УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДИСПЕРГАТОР ПРОТОЧНОГО ТИПА Российский патент 2013 года по МПК B01F11/02 

Предлагаемое изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано для кавитационной обработки тяжелых топлив или жидких пищевых продуктов, приготовления высококачественных водо-топливных эмульсий для дизелей, топок ТЭЦ и котельных; обеззараживания питьевой воды и жидких продуктов питания и напитков; приготовления высококачественных красок, смазок, пищевых, кормовых, фармацевтических и иных подобных эмульсий и суспензий; в химической промышленности для интенсификации химических реакций и получения новых соединений; в первичной нефтепереработке для увеличения выхода светлых нефтепродуктов; для приготовления стойких буровых растворов и других аналогичных технологий.

Известно устройство для ультразвуковой обработки жидкости (Патент РФ №2061537, кл. В01F 11/02, опубл. 16.06.96), содержащее подключенный к генератору армированный шпилькой с осевым отверстием пьезопреобразователь с накладками, выполненными заодно с симметрично и соосно расположенными концентраторами с осевыми отверстиями и перегородками на выходных торцах с проточными отверстиями.

К недостаткам этого устройства следует отнести низкий электроакустический КПД как следствие резкого рассогласования пьезопреобразователя с нагрузкой, малую производительность и сильную кавитационную эрозию излучающих торцов концентраторов.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) заявляемого устройства следует считать ультразвуковой диспергатор проточного типа (Патент РФ №2221633, кл. В01F 11/02 с приоритетом от 26 июня 2001 г.), содержащий пьезопреобразователь, армированный шпилькой с осевым отверстием, и два симметрично и соосно расположенные концентратора с переменным внутренним сечением, выполненных заодно с накладками и осевыми отверстиями; на выходных кольцевых торцах концентраторов при помощи резьбового соединения акустически жестко закреплены резонансные мембраны с проточными отверстиями на боковой поверхности на уровне внутренней излучающей поверхности резонансных мембран.

К недостаткам этого устройства, как показала практика его использования, следует отнести разрушение внешней излучающей поверхности резонансных мембран вследствие наложения на статическое радиальное напряжение динамических напряжений при закреплении и настройке мембран, а также сильный нагрев резонансных мембран при работе вследствие низкой теплопроводности титана, использованного в качестве материала мембран и, как следствие, невозможность защиты излучающих поверхностей мембран антиэрозионными покрытиями. В результате перегрева антикавитационвое покрытие (резина) выгорает и разрушается, что приводит к кавитационной эрозии излучающих поверхностей резонансных мембран.

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение радиального статического напряжения на внешней излучающей поверхности резонансных мембран;

эффективное их охлаждение и защита излучающих поверхностей мембран от кавитационной эрозии.

Эти задачи достигаются тем, что на боковой поверхности резонансных мембран на уровне половины их толщины выполняются прямоугольные кольцевые проточки, из которых на внутреннюю поверхность резонансных мембран выполнены проходные отверстия под углом 45 градусов; резонансные мембраны выполнены из металла с высокой добротностью и теплопроводностью, а центральные области излучающих внутренних и внешних поверхностей резонансных мембран на ³/₄ диаметра покрыты антиэрозионным покрытием.

Заявляемое устройство показано на Фиг.1, где пьезопреобразователь, подключенный к генератору (на Фиг.1 не показан), состоящий из пьезокерамических шайб 1 и накладок 2 (показаны пунктиром), выполненных заодно с концентраторами 3 с осевыми отверстиями 4, армированы шпилькой 5 с осевым отверстием 6. На выходных кольцевых торцах концентраторов 3 при помощи резьбовых соединений акустически жестко закреплены резонансные мембраны 7, на боковых поверхностях которых выполнены прямоугольные проточки 8 на уровне половины их толщины, из которых на внутренние поверхности резонансных мембран под углом 45 градусов выполнены проходные отверстия 9; на внешнюю и внутреннюю центральные поверхности резонансных мембран нанесено антиэрозионное покрытие 10 диаметром ¾ от внешнего диаметра мембран. Устройство размещено в корпусе, состоящем из верхней 11 и нижней 12 крышек и кожуха 13. Герметизация устройства обеспечивается уплотнительными резиновыми кольцами 14. В устройстве сформированы внутренние 15 и внешние 16 рабочие полости. Внутренние 15 и внешние 16 полости сообщаются между собой при помощи кольцевых зазоров 17.

