ГЕНЕРАТОР КАВИТАЦИИ Российский патент 2009 года по МПК B01F3/12 B01F11/00 

Изобретение относится к технике генерации пузырьковой кавитации и может быть использовано в энергетике, в химической, строительной, пищевой и других отраслях промышленности для диспергирования, эмульгирования, получения однородных смесей и т.д.

Известен кавитационно-вихревой теплогенератор (патент России №2002119773, F24J 3/00, 2003), содержащий корпус с патрубками для подвода нагреваемой жидкости и отвода нагретой жидкости, расположенные внутри корпуса перфорированные статор и ротор, привод ротора. Статор и ротор выполнены в виде соосных дисков, перфорированных сквозными отверстиями, при этом статор выполнен в виде одного или нескольких кольцевых дисков, а ротор выполнен в виде двух соосных дисков, установленных с зазором относительно друг друга, при этом диски ротора смонтированы на независимых валах, имеющих самостоятельные независимые приводы, и вращаются навстречу друг другу.

Недостатком известного теплогенератора является тот факт, что в нем кавитация возбуждается не в объеме жидкости, а на кромках отверстий, в силу чего происходит кавитационное разрушение дисков и, следовательно, теплогенератор имеет малый ресурс.

Наиболее близким техническим решением является генератор кавитации (патент РФ №2115176, G10K 15/04, 1998), содержащий корпус с внутренней рабочей камерой и патрубками для подвода в камеру и отвода из нее жидкости, размещенный в камере приводной вал и установленный на валу активатор. Активатор выполнен в виде диска, на котором по нормали к его боковым поверхностям вдоль двух или более радиусов на пилонах обтекаемой формы установлены подвижные цилиндрические кавитаторы, перекрывающие рабочую камеру с некоторым зазором от ее торцевых стенок, а на торцевых стенках рабочей камеры также на обтекаемых пилонах установлены со смещением по радиусу подобные неподвижные кавитаторы.

Недостатком этого генератора является недостаточно высокая эффективность при тонком измельчении руд, например измельчении упорных руд, включающих золото и мышьяк.

Задачей, решаемой изобретением, является разработка простого и надежного в работе устройства, позволяющего обрабатывать различные среды, включающие жидкость с помощью кавитации, и обеспечивать получение однородных смесей, диспергирование, эмульгирование, мелкодисперсное измельчение руд и их механо-химическую активацию при малых затратах энергии.

Поставленная задача решается с помощью генератора кавитации, содержащего корпус с внутренней рабочей камерой и с патрубками для подвода в камеру и отвода из нее обрабатываемой среды, включающей жидкость, размещенный в камере приводной вал и закрепленный на валу активатор в виде диска с цилиндрами-кавитаторами, установленными вдоль радиусов диска на пилонах по нормали к его поверхностям, а на торцевых стенках рабочей камеры установлены подобные неподвижные цилиндры-кавитаторы. Цилиндры-кавитаторы на активаторе и цилиндры-кавитаторы на торцевых стенках рабочей камеры, установленные соответственно на одном расстоянии от центра активатора и от центра торцевых стенок, разнесены друг от друга вдоль дуг окружностей на расстояния не менее 5 гидравлических диаметров поперечных сечений этих кавитаторов.

Предпочтительно расстояния между соседними неподвижными и подвижными кавитаторами в тот момент, когда подвижные проходят мимо неподвижных, составляют не более 1/4 размера поперечного сечения этих кавитаторов в направлении радиуса активатора.

Предпочтительно неподвижные и подвижные кавитаторы имеют плохо обтекаемую форму, без угловых изломов их поперечного сечения, например форму прямых цилиндров овального поперечного сечения.

Предпочтительно пилоны кавитаторов выполнены в виде двуугольников, поперечный размер которых близок или равен размеру поперечного сечения кавитатора.

Генератор кавитации предпочтительно изготовлен из антикоррозионного и химически стойкого материала или имеет защитное покрытие из этого материала.

Материал предпочтительно выбран из следующего ряда: полиуретан, сверхвысокомолекулярный полиэтилен, фенилон, полиамид, полисульфон, фторопласт, резина, но в качестве таких материалов могут быть использованы любые известные материалы, используемые для защиты оборудования в зависимости от обрабатываемой среды. В качестве обрабатываемой среды могут быть следующие среды: жидкости, растворы истинные и коллоидные, эмульсии, суспензии.

На фиг.1 и 2 показана схема генератора кавитации в продольном и поперечном сечениях.

Генератор содержит корпус 1 с рабочей камерой 2 и с патрубками для подвода жидкости 3 и для отвода жидкости 4. Внутри корпуса 1 установлен приводной вал 5 с закрепленным на нем активатором 6. На боковых поверхностях активатора 6 и на торцевых стенках 7 рабочей камеры 2 с помощью обтекаемых пилонов 8 установлены цилиндрические кавитаторы - подвижные 9 и неподвижные 10 с соответствующим смещением их относительно друг друга по радиусу.

Подвижные цилиндры-кавитаторы 9 активатора, установленные на одинаковом радиусе R₁ (фиг.2), разнесены друг от друга на расстояние L не менее пяти гидравлических диаметров D поперечных сечений цилиндров-кавитаторов 9 вдоль окружности, образованной радиусом R₁.

