конструктивное закрепление колеблющихся деталей диска или пластины, снижающие амплитуду и ограничивающие спектр и типы их собственных резонансных колебаний. Кроме того, отмечаются существенные потери энергии потоком жидкости, рассеивающиеся в виде тепла при трении потока о стенки сопла. Указанные причины помимо снижения эффективности преобразования энергии сокращают ресурс эксплуатации устройства.

Известны также устройства для создания акустических колебаний непосредственно в струе жидкости за счет взаимодействия вихревых потоков, сформированных специальными каналами или резонансными камерами и снабженные в отдельных случаях инжекционными отверстиями [3, 4, 5, 6, 7].

Данные устройства имеют высокую эффективность смешивания жидкостей, позволяют при необходимости получать узкую частотную характеристику преобразования. Однако они не устраняют упомянутых ранее недостатков, кроме того, требуют более тщательного регулирования давления жидкости при настройке.

Наиболее близким по технической сущности решением является гидродинамический генератор для обработки суспензий [8], включающий корпус со струеформирующей насадкой и соосно с ней закрепленный в корпусе отражатель, расположенный нормально к потоку жидкости. Отражатель снабжен резонирующими элементами в виде пластин или стержней, закрепленных в корпусе вокруг отражателя по окружности, ось которой совпадает с осью струеформирующей насадки и отражателя. Поверхность отражателя со стороны струи имеет форму лунки для фокусировки отраженного потока в центр набегающего. Частота собственных колебаний резонирующих элементов настроена на частоту собственных колебаний обрабатываемой жидкой среды в кавитационной области. Резонирующие элементы закреплены консольно с двух сторон.

К основному недостатку указанного устройства, помимо наличия потерь энергии на трение в струеформирующей насадке и относительной сложности конструкции, следует отнести отсутствие непосредственного воздействия струи жидкости на резонирующие элементы. Для возбуждения резонирующих элементов предварительно создают навигационную область за счет неподвижно закрепленного отражателя, фокусирующего отраженный поток в центр набегающего, что приводит к дополнительным гидравлическим потерям в виде тепла.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности гидродинамического генератора акустических колебаний и упрощение (удешевление) конструкции устройства.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве, содержащем струеформирующую насадку, отражатель и резонирующие элементы, струеформирующая насадка выполнена в форме диафрагмы с отверстием, а отражатель одновременно является резонирующим элементом, выполненным в виде пластины, закрепленной на стойках к неподвижному основанию. В известных технических решениях совокупность признаков, указанных выше в качестве новых, не найдена. Поэтому заявляемое решение обладает существенными отличиями.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами: на фиг.1 представлен внешний вид двух вариантов исполнения генератора акустических колебаний, на фиг.2 представлена его схема.

К неподвижному основанию 1 на стойках 5 прикреплен отражатель 6. Соединение деталей узла может быть выполнено с помощью электродуговой сварки. Входной патрубок 2 с навинченной на резьбовом конце регулировочной контргайкой 3 ввинчивается в неподвижное основание 1 таким образом, чтобы на его конец можно было навернуть струеформирующую насадку 4. Зазор h между насадкой 4 и отражателем 6 устанавливают равным диаметру отверстия d, после чего фиксируют сборку регулировочной контргайкой 3.

Гидродинамический генератор акустических колебаний монтируется в технологической емкости ниже уровня жидкости с закреплением за патрубок 2 любым из известных способов.

Устройство работает следующим образом. Рабочая жидкость, например моющий раствор, нагнетается насосом через патрубок 2 в струеформирующую насадку 4, где скорость потока скачкообразно увеличивается за счет меньшего диаметра отверстия d в диафрагме насадки. На выходе из отверстия образуется пульсирующая кавитационная область, взаимодействующая с отражателем 6. Отражатель возбуждается преимущественно на продольно-изгибном типе колебаний и является их источником, а максимальная эффективность возбуждения достигается, когда расстояние от насадки до отражателя h равно внутреннему диаметру выходного отверстия диафрагмы d.

Литература

1. SU 281925 C1, 03.03.1969.

2. RU 2205073 C1, 08.01.2002.

3. RU 2269386 C1, 05.05.2004.

4. RU 2156171 С2, 28.06.1995.

5. RU 2144440 C1, 24.08.1998.

6. RU 2161078 C1, 02.08.1999.

7. RU2248251 C1, 13.04.2004.

8. RU 2169625 C1, 10.01.2000.

1. Гидродинамический генератор акустических колебаний, включающий резонирующие элементы, струеформирующую насадку и соосно с ней закрепленный нормально к потоку жидкости отражатель, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности устройства путем уменьшения непроизводительных потерь энергии, а также удешевления конструкции, струеформирующая насадка выполнена в форме диафрагмы, а отражатель одновременно является резонирующим элементом и выполнен в виде пластины, закрепленной на стойках к неподвижному основанию.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что отражатель возбуждается преимущественно на продольно-изгибном типе колебаний и является их источником, при этом расстояние от насадки до отражателя h равно внутреннему диаметру отверстия диафрагмы d.