ГЕНЕРАТОР КАВИТАЦИИ-3 Российский патент 1997 года по МПК F02M27/08 B06B1/20 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности для очистки сточных вод промышленных предприятий и судов, в дизелестроении для обработки топлив и смазочных масел.

Известен [1] гидродинамический источник колебаний с генерирующей кавитационной зоной, содержащий корпус, сопло, отражатель с выполненной в нем лунной, обращенный в сторону сопла, и мембрану, закрепленную по периметру корпуса, прикрепленную к отражателю. При протекании через сопло струи жидкости, между соплом и лункой отражателя возникает кавитационная зона. Мембрана отделяет генератор колебаний от технологической емкости с обрабатываемой средой, в которую передаются генерируемые колебания. Гидродинамический источник работает в резонансном режиме генерации колебаний. Он предназначен для генерирования колебаний в жидких средах, в том числе может быть использован для подготовки топлива для энергетических установок.

Недостатками устройства [1] являются.

1. Возможность работы только в периодическом режиме, в результате чего оно не может быть использовано для возбуждения колебаний в непрерывно протекающей жидкой среде, например, при обработке топлива, подаваемого непосредственно в двигателя внутреннего сгорания.

2. Быстрый износ мембраны, передающей генерируемые колебания обрабатываемой технологической среде.

Известен так же ультразвуковой гидродинамический излучатель [2] предназначенный для интенсификации процессов, протекающих в жидких средах, и получения мелкодисперсных эмульсий, содержащий вихревую камеру, образованную цилиндрическим корпусом с тангенциальным входным отверстием, днищем корпуса и его крышкой и выходное сопло, коаксиальное вихревой камере и, выполненное витым в направлении, совпадающем с направлением тангенциального входного отверстия. В крышке, соосно выходному соплу, выполнено отверстие для пористого вкладыша. Выходное сопло выполнено длиной 0,75 L и внутренним диаметром 0,33 D, где L высота, а D диаметр вихревой камеры.

Жидкость поступает в вихревую камеру излучателя через входное тангенциальное отверстие и под действием центробежных сил образует в вихревой камере закрученный жидкостной вихревой поток. При этом в вихревой камере образуется зона разряжения. Под действием создавшегося перепада через пористый вкладыш вводится газовоздушный компонент, который захватывается вращающейся с большой скоростью поверхностью жидкости, смешивается с ней и под действием возникающих в излучателе акустических колебаний интенсивно диспергируется. В выходном сопле происходит дополнительная закрутка газожидкостного потока и интенсивное диспергирование.

Описанный гидродинамический излучатель [2] позволяет проводить обработку непрерывно протекающей жидкой среды. Он используется для интенсификации различных технологических процессов, получения мелкодисперсных эмульсий, а также для пенообразования и газонасыщения жидкости.

Недостатком устройства [2] является низкая эффективность обработки жидкой среды, в частности, высоковязких жидкостей, таких как тяжелые типы топлива, что связано с недостаточной интенсивностью возникающих в излучателе акустических колебаний, при этом наиболее благоприятный режим обработки жидкости в условиях кавитации, не достигается.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для обработки жидкого топлива кавитацией согласно [3] содержащего цилиндрический корпус с патрубками подачи и удаления топлива, внутри корпуса расположены два ультразвуковых струйных излучателя, коаксиально размещенные по отношению друг к другу, лопасти которых имеют форму спирали Архимеда и ориентированы в противоположных направлениях. Один из излучателей выполнен подвижным, с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оси корпуса устройства.

Топливо под высоким давлением подается в корпус устройства, а затем через профилированные каналы, образованные излучателями выходит из устройства. При прохождении потоков топлива по этим каналам происходит преобразование энергии потоков жидкости в энергию интенсивных высокочастотных колебаний.

Недостатками рассматриваемого устройства являются.

1. Фиксированная частота колебаний.

2. Трудоемкость изготовления излучателей, имеющих форму спирали Архимеда.

3. Отсутствие универсальности.

Заявляемое устройство "Генератор кавитации 3" свободно от этих недостатков. Это устройство позволяет обрабатывать различные жидкости с повышенным их расходом. При этом упрощается технология изготовления устройства. В зависимости от давления подачи жидкости (давление от 2 до 500 атмосфер) может обеспечить различные генерируемые частоты (частоты от 1 кГц до 20 МГц).

Желаемый технический результат достигается тем, что излучатель генератора с тангенциальными отверстиями состоит из двух частей (подвижной и неподвижной), которые соединены в стык, при этом подвижная часть излучателя может вращаться вокруг своей оси. Входные тангенциальные отверстия излучателя выполнены со сменными вкладышами различных проходных сечений. Отводящий трубопровод включает в себя одну или несколько внутренних труб, расположенных соосно с ним.

