УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАВИТАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ Российский патент 1996 года по МПК F02M29/00 F02M33/00 

Изобретение относится к устройствам, преобразующим энергию потока жидкости в энергию интенсивных высокочастотных ее колебаний, и может применяться для кавитационной обработки жидкостей, преимущественно топлив и масел для двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Известен смеситель для жидкостей и газов со струйными излучателями, конструкция которого позволяет генерировать звуковые и ультразвуковые частоты в потоке жидкости путем переменного торможения потока в соплах с каналами профилированной формы. Эффективность известного смесителя невелика, особенно при обработке тяжелых топлив.

Известен также генератор кавитации, принятый в качестве прототипа и содержащий основной и дополнительный струйные сопловые излучатели, размещенные в общей камере, имеющей подводящий и отводящий каналы, причем дополнительный излучатель установлен в камере с возможностью его смещения по ее оси в пределах, заданных ограничителем.

Известный генератор обеспечивает кавитацию жидкостей, в том числе тяжелых топлив, за счет преобразования энергии потока жидкости в энергию интенсивных высокочастотных колебаний с достаточной эффективностью на номинальном режиме работы и для конкретной жидкости.

В известной конструкции дополнительный излучатель закреплен на ограничителе, выполненном в виде винта, входящего в гайку. В зависимости от характеристики обрабатываемого топлива дополнительный излучатель вместе с винтом смещают по оси камеры и выставляют в положение, обеспечивающее сечение каналов излучателей, необходимое для кавитации конкретного топлива. Давление в подводящем канале регулируется перепускным клапаном.

Такое выполнение генератора вызывает снижение интенсивности кавитации при различных изменениях параметров жидкости (давления, расхода, температуры, т. е. вязкости) как на входе, так и на выходе генератора. Изменения такого рода часто имеют место, особенно в системах питания и смазки ДВС. Например, снижение частоты вращения коленчатого вала, характерное для транспортных двигателей, снижает частоту вращения масляного насоса и соответственно уменьшает подачу. Это в свою очередь снижает скорость жидкости в струйных излучателях и, следовательно, интенсивность кавитации. Для предотвращения этого необходимо устанавливать заведомо более мощные насосы с большей номинальной подачей, что вызывает потери на их привод, увеличение габаритов и т.д.

Устанавливаемый в известном генераторе перепускной клапан на подводящем канале увеличивает габариты устройства и может не справиться с большой подачей, что приводит к разрыву подводящего трубопровода, т.е. к резкому уменьшению надежности устройства.

В зоне выхода винта, регулирующего положение дополнительного излучателя, возникает вероятность протечек жидкости и из общей камеры, что также уменьшает надежность генератора.

Все эти недостатки снижают качество работы известного генератора.

Целью изобретения является обеспечение надежности и высококачественной работы устройства в широком диапазоне изменения параметров обрабатываемой жидкости.

Указанная цель достигается тем, что устройство для кавитационной обработки жидкости, как и прототип, содержит размещенные в общей камере с подводящим и отводящим трубопроводами подвижный с устройством для его перемещения и неподвижный струйные сопловые излучатели. Сопловые излучатели выполнены в виде прикрепленных к основанию по спирали Архимеда лопастей с противоположными относительно друг друга направлением спиралей, при этом лопасти подвижного излучателя расположены между лопастями неподвижного. Согласно изобретению и в отличие от прототипа устройство для перемещения подвижного излучателя выполнено в виде подпружиненного поршня, установленного на основании этого излучателя, причем пружина поршня связана с ограничителем его перемещения, а поршень отделяет от общей камеры дополнительную пружинную полость, связанную с отводящим трубопроводом перепускным каналом.

Такое выполнение устройства приводит к тому, что любое изменение параметров жидкости как на входе, так и на выходе вызывает автоматические компенсирующие изменения взаимного расположения струйных сопловых излучателей, восстанавливающие оптимальные условия течения жидкости, и тем самым сохраняет интенсивность кавитации и качество обработки жидкости.

Это достигается непрерывным уравновешиванием всех воздействий на поршень и связанный с ним подвижный излучатель, а именно со стороны общей камеры и со стороны дополнительной полости. Динамическое уравновешивание осуществляется одновременным изменением усилия пружины поршня и перетеканием жидкости по перепускному каналу под действием перемещений поршня, обусловленных изменяющейся величиной давления жидкости в обеих полостях и в подводящем и отводящем каналах.

Дополнительным эффектом является уменьшение габаритов устройства в связи с отсутствием необходимости в этом случае установки специального перепускного клапана в подводящем канале.

Кроме того, в связи с тем, что отпадает надобность в промежуточной регулировке положения ограничителя движения дополнительного излучателя, его выход можно надежно уплотнить, что гарантирует отсутствие протечек. Все это существенно повышает надежность и качество работы устройства.

На фиг. 1 показано устройство, продольный разрез; на фиг. 2-4 то же, поперечные разрезы; на фиг. 5 изображение в аксонометрии.

