УСТРОЙСТВО ДЛЯ СМЕШЕНИЯ ЖИДКОСТИ С ГАЗОМ Российский патент 2003 года по МПК B01F3/04 B01F11/02 

Изобретение относится к смешению жидких и газообразных сред и может быть использовано для смешения жидкости с газом и получения однородной смеси в разных областях промышленности, сельского хозяйства в частности для приготовления топливных смесей для двигателей внутреннего сгорания.

Известна конструкция устройства для прямого взаимодействия газа и жидкости, которая содержит корпус с патрубком для подачи газа, над которым расположен вращающийся привод диска, около внешнего края которого выполнено много отверстий, а между внешним краем диска и стенкой корпуса оставлен зазор (см. заявку Японии 4-20652, 5 В 01 Р, 3/04, 7/26, бюл. 21, 1993 г.).

Существенными недостатками устройства для прямого взаимодействия газа и жидкости является то, что
1) устройство с механическим смешением имеет сложный привод, и все движущиеся части погружены в жидкость;
2) сложность конструкции при наличии вращательного привода диска с многими отверстиями;
3) много затрачивается мощности на привод вращательного диска, что приводит к снижению кпд устройства;
4) нельзя получать однородную смесь с мелкими частицами газа.

Известна конструкция устройства для смешения жидкости с газом, выбранная в качестве прототипа, содержащая патрубки подвода жидкости и газа, вихревую камеру смешения с тангенциально расположенными на ее периферии каналами быстрой подачи жидкости, патрубок выведения газожидкостной смеси в емкость жидкости, расположенный соосно с центральной осью камеры на ее торцевых поверхностях (см. патент Украины 20314 А, В 01 P 3/04, бюл. 1, 1998 г.).

Существенными недостатками известного устройства является то, что
1) устройство имеет большие гидравлические потери за счет сильного дросселирования жидкости при проходе через тангенциальные каналы, что приводит к снижению кпд устройства;
2) жидкость активно начинает смешиваться с газом только после выхода жидкости и газа из патрубка, что не позволяет получить однородную газожидкостную смесь.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для смешения жидкости с газом, в котором путем выполнения направляющего аппарата в виде решетки с лопатками аэродинамической формы, на выходе из которого образовано не меньше двух винтовых впадин, а на срезе сопла размещено не менее двух стержней (цилиндров), обеспечивается уменьшение гидравлических потерь и, как результат, возрастание кпд устройства, что позволяет получить однородную газожидкостную смесь.

Поставленная задача решается за счет того, что устройство для смешения жидкости с газом, содержащее патрубки подвода жидкости и газа, вихревую камеру смешения с тангенциально расположенными на ее периферии каналами скоростной подачи жидкости, патрубок выведения газожидкостной смеси в емкость с жидкостью, расположенный соосно c центральной осью камеры на ее торцевых поверхностях, согласно изобретению дополнительно содержит направляющий аппарат, выполненный в виде решетки с лопатками аэродинамической формы, а патрубок выведения газожидкостной смеси представляет собой сопло параболической формы, на выходе из которого образовано не менее двух винтовых впадин по ходу вращения вихря, и на срезе сопла расположено не менее двух стержней, у которых отношение длины L к диаметру D составляет L/D>10, причем стержни (цилиндры) расположены равномерно на выходной части сопла.

Преимущество конструкции устройства для смешения жидкости с газом заключается в следующем:
1) расположение на периферии вихревой камеры тангенциальных каналов скоростной подачи жидкости обеспечивает разгон потока жидкости и ее закрутку с малыми гидравлическими потерями, а следовательно, повышает кпд устройства;
2) установка направляющего аппарата в виде решетки с лопатками аэродинамической формы позволяет:
- в тангенциальных каналах разогнать жидкость до высокой скорости с малыми гидравлическими потерями;
- закрутить жидкость в вихревой камере и создать мощный вращательный вихрь с пониженным давлением в его центре, а это позволяет подавать газ без поддавливания - оба эти фактора повышают кпд устройства;
3) расположение патрубка выведения газожидкостной смеси в емкость соосно c центральной осью камеры позволяет использовать для смешения жидкости с газом самый мощный участок вихря;
4) создание не менее двух винтовых впадин по ходу вращения вихря на выходе из сопла обеспечивает интенсификацию дробления жидкости, что приводит к улучшению смешения ее с газом;
5) размещение на срезе сопла не менее двух стержней (цилиндров) с отношением L/D>10, равномерно расположенных на верхней его части, позволяет затормозить массы жидкости и газа, что приводит к скачкообразному повышению давления, а следовательно к еще большему дроблению жидкости, и обеспечивает получение однородной газожидкостной смеси мелкодисперсной структуры (при оптимальном отношении L/D>10 равномерно расположенных на верхней части стержней), позволяет затормозить массы жидкости и газа, что приводит к скачкообразному повышению давления, а это обеспечивает еще большее дробление жидкости и получение однородной газожидкостной смеси мелкодисперсной структуры (обтекание стержней (цилиндров) потоком при оптимальном отношении L/D>10 - коэффициент лобового сопротивления с=0,82). С.С. Кутателадзе, В.М. Боришанский. Справочник по теплопередаче. Госэнергоиздат. Ленинград, 1959г., Москва, с. 320, табл. 17в.

Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, где
на фиг. 1 показан продольный разрез устройства для смешения жидкости с газом;
на фиг.2 - поперечный разрез вихревой камеры смешения с направляющим аппаратом, а стрелками на этих фигурах показано направление движения жидкости и газа.

Устройство для смешения жидкости с газом состоит из распределителя жидкости 1, направляющего аппарата в виде решетки 2 с лопатками аэродинамической формы 3, вихревой камеры смешения 4, емкости для жидкости 5, патрубка подвода жидкости 6, патрубка выведения газожидкостной смеси в виде сопла 7 параболической формы, который расположен соосно с центральной осью вихревой камеры, патрубка подвода газа 8, винтовых впадин 9, которые расположены в верхней части параболического сопла, стержней (цилиндров) 10, тангенциально расположенных на периферии вихревой камеры каналов 11 скоростной подачи жидкости, которые образованы лопатками решетки.

Устройство работает следующим образом.

Жидкость через распределитель 1, направляющий аппарат в виде решетки 2 с лопатками аэродинамической формы 3 поступает в вихревую камеру 4 с помощью патрубка жидкости 6. При тангенциальной подаче и движении жидкости в радиальном направлении через тангенциальные каналы 11 ее тангенциальная скорость значительно возрастает до создания вращательного вихря с пониженным давлением в центре вихря. Газ через патрубок 8 поступает в осевую зону вихревой камеры смешения 4, где массы жидкости и газа совместно вращаются, и начинается смешение. При движении этой массы по соплу 7 параболической формы жидкость и газ попадают в винтовые впадины 9 в верхней части сопла, где обеспечивается интенсификация дробления жидкости, что приводит к улучшению смешения ее с газом. На выходе из сопла параболической формы массы жидкости и газа поступают в емкость с жидкостью 5, где она тормозится о стержни (цилиндры) 10. Происходит скачкообразное повышение давления, что позволяет получить однородную газожидкостную смесь мелкодисперсной структуры. За счет сохранения тангенциальной составляющей скорости газожидкостной смеси и интенсивного обновления межфазовой поверхности сред, которые контактируют, происходит эффективное смешение жидкости с газом.

Заявляемое устройство может быть использовано для приготовления топливных смесей для двигателей внутреннего сгорания, насыщения водоемов кислородом, углекислым газом жидкостных сред (соки, сиропы, вина) и в других технологических процессах.

Изобретение может использоваться в различных областях промышленности для приготовления топливных смесей для двигателей внутреннего сгорания и сельском хозяйстве. Устройство содержит направляющий аппарат, выполненный в виде решетки с лопатками аэродинамической формы, сопло параболической формы с не менее чем двумя винтовыми впадинами по ходу вращения вихря. На срезе сопла расположены стержни. Жидкость смешивается с газом и выходит из сопла в емкость с жидкостью. Технический результат состоит в получении однородной газожидкостной смеси мелкодисперсной структуры при уменьшении гидравлических потерь. 2 ил.

Устройство для смешения жидкости с газом, содержащее патрубки подвода жидкости и газа, вихревую камеру смешения с тангенциально расположенными на ее периферии каналами скоростной подачи жидкости, патрубок выведения газожидкостной смеси в емкость с жидкостью, расположенный соосно центральной оси камеры на ее торцевых поверхностях, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит направляющий аппарат, выполненный в виде решетки с лопатками аэродинамической формы, а патрубок выведения газожидкостной смеси представляет собой сопло параболической формы, на выходе из которого образовано не менее двух винтовых впадин по ходу вращения вихря, и на срезе сопла расположено не менее двух стержней, у которых отношение длины L к диаметру D составляет L/D>10, причем стержни расположены равномерно на выходной части сопла.