Способ приготовления питательного раствора и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК B01F11/00 

Иаобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к получению питательного раствора смешиванием концентрированных растворов удобрений с водой при выращивании растений преимущественно в сооружениях защищенного грунта, и может быть использован в других отраслях при смешивании водных растворов. ; Известен способ Ј| приготовления питательного раствора, включающий подачу под давлением концентрированных компонентов, смешивание их в турбулентном потоке с водой и нагнетание их в распределительную сеть.

Также известно устройство, реали- .::зую|цее данный способ, содержащее камеру для смешивания, снабжающую отдельными подводами для воды и концентрированных растворов, эжекторы вентури для нагнетания концентрированных растворов, создающие разрежение для всасывания их в трубопровод подачи растворов, а также электромагнитные клапаны, установленные в соответствующем канале подачи концентрированных компонентов для пропуска их через эжекторы. Кроме того, выход камеры для смешивания связан посредством трубопровода через нагнетательсо

0Ј

ел

N

СП

ный насос с распределительной сме- сью.

Недостаток известного способа и . устройства заключается в возможном изменении состава со временем работы системы дозирования ввиду того, что в ней используются эжекторы вентури, принцип работы которых основан на процессе эжекции, заключающемся в передаче кинематической энергии одного потока другому потоку путем непосредственного контакта (смешения). При работе эжекторов образуется ри рабочей камеры.зона покоя, где происходит осаждение из растворов (концентрация 10% и более) минеральных удобрений, вследствие чего меняются параметры самого устройства. Недостатком устройства является гро- моздкость системы подачи компонентов, ввиду того, что подача каждого компонента происходит через многоступенчатое звено (электромагнитные клапаны, эжекторы, отличающиеся высокой стой- мостью), что в свою очередь снижает надежность работы системы.

Известен способ (выбранный в качестве прототипа) приготовления растворов в вибрационном смесителе 2, заключающийся.в подаче растворов в смесительную камеру самотеком либо под давлением, смешивание под вибрационным воздействием и последовательную подачу готовой смеси в распреде- лительную сеть.

Известен также вибрационный смеситель, выбранный в качестве прототипа заявляемого устройства, содержащий корпус с подводом для залива ком- понентов и слива смеси вибровозбудителя, смонтированного в корпусе, соединенного шнековым валом для подачи вибрации на жидкость.

Недостаток известного способа и устройства заключается в том, что они не могут обеспечивать высокое качество смешивания при работе в непрерывном режиме (необходимое условие при организации полива) за счет того, что часть раствора проходит вдоль стенок корпуса, не захватывается в зону смешивания шнеком. Таким образом, известный способ и устройство для приготовления растворов имеют ограниченную сферу использования.

Цель изобретения - повышение качества смешивания растворов и расширение функциональных возможностей.

-

5

5 n

5

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе приготовления раствора (питательного), включающем подачу концентрированных растворов и воды в камеру, вибрационное их смешивание и нагнетание их смеси в распределительную сеть, подачу концентрированных растворов и воды и смешивание осуществляют в предварительно разреженную камеру.

Поставленная цель достигается также тем, что в известном устройстве, включающем, смеситель, в корпусе которого установлен вибровозбудитель, на входы смесителя подсоединены трубопроводы для подачи соответствующих растворов и отверстия для. воды, а выход соединен с распределительной сетью, корпус смесителя образует . две разные по объему камеры,.в дне ; меньшей по объему камеры выполнены .,. отверстия для трубопроводов и подачи воды, над которыми установлен всасывающий клапан, а верхняя часть данной камеры сообщена с большей по объему камерой, в которой размещен вибровозбудитель (рабочий орган), выполненный в виде диска, закрепленного на стержне, установленного с возможностью перекрытия объема Меньшей камеры, а трубопроводы сообщены с емкостями для соответствующих раство- ров.. ,

Подача растворов в предварительно ; разреженную камеру с последующим виб рационным смешиванием позволяет обеспечить качественное смешивание. Физическая суть данного способа следующая: вибровозбудитель, совершая возвратно-поступательное движение с высокой частотой (в дальнейшем вибрационное) , создает такое же движение жидкости. Разрежени.е создается в первом полупериоде при движении диска в одну сторону, во втором полупериоде находится камера под давлением при движении диска в обратную сторону. На втором полупериоде для создания направленного движения жидкости закрывается под действием давления клапан, находящийся над всасывающим отверстием. При первом полупериоде жидкость поступает в камеру через отверстие и открытый клапан за счет разрежения. Кроме того, частота вибрации „00 должна быть приблизительно равна резонансовой частоте ьОре системы камера-жидкость. Выполнение этого условия основывается на создании разрежения в камере за счет использования .инерционных свойств жидкоси.,

Одновременно с нагнетанием производится смешивание растворов и воды при вибрационном движении диска с ,..-- некоторой частотой и амплитудой, при этом край диска придает жидкости турбулентное завихрение Как уже сказа-, но, при частоте колебаний со ре ускорение диска может достигать такой величины, когда жидкость начинает отрываться от диска за счет своих инерционных свойств. Высокое качество смешивания достигается с помощью двух физических явлений:

а) интенсивный турбулентный обмен в области края диска и характеризуется:

18

Rg

V-1 1

где V 1

I

скорость движения диска;

радиус сгиба края диска;

кинематический коэффициент

вязкости жидктсти.

Можно полагать, что изменение скорости диска подчиняется синусоидальному закону и мгновенное значение скорое- ти может быть достаточно высоким,

б) при возможном отрыве жидкости в районе диска наблюдается явление кавитации, которое представляет собой микровзрывы внутри жидкости за счет возникновения и исчезновения пузырьков воздуха.

Известно, что здесь скорость молекул жидкости достигает очень больших величин, что несомненно положительно действует на процесс смешивания. Указанные физические явления влияют гораздо интенсивнее на процесс турбулентного обмена, чем при организации турбулентного движения посредством неподвижных гидравлических элементов (например, препятствий в трубопроводе).

Жидкость, проходящая в нижнюю камеру через клапан корпуса, предварительно приводится в турбулентное движение за счет внезапного расширения потока и под действием движения клапана, который своим перемещением доУ полнительно способствует завихрению, это характеризует первую ступень перемешивания. Жидкость, предварительно перемешанная, проходя в верхнюю „

,

10

15

20

25

;: камеру, которая больше по диамет1 ру, чем первая, подвергается основному воздействию вибрации на жидкость, описанному выше. Два этапа смешивания явно влияют положительно на качество (гомогенность) смеси.

Сравнение технического решения с прототипом позволяет установить соот- Ствие его критерию новизны. При изу-, чении других известных технических решений в данной области такие признаки, как для способа подача компонентов в разреженную камеру с вибрационным смешиванием и нагнетанием в сеть, не были выявлены, поэтому они обеспечивают к заявляемому техническому решению соответствие критерию существенных отличий.. ..

Осуществление заявляемого способа1 поясняется с помощью устройства представленного на фиг. 1 - 3. i

На фиг. 1 представлена общая схема устройства; на фиг. 2 - вид смесителя в разрезе; на фиг. 3 сечение А-А на фиг. 2.;

Пример. Использованы.следую-: щие растворы для нагнетания с кой- . центрацией

раствор А - состав Ca(N03)2 и ра-: створы с соотношением 1:1 между удобрениями J.

раствор В - состав К2Р05 и KMg с соотношением 2:1 между удобрениями соответственно.

Расходы растворов А и В составили. 3 л каждого, через насадки диаметром 1,1 мм и длиной трубопровода ,5-м.

Способ осуществляется посредством устройства.

Устройство включает смеситель 1, установленный в емкости 2 с водой и связанный трубопроводами 3, в своей 45 нижней части с емкостями 5, 6 для . концентрированных растворов А и В 1. Корпус смесителя 1 подвешен упруго на опоре 7, а также имеет на выходе трубопровод 8 подачи смеси в распре- 50 делительную сеть. Корпус смесителя 1 образует две разные по объему каме-. ры (нижнюю и верхнюю) 9, 10, сообщающихся между собой.В дне 11 нижней, меньшей по объему камеры 9 выполнены 55 отверстия 12, 13, которые через соответствующие насадки И, 15 подсоеди- . нены к трубопроводам 3, , а также ряд отверстий 1б для подачи воды. Камера 9 на входе снабжена всасываю.

30

35

40

щим клапаном 17. Внутри верхней, большей по объему камеры 10 размещен диск 18, установленный с возможное- тью перекрытия нижней камеры 9 и при- соединен к электродвигателю (не показано) .

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

В исходном срстоянии в емкости 2 залита вода и в емкости 5 и 6 растворы А и В. Исходное положение диска - верхнее. Предполагаем, что устройство находится в рабочем режиме, когда трубопроводы 3, заполнены раство- рами и в камере 9 находится смесь растворов и воды.

При движении вниз диск 8 создает давление в камере 9. При этом закрывается клапан 17 и выдавливается часть уже предварительно смешанной жидкости между диском 18 и стенкой камеры вверх из нижней камеры 9 в верхнюю камеру 10. Жидкость подвергается турбулентному движению, и возни- кает кавит.ационное явление вблизи краев диска 18, на чем основывается принцип смешивания.

При движейии диска 18 вверх создается разрежение в камере 9, откры- вается клапан 17, начинается всасывание воды и растворов через соответствующие отверстия 16, 12, 13. При этом поступающая вода и раствор в камеру 9 встречают резкое расширение потока в области клапана 17, что приводит также жидкость в турбулентное движение. Образованию разрежения в камере 9 способствует инерция массы воды, которая выдавливает воду вверх из ка- меры 9 в-момент открытия клапана 17. Конечный раствор получили с концентрацией 0,1%, при этом растворы А и В дозировались в равном количестве. Общая производительность насоса сое- тавляла 0,6 м3/ч х давление 2 атм в сеть капельного полива. Качество смешивания проверили с помощью крашеных растворов, при этом струя,выходящая из устройства, была гомогенная. I

Кроме того, при подводе определенного расхода воздуха в трубопровод, например раствора А, воздух полностью диспергировался в жидкости. По этому свойству визуально определили качество смешиваемого раствора, кроме того это дает возможность использовать данный способ для подачи и растворения углекислого газа в растворе для локальной подкормки растений. Таким образом, предлагаемый способ и устройство, его реализующее, обес- - печивают качественное смешивание трудносмешиваемых компонентов с образованием гомогенной смеси, а также растворимых компонентов, например углекислого газа, что расширяет возможности использования данного способа.

Формула изобретения

1. Способ приготовления питательного раствора, включающий подачу концентрированных растворов и воды в камеру, их вибрационное смешивание и ,- отвод смеси в распределительную сеть, отличающи -Й. -с я тем, что, с целью повышения эффективности, сме- ; шивание осуществляют в предварительно разреженной камере.

2. Устройство для приготовления питательного раствора, содержащее смеситель, трубопроводы подачи раст- воров и воды и отвода готовой смеси, / рабочий орган установленный в смесителе, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности процесса смешивания, устройство снабжено виброприводом, корпус смесителя выполнен в виде двух разных по объему и сообщенных между собой в вертикальной плоскости смесительной и всасывающей камер, последняя снабжена клапаном, установленным в ее дне, а рабочий орган выполнен в виде диска, закрепленного на стержне, причем диаметр диска больше диаметра всасывающий камеры, а стержень соединен с виброприводом..

8

/ fi/jffc/7ped-ce/7 t

4

Сущность изобретения: концентрированные растворы и воду подают при атмосферном давлении в предварительно разреженную камеру, причем вибрационные смешивание осуществляют с оДно временным нагнетанием смеси в расп рё- jделительную сеть. В корпусе 1 смесителя установлен вибровозбудитель. На входы смесителя подсоединены трубо-v. проводы 3 и Ц для подачи соответст-- вующих растворов и воды, а выход соединен с распределительной сетью. Новое в устройстве то, что корпус смесителя 1 образует две разные по объе му камеры 9, Ю, в дне меньшей4 по объему камеры 9 выполнены отверстия для трубопроводов и отверстия для ; подачи воды,- над которыми установле- ны всасывающий клапан 17, а верхняя часть данной камеры сообщена с большей по объему камерой , в которой размещен вибровозбудитель 18, выполненный в виде поршня-клапана и установленный с возможностью перекрытия меньшей по объему камеры. 2 с.п. ф-лы, 3 ил. (Л С

VРедактор 3.Корина

Составитель В.Судаченко

Техред М.Моргентал Корректор С.Пекарь

Фиг/

(Риг3