Заявляемое устройство работает следующим образом: обрабатываемая жидкость поступает в устройство снизу (показано стрелками) в нижнюю внешнюю рабочую полость 16 и через кольцевые зазоры 17 и проходные отверстия 9 попадает в нижнюю внутреннюю рабочую полость 15 и по осевым отверстиям 4 и 6 в верхнюю внутреннюю рабочую полость 15 и далее через верхние проходные отверстия 9 и верхнюю внешнюю рабочую полость 16 вытекает из устройства. По мере протекания обрабатываемой жидкости в устройстве она подвергается интенсивной кавитационной обработке на всем своем пути.

Решение поставленной задачи предлагаемого изобретения достигается тем, что прямоугольная проточка 8 на боковой поверхности резонансных мембран 7 переносит плоскость максимального статического напряжения при затягивании резьбового соединения резонансных мембран 7 на торцах концентраторов 3 с внешней поверхности на среднее сечение мембран 7, что позволяет существенно снизить наложение статического и динамического напряжения на внешней излучающей поверхности резонансных мембран 7 и тем самым защитить эти поверхности от разрушения. Защита от перегрева резонансных мембран 7 в заявляемом устройстве обеспечивается за счет высокой теплопроводности по сравнению с титаном металла мембран 7 (например алюминиевые сплавы), а также малого акустического сопротивления, а следовательно и их нагрева в динамическом режиме, что в совокупности обеспечивает эффективное охлаждение резонансных мембран 7 при работе протекающей обрабатываемой жидкостью. Защита от кавитационной эрозии обеспечивается нанесением на излучающие поверхности резонансных мембран тонкого (около 0,5 мм) антиэрозионного покрытия (например резины). Таким образом предлагаемый комплекс мероприятий, являющихся предметом изобретения, позволяет обеспечить успешную длительную эксплуатацию заявляемого устройства.

Заявляемое устройство было изготовлено и успешно испытано.

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано для кавитационной обработки тяжелых топлив или жидких пищевых продуктов, приготовления высококачественных водо-топливных эмульсий для дизелей, топок ТЭЦ и котельных; обеззараживания питьевой воды и жидких продуктов питания и напитков; приготовления высококачественных красок, смазок, пищевых, кормовых, фармацевтических и иных подобных эмульсий и суспензий; в химической промышленности для интенсификации химических реакций и получения новых соединений; в первичной нефтепереработке для увеличения выхода светлых нефтепродуктов; для приготовления стойких буровых растворов и других аналогичных технологий. Устройство содержит пьезопреобразователь с концентраторами и резонансными мембранами. На боковой поверхности резонансных мембран на уровне половины их толщины выполнены прямоугольные кольцевые проточки, из которых на внутреннюю поверхность резонансных мембран выполнены проходные отверстия. Резонансные мембраны выполнены из металла с высокой добротностью и теплопроводностью. Центральные области излучающих внутренних и внешних поверхностей резонансных мембран покрыты антиэрозионным покрытием. Технический результат состоит в высокой надежности и эффективности работы устройства. 1 ил.

Ультразвуковой диспергатор проточного типа, содержащий пьезопреобразователь, армированный шпилькой с осевым отверстием, с двумя симметрично и соосно расположенными концентраторами с переменным внутренним сечением и осевыми отверстиями, изготовленными заодно с накладками; на выходных кольцевых торцах концентраторов при помощи резьбового соединения акустически жестко закреплены резонансные мембраны с проточными отверстиями, выходящими в кольцевые зазоры, отличающийся тем, что резонансные мембраны выполнены с прямоугольной боковой проточкой на уровне половины их толщины, проточные отверстия выполнены из боковой проточки на внутреннюю поверхность резонансных мембран, резонансные мембраны выполнены из металла с высокой добротностью и теплопроводностью, а на их внутреннюю и внешнюю излучающие поверхности нанесено антиэрозионное покрытие.