СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2004 года по МПК B01J19/10 

Изобретение относится к технологиям и оборудованию по обработке жидкости и может быть использовано в медицинской, пищевой и в других отраслях промышленности.

Известен способ активации лекарственных препаратов путем воздействия на их водные растворы низкочастотным ультразвуком (1).

Воздействие оказывают ультразвуком вблизи порога кавитации с определенной плотностью энергии.

Недостатком указанного технического решения является усложненность технологического процесса, необходимость настройки системы при изменении рабочих параметров водных растворов и отсутствие при этом гарантированного возникновения кавитационных эффектов.

Известно устройство для обеззараживания сточных вод, содержащее сопло с горловиной, конфузорной входной и диффузорной выходной камерами, и кавитационный генератор, закрепленный по оси упомянутого цилиндра и введенный своей профилированной головной частью в сопло (2).

Кавитационный генератор выполнен в виде иглы, установленной с возможностью осевого перемещения. Возникновение зон кавитации происходит сплошным слоем в поперечном сечении диффузора, процесс их схлопывания неупорядочен и растянут во времени, в результате чего жидкость подвергается воздействию кавитационных волн с целым спектром амплитуд и частот и наличие в этом спектре волн с требуемыми частотами и амплитудами несет случайный характер, что увеличивает время обработки и снижает качество полученной жидкости.

Ближайшим техническим решением в части способа является способ обработки жидкости, заключающийся в том, что жидкость предварительно закручивают по спирали с приданием ей определенного соотношения угловой и поступательной скоростей и направляют в сопло с горловиной и диффузорной выходной камерой, где осуществляется кавитационное воздействие на нее (3).

Недостатком указанного технического решения является хаотичность возникновения зон кавитации, значительный разброс размеров одновременно существующих и одновременно схлопывающихся пузырей, и образование спектра амплитуд и частот кавитационных волн с их взаимной наводкой, что препятствует целенаправленному воздействию на обрабатываемую жидкость гидроударной волной с требуемой частотой и амплитудой, снижает эффективность воздействия и исключает регулировку образуемых качеств жидкости.

Ближайшим техническим решением в части устройства является устройство для обработки жидкости в режиме ее вихревого течения с определенным соотношением угловой и поступательной скоростей, содержащее сопло с горловиной, конфузорной входной и диффузорной выходной камерами, сопряженный с конфузорной камерой вихревой цилиндр со сквозными тангенциальными каналами и кавитационный генератор, закрепленный по оси упомянутого цилиндра и введенный своей профилированной головной частью в сопло (3).

Недостатком указанного технического решения является отсутствие регулировки течения жидкости в образованном вихре и самопроизвольность процесса возникновения и размера зон кавитации.

Целью изобретения является создание гидроударных волн с требуемой частотой и амплитудой, обеспечение контролируемого течения жидкости в вихре, повышение эффективности воздействия на нее и придание обрабатываемой жидкости заданных качеств.

Указанная цель в части предложенного способа достигается тем, что в известном способе обработки жидкости, заключающемся в том, что жидкость предварительно закручивают по спирали с приданием ей определенного соотношения угловой и поступательной скоростей и направляют в сопло с горловиной и диффузорной выходной камерой, где осуществляется кавитационное воздействие на нее, движение жидкости организуют по траектории в виде логарифмической спирали, а в зоне горловины создают последовательный ряд зон кавитации и обеспечивают их течение в виде осевой цепочки с поочередным схлопыванием в пределах диффузорной камеры.

Указанная цель в части предложенного устройства достигается тем, что в известном устройстве для обработки жидкости в режиме ее вихревого течения с определенным соотношением угловой и поступательной скоростей, содержащем сопло с горловиной, конфузорной входной и диффузорной выходной камерами, сопряженный с конфузорной камерой вихревой цилиндр со сквозными тангенциальными каналами и кавитационный генератор, закрепленный по оси упомянутого цилиндра и введенный своей профилированной головной частью в сопло, кавитационный генератор размещен в полости вихревого цилиндра с образованием кольцевого зазора, а сам зазор перекрыт регулятором соотношения угловой и поступательной скоростей жидкости в виде цилиндрической обечайки, ориентированной одним из ее торцов в зоне тангенциальных каналов цилиндра и кинематически связанной с противоположной стороны с кавитационным генератором, причем упомянутые обечайка и генератор установлены с возможностью независимого осевого перемещения.

