ВИХРЕВОЙ КОНОИДАЛЬНЫЙ КОЛЬЦЕВОЙ ЭЖЕКТОР Российский патент 2025 года по МПК C02F1/74 

Изобретение относится к компактным устройствам для очистки воды с получением питьевой воды с улучшенными биологическими и физическими свойствами и может применяться для доочистки в системах очистки сточных вод различного происхождения, а также использоваться в медицине, пищевой промышленности, сельском хозяйстве и других областях.

Из уровня техники известен вихревой очиститель газа, содержащий корпус с входным и выходным осевыми патрубками, сливную камеру, завихритель и экранирующую вставку, расположенную коаксиально между патрубками и корпусом, он снабжен перегородкой, укрепленной на выходном патрубке и образующей со стенками корпуса канал, сообщающий полость корпуса со сливной камерой, а экранирующая вставка выполнена в виде расширяющегося по коду газа усеченного корпуса с криволинейной боковой поверхностью, большее основание которого переходит в кольцевой желоб, сообщенный трубками со сливной камерой (см. авторское свидетельство SU на изобретение №1060206, B01D 45/12, оп. в 1983 г.). Этот достаточно сложный очиститель предназначен для очистки газов от твердых или жидких частиц.

Известна установка для безреагентной очистки воды, включающая камеру с патрубками тангенциальной подачи воды с образованием вращающегося динамического водяного цилиндра, устройство для отвода газов и устройство для отвода воды, в которой камера снабжена цилиндрическим толстостенным реактором, снабженным линейными, либо сужающимися и расширяющимися каналами по ходу движения жидкости, причем сужающиеся каналы по ходу движения жидкости предназначены для подачи жидкости внутрь реактора по траектории закручивания и сужения диаметра спирали, а расширяющиеся каналы по ходу движения жидкости предназначены для отвода жидкости по траектории раскручивания и разрыва спирали, при этом устройство для подвода или отвода газов или жидкостей выполнено в виде вакуумного канала, связанного нижним торцом с внутренней полостью реактора (см. патент на изобретение RU №2629066, В04С 3/06, оп. в 2017 г.). Такая установка циклонного типа обладает большей эффективностью, чем предыдущие технические решения. Она потребляет очень мало электроэнергии на свою работу, но и достигается этот эффект достаточно сложными конструктивными элементами самого реактора.

Известно устройство для гидродинамической очистки воды, содержащее средство для электроимпульсной обработки воды на входной трубе, конфузор, переходную горловину и диффузор, причем средство для электроимпульсной обработки воды выполнено в виде двух последовательно включенных электролитических конденсаторов, состоящих из парной группы навивных электродов, спирально расположенных на внешней стороне входной трубы, при этом между группами навивных электродов расположен участок входной трубы, свободный от электродов, а конфузор выполнен в виде коноидальной форсунки, причем переходная горловина выполнена в виде расширяющейся вакуумной зоны, снабженной соплом для всасывания воздуха, при этом устройство снабжено упругой мишенью, расположенной на пути потока воды на регулируемом расстоянии от диффузора реактора (см. патент на изобретение RU №2769109, C02F 9/12, оп. в 2022 г.). Такое устройство обеспечивает интенсификацию гидродинамического воздействия, создание импульсов в ультразвуковом и акустическом диапазоне внутри водопроводных труб под действием импульсного электрического поля, а также создание условий для искусственной кавитации при соударении с жесткой мишенью. Однако, достаточно сложная конструкция и большие размеры не дают возможности сделать это устройство компактным и простым.