На чертеже представлены принципиальная схема генератора кавитации, где 1 подводящий трубопровод, 2 внешняя напорная камера, 3 подвижная часть излучателя, 4 неподвижная часть излучателя, 5 входные отверстия с вкладышами для жидкости, 6 отводящий трубопровод, 7 внутренние трубы, 8 - шток с маховиком.

Генератор кавитации 3 содержит подводящий трубопровод 1, соединенный с внешней напорной камерой 2, внутри которой расположен излучатель. Излучатель состоит из подвижной 3 и неподвижной 4 частей, которые соединены встык таким образом, что неподвижная часть 3 может вращаться вокруг своей оси. Подвод жидкости в излучатель осуществляется через тангенциальные отверстия с вкладышами 5. Излучатель соединен с выходным трубопроводом 6, внутри которого расположены внутренние трубы 7 соосно друг другу и к трубопроводу 6. Вращение подвижной части излучателя, на этапе настройки генератора, осуществляется посредством штока с маховиком 8, соединенным с заглушенным торцем подвижной части излучателя 3.

Генератор кавитации 3 работает следующим образом. Обрабатываемая жидкость подается под давлением через подводящий трубопровод 1 во внешнюю напорную камеру 2. Из внешней напорной камеры жидкость поступает одновременно в подвижную 3 и неподвижную 4 части излучателя через входные тангенциальные отверстия с вкладышами 5. Благодаря тангенциальному подводу жидкости в излучатель происходит закручивание потока внутри излучателя, за счет чего происходит разделение потока жидкости по удельным массам в отводящем трубопроводе 6. В зависимости от удельных масс различные фракции потока жидкости распределяются по внутренним трубам 7, т.е. происходит сепарирование потока. Вращение подвижной части излучателя 3, производимое на этапе настройки генератора, осуществляется посредством штока с маховиком 8 для получения резонансной частоты ультразвуковых колебаний, возникающих за счет кавитационного режима течения жидкости в излучателе. Кавитационный режим течения жидкости достигается за счет нарушения сплошности потока при подводе жидкости в излучатель через тангенциальные отверстия с вкладышами 5 и поддерживается за счет закручивания потока внутри излучателя. Сменные вкладыши в тангенциальных отверстиях излучателя служат для регулировки производительности устройства путем их замены на вкладыши с другими проходными сечениями.

По результатам испытаний генератора кавитации 3 получены следующие данные.

1. При обработке природных и сточных вод снижены показатели:
общее микробное число в 2^oC126 раз;
Coli индекс в 2,5^oC21000 раз;
Взвешенные вещества в 2,8^oC4,0 раз;
БПК₅ в 4,2 раза;
ХПК в 4,2 раза;
Общее железо о- в 4,8^oC5,0 раз;
Хлориды в 1,07 раза;
Сульфиды в 1,2 раза;
Азот аммонийный в 1,5^oC16 раз;
Нефтепродукты в 16 раз.

2. При обработке дисперсных систем размер включений снижен с 100 мкм до 20 мкм.

3. При обработке водно-топливных эмульсий стабильность полученных систем составила 30 и более суток.

4. При изменении перепада давлений на генераторе кавитации от 4 до 10 кгс/см² частота ультразвука изменялась от 20 до 40 кГц.

5. При неизменном перепаде давлений на генераторе (P=6 кгс/см²) за счет изменения положения подвижной части излучателя изменение частоты ультразвука составляло Δf10 кГц.

Использование: обработка топлив и смазочных масел. Сущность изобретения: генератор кавитации является гидродинамическим устройством, обеспечивающим возникновение режима ультразвуковой кавитации за счет перепада давлений на входе и выходе устройства. Конструктивно он состоит из следующих частей: подводящий трубопровод, внешняя напорная камера, отводящий трубопровод и излучатель ультразвука с тангенциальными входными отверстиями. Излучатель состоит из двух частей (подвижной и неподвижной), соединенных встык, таким образом, что подвижная часть может вращаться вокруг своей оси. Входные тангенциальные отверстия излучателя содержит сменные вкладыши с различными проходными сечениями. Отводящий трубопровод содержит одну или несколько внутренних труб, расположенных соосно друг другу и трубопроводу. 1 ил.

Генератор кавитации, содержащий подводящий трубопровод, внешнюю напорную камеру, отводящий трубопровод, излучатель ультразвука с тангенциальными входными отверстиями, отличающийся тем, что излучатель содержит подвижную и неподвижную части, которые соединены встык таким образом, что подвижная часть может вращаться вокруг своей оси, входные тангенциальные отверстия излучателя содержат сменные вкладыши с различными проходными сечениями, а отводящий трубопровод содержит одну или несколько внутренних труб, которые расположены соосно друг другу и трубопроводу.