Предложенный способ обработки может быть реализован любым известным образом, например, использованием ультразвукового источника в известном техническом решении из (3) с применением регулируемых каналов.

Однако гарантированный контроль над параметрами образуемых гидравлических волн достигается в предложенном техническом решении.

На чертеже схематично изображено предлагаемое устройство, реализующее описанный способ обработки жидкости, поперечное сечение.

Устройство для обработки жидкости содержит сопло 1 с горловиной 2, конфузорной входной 3 и диффузорной выходной 4 камерами, сопряженный с конфузорной камерой 3 вихревой цилиндр 5 со сквозными тангенциальными каналами 6 и кавитационный генератор 7, закрепленный по оси упомянутого цилиндра 5 и введенный своей профилированной головной частью 8 в сопло 1. Кавитационный генератор 7 размещен в полости вихревого цилиндра 5 с образованием кольцевого зазора 9, а сам зазор 9 перекрыт регулятором соотношения угловой и поступательной скоростей жидкости в виде цилиндрической обечайки 10, ориентированной одним из ее торцов 11 в зоне тангенциальных каналов 6 цилиндра 5 и кинематически связанной с противоположной стороны с кавитационным генератором 7, причем упомянутые обечайка 10 и генератор 7 установлены с возможностью независимого осевого перемещения.

Кавитационный генератор 7 в общем случае может быть выполнен любым известным образом и любой известной формы, однако по технологическим соображениям предпочтительней является форма генератора в виде иглы, а профиль горловины 2, камер 3 и 4 сопла 1 выбирается с учетом предстоящего режима обработки и с учетом конкретного состава обрабатываемой жидкости и требуемых ее преобразований. Количество и угол наклона тангенциальных каналов 6 и их расположение относительно конфузорной камеры 3 также определяются в ходе выбора конкретной обрабатываемой жидкости. Торец 11 регулятора 10 может быть выполнен ровным или любой требуемой конфигурации в зависимости от требуемой формы образуемого закрученной жидкостью вихря в каждом конкретном случае.

Осевое перемещение генератора 7 осуществляется благодаря его резьбовому соединению с корпусом цилиндра 5, а осевое перемещение обечайки 10 осуществляется благодаря ее резьбовому соединению с генератором 7, что обеспечивает их независимое осевое перемещение и независимую установку в оптимальном положении.

В качестве обрабатываемой жидкости могут быть выбраны вода (пресная или соленая), нефтепродукты или какие-либо другие жидкости. Для каждой из жидкостей в зависимости от ее исходных параметров и в зависимости от требуемого преобразования ее качеств приводится в соответствие определенный профиль как самого сопла 1, так и тангенциальных каналов 6.

Предложенный способ обработки жидкости реализуется в описанном устройстве следующим образом.

Перед обработкой, например, воды для повышения ее энергетического уровня и для придания ей целебных качеств выбирается сопло соответствующего профиля и в зависимости от ее исходных параметров (расход, давление, температура, соленость) устанавливаются необходимые каналы 6 и передвигаются в оптимальное положение как генератор 7, так и обечайка 10. Профиль торца 11 обечайки 10 в этом конкретном случае выбирается гладким.

Указанные конструктивные видоизменения приводят к тому, что при подаче воды именно с заданными исходными параметрами через каналы 6 траектория ее движения в сопле 1 приобретает форму логарифмической спирали. При каких-либо изменениях исходных параметров воды перемещением обечайки 10 корректируется соотношение угловой и продольной скоростей воды на входе в сопло 1 и, тем самым, восстанавливается логарифмическая спираль ее траектории. Заданное месторасположение генератора 7 в сопле 1 при исходных параметрах воды обеспечивает непрерывное зарождение одиночных зон кавитации на его срезе, которые вихревым движением воды с образованным соотношением угловой и поступательной скоростей выстраиваются в виде осевой цепочки и поочередно схлопываются в диффузорной камере 4. При каких-либо изменениях исходных параметров воды генератор 7 перемещается в иное оптимальное положение в сопле 1 и процесс образования описанных зон кавитации возобновляется.

