САМООЧИЩАЮЩИЙСЯ РЕЗОНАНСНЫЙ АКТИВАТОР-ФИЛЬТР Российский патент 2002 года по МПК B01D29/00 B01F11/00 

Изобретение относится к устройствам по очистке и перемешиванию жидких сред волнами низкой частоты, может найти применение при очистке сточных вод и воды, добываемой из грунтовых вод, при изготовлении соков, вин и спиртовых напитков, в пивоварении, при очистке растительных и синтетических масел, при перемешивании и очистке растворов нефтяной и химической промышленности и в других технологических процессах.

Известно "Устройство для очистки жидкости" А. С. 2015108, МК С 02 F 1/00, 1/52 от 05.05.91г. , включающее корпус с крышкой, патрубок подвода очищаемой жидкости и патрубок отвода очищенной жидкости, узел сбора шлама, узел подачи воздуха и бункеры.

Недостатком этого устройства является низкая эффективность и плохое качество очищенной жидкости.

Известен также "Вибрационный сепаратор" А. С. 2018383, МК В 07 В 13/11 от 30.04.91г. , включающий корпус, фрикционную деку, питатель и распределитель, вибровозбудитель и приемники продуктов.

Недостатком этого вибрационного сепаратора является то, что ультразвуковой вибровозбудитель эффективен для малых объемов жидкости, а на больших объемах эффективность от его воздействия низкая.

Ближайшим аналогом заявляемого технического решения является "Акустический резонатор" А. С. 1760540, МК G 10 K 11/00 от 07.09.92г. , бюл. 33, содержащий цилиндрический корпус, вибровозбудитель, резонансную камеру, эластичную оболочку и объем газа между корпусом и эластичной оболочкой. [1]
Недостатком этого акустического резонатора является то, что им невозможно эффективно перемешивать несколько сред и тем более очищать, фильтровать.

Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение интенсификации технологических процессов.

Постановленная цель достигается тем, что низкочастотными гидроакустическими излучателями малых волновых размеров и малой мощности возбуждается собственная резонансная частота среды, находящейся в устройстве, в результате чего в среде образуются низкочастотные колебания большой интенсивности, фазами сжатия и разжатия волны воздействуют на частицы жидкой среды, интенсивно перемешивая и проталкивая их через поры фильтрующего элемента.

На фиг. 1 схематично изображен самоочищающийся резонансный активатор-фильтр.

На фиг. 2 - внешний вид РАФ.

Самоочищающийся резонансный активатор-фильтр состоит из цилиндрического корпуса 1, по торцам которого размещены верхняя 2 и нижняя 3 крышки, с низкочастотными гидроакустическими излучателями 4 и 5, например, по А. С. [2]
Внутри корпуса 1 размещена упругая цилиндрическая оболочка 6, закрепленная своими торцами к корпусу 1. Между оболочкой 6 и корпусом 1 образован газовый объем 7, который патрубком 8 соединен с устройством подачи сжатого воздуха (не показано).

По оси упругой оболочки 6 размещена резонансная камера 9 и фильтрующий элемент 10, который выполнен по форме стакана и своим торцом закреплен к трубной доске 11.

Фильтрующий элемент 10 и трубная доска 11 разделяют резонансную камеру 9 на две части, на объем, в который поступают по патрубкам 12 и 13 исходные жидкие среды, подлежащие перемешиванию и очистке, и на объем 14 с чистой средой, выходящей по патрубку 15.

Излучатель 4 размещен в объеме 9, а излучатель 5 размещен в объеме 14.

Патрубки 16 и 17 предназначены для удаления шлама из резонансной камеры 9.

На верхней крышке 2 размещен стравливающий клапан 18.

Самоочищающийся резонансный активатор-фильтр работает следующим образом.

Патрубки 15, 16 и 17 перекрывают. По патрубкам 12 и 13 в объем 9 подаются жидкие среды, подлежащие перемешиванию и очистке.

При полном заполнении объемов 9 и 14 жидкой средой клапан 18 закрывается и включается в работу излучатель 4. Наличием массы m, которой является столб воды в объеме 9, и упругостей, которыми являются оболочка 6 и сжатый воздух в объеме 7, создается колебательная система с низкочастотным собственным резонансом f_c.

При создании излучателем 4 фазы давления жидкость, размещенная в объеме 9, воздействует на упругую оболочку 6 по всей ее поверхности, а оболочка 6 в свою очередь воздействует на воздух в объеме 7, сжимая его.

При создании излучателем 4 фазы разрежения в объеме 9, в жидкости и в воздухе, в объеме 7 также создаются фазы разрежения.

В зависимости от удельной плотности и волнового сопротивления фильтрующего элемента 9 излучатель 5 может включаться в работу:
- в противофазе с излучателем 4;
- в фазе;
- или вовсе не включаться.

Рассмотрим первый случай, когда удельная плотность и волновое сопротивление фильтрующего элемента 9 велики.

Частоту колебания f_u "излучателей" 4 и 5 устанавливают равной частоте собственных колебаний системы f_c, т. е. f_u= f_c.