Известно устройство очистки жидкости от примесей, включающее корпус с входным отверстием, расположенным внутри него, реактором с выходным отверстием, внутри реактора коаксиально расположен разделитель, который делит свободный объем внутри реактора на сообщающиеся между собой внешнюю камеру и внутреннюю камеру, стенки реактора снабжены завихрителями, вокруг реактора расположена наружная камера устройства, сообщающаяся с внешней камерой реактора через завихрители, при этом к внутренней камере реактора подведен, по крайней мере, один воздухозаборник, а со стороны выходного отверстия реактора выполнен отражатель, завихрители снабжены форсунками, направленными по касательной к радиусу внешней камеры реактора, внешняя камера реактора выполнена в форме конусообразного тела вращения, корпус снабжен магнитом, ультразвуковым излучателем, одной парой электродов (см. опубликованную евразийскую заявку RU №201990801, C02F 1/00, оп.в 2020 г.). Это устройство, как и предыдущее, имеет сложную конструкцию, его конструкция и большие размеры также не дают возможности сделать это устройство компактным и простым.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является вихревое устройство для очистки воды, содержащее циклон с цилиндрическим корпусом и крышкой, соединенные между собой с образованием внутренней полости, входной патрубок, выполненный тангенциально одному из корпусов, и выходной патрубок, выполненный вдоль оси корпусов, а во внутренней полости установлено устройство для закрутки потока, при этом устройство для закрутки потока выполнено с возможностью вращения (см. полезную модель RU №139838, C02F 1/38, оп. в 2014 году). Известное устройство имеет достаточно сложную конструкцию, его эффективность основана только на действии центробежных сил в потоке закрученной воды. При этом само устройство компактно и может быть установлено с подсоединением в водопроводную систему. В одном из вариантов исполнения это устройство может быть снабжено кавитатором для создания турбулентного потока воды.

Техническая проблема заключается в том, что упрощение конструкции устройств для очистки воды и повышение их компактности зачастую приводит к ухудшению качества получаемой жидкости.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи повышения компактности вихревого реактора при улучшении качества очистки воды и повышении его эффективности и производительности, путем создания для обработки воды свободно движущегося тонкостенного потока кольцевого сечения.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в вихревом коноидальном кольцевом эжекторе, включающем цилиндрическую камеру с завихрителем и кавитатором, патрубками подачи воды и отвода воды, кавитатор выполнен в виде коноидальной воронки, примыкающей к выходной зоне завихрителя с возможностью прохода воды в сужающейся полости, образованной внешней поверхностью воронки и внутренней поверхностью камеры, при этом завихритель и коноидальная воронка расположены последовательно с возможностью прямоточного движения воды, а реактор снабжен патрубком для подачи воздуха во внутреннюю полость коноидальной воронки, причем коноидальная воронка в выходной зоне снабжена торцевым диском, установленным с зазором относительно торцевой зоны воронки для прохода воздуха, а также с просветом относительно внутренней поверхности камеры для прохода воды по всему внешнему периметру торцевого диска. Завихритель выполнен с продольным каналом для прохода воздуха, расположенным в его центральной зоне. Завихритель снабжен кольцевым фланцем во входной зоне для примыкания к внутренней поверхности камеры и фиксации.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен вихревой коноидальный кольцевой эжектор для очистки воды, в сечении. На фиг. 2 - завихритель в сборе с коноидальной воронкой и торцевым диском для прохода воздуха, в изометрии. На фиг. 3 - коноидальная воронка с торцевым диском для прохода воздуха, в изометрии. На фиг. 4 -завихритель, в изометрии.

