Кавитационный смеситель

 

Изобретение относится к кавитационным смесителям и предназначено для использования в нефтехимической, целлюлознобумажной промышленности. Целью изобретения является интенсификация процесса перемешивания за счет повышения эффективности кавитационной обработки. Это достигается тем, что по крайней мере один стержень 5 снабжен лопатками 6, укрепленными на его боковой поверхности. Лопатки 6 расположены на соседних стержнях по разные стороны от оси симметрии корпуса, а углы установки лопаток, расположенных на соседних стержнях, выполнены разнонаправленными . Наружная поверхность стержней выполнена с винтообразными каналами, направление которых по разные стороны от лопаток и на соседних стержнях противоположно . 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 01 F 5 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4386083/26 (22) 29.02.88 (46) 15.01.91. Бюл. № 2 (75) Л. И. Пищенко и Н. Г. Килимник (53) 66.063 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1377317, кл. D 21 В 1/36, 1985. (54) КАВ ИТАЦИОН НЫЙ СМЕСИТЕЛ Ь (57) Изобретение относится к кавитационным смесителям и предназначено для использования в нефтехимической, целлюлознобумажной промышленHîñòи. Целью изобретения является интенсификация процесса

ÄÄSUÄÄ 1620121 A 1

2 перемешивания за счет повышения эффективности кавитационной обработки. Это достигается тем, что по крайней мере один стержень 5 снабжен лопатками 6, укрепленными на его боковой поверхности. Лопатки 6 расположены на соседних стержнях по разные стороны от оси симметрии корпуса, а углы установки лопаток, расположенных на соседних стержнях, выполнены разнонаправленными. Наружная поверхность стержней выполнена с винтообразными каналами, направление которых по разные стороны от лопаток и на соседних стержнях противоположно. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

162012!

Изобретение относится к кавитационным смесителям и предназначено для использования в нефтехимической, целлюлознобумажной промышленности.

Цель изобретения — интенсификация процесса перемешивания путем повышения эффективности кавитационной обработки.

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый смеситель, поперечный разрез; на фиг. 2 — то же, с дополнительными лопатками; на фиг. 3 — профиль лопатки; на фиг. 4 — разрез А-А на фиг. 1.

Смеситель содержит корпус 1, включающий в себя конфузор 2 и диффузор 3, соединенные между собой проточным участком

4, в котором установлены с возможностью врац!ения кавитаторы в виде многогранных стержней 5, продольные оси которых параллельны и расположены в плоскости поперечного сечения корпуса.

Стержни снабжены лопатками 6, укрепленными на его боковой поверхности. При этом наружная поверхность стержней выполнена с винтообразными каналами 7, направление которых по разные стороны от лопаток и на соседних стержнях противополож но.

Лопатки 6 могут быть расположены на соседних стержнях по разные стороны от оси симметрии корпуса на одинаковом расстоянии от нее (фиг. 1). При этом лопатки, расположенные на соседних стержнях, наклонены в противоположные стороны.

Стержни могут быть снабжены дополнительными лопатками 8, соосно расположенными на соседних стержнях симметрично основным лопаткам относительно оси симметрии корпуса. При этом основные 6 и дополнительные 8 лопатки на стержне наклонены в противоположные стороны. Лопатки выполнены клинообразной формы с острой передней кромкой, направленной навстречу набегающему потоку.

Снабжение стержней лопатками позволяет приводить во вращение стержень за счет энергии потока. Такое решение позволяет исключить привод и снизить затраты энергии на вращение стержней. Новым в таком решении также является возникновение самоуправления скоростью вращения стержней.

При увеличении скорости потока увеличиваются размеры каверны и при достижении определенных размеров, когда ширина каверны равна ширине корпуса, происходит запирание кавитационного смесителя. При этом повышение давления на входе в смеситель роста расхода жидкости через него не происходит, т. е. наблюдается стабилизация расхода. Стабильному расходу ссютветствует стабильная скорость вращения стержней.

Зная скорость вращения стержня и необходимую частоту пульсаций, создаваемую при вращении стержней, можно определить количество выступов на стержне (количество

55 граней стержня). Таким образом, это позволяет спроектировать кавитационный смеситель с наивысшей интенсивностью кавитационной обработки, которая достигается и поддерживается независимо от внешних факторов (т. е. достигается эффект саморегулирования, что, как известно от теории автоматического управления, обеспечивает наиболее устойчивое состояние объекта, к чему стремятся все разработчики).

Введение в движение лопаток, закрепленных на соседних стержнях, позволяет синхронизировать вращение стержней. Небольшое смещение лопаток одна относительно другой и установка их под разнонаправленными углами позволяет достигнуть создания циркуляции жидкости вокруг лопаток, при этом часть потока отбрасывается к боковым стенкам корйуса и во внутренней части его образуется зона пониженного давления, что значительно облегчает энергозатраты на достижение кавитационного режима течения. Выполнение винтообразной поверхности стержня усиливает этот процесс.

Установка дополнительных лопаток резко увеличивает интенсивность циркуляции жидкости и обеспечивает в точке между лопатками зарождение зоны существенного снижения давления и развития интенсивной кавитационной области. Суммарная каверна имеет ярко выраженный пик, расположенный вдоль оси корпуса, по боковой поверхности которой расположена несколько более короткая основная каверна. Макровихри, создаваемые системой лопаток, осуществляют смешение частей каверн, что увеличивает ее нестационарность, происходит дробление кавитационных микропузырьков, рост их количества, что увеличивает интенсивность смешения.

Выполнение лопаток клинообразной формы обеспечивает развитой режим кавитации, когда зарождение, кавитационного пузырька происходит на лопатке, а его рост и охлопывание в потоке жидкости — за лопаткой.

