Кавитационный смеситель Советский патент 1988 года по МПК B01F7/16 

4 1С

а а ю

Об

Изобретение относится к кавита- ционньтм смесителям и позволяет интенсифицировать процесс смешения.Ка- витационный смеситель содержит корпус, в котором на обращенных одна к другой сторонах кольцевых перегоро-- док в периферийной их части вьтолне.ны кольцевые желоба, образующие между собой торообразную камеру. В центральной части перегородок выполнены углубления в форме усеченного конуса, образующие между собой полость, сообщенную с торообразной камерой. При этом крыльчатки размещены в торообразной камере, а кронштейны - в сообщенной с ней полости. То- рообразная камера выполнена с участками переменного поперечного сечения. Участки переменного сечения могут быть образованы перегородками в форме диафрагм, закрепленных на поверхности камеры, или перегородками в , форме полуколец, расположенных на поверхности камеры поочередно по разные стороны от ее оси на расстоянии друг от друга. 4 з.п. ф-лы, 8 ил. с «б (Л

по

t

Изобретение относится к области перемешивания в химической, нефтехимической и других Отраслях промьш- ленности.

Целью изобретения является интесификация процесса смещения.

На фиг,1 изображен предлагаемъй кавитадионный смеситель, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг,2; на фиг 4 - перегородки в виде диафрагм; на фиг, 5 - перегородки в форме полуколец, расположенных на по

; верхности камеры поочередно по разные jj временно являющимся средством подво20

25

35

стороны от ее оси на расстоянии друг от друга; на фиг, 6 - участки пере- MeHHtiro сечения, образованные плавно сопряженными чередующимися сужениями

и расширениями камеры; на фиг. 7 - то же, образованные сопряженными чередующимися конфузорами и диффузорами; на фиг, 8 - то же,, образованные винтообразной перегородкой, расположенной на поверхности камеры и имею- щей направление закрутки противоположное направлению вращения потока. Кавитационный смеситель содержит корпус 1 с устройствами подвода и отвода среды - патрубками 2 и 3, внут- д ри которого размещен приводной вал 4, соединенный с двигателем 5. На валу 4 установлены кронштейны 6 с кавита- торами в виде крыльчаток 7, Корпус снабжен кольцевыми перегородками В, установленными между крыльчатками. При этом патрубки 2 размещены напротив крьшьчаток. Смеситель снабжен дополнительным приводным валом 9 с кронштейнами 6 и крьшьчатками 7, установленным соосно с валом 4 с возможностью, вращения в противоположную сторону.

Вал 4 может быть вьтолнен в виде винта (не показано), а патрубки 2 установлены на корпусе тангенциально.

На обращенных друг к другу сторонах кольцевых перегородок 8 в периферийной их части вьтолнены кольцевые желоба, образующие между собой торо- образную камеру 10, а в центральной части - углубления 1 в форме усеченного конуса, образующие между собой полость 12, сообще шую с торообраз- ной камерой. Крыльчатки 7 размещены в торообразной камере 10, а кроштей- иы - в сообщенной с ней полости 12, Крыльчатки 7 снабжены размещенными снаружи конфузорами 13 и рясположе40

45

50

55

ны в узкой части последних. На валах 4 и 9 закреплены рычаги 14, размещенные в плоскости вращения кронштейнов 6 и снабженные установленными на их свободных концах телами 15 вращения с плоской лобовой поверхностью 16. Рычаги 14 снабжены средством 17 их углового перемещения в плоскости вращения, включающим тяги 18 и 19, шар- нирно соединенные с кронштейном 6 и рычагом 14, вторые концы тяг соединены со штоком 20, Второй конец привода 21 соединен с приводным валом, одно0

5

5

д

0

5

0

5

да управляющего сигнала на привод 21.

Валы 4 и 9 соединены между собой посредством конической зубчатой передачи 22, Обтекатель 23 служит для уменьшения гидравлического сопротивления .

Торообразная камера 10 выполнена с участками переменного поперечного сечения. Данные участки могут быть образованы перегородками в виде диафрагм 24, закрепленных на поверхности камеры.

Кроме того, участки переменного сечения могут быть образованы перегородками в форме полуколец 25 расположенных на поверхности камеры поочередно по разные стороны от ее оси на расстоянии друг от друга.

Участки переменного сечения могут быть образованы плавно сопряженными чередующимися сужениями и расширениями камеры.

Участки переменного сечения могут быть образованы винтообразной перегородкой 26, расположенной на поверхности камеры и имеющей направление закрутки, противоположное направлению вращения потока.

Выполнение внутренней поверхности торообразной камеры не гладкой, а с установленными в ней перегородками или профилированной оказывает тормозящее действие на находящуюся в ней жидкость, что приводит к значительному увеличению относительной скорости кавитатора и перемешиваемой жидкости. Кроме того, в торообразной камере создается пульсационный режим течения, способствующий зарождению и развитию кавитационных пузырьков. Это позволяет интенсифицировать процесс перемешивания, а также уменьшить скорость вращения кавитатора, что упрощает конструкцию и снижает энергозатраты.

Кавитационный смеситель работает следующим образом.

Смешиваемые жидкости попадают в патрубки 2, откуда жидкость попадает в корпус 1, в котором движутся крьшьчатки 7, приводимые в движение

ся за кавитаторами 7, схлопьгеаются с образованием кумулятивной микроструйки в хвостовой части каверны; микроструйки прошивают жидкость,при этом происходит смешение.

При ударе кумулятивной струйки в слой жидкости, смачивающей лобовую поверхность 16 тела 15, эффективнос

кроищтейнами 6, Скорость движения из- ю обработки увеличивается в 5-6 раз.