Вихревой коноидальный кольцевой эжектор имеет очень компактную конструкцию и предназначен для окисления загрязнений, содержащихся в воде, а также способствует переходу солей жесткости во множественные нерастворимые кристаллы в виде взвеси. Он содержит цилиндрическую камеру 1, по размерам сопоставимую с диаметром подводящего трубопровода воды (на рисунке не показано). По сути, вихревой коноидальный кольцевой эжектор можно просто врезать в подводящий трубопровод. В камере 1 размещен продольный канал 2 для подачи воздуха в зону кавитации. Камера 1 снабжена патрубком 3 для подвода воды. По ходу движения воды в камере 1 расположена коноидальная воронка 4, причем к центрально расположенному отверстию узкого конца воронки 4 подведен канал 2 для подачи воздуха. В выходной зоне коноидальной воронки 4 с зазором «L» относительно торца воронки 4 расположен торцевой диск 5 для прохода воздуха в камеру 1, где воздух меняет направление движения на 90°. Рабочей зоной для прохода воды в области расположения воронки 4 являются: наружная поверхность коноидальной воронки 4 и внутренняя поверхность камеры 1. Коноидальная воронка 4 размещена в камере 1 таким образом, чтобы расширяющаяся часть воронки 4 была расположена в выходной зоне камеры 1, образуя сужающуюся в сечении кольцевую полость для прохода воды. Коноидальная воронка 4 (см. фиг. 2) может быть изготовлена из полипропилена или подобного материала. Выходная зона воронки 4 снабжена торцевым диском 5 (см. фиг. 2). Торцевой диск 5 может быть связан с коноидальной воронкой 4 посредством таких соединений, как болты, установленные таким образом, чтобы между торцом воронки 4 и диском 5 оставался просвет (зазор «L») не менее 2 мм для прохода воздуха. Причем торцевой диск 5 располагают в камере 1 с просветом от 1 до 3 мм между внутренней поверхностью камеры 1 и внешней поверхности диска 5 для прохода обработанной в реакторе воды. Зазор «L» для прохода воздуха между торцевым диском 5 и торцом коноидальной воронки 4 определяют объемом засасываемого газа, а просвет для прохода воды между внешним периметром торцевого диска 5 и внутренней поверхностью камеры 1 определяют создаваемым разряжением, не менее минус 95КПа. Выходной патрубок 6 камеры 1 предназначен для отвода обработанной воды. Коноидальная воронка 4 связана с завихрителем 7 потока воды, подаваемой на внешнюю поверхность коноидальной воронки 4. Коноидальная воронка 4 и торцевой диск 5 предназначены для создания процессов кавитации в потоке воды. Завихритель 7 воды с винтовыми лопастями 8 выходным концом связан с коноидальной воронкой 4. Продольный канал 2 для подачи воздуха расположен внутри завихрителя 7 в его центральной зоне, а выходной конец канала 2 связан с узким концом коноидальной воронки 4. На входе завихритель 7 снабжен кольцевым фланцем 9, предназначенным для примыкания к внутренней поверхности цилиндрической камеры 1. Сквозные продольные отверстия между фланцем 9 и винтовыми лопастями 8 завихрителя 7 предназначены для прохода воды.

Изобретение используют следующим образом.

Поскольку вихревой коноидальный кольцевой эжектор снабжен завихрителем 7, расположенным вплотную к входному концу коноидальной воронки 4, то воду подают к торцевой входной зоне завихрителя 7 через входной патрубок 3 под давлением от 2 до 20 атмосфер. Т.к. на входе завихритель 7 снабжен кольцевым фланцем 9 для примыкания к внутренней поверхности камеры 1, а отверстия между фланцем 9 и винтовыми лопастями 8 завихрителя 7 предназначены для прохода воды, то вода проходит через отверстия кольцевого фланца 9 и далее по каналам, образованным винтовыми лопастями 8 завихрителя 7 (см. фиг. 1). Попадая в зону действия завихрителя 7, вода приобретает спиралеобразное движение и ускорение. Переходя на внешнюю коноидальную поверхность воронки 4, вода уже имеет сформированное завихрение, растекаясь по внешней коноидальной поверхности воронки 4 в сужающейся полости, образует расширяющийся в диаметре конус, при этом ее скорость возрастает за счет уменьшения толщины кольцеобразного потока воды. Важно то, что при выходе из зоны действия завихрителя 7 на внешнюю поверхность воронки 4 вода продолжает сохранять завихрение струй относительно продольной оси камеры 1, образованных в каналах между винтовыми лопастями 8 завихрителя 7. Т.е. в этой зоне происходит закручивание отдельных струй воды, сформированных между винтовыми лопастями 8 завихрителей 7. Когда закрученный кольцеобразный поток воды, имеющий большую площадь соприкосновения, высокую скорость, приобретенную при движении по поверхности коноидальной воронки 4 в сужающейся полости камеры 1 достигает выходного конца воронки 4, формируется сплошной кольцевой вращающийся и движущийся продольно поток, происходит отрыв воды от внешней поверхности воронки 4 на ее конце. Вода далее движется свободно вдоль внутренней стенки камеры 1 в зоне просвета между торцом воронки 4 и торцевого диска 5 (зазора «L»), где образуется глубокий вакуум. В этой зоне захватывается (затягивается) газообразная среда (воздух) скоростными потоками воды, и поступающий воздух активно перемешивается с водой. Сразу за торцевым диском 5 начинаются процессы кавитации, разрушение кольцевого потока. Примеси, находящиеся в воде, подвергающиеся кавитационным процессам, что способствует ее очистке. Мощные окислительные процессы, которые происходят в камере 1 вихревого коноидального кольцевого эжектора, способствуют окислению загрязнений, а также переходу примесей солей жесткости во множественные нерастворимые кристаллы в виде взвеси. Эту взвесь можно фильтровать простыми экономичными фильтрами. Такой процесс обработки воды позволяет получать устойчивый эффект ее очистки относительно простыми средствами.