Как известно, собственная резонансная частота f_c системы определяется через ее массу m и коэффициент упругости С. В исходном положении силы, действующие на упругую оболочку 6, вода в объеме 9 и воздух в объеме 7 уравновешены.

Не учитывая упругость оболочки 7, поскольку она может быть ничтожно малой величиной, при перемещении поршня излучателя 4 в жидкой среде объема 9 и в газовом объеме 7 на оболочку 6 будет действовать избыточная сила F, связанная с изменением внутреннего давления в объеме 7:
F = SΔP, (1)
где S - поверхность оболочки, м;
ΔP - изменение давления воздуха в объеме 7, кг/м².

Полагая, что отношения
где ΔV =SΔL, (2)
где V - объем воздуха в камере 7, м³;
ΔV - изменение этого объема;
ΔL - радиальное изменение толщины объема 7 (амплитуда колебания оболочки 6).

Получаем, что действующая избыточная сила
(3)
из этого следует, что коэффициент упругости системы С
(4)
где Р - давление воздуха в объеме 7, кг/м²;
L - расстояние от оболочки 6 до корпуса 1, м.

Из выражения (4) следует, что величина коэффициента упругости С тем больше, чем больше внутреннее давление воздуха Р в объеме 7, при неизменной величине поверхности S упругой оболочки 6 и расстоянии L между оболочкой 6 и корпусом 1.

Известно, что C = mf_c ², Н/м, откуда
, (5)
где m - масса столба жидкости в объеме 9.

Для настройки излучателей 4 и 5 в резонанс с системой коэффициент упругости С должен меняться пропорционально квадрату частоты возбуждения излучателем 4 объема 9.

Излучатель 5 включается в работу в противофазе с излучателем 4, т. е. когда в объеме 9 - фаза давления, в объеме 14 - фаза разрежения и наоборот.

Наличие одновременно на границах фильтрующего элемента 10 с одной стороны, со стороны объема 9 фазы давления, а с другой стороны, со стороны объема 14 фазы разрежения и наоборот, на частоте собственного резонанса системы способствуют интенсивному и хорошему перемешиванию двух и более сред и лучшему проталкиванию частиц среды через поры фильтрующего элемента 10, из объема 9 в объеме 14. Смешанная и очищенная среда удаляется по патрубку 15.

Частицы смешанных и неочищенных сред, не прошедшие из объема 9 в объем 14 через фильтрующий элемент 10, осаждаются в виде шлама на поверхности трубной доски 11 и удаляются по патрубкам 16 и 17, т. е. происходит самоочищение фильтрующего элемента в процессе работы.

Таким образом, создавая излучателем 4 упругие колебания в жидкой среде во времени, возбуждаем собственный резонанс системы, амплитуды колебания которой в радиальном направлении намного больше, чем амплитуды от излучателя 4.

Создание самоочищающегося резонансного активатора-фильтра с низкочастотной резонансной системой, возбуждение этой системы вибровозбудителями колебаний, образование на фильтрующем элементе одновременно фаз давления и разрежения позволяет повысить производительность и продолжительность непрерывной работы, а его применение позволит в больших объемах выполнять эффективное перемешивание и очистку различных сред.

При снятом фильтрующем элементе обеспечивается перемешивание двух и большее количество жидких сред или жидких сред и взвешенных частиц.

Важным достоинством самоочищающегося резонансного активатора-фильтра является еще и то, что при работе емкости и конструкции устройства не подвергаются вибрациям.

Источники информации
1. И. А. Полевик и др. "Акустический резонатор". А. С. 1760540 от 07.09.92 г.

2. И. А. Полевик, А. Г. Полевик. "Электромагнитный преобразователь", А. С. 1659123, МК В 06 В 1/4 от 30.06.91 г. Бюл. 24.

Изобретение предназначено для очистки и перемешивания жидких сред волнами низкой частоты. Самоочищающийся резонансный активатор-фильтр содержит цилиндрический корпус с крышками и патрубками, два излучателя, резонансную камеру, заполненную жидкой средой, упругую оболочку и объем, заполненный сжатым газом и размещенный между упругой оболочкой и корпусом, фильтрующий элемент и трубную доску, при этом фильтрующий элемент размещен на трубной доске и они вместе разделяют резонансную камеру на две части: на объем, в который поступают жидкие среды, подлежащие перемешиванию и очистке, и на объем с чистой средой, при этом один излучатель размещен в одном объеме, а второй излучатель - во втором объеме. Использование устройства позволяет повысить производительность и продолжительность непрерывной работы, а также в больших объемах выполнять эффективное перемешивание и очистку различных сред. 2 ил.

Самоочищающийся резонансный активатор-фильтр, характеризующийся тем, что он содержит цилиндрический корпус с крышками и патрубками, два излучателя, резонансную камеру, заполненную жидкой средой, упругую оболочку и объем, заполненный сжатым газом, размещенный между упругой оболочкой и корпусом, фильтрующий элемент с трубной доской, при этом фильтрующий элемент размещен на трубной доске и они вместе разделяют резонансную камеру на две части: на объем, в который поступают жидкие среды, подлежащие перемешиванию и очистке, и на объем с чистой средой, при этом один излучатель размещен в одном объеме, а второй излучатель - во втором объеме.