При необходимости обработки иных жидких сред выбирается соответствующая именно им геометрия аппарата с тем, чтобы в процессе обработки достигался описанный режим течения жидкости.

В результате поочередное схлопывание зон кавитации строго по оси вихревого потока образует периодические гидравлические волны с расчетной частотой и амплитудой и, таким образом, обеспечивается постоянное воздействие на жидкость контролируемых гидроударов.

Проведенные исследования показали, что вне зависимости от состава жидкости (вода, нефтепродукты и т.д.) ее обработка в описанном режиме неизменно приводит к активации тех или иных ее качеств, в результате чего происходят разделение трудноразделимых смесей или смешение слабо смешиваемых жидкостей, в частности вода, например, приобретает целебные свойства, снижается концентрация солей в водных растворах, бензин изменяет свое октановое число, образуются устойчивые эмульсии воды в углеводородах, происходит рафинация растительных масел.

Таким образом, описанные способ и устройство обеспечивают существование в вихревом потоке жидкости регулярных гидравлических волн с заданными и контролируемыми частотами и амплитудами и придают обрабатываемым жидкостям требуемые качества.

Источники информации
1. Патент Российской Федерации 2020961, МКИ A 61 K 41/00, 1991 г.

2. Патент Российской Федерации 2049072, МКИ C 02 F 1/34, 1992 г.

3. Патент Российской Федерации 2144627, МКИ F 15 D 1/02, 1998 г.

Изобретение относится к технологиям и оборудованию по обработке жидкости и может быть использовано в медицинской, пищевой и в других отраслях промышленности. Жидкость закручивают по спирали и направляют в сопло с горловиной и диффузорной выходной камерой. Жидкость движется по логарифмической спирали. В зоне горловины создают последовательный ряд зон кавитации, которые текут в виде осевой цепочки и поочередно схлопывают в пределах диффузорной камеры. Кавитационный генератор размещен в полости вихревого цилиндра с образованием зазора, перекрытого регулятором соотношений угловой и поступательной скоростей в виде обечайки, установленной с возможностью осевого перемещения. Технический результат состоит в повышении эффективности воздействия на жидкость для придания ей заданных качеств. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ обработки жидкости, заключающийся в том, что жидкость предварительно закручивают по спирали с приданием ей определенного соотношения угловой и поступательной скоростей и направляют в сопло с горловиной и диффузорной выходной камерой, где осуществляется кавитационное воздействие на нее, отличающийся тем, что движение жидкости организуют по траектории в виде логарифмической спирали, а в зоне горловины создают последовательный ряд зон кавитации и обеспечивают их течение в виде осевой цепочки с поочередным схлопыванием в пределах диффузорной камеры.2. Устройство для обработки жидкости в режиме ее вихревого течения с определенным соотношением угловой и поступательной скоростей, содержащее сопло с горловиной, конфузорной входной и диффузорной выходной камерами, сопряженный с конфузорной камерой вихревой цилиндр со сквозными тангенциальными каналами и кавитационный генератор, закрепленный по оси упомянутого цилиндра и введенный своей профилированной головной частью в сопло, отличающееся тем, что кавитационный генератор размещен в полости вихревого цилиндра с образованием кольцевого зазора, а сам зазор перекрыт регулятором соотношения угловой и поступательной скоростей жидкости в виде цилиндрической обечайки, ориентированной одним из ее торцов в зоне тангенциальных каналов цилиндра и кинематически связанной с противоположной стороны с кавитационным генератором, причем упомянутые обечайка и генератор установлены с возможностью независимого осевого перемещения.