Таким образом, в вихревом коноидальном кольцевом эжекторе, вода проходит этап закручивания потока с получением стабильного закрученного динамического водяного конуса коноидальной формы в зоне расположения воронки 4, центрируя ее в потоке воды. Растет поступательная скорость движения закрученной воды при возрастании скорости ее линейного движения, кинетическая энергия достигает максимума в зоне между воронкой 4 и торцевым диском 5, а разрежение внутри воронки 4 достигает значений до минус 95 Кпа, что способствует интенсивному подкачиванию воздуха в зону скоростного движения воды, происходит интенсивное растворение газа, интенсивное окисление примесей с образованием нерастворимых фильтруемых частиц.

Экспериментальные исследования вышеописанного устройства показали, что качество полученной питьевой воды достигается без использования реагентов, при этом обеспечивается повышение качества очистки воды и спектр удаляемых загрязнений.

Устройство имеет компактную конструкцию, отличается простотой исполнения, экономичностью в работе и в обслуживании, имеет возможность безреагентной работы и отвечает всем экологическим стандартам.

Таким образом, технический результат, достигаемый с использованием заявленного изобретения, заключается в улучшении работы компактного устройства для очистки воды при повышении эффективности, производительности и качества очистки воды.

Изобретение относится к компактным устройствам для очистки воды с получением питьевой воды с улучшенными биологическими и физическими свойствами и может применяться для доочистки в системах очистки сточных вод различного происхождения, а также использоваться в медицине, пищевой промышленности, сельском хозяйстве и других областях. Вихревой коноидальный кольцевой эжектор включает цилиндрическую камеру с завихрителем и кавитатором, патрубками подачи воды и отвода воды. Кавитатор выполнен в виде коноидальной воронки, примыкающей к выходной зоне завихрителя с возможностью прохода воды в сужающейся полости, образованной внешней поверхностью воронки и внутренней поверхностью камеры. Завихритель и коноидальная воронка расположены последовательно с возможностью прямоточного движения воды. Эжектор снабжен продольным каналом для подачи воздуха во внутреннюю полость коноидальной воронки. Коноидальная воронка в выходной зоне снабжена торцевым диском, установленным с зазором относительно торцевой зоны воронки для прохода воздуха, а также с просветом относительно внутренней поверхности камеры для прохода воды по всему внешнему периметру торцевого диска. Изобретение способствует улучшению работы компактного устройства для очистки воды при повышении эффективности, производительности и качества очистки воды. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Вихревой коноидальный кольцевой эжектор, включающий цилиндрическую камеру с завихрителем и кавитатором, патрубками подачи воды и отвода воды, отличающийся тем, что кавитатор выполнен в виде коноидальной воронки, примыкающей к выходной зоне завихрителя с возможностью прохода воды в сужающейся полости, образованной внешней поверхностью воронки и внутренней поверхностью камеры, при этом завихритель и коноидальная воронка расположены последовательно с возможностью прямоточного движения воды, а эжектор снабжен продольным каналом для подачи воздуха во внутреннюю полость коноидальной воронки, причем коноидальная воронка в выходной зоне снабжена торцевым диском, установленным с зазором относительно торцевой зоны воронки для прохода воздуха, а также с просветом относительно внутренней поверхности камеры для прохода воды по всему внешнему периметру торцевого диска.

2. Вихревой коноидальный кольцевой эжектор по п. 1, отличающийся тем, что завихритель выполнен с продольным каналом для прохода воздуха, расположенным в его центральной зоне.

3. Вихревой коноидальный кольцевой эжектор по п. 2, отличающийся тем, что завихритель снабжен кольцевым фланцем во входной зоне для примыкания к внутренней поверхности камеры и фиксации.