ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ ДИСПЕРГИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1995 года по МПК B01F11/02 

Изобретение касается устройства для диспергирования текучих сред с механическими примесями и может найти применение в химической, нефтяной промышленности, а также в машиностроении, в частности в гидроприводах при диспергировании механических примесей, присутствующих в масле.

Для повышения срока службы оборудования и масла, применяемого в качестве рабочей жидкости, в гидроприводах различного технологического оборудования в гидросистему встраивают диспергирующее устройство, осуществляющее диспергирование механических примесей под действием ударов о наковальню частиц, движущихся с потоком масла, при этом вновь образованные мелкие частицы покрываются оболочкой, обладающей антифрикционными свойствами. Попадая в зазоры рабочих пар, эти частицы заполняют микронеровности поверхностей трения, благодаря чему увеличивается площадь контакта и снижается коэффициент трения.

Известно устройство для диспергирования механических примесей, встраиваемое в гидросистему и содержащее сопло с каналом для формирования и разгона потока, наковальню, размещенную напротив выходного канала сопла, отверстия для отвода диспергированной среды в выходной канал и гидросистему, примыкающие к наковальне [1]
В этом устройстве струя, формируемая каналом сопла, вся направляется на наковальню, вследствие чего разбиение струи происходит по всему сечению потока, что увеличивает гидравлические потери устройства.

Наиболее близким к изобретению является гидродинамическое диспергирующее устройство, содержащее корпус с входным и выходным каналами, установленные в корпусе сопло с входной и выходной частями и наковальню, размещенную напротив выходного среза сопла, по меньшей мере одно отверстие, выполненное сбоку от наковальни и сообщенное с выходным каналом [2]
В этом устройстве текучая среда масло с механическими примесями разгоняется в сопле и ударяется о наковальню. В результате удара происходят физико-химические изменения структуры масла, приводящие к улучшению его смазывающих свойств. После удара масло через осевое отверстие, расположенное рядом с наковальней, поступает в выходной канал и далее в гидросистему. В этом диспергирующем устройстве, как и в предыдущем, имеет место диспергирование струи по всему сечению сопла, при этом "перемалывается" весь объем текучей среды, а не только одни механические примеси, что увеличивает гидравлические потери устройства. Вследствие этого диспергирующее устройство нецелесообразно встраивать во всасывающую и напорную линии гидросистемы.

Задача изобретения состоит в том, чтобы создать диспергирующее устройство, позволяющее уменьшить концентрацию механических примесей в текучей среде с наименьшими потерями.

Задача решается за счет того, что в гидродинамическом диспергирующем устройстве, содержащем корпус с входным и выходным каналами, установленные в корпусе сопло с входной и выходной частями и наковальню, размещенную напротив выходного среза сопла, по меньшей мере одно отверстие для отвода диспергированной среды в выходной канал, расположенное сбоку от наковальни, сопло снабжено направляющим элементом в виде перевернутого стакана, концентрично окружающего входную часть сопла с образованием между смежными поверхностями кольцевого осерадиального зазора, сообщенного с входным каналом, для прохода текучей среды ко входу сопла, наковальня установлена симметрично по оси сопла и имеет площадь рабочей поверхности, меньшую площади минимального поперечного сечения сопла, а отверстие для отвода диспергированной среды по меньшей мере частью своего проходного сечения расположено напротив выходного среза сопла.

Задача решается также за счет того, что рабочая поверхность наковальни составляет 10-15% минимального поперечного сечения сопла, а также за счет того, что входная часть сопла выполнена конфузорной, а выходная диффузорной.

При таком выполнении вследствие воздействия направляющего элемента механические примеси концентрируются в центре сопла, а из-за малых размеров наковальни и расположения ее по оси сопла ударному воздействию и диспергированию подвергается не вся истекающая из сопла струя, а только ее центральная часть. В результате гидравлические потери устройства снижаются, и оно может быть установлено в различных частях гидросистемы, в частности во всасывающей и напорной линии, что является наиболее выгодным. Выбор площади рабочей поверхности наковальни 10-15% минимального поперечного сечения сопла характеризует оптимальное выполнение изобретения, обеспечивающее максимальный по значению технический результат, заключающийся в снижении потерь.

На фиг. 1 изображено гидродинамическое диспергирующее устройство; на фиг. 2 разрез А-А фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б фиг. 1.

