ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР ДЛЯ ОБРАБОТКИ СУСПЕНЗИЙ Российский патент 2001 года по МПК B06B1/18 F15B21/12 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при обработке различных жидких сред, требующих однородности перемешивания, уменьшения вязкости и предела текучести, например, твердеющих смесей или водоугольных суспензий.

Известен гидродинамический генератор для обработки жидких сред, включающий корпус со струеформирующей насадкой, упругие пластины-резонаторы, снабженные механизмом регулирования собственной частоты колебаний, ориентированные соосно навстречу потоку суспензии и закрепленные консольно, при этом механизм регулирования частоты колебаний пластин-резонаторов выполнен в виде набора скоб, закрепленных на выдвижных стержнях по длине корпуса, которые установлены в плоскости пластин-резонаторов с их боковых сторон с возможностью зажима скобами краев пластин при выдвижении стержней (авт.св. СССР N 1789794, F 15 B 21/12, опубл. в БИ N 3, 1993). Недостатком данного генератора является необходимость ограничения твердо-жидкого отношения и вязкости обрабатываемой суспензии вследствие малой пропускной способности струеформирующей насадки и вызванных этим больших потерь напоров в генераторе.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является пневмогидравлический диспергатор, включающий корпус со струеформирующей насадкой и отражатель, закрепленный в обратном конусе и ориентированный соосно навстречу потоку из струеформирующей насадки. Диспергатор работает на принципе удара струи о преграду и соударения встречных струй (Бочкарев Г.Р., Белобородов А.В. и др. Интенсификация аэрационных процессов в технологии очистки природных и шахтных вод. ФТПРПИ, 1994, N 6, с. 120-125).

Недостатком названного диспергатора является малый объем кавитационной области между струеформирующей насадкой и отражателем, что обуславливает большие потери напора и малую производительность при обработке вязкопластических суспензий.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является расширение области применения гидродинамических генераторов вследствие повышения интенсивности воздействия на обрабатываемую среду.

Для этого гидродинамический генератор для обработки суспензий, включающий корпус со струеформирующей насадкой и соосно с ней закрепленный в корпусе отражатель, согласно изобретению снабжен резонирующими элементами в виде пластин или стержней, закрепленных в корпусе вокруг отражателя по окружности, ось которой совпадает с осью струеформирующей насадки и отражателя. Пульсации кавитационной области создают переменные поля скоростей и давлений, которые возбуждают в резонирующих элементах изгибные колебания на их собственной частоте, что дает вклад в расширение кавитационной области воздействия на отрабатываемую среду. Это расширяет область применения гидродинамического генератора.

Для повышения энергетического уровня кавитационной области струеформирующая насадка и отражатель поверхности отражателя со стороны струи придают форму лунки для фокусировки отраженного потока в центр набегающего. Это обеспечивает управление образованием кавитационной области, содержимое которой с определенной частотой выбрасывается из зоны струеформирующая насадка-отражатель к резонирующим элементам.

С целью повышения интенсивности колебаний в обрабатываемой суспензии необходимо настроить частоту f_ст собственных колебаний резонирующих элементов на частоту f_ко собственных колебаний обрабатываемой жидкой среды в кавитационной области для создания резонанса (f_ст = f_ко).

Резонирующие элементы могут быть закреплены консольно. Такое закрепление создает кавитационную область сердцевидной формы, которая позволяет обрабатывать среды с повышенной вязкостью.

Резонирующие элементы могут быть закреплены с двух сторон. Такое закрепление создает кавитационную область цилиндрической формы, которая позволяет обрабатывать среды с меньшей вязкостью.

Сущность технического решения иллюстрируется примером конкретного исполнения и чертежами, где на фиг. 1 показан разрез по оси генератора с консольно закрепленными резонирующими элементами в виде стержней; на фиг. 2 - разрез по оси генератора со стержнями, закрепленными с двух сторон, и отражателем с поверхностью отражения в виде лунки; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1.