Неподвижные цилиндры-кавитаторы 10, установленные на торцевой стенке 7 рабочей камеры на одинаковом радиусе R₂ (фиг.2) также разнесены друг от друга на расстояние L не менее пяти гидравлических диаметров D поперечных сечений цилиндров-кавитаторов 9 вдоль окружности, образованной радиусом R₂.

Во избежание абразивного износа оборудования, стенки рабочей камеры, поверхности дисков активатора и поверхности всех кавитаторов могут быть выполнены из следующего ряда материалов: полиуретан, сверхвысокомолекулярный полиэтилен, фенилон, полиамид, полисульфон, фторопласт, резина.

Предлагаемый генератор работает следующим образом. Обрабатываемая жидкость (суспензия) подается через входной патрубок 3 в рабочую камеру 2. Активатором 6 и размещенными на нем кавитаторами 9 жидкость увлекается во вращательное движение. Неподвижными стенками рабочей камеры 2 совместно с кавитаторами 10 жидкость тормозится. В результате образуется турбулентное движение жидкости относительно как подвижных, так и неподвижных кавитаторов. При этом за подвижными и неподвижными кавитаторами (с разных сторон) формируются отрывные зоны с мощными пульсационными полями и, как следствие, облачка возникающих и схлапывающихся паровых пузырьков, то есть пузырьковая кавитация. Периодическое проскакивание подвижных кавитаторов относительно неподвижных усиливает динамичность кавитации и, тем самым, повышает интенсивность кавитационной обработки суспензий.

Использование предлагаемого генератора кавитации позволяет производить получение однородных смесей, диспергирование, эмульгирование, мелкодисперсное измельчение руд и их механо-химическую активацию при малых затратах энергии.

Предлагаемый генератор кавитации отличается простотой в обслуживании, надежностью в работе, благодаря его конструктивным особенностям. Предлагаемое расположение цилиндров-кавитаторов в рабочей камере позволяется увеличить одновременно срок службы генератора кавитации и эффективно производить измельчение до необходимого размера в короткий срок.

Техническим результатом предлагаемого генератора кавитации является повышение интенсивности кавитационной обработки различных сред и защита стенки камеры и поверхности диска - активатора от кавитационной эрозии.

Изобретение относится к технике генерации пузырьковой кавитации и может быть использовано в энергетике, в химической, строительной, пищевой и других отраслях промышленности для диспергирования, эмульгирования, получения однородных смесей и т.д. Сущность: генератор кавитации содержит корпус с внутренней рабочей камерой и с патрубками для подвода в камеру и отвода из нее обрабатываемой среды, включающей жидкость. В камере размещен приводной вал. На валу закреплен активатор в виде диска с цилиндрами-кавитаторами, установленными вдоль радиусов диска на пилонах по нормали к его поверхностям. На торцевых стенках рабочей камеры установлены подобные неподвижные цилиндры-кавитаторы. Цилиндры-кавигаторы на активаторе и цилиндры-кавитаторы на торцевых стенках рабочей камеры, установленные соответственно на одном расстоянии от центра активатора и от центра торцевых стенок, разнесены друг от друга вдоль дуг окружностей на расстояния не менее 5 гидравлических диаметров поперечных сечений этих кавитаторов. Техническим результат: повышение интенсивности кавитационной обработки различных сред и защита стенки камеры и поверхности диска - активатора от кавитационной эрозии. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Генератор кавитации, содержащий корпус с внутренней рабочей камерой и с патрубками для подвода в камеру и отвода из нее обрабатываемой среды, включающей жидкость, размещенный в камере приводной вал и закрепленный на валу активатор в виде диска с цилиндрами-кавитаторами, установленными вдоль радиусов диска на пилонах по нормали к его поверхностям, а на торцевых стенках рабочей камеры установлены подобные неподвижные цилиндры-кавитаторы, отличающийся тем, что цилиндры-кавитаторы на активаторе и цилиндры-кавитаторы на торцевых стенках рабочей камеры, установленные соответственно на одном расстоянии от центра активатора и от центра торцевых стенок, разнесены друг от друга вдоль дуг окружностей на расстояния не менее 5 гидравлических диаметров поперечных сечений этих кавитаторов.2. Генератор кавитации по п.1, отличающийся тем, что расстояния между соседними неподвижными и подвижными кавитаторами в тот момент, когда подвижные проходят мимо неподвижных, составляют не более 1/4 размера поперечного сечения этих кавитаторов в направлении радиуса активатора.3. Генератор кавитации по п.1, отличающийся тем, что неподвижные и подвижные кавитаторы имеют плохо обтекаемую форму без угловых изломов их поперечного сечения, например форму прямых цилиндров овального поперечного сечения.4. Генератор кавитации по п.1, отличающийся тем, что пилоны кавитаторов выполнены в виде двуугольников, поперечный размер которых близок или равен размеру поперечного сечения кавитатора.5. Генератор кавитации по п.1, отличающийся тем, что изготовлен из антикоррозионного и химически стойкого материала или имеет защитное покрытие из этого материала.6. Генератор кавитации по п.5, отличающийся тем, что материал выбран из следующего ряда: полиуретан, сверхвысокомолекулярный полиэтилен, фенилон, полиамид, полисульфон, фторопласт, резина.