Гидрокавитационный диспергатор

 

Использование: при смешении и диспергировании систем жидкость-жидкость, газ-жидкость, применяемых в различных отраслях народного хозяйства. Сущность изобретения: диспергатор снабжен прямолинейным участком, расположенным между диффузором и конфузором, сообщенным с источником подачи первого компонента. Рассекатель выполнен шарообразной формы, сужающейся книзу, с отверстиями и центральным каналом, сообщенным с одной стороны с отверстиями, а с другой стороны с источником подачи второго компонента. Подготовительная камера корпуса выполнена в виде конуса в вершине которого установлен кавитатор, а в нижней его части размещен рассекатель с образованием каналов между ним и корпусом. Смесительная камера выполнена тороидальной формы и сопряжена своей внутренней стороной с сужающейся частью рассекателя, а по наружной стороне со стенками корпуса. 4 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к общему машиностроению, а именно к гидродинамическим кавитационным реакторам для смешивания и диспергирования систем жидкость-жидкость, жидкость-газ.

Известны гидродинамические диспергаторы, в частности диспергатор [1] содержащий корпус с проточной камерой, с установленным внутри кавитатором, систему подвода компонентов и отвода смеси. Данная конструкция диспергатора позволяет создать в движущемся потоке при обтекании неровностей поверхности кавитационные зоны, которые не замыкаются на поверхности обтекаемого тела, а простираются далеко за его пределами. Основной технологический продукт, попадая в зону кавитации, подвергается диспергации за счет схлопывания пузырьков воздуха.

Недостатком этого диспергатора является неполное диспергирование поступающих компонентов, так как часть их не попадает в кавитационную зону и остается после прохождения через реактор в первоначальной консистенции.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является гидрокавитационный диспергатор [2] содержащий корпус, выполненный со смесительной и подготовительной камерами, кавитатор, установленный в корпусе и имеющий диффузор на выходе и конфузор на входе, который сообщен с магистралью подвода первого компонента, и рассекатель, расположенный в смесительной камере, сообщенной по крайней мере с одной магистралью отвода смеси.

Задача изобретения упрощение конструкции гидродинамического диспергатора. Техническим результатом решения задачи является достижение большей степени интенсивности перемешивания, диспергирования компонентов и получение высококачественной однородной смеси.

Технический результат достигается тем, что в гидрокавитационном диспергаторе, содержащем магистрали для подвода компонентов и отвода смеси, корпус, разделенный на подготовительную и смесительную камеры, кавитатор, установленный в корпусе на входе подготовительной камеры, выполненный в виде сопряженных диффузора и конфузора, и связанный с магистралью подвода первого компонента, и рассекатель, расположенный в смесительной камере, сообщенной с магистралью отвода смеси, при этом в кавитаторе между конфузором и диффузором выполнен прямолинейный участок, а рассекатель выполнен шарообразной формы, сужающийся книзу с центральным каналом, сообщенным с одной стороны с магистралью подвода второго компонента, а с другой с отверстиями, выполненными на рассекателе, при этом подготовительная камера выполнена по форме конуса, в вершине которого размещен кавитатор, а в нижней части рассекатель с образованием со стенками корпуса канала с переменным сечением, причем смесительная камера выполнена тороидальной формы, а отверстия рассекателя размещены ниже уровня минимального сечения канала с переменным сечением.

Кроме этого, кавитатор и рассекатель установлены в корпусе с возможностью фиксированного перемещения в продольном направлении.

Кроме того, диспергатор снабжен вентилем, а корпус выполнен с кольцевой полостью, расположенной коаксиально подготовительной камере и сообщенной с одной стороны со смесительной камерой, а с другой с магистралью отвода жидкости, в которой установлен упомянутый вентиль.

Кроме того, отверстия на рассекателе расположены в плоскости, перпендикулярной его продольной оси.

Кроме этого, часть корпуса смесительной камеры, сопряженная со стенками рассекателя, выполнена из упругого материала, охватывающего рассекатель.

На чертеже изображен гидрокавитационный диспергатор, продольный разрез.

Диспергатор содержит корпус 1, разделенный на подготовительную и смесительную камеры. Подготовительная камера 2 выполнена по форме конуса, в вершине которого установлен с возможностью фиксированного перемещения в продольном направлении посредством резьбового соединения кавитатор 3.

Кавитатор 3 имеет конфузор 4 на входе, прямолинейный участок 5 и диффузор 6 на выходе. Поверхность участка 5 сопряжена с поверхностями конфузора 4 и диффузора 6. Кавитатор 3 сообщен посредством магистрали подвода первого компонента с источником его подачи (не показан).