меняют как изменением скорости вращения двигателя 5 так, и выбором длины кронштейна 6, добиваясь такой скорости движения кавитаторов, чтобы образующиеся при их движении кольцевые камеры имели заданную длину. При поступлении смешиваемых жидкостей в камеры 10 они подвергаются воздействию кавитационных пузырьков в течение длительного времени, поскольку корпус 1 может содержать значительное количество кольцевых камер с движущимися между ними кавитаторами.

Использование в качестве кавитато ра конфузоров 13 позволяет дополнительно разгонять поток жидкости до более высоких скоростей, что обеспечивает увеличение количества кавитационных пузырьков и, как следствие, интенсификацию перемешивания, а также снижение скорости вращения кронштейнов и, как следствие, уменьшение материалоемкости.

Размещение внутри конфузора в его узкой части крьшьчатки позволяет закручивать поток, что увеличивает длину камеры. Торообразная камера 10 позволяет уменьшить проскальзывание жидкости мимо крыльчаток, что уменьшает размеры мертвых зон и при этом повышает однородность смеси. Уменьшение зазора между корпусом 1 и кавитаторами позволяет достигать кави- тационного режима при уменьшении скорости вращения кавитаторов на 35-40%

Наличие углублений 11 в форме усеченного конуса, образующих полость, сообщенную с камерой 10, позволяет уменьшить паразитный отток жидкости из объема тора; за счет сужения скорость жидкости, поступающей в объем тора, увеличивается, что улучшает процесс смешения компонентов.

Размещение рычагов 14, снабженных телами 15 вращения в плоскости вращения кронштейнов позволяет повысить эффективность использования энергии схлопывания микропузырьков, Кавита- ционные микропузырьки, образовавшие

е

1А26628

ся за кавитаторами 7, схлопьгеаются с образованием кумулятивной микроструйки в хвостовой части каверны; микроструйки прошивают жидкость,при этом происходит смешение.

При ударе кумулятивной струйки в слой жидкости, смачивающей лобовую поверхность 16 тела 15, эффективнос

0

5

0

j

5

0

0

5

причем эффективность такого воздействия в большей мере не зависит от вязкости смеси, что позволяет использовать смеситель для смешения жидкостей с вязкостью более 300 сСт.

В нижней части корпуса 1 жидкость закручивается центробежными силами в противоположную по отношению к движению жидкости в верхней части камеры 1 сторону. Применение дополнительного приводного вала 9 с противоположным направлением вращения позволяет интенсифицировать процесс смешения за счет турбулизации потока жидкости в нижней и верхней частях корпуса 1.

Подача смешиваемых жидкостей в корпус 1 через тангенциально подсоединенные патрубки 2 также позволяет уменьшить гидравлические потери,так как при этом движущиеся крыльчатки оказывают меньшее сопротивление входному потоку жидкости.

Экспериментально установлено,что интенсификация процесса кавитациоиио- го перемешивания может быть достигнута при наложении на кавитационную полость дополнительных пульсаций. Это достигается выполнением торообраз- ной камеры с участками переменного поперечного сечения. Установка перегородок в виде диафрагм изменяет величину давления при прохождении ка- витатором зоны установки перегородок, что способствует возникновению пульсаций давления, а следовательно, раэ- витию кавитационного течения и интенсифицирует процесс перемешивания. Кроме того, участки переменного аопе- речного сечения обеспечивают уменьшение раскручивания жидкости в торооб- разной камере и увеличение относительной скорости между жидкостью и кавитаторами.

Установка перегородок в виде диаф рагм, закрепленных иа поверхности то- рообразной камеры, обеспечивает колебание амплитуды пульсаций давления, что улучшает процесс перемещения.

Установка перегородок в форме полуколец, расположенных на поверхности камеры поочередно по разные стороны от ее оси на расстоянии друг от друга, обеспечивает кроме пульсаций давления возникновение вихревых зон, что улучшает перемепгавание.

Участки переменного сечения образованные плавно сопряженными чередующимися сужениями и расширениями, ;обеспечивают, кроме того, наименьшую 1 величину гидравлического сопротивле- Iния и, следовательно, меньшую мощ- |ность привода.I Участки переменного сечения, об- :разЬванные винтообразной перегород- :кой, расположенной на поверхности ;камеры и имеющей направление закрут- 1ки, противоположное направлению вра- 1щения потока, обеспечивают частич- 1ную подачу жидкости в сторону, проти ;воположную направлению вращения кронштейнов, что приводит к увеличению относительной скорости жидкости :и кавитаторов, возникновению больших Iкасательных напряжений и улучшает перемешивание. Кроме того, это поз- ;воляет увеличить кратность обработ- |ки жидкости. .

Применение изобретения позволяет интенсифицировать процесс перемешиг вания за счет создания возможности обтекания кавитатора в стесненных условиях, В этом случае весь объем жидкости взаимодействует с кавита- тором, что увеличивает полезное дей- :ствие последнего. Скорость вращения

кавитатпра, необходимая для создания кавитационного режима течения, существенно снижается, что упрЪщает кон- струкцию и снижает энергозатраты.

Формула изобретения

авт.св. № 1369780, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса смешения, торооб- разная камера выполнена с участками переменного поперечного сечения.

А, Смеситель по п.1, отличающийся тем, что, участки переменного сечения образованы плавно сопряженными чередующимися сужениями и расширениями камеры,

5, Смеситель поп,1, отличающийся тем, что участки переменного сечения образованы винтообразной перегородкой, расположенной на поверхности камеры и имеющей направление закрутки, противоположное направлению вращения потока.

(fJUS. /

(pu.l

6-6

13

фие.З

24

iO

(pUQ.

25

. tpus.6

ft

Я

10

26.