Гидродинамическое диспергирующее устройство содержит корпус 1 с входным каналом 2 и выходным каналом 3, выполненным в жестко связанном с корпусом штуцере. В корпусе 1 установлены сопло 4 с входной конфузорной частью 5 и выходной диффузорной частью 6 и наковальню 7, закрепленную на шайбе 8, зафиксированной в корпусе 1. Сопло 4 снабжено направляющим элементом, выполненным в виде перевернутого стакана 9, концентрично окружающего входную часть 5 сопла 4 с образованием между смежными поверхностями сопла 4 и стакана 9 кольцевого осерадиального зазора 10 для прохода текучей среды. Осерадиальный зазор 10 сообщен с входным каналом 2 через радиальные проходные отверстия 11 в нижней части стакана 9. Наковальня 7 установлена напротив выходного среза 12 сопла 4 симметрично по оси 13 сопла и имеет рабочую поверхность с площадью S, меньшей площади минимального поперечного сечения S₁ канала сопла 4. Сбоку от наковальни 7 в шайбе 8 выполнены отверстия 14, преимущественно осевые, для отвода диспергированной текучей среды в выходной канал 3. Отверстия 14 по меньшей мере частью 15 своего поперечного сечения расположены напротив выходного среза 12 сопла 4. В данном примере выполнения отверстий 14 несколько и они равномерно распределены по окружности. Отверстие 14 может быть в единственном количестве и выполнено кольцевым. Как показали исследования, оптимальной величиной площади S рабочей поверхности наковальни 7 с точки зрения минимальных потерь является площадь S, составляющая 10-15% от площади S₁ минимального поперечного сечения канала сопла 4.

Гидродинамическое диспергирующее устройство работает следующим образом.

Текучая среда, например масло, с механическими примесями поступает через входной канал 2 внутрь корпуса 1, проходит через радиальные отверстия 11 стакана 9 в осерадиальный зазор 10. При последовательном повороте потока из осевого в радиальное направление, происходящем при огибании стенок стакана 9, механические частицы, пытаясь по инерции сохранить первоначальное движение, прижимаются к внутренним поверхностям стакана 9. Перед входом потока в сопло 4 механические частицы перемещаются по внутренней поверхности дна 16 стакана 9 от периферии к центру и концентрируются по оси 13 сопла 4, в то время как более легкая часть текучей среды группируется по периферии канала сопла 4. При распределении скоростей по поперечному сечению канала сопла 4 выделяется центральная высокоскоростная струя, в которой сосредоточены механические частицы. Высокоскоростная струя с механическими частицами ударяется о размещенную напротив нее наковальню 7. Частицы размельчаются и, смешиваясь с потоком жидкости, проходящим по периферии канала сопла 4 и не подвергавшимся ударному воздействию наковальни, поступают через отверстия 14 в выходной канал 3 и далее в гидросистему. При этом вновь образованные дисперсные частицы за счет выделяющегося при измельчении тепла и излучений покрываются оболочкой, перестают быть химически агрессивными по отношению к маслу и теряют абразивные свойства. Благодаря выполнению наковальни 7 с площадью рабочей поверхности, согласованной с площадью поперечного сечения канала сопла 4, ударному воздействию подвергается только та часть потока, в которой концентрируются механические примеси, что максимально уменьшает потери. Это дает возможность устанавливать диспергирующее устройство в любом участке гидросистемы и расширить область его применения.

Использование: для диспергирования текучих сред с механическими примесями. Сущность изобретения: диспергирующее устройство содержит корпус 1, в котором установлены сопло 4 с входной частью 5 и наковальня 7. Сопло 4 снабжено направляющим элементом в виде перевернутого стакана 9, концентрично окружающего входную часть сопла 4. Между смежными поверхностями сопла 4 и стакана 9 образован осерадиальный зазор 10, сообщенный с входным каналом 2. Наковальня 7 расположена напротив выходного среза 12 сопла 4 и имеет рабочую поверхность с площадью, меньшей площади минимального поперечного сечения сопла 4, что позволяет подвергать диспергированию только центральную часть потока, вытекающего из сопла, в котором сосредоточены механические примеси. Отверстия 14 по меньшей мере частью своего проходного сечения расположены напротив выходного среза 12 сопла 4. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ ДИСПЕРГИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее корпус с входным и выходным каналами, установленные в корпусе сопло с входной и выходной частями и наковальню, размещенную напротив выходного среза сопла, по меньшей мере одно отверстие для отвода диспергируемой среды в выходной канал, выполненное сбоку от наковальни, отличающееся тем, что сопло снабжено направляющим элементом в виде перевернутого стакана, концентрично окружающего входную часть сопла с образованием между смежными поверхностями кольцевого осерадиального зазора, сообщенного с входным каналом, для прохода текучей среды к входу сопла, наковальня установлена симметрично по оси сопла и имеет площадь рабочей поверхности, меньшую минимального поперечного сечения канала сопла, а отверстия для отвода диспергированной среды по меньшей мере частью своего проходного сечения расположено напротив выходного среза сопла. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что площадь рабочей поверхности наковальни составляет 10 15% от площади минимального поперечного сечения канала сопла. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что входная часть сопла выполнена конфузорной, а выходная диффузорной.