В нижней части подготовительной камеры 2 у основания конуса расположен рассекатель 7, установленный в корпусе 1 с возможностью фиксированного перемещения относительно продольной его оси с образованием со стенками корпуса канала 8 с переменным сечением, в котором статическое давление ниже давления в подготовительной и смесительной камерах. Рассекатель выполнен с отверстиями 9 на боковой его поверхности, ориентированными в сторону канала 8 ниже уровня минимального проходного его сечения. С другой стороны, отверстия 9 сообщены с центральным каналом 10, подключенным магистралью подвода второго компонента к источнику его подачи (не показан).

Смесительная камера 11 корпуса 1 выполнена тороидальной формы, сопряженной по внутренней стороне с сужающейся частью 12 рассекателя 7, а по наружной стороне с боковыми стенками корпуса 1 и сообщена посредством кольцевой полости 13, расположенной коаксиально камере 2, по меньшей мере с одной выходной магистралью 14. На чертеже изображен вариант с двумя магистралями 14, в каждой из которых установлен вентиль 15 для изменения давления в кольцевой полости 13.

Корпус 1 может быть выполнен из двух частей верхней и нижней, соединенных в поперечной плоскости посредством резьбового соединения (аналогично прототипу).

С целью обеспечения постоянного сопряжения поверхности тора с поверхностью сужающейся части 12 рассекателя 7 независимо от его положения часть 16 корпуса 1 смесительной камеры 11 выполнена из упругого материала, охватывающего рассекатель 7, и обеспечивает тем самым в различных режимах работы плавный переход с поверхности рассекателя на поверхность камеры 11 корпуса 1.

Гидрокавитационный диспергатор работает следующим образом.

Жидкость первого компонента (в случае системы жидкость-жидкость) от высоконапорного источника его подачи, например, насоса-дозатора, поступает по магистрали 17 подвода первого компонента в кавитатор 3 при давлении на его выходе не ниже Р 0,6 МПа и скорости истечения не менее 120 м/с. Пройдя рабочие участки кавитатора, в струйном потоке, истекающем на поверхность рассекателя 7, генерируются колебания, возбуждающие зарождение газопаровых пузырьков, которые перемещаются с потоком и одновременно с этим потоком часть из них схлопывает в камере 2. Далее поток, обтекая рассекатель 7, имеющий шарообразную форму, создает в канале 8 статическое давление ниже давления в подготовительной и смесительной камерах 2 и 11, что позволяет подавать жидкость второго компонента под более низким давлением. Это обстоятельство способствует снижению энергозатрат при использовании диспергатора.

Жидкость второго компонента поступает от источника его подачи по каналу 10 и через отверстия 9 в узкий участок канал 8 ниже уровня минимального проходного сечения канала, в котором (при статическом давлении в потоке меньше, чем давление в камерах) происходит первый этап перемешивания компонентов.

Основное перемешивание жидкостей происходит в смесительной камере. На интенсивность перемешивания существенное влияние оказывает шарообразная форма рассекателя, способствующая созданию турбулизации процесса, а также большое количество перемещающихся кавитационных пузырьков, в связи с чем в потоке появляется ударная волна, возникающая как при схлопывании пузырьков (микровзрывов), так и при ударе каждой отдельно взятой струи о стенки корпуса 1 и рассекателя 7 при схлопывании пузырьков вблизи их поверхности.

Микровзрывы приводят к повышению давления в микрообъемах до 100 МПа и температуры свыше 1000^оС.

Все это приводит к обеспечению интенсивного перемешивания компонентов, образованию системы с высоким качеством гомогенизации, диспергирования и аэрации. Значительную роль в перемешивании выполняет форма смесительной камеры, способствующая турбулизации потока и обеспечивающая тем самым перемешивание всего количества жидкости, проходящей кавитацию.

Образованная таким образом смесь поступает в кольцевую полость 13 и далее по магистрали 14 к потребителю, например, в топливную аппаратуру транспортного средства.

Интенсивность перемешивания зависит от многих параметров, а именно от противодавления, задаваемого вентилем 15 в пределах 0,01 МПа-1 МПа в смесительной камере, а также от взаимного расположения кавитатора 3 и рассекателя 7, величины проходного сечения канала 8.

Предлагаемое устройство промышленно осуществимо посредством существующих средств производства по известным технологиям.

Применение гидрокавитационного диспергатора в различных отраслях народного хозяйства позволяет получить смеси с высокой степенью гомогенизации, диспергирования и аэрации (в случае использования системы жидкость-газ). Простота конструкции значительно расширяет круг потребителей.

Формула изобретения

1. ГИДРОКАВИТАЦИОННЫЙ ДИСПЕРГАТОР, содержащий магистрали для подвода компонентов и отвода смеси, корпус, разделенный на подготовительную и смесительную камеры, кавитатор, установленный в корпусе на входе подготовительной камеры, выполненный в виде сопряженных диффузора и конфузора и связанный с магистралью подвода первого компонента, и рассекатель, расположенный в смесительной камере, сообщенной с