Кавитационный смеситель работает следующим образом.

Смешиваемые компоненты подают через конфузор 2 со скоростью 1 — 2 м/с в проточную часть 4, где поток увеличивает скорость до 5 — 8 м/с. Проходя через кавитаторы в виде стержней 5, поток повышает свою скорость и снижает давление. При достижении давления насыщенных паров жидкость вскипает с образованием микропузырьков, образующих каверну. При попадании в зону повышенного давления пузырьки смыкаются с образованием кумулятивных микроструй со скоростью 10 м/с и ударными давлениями до 10 атм, которые обеспечивают размалывающее и диспергирующее воздействие.

При вращении стержней 5 наступает пульсационный режим течения, обеспечивающий дальнейшую интенсификацию процесса

1620121

Формула изобретения

55 смешения. Вращение стержня 5 осуществляется за счет взаимодействия потока жидкости с лопатками 6. Воздействуя на лопатки 6, поток поворачивает их и одновременно поворачивает стержень 5, приводя его во вращение. Использование энергии кавитационного воздействия может быть существенно усилено созданием дополнительных пульсаций в каверне.

Если амплитуда силы, периодически действующей на колебательную систему, постоянна, то вынужденные колебания будут незатухающими. В случае, когда частоты вынужденных колебаний совпадают с собственной частотой колебаний системы, наступает явление разонанса. Амплитуда колебаний при этом достигает максимального значения.

Существует собственная частота пульсаций каверны. В этом случае на кавитационное воздействие накладываются пульсационные колебания, что позволяет повысить интенсивность перемешивания при простоте и надежности конструкции. Выполнение устройства, обеспечивающего пульсацию кавитационных полей, просто и надежно, причем устройство позволяет достигать высоких частот пульсации кавитационного поля и при достижении частоты, равной частоте собственных колебаний каверны, достигать режима резонансных колебаний, получая высокую эффективность кавитационной обработки.

При достижении ширины каверны размеров корпуса, происходит запирание смесителя, при этом расход жидкости через смеситель стабилизируется и, как следствие, стабилизируется частота вращения стержня 5, при этом также стабилизируется частота создаваемых пульсаций.

Лучшие результаты достигаются в случае одновременного снабжения стержня 5 лопатками 6. При стабилизации частоты вращения стержней 5 и, выполняя необходимое количество граней на стержнях 5, добиваются заданной частоты пульсации. В этом случае, также взаимно ориентируя грани стержней (что может быть достигнуто смещением точки крепления лопаток), добиваются необходимой амплитуды пульсаций.

Пример лучшего исполнения приведен на фиг. 1: поворот лопастей создает дополнительную циркуляцию жидкости в области установки лопастей, при этом в зоне между лопастями создается зона пониженного давления, что облегчает наступление кавитации и снижает энергозатраты на ее поддержание.

При выполнении на стержнях 5 винтообразных каналов значительно увеличивается циркуляция жидкости вокруг стержней 5 и при этом по оси корпуса продолжает снижаться давление, что интенсифицирует образование каверны и снижает энергозатраты на ее образование. Винтообразные каналы заполняются путем выполнения многозаходной резьбы прямоугольной формы. Наилучшие результаты получены при выполнении резьбы на стержне многоугольной формы, что позволяет сохранить на достаточно высоком уровне интенсивность пульсаций при встрече вершин стержней. При этом точка встреч вершин стержней колеблется, что вносит допол нительные пульса ци и, интенсифицирующие процесс.

Установка дополнительных лопаток 8 является примером наилучшего исполнения, при этом особо четко формируется центральная каверна, возникают циркуляционные потоки при взаимодействии центральной каверны и каверн, образованных за стержнями 5, происходит их взаимное проникновение и взаимодействие, повышающее однородность получаемой смеси. Выполнение лопаток клинообразной формы с острой кромкой снижает величину лобового сопротивления лопаток и обеспечивает отсутствие их эрозии.

В сравнении с прототипом изобретение позволяет в 1,5 — 2 раза повысить интенсивность смешения путем наложения на кавитационный режим течения дополнительных пульсаций, что обеспечивает интенсивность процесса смешения.

1. Кавитационный смеситель, содержащий корпус, включающий конфузор и диффузор, соединенные между собой проточным участком, в котором установлены с возможностью вращения кавитаторы в виде многогранных стержней, продольные оси которых параллельны и расположены в плоскости поперечного сечения корпуса, отличающийся тем,, что, с целью интенсификации процесса перемешивания за счет повышения эффективности кавитационной обработки, по крайней мере один стержень снабжен лопатками, укрепленными на его боковой поверхности, при этом наружная поверхность стержней выполнена с винтообразными каналами, направление которых по разные стороны от лопаток и на соседних стержнях противополож но.

2. Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что лопатки расположены на соседних стержнях по разные стороны от оси симметрии корпуса на одинаковом расстоянии от нее, при этом лопатки, расположенные на соседних стержнях, наклонены в противоположные стороны.

3. Смеситель по и. 1, отличающийся тем, что стержни снабжены дополнительными лопатками, соосно расположенными на соседних стержнях симметрично основным лопаткам относительно оси симметрии корпуса, при этом основные и дополнительные лопатки на стержне наклонены в противоположные стороны.

1620121

Составитель Н. Федорова

Реда ктор С. Л псина Техред А. Кравчук Корректор Т. Малец

Заказ 4204 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1! 3035, Москва, >K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 1О!

4. Смеситель, отличающийся тем, что лопатки выполнены клинообразной формы с острой передней кромкой, направленной навстречу набегающему потоку.