Устройство для диспергирования материалов в жидкой среде при воздействии ультразвука

 

Изобретение относится к конструкциям устройств дпя диспергирования твердых материалов в жидкости при воздействии ультразвука и может быть исдользовано в химической промышленности для приготовления смесей, суспензий и эмульсий. Цель - повышение срока службы путем расходования части энергии кавитационных микроударов на фазовые превращения в материале излучателя (И). И выполнен из сплава на основе титана с содержанием компонентов в нем, мас.%: А1 1,6-3,0; Va 4,5-5,0; Mo 4,5-5,5. Наружный слой И после нагрева до 820 ± 10°С и закаливания в воде имеет антикавитационные свойства и содержит |3-нестабильную фазу в пределах 60-70%. Толтдину слоя d определяют по формуле: d .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я) 4 В 01 F 11 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ CCCP (21 ) 4107018/23-26 (22) 14.08.86 (46) 23.01.89. Бюл, М 3 (72) М.В.Степанова, Л.П.Чувирова, Ф.А.Бронин и Т,С.Маркиш (53) 66,063(088.8) (56) Бронин Ф.А., Чернов А,П. Удаление заусенцев и диспергирование порошковых материалов при воздействии ультразвука. — М.: Машиностроение, 1978, с. 19-21, 32-36., (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ

МАТЕРИАПОВ В ЖИДКОЙ СРЕДЕ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ УЛЬТРАЗВУКА (57) Изобретение относится к конструкциям устройств для диспергирования твердых материалов в жидкости при воздействии ультразвука и может быть использовано в химической промышленности для приготовления смесей, суспензий и эмульсий. Цель - повышение срока службы путем расходования части энергии кавитационных микроударов на фазовые превращения в материале

„,SU„» 1452572 А1 излучателя (И). И выполнен из сплава на основе титана с содержанием компонентов в нем, мас.Х: Al 1 6 3 0;

Va 4,5-5,0; Мо 4,5-5,5. Наружный слой

И после нагрева до 820 — + 10 С и закаливания в воде имеет антикавитационные свойства и содержит Р-нестабильную фазу в пределах 60-70Х, Толщину слоя и определяют по формуле: Й=

=(10-20) (p„ aü) (с с„, Б А)/($" f)j где р — плотность жидкой среды; с, с — скорости звука в жидкой сре-. де и в материале излучателя; Б †коэффициент поверхностного натяжения жидкой среды; — динамическая вязкость жидкой среды; (з — предел проч- g ности материала излучателя; А — амплитуда колебаний И; f - частота ко лебаний И. Антикавитационный слой, содержащий Р-нестабильную фазу, спо- С собствует образованию незатухающих ультразвуковых колебаний в И. Часть

И без покрытия имеет стабильную структуру горячекатаного состояния, не влияющую на затухание колебаний, ) з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

145257?

Изобретение относится к конструкциям устройств для диспергирования твердых материалов в жидкости при воздействии ультразвука и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности для приготовления различных смесей, суспенэий и эмульсий.

Целью изобретения является повьппе- 1g, ние срока службы путем расходования части энергии кавитационных микро, ударов на фаэовые превращения в материале излучателя, На фиг., 1 изображено предлагаемое устройство, продольный разрез; на фиг. 2 — график кавитационной стой: кости предлагаемого излучателя по сравнению с известным.

Устройство для диспергирования 29 содержит вертикальный корпус 1 с крьпп. кой 2, ультразвуковой излучатель 3, размещенный в нижней части корпуса

1 и выполненный из сплава на основе титана с содержанием компонентов в нем, мас.Ж: алюминий 1,6 3 0; ванадий 4,5-5,0; молибден 4,5-5,5.

Устройство содержит также преобразователь 4, соединенный с излучателем, и патрубок 5 подвода сжатого 30 газа, соединенный с корпусом.

Излучатель 3 выполнен с антикавитационным слоем, содержащим Р-нестабильную фазу в пределах 60-707. Толщину антикавитационного слоя определяют по формуле

» !(2

a=((O ) (я,(с(" Б А) )

f f где р плотность жидкой среды, с и с -скорости звука в жидкой среде и в материале излучателя соответственно;

 — коэффициент поверхностного натяжения жидкой среды, — дИнамическая вязкость жидкой среды;

Оп — предел прочности материала излучателя;

А — амплитуда колебаний излучателя; — частота колебаний излучателя.

Дпя изготовления излучателя берут сплав укаэанного состава, имеюпдй

Э3 структуру по фаэовому составу твердого раствора (, и мартенсит oL, нагревают его до температуры 820 10 С и затем закаливают в воде, В процессе закалки происходит перераспределение фаз в поверхностном антикавитационном защитном слое, который после закалки содержит j3„ -нестабильную фазу в пределах 60-70Х.

Устройство работает следующим образом.

При открытой крып(ке 2 в корпус 1 вносят смешиваемые компоненты (жидкие и твердые). Крышку 2 закрывают, через патрубок 5 в корпус 1 подают сжатый газ, обеспечивающий избыточное давление, и включают преобразователь 4.