Гидродинамический генератор для обработки суспензий состоит из фланцев 1,2 (фиг. 1 и 2), уплотнительного кольца 3, струеформирующей насадки 4, корпуса 5, резонирующих элементов 6, например, в виде стержней, обратного конуса 7, крышки 8 и отражателя 9 с поверхностью отражения в виде лунки и соосно закрепленного со струеформирующей насадкой 4. В случае крепления резонирующих элементов 6 с двух сторон устанавливается фиксирующее кольцо 10 с конусной втулкой 11 (фиг. 2). В обратном конусе 7 выполнены гнезда крепления резонирующих элементов 12 и перепускные окна 13 (фиг. З). Резонирующие элементы 6 могут быть в виде пластин или стержней, закрепленных в корпусе 5 отражателя 9 по окружности, ось которой совпадает с осью струеформирующей насадки 4 и отражателя 9 с тем же эффектом.

Гидродинамический генератор работает следующим образом.

При напорном транспортировании жидкая среда (например, водоугольная суспензия) попадает в струеформирующую насадку 4, где скорость потока увеличивается за счет уменьшения диаметра. После выхода из насадки 4 поток суспензии ударяется о препятствие в виде отражателя 9 с отражающей поверхностью в виде лунки, за счет чего образуется концентрированная пульсирующая кавитационная область между струеформирующей насадкой 4 и отражателем 9. Пульсации кавитационной области создают переменные поля скоростей и давлений, которые возбуждают в резонирующих элементах 6 изгибные колебания на их собственной частоте, что способствует дополнительному гидродинамическому воздействию на суспензию.

Частота f_ст собственных колебаний резонирующих элементов 6 определяется по формуле:

где α - коэффициент пропорциональности, зависящий от вида крепления резонирующих элементов 6, например, при двустороннем закреплении α = 1,03, а при консольном - 0,7;
t - толщина резонирующего элемента 6, м;
L - длина резонирующего элемента 6, м;
E - модуль упругости материала резонирующего элемента 6, МПа;
P - плотность материала резонирующего элемента 6, кг/см².

Частота f_ко собственных колебаний обрабатываемой жидкой среды в кавитационной области определяется по формуле:

где k - коэффициент пропорциональности, зависящий от v и h;
v - скорость струи, м/с;
h - расстояние между струеформирующей насадкой 4 и отражателем 9, м.

Для возбуждения интенсивных колебаний в суспензии необходимо настроить частоту f_ст собственных колебаний резонирующих элементов 6 на частоту f_ко собственных колебаний обрабатываемой жидкой среды в кавитационной области, т.е. надо выполнить условие:
f_ст=f_кор

Генератор может быть использован в горной промышленности для обработки различных жидких сред, требующих однородности перемешивания, уменьшения вязкости и предела текучести, например, твердеющих закладочных смесей или водоугольных суспензий. Корпус генератора выполнен с насадкой и отражателем, закрепленным соосно c насадкой. Вокруг отражателя по окружности в корпусе закреплены резонирующие элементы в виде пластин или стержней. Ось окружности резонирующих элементов совпадает с осью струеформирующей насадки и отражателя. Поверхность отражателя со стороны струи выполняется в форме лунки. Резонирующие элементы могут крепиться консольно или с двух сторон. Частота собственных колебаний резонирующих элементов настроена на частоту собственных колебаний обрабатываемой жидкой среды в кавитационной области. Такое выполнение позволяет повысить интенсивность воздействия на обрабатываемую среду. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Гидродинамический генератор для обработки суспензий, включающий корпус со струеформирующей насадкой и соосно с ней закрепленный в корпусе отражатель, отличающийся тем, что он снабжен резонирующими элементами в виде пластин или стержней, закрепленных в корпусе вокруг отражателя по окружности, ось которой совпадает с осью струеформирующей насадки и отражателя. 2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что поверхности отражателя со стороны струи придают форму лунки для фокусировки отраженного потока в центр набегающего. 3. Генератор по п.1 или 2, отличающийся тем, что частота fст собственных колебаний резонирующих элементов настроена на частоту fко собственных колебаний обрабатываемой жидкой среды в кавитационной области
fст = fко. 4. Генератор по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что резонирующие элементы закреплены консольно. 5. Генератор по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что резонирующие элементы закреплены с двух сторон.