Жидкость подается по подводящему каналу 1 в общую камеру 2, и далее в каналы "а" профилированной формы, образованные соплами неподвижного 3 и подвижного 4 струйных излучателей. Отводящий канал 5 связывает устройство с потребителем обработанной жидкости. Подвижный излучатель 4 снабжен со стороны основания его сопл поршнем 6, образуя дополнительную полость 7. Ход поршня вдоль оси камеры задается ограничителем 8. Гайка 9 определяет поджатие регулируемой пружины 10. Камера 7 сообщена с отводящим каналом 5 посредством перепускного канала 11. Выход ограничителя 8 уплотнен заглушкой 12. Стрелками показаны вход и выход жидкости.

Устройство для кавитационной обработки работает следующим образом.

По подводящему каналу 1 жидкость поступает в общую камеру 2. Ее потоки проходят по профилированным каналам "а", образованным соплами неподвижного 3 и подвижного 4 струйных излучателей, обеспечивая преобразование энергии потока жидкости в энергию интенсивных высокочастотных колебаний. Отводится обработанная жидкость по отводящему каналу 5. Ход поршня 6, которым снабжен со стороны основания сопл дополнительный излучатель 4, в дополнительной полости 7 задается положением ограничителя 8. Промежуточные положения поршня 6, а значит и сопл излучателя 4 зависят от взаимодействия усилия регулируемой гайкой 9 пружины 10 и перепада давлений на поршне со стороны общей 2 и дополнительной 7 камер с учетом перетекания жидкости по перепускному каналу 11. Благодаря неизменности формы каналов "а" между соплами струйных излучателей 3 и 4, выполненными по спиралям Архимеда, направления которых противоположно друг другу, изменение положения поршня 6 с дополнительным излучателем 4 вдоль оси общей камеры 2 приводит лишь к изменению проходного сечения этих каналов. Поэтому любое отклонение параметров на входе или выходе устройства, вызывая изменение взаимного положения сопл излучателей 3 и 4, обеспечивает автоматическую настройку на оптимальные условия течения жидкости в каналах "а" между соплами излучателей, дающие максимальную кавитацию и, следовательно, максимальную эффективность обработки жидкости.

Например, при падении давления жидкости на входе в устройство уменьшается давление из общей камеры 2 на поршень 6. Вследствие этого пружина 10 несколько разжимается, проходное сечение каналов "а" уменьшается, и скорость жидкости в них восстанавливается до уровня, соответствующего оптимальным условиям создания кавитации в потоке. То же происходит и при снижении вязкости жидкости на входе.

В случае уменьшения величины подачи жидкости на входе снижается давление и скорость жидкости в каналах "а". Однако падение давления в общей камере 2 вызывает перемещение поршня 6 под действием пружины 10 и соответствующее уменьшение проходного сечения каналов "а". Скорость течения жидкости в них вновь достигнет оптимального для получения интенсивной кавитации значения.

При снижении потребления (расхода) обработанной жидкости обусловленым, например, необходимостью уменьшения нагрузки двигателя возрастает давление в отводящем канале 5, что вызывает повышение давления в перепускном канале 11 и дополнительной камере 7. Поршень сместится по оси в сторону уменьшения проходных сечений каналов "а", автоматически уменьшая расход жидкости через них и сохраняя тем самым перепад давления на излучателях на уровне, необходимом для получения интенсивной кавитации.

Таким образом, при любых внешних возмущениях изменениях расхода, давления, вязкости жидкости как на входе, так и на выходе устройства автоматически поддерживаются условия для сохранения оптимальной эффективности кавитации.

Использование: устройства, преобразующие энергию потока жидкости в энергию интенсивных высокочастотных колебаний, а также предназначенные для кавитационной обработки жидкостей, преимущественно топлив и масел для двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: устройство содержит размещенные в общей камере 2 с подводящим 1 и отводящим 5 трубопроводами подвижный 4 с устройством его перемещения и неподвижный 3 струйные сопловые излучатели, каждый из которых выполнен в виде прикрепленных к основанию по спирали Архимеда лопастей с противоположным друг относительно друга направлением спиралей, при этом лопасти подвижного 4 излучателя расположены между лопастями неподвижного 3, а устройство перемещения подвижного излучателя выполнено в виде установленного на его основании подпружинного поршня 6 с ограничителем 8 его перемещения. Пружинная полость 7 поршня сообщена с отводящим трубопроводом 5 перепускным каналом 11. 5 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАВИТАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ, содержащее размещенные в общей камере с подводяшим и отводящим трубопроводами подвижный с устройством его перемещения и неподвижный струйные сопловые излучатели, каждый из которых выполнен в виде прикрепленных к основанию по спирали Архимеда лопастей с противоположным друг относительно друга направлением спиралей, при этом лопасти подвижного излучателя расположены между лопастями неподвижного, отличающееся тем, что устройство перемещения подвижного излучателя выполнено в виде установленного на его основании подпружиненного поршня с ограничителем его перемещения, причем пружинная полость поршня сообщена с отводящим трубопроводом перепускным каналом.