Ультразвуковые колебания, распространяясь вверх от излучателя 3, проходят через загруженный в корпус 1 диспергируемый материал и, дойдя до стенок корпуса, отражаются от них и снова возвращаются в зону обработки.

В зоне обработки (главным образом у поверхности излучателя) ударные волны, возникающие при эахлопывании кавитационных пузырьков, разрушают частицы твердого материала (порошка).

После окончания обработки готовая суспензия сливается в специальную таРу»

В излучателе 3 при распределении в нем ультразвуковой волны не наблюдается затухания ультразвуковых колебаний, а следовательно, и снижения амплитуды колебаний. Это происходит потому, что в данном случае излучатель 3, изготовленный иэ сплава на основе титана, выполнен с наружным антикавитационным слоем, содержащим P-íåстабильную фазу, Остальная же часть излучателя имеет стабильную структу-, ру горячекатаного состояния, не влияющую на затухание ультразвуковых колебаний.

Положительный эффект при реализации изобретения достигается тем, что .при работе излучателя часть энергии кавитационных микроударов, возникающих в жидкости при распространении в ней ультразвуковых колебаний, расходуется на фаэовые превращения (распад -нестабильной фазы). Поскольку энергия кавитационных ударов воздействует на наружный, поверхностный слой излучателя, то для обеспечения долговечности излучателя достаточно обеспечить высокую кавитационную стойкость его поверхностного наружного слоя. Однако толщина этого слоя не должна быть большой, чтобы указан2572

Р-нестабильной фазы в пределах 4050% стойкость излучателя увеличивается 1,3 раза.

Преимуществом изобретения по сравнению с прототипам является значительное (в 1,5 раза) увеличение кавитационной стойкости излучателя. Это подтверждается тем, чта срок службы излучателя в установке-прототипе составляет 200 ч, а срок службы излучателя в предлагаемом устройстве 300 ч.

Формула изобретения

1. Устройство для диспергирования материалов в жидкой среде при воздействии ультразвука, содержащее вертикальный корпус с патрубком подвода

2р сжатого газа и крышкой, в нижней части которого размещен соединенный с преобразователем ультразвуковой излучатель, а т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения срока

25 службы путем расходования части энергии кавитационных микраударав на фазавые превращения в материале излучателя, излучатель выполнен из сплава на основе титана с содержанием

30 компонентов в нем, мас.%: алюминий

1,6-3,0; ванадий 4,5-5,0; молибден

4,5-5,5 и с антикавитационным защит" ным слоем, содержащим Р-нестабильную

Фазу в пределах 60-70%, 2. Устройства па п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, чта толщину антикавитационнага слоя выбирают по формуле ром щ„р 1

B= — — —--!!mal »ð где h m„ и !

1ш — потери массы в результате и кавитационного разрушения излучателя прототипа 40 и излучателя предлагаемого устройства соответственно; и 1ц — время кавитационного воздействия на излучатель прототипа и предлагаемого уст- 45 ройства соответственно.

Кавитационная стойкость излучателя прототипа принята за 1,0. Как видно из фиг. 2, кавитационная стойкость излучателя предлагаемого устройства, 5О имеюшйго антикавитационный защитный слой с содержанием 60-70% Р -нестабильной фазы, в 1,5 раза выше па сравнению с .прототипом, а при содержании где Э,„ сж H |-ò

А ля, 3 145 ный слой не влиял на затухание ультразвуковых колебаний и, следовательно, не снижал амплитуду ультразвуковых колебаний. Но при этом его толщина не должна быть малой, обеспечивая защиту неэакаленной части излучателя от кавитационного разрушения. Указанную задачу решает найденное экспериментально соотношение, связывающее толщину антикавитационного слоя с параметрами жидкости, материала излучателя и акустического поля.

В таблице даны оптимальные значения толщины поверхностного антикавитационного слоя излучателя для водной среды, рассчитанные по формуле, при наиболее широко применяемых в производственной практике значениях амплитуд колебаний и рабочей частоте. Г!ри этом значения параметров рав-Э.,,. -Э -1, ны: Pq =10 кгм; 8=72" 10 н м: с„,=

=1,5 ° 10 м с-, )=10 н с м, c =5»

° 10 м с, (зц =9 ° 10 нм; 2=2 ° 10" с

Испытания излучателей с антикавитационным слоем толщиной, указанной в таблице, показали, что срок службы предлагаемого излучателя составляет 280-300 ч вместо 200ч у известного.

Относительная кавитационная стойкость излучателя оценивается парамет— плотность жидкой среды; — скорости звука в жидкой среде и в материале излучателя; — коэффициент поверхностного натяжения жидкой среды; — динамическая вязкость жидкой среды; — предел прочности материала излучателя; — амплитуда колебаний излучателя; — частота колебаний излучате1452572

Амплитуда колебаний, мкм

Толщина поверхно стного антикавитационного слоя, мм

6 10 16 25

13-25 20-40 23-45 28-55 40-80 50-100

1452572

1,5

О

SO 55 60 65 УО 7580 О Ф 33 неся,%е

Фиг.2

Составитель Н,Федорова

Редактор И.1 1макова Техред М.Дидык Корректор М.Максимишинец

Заказ 7112/4 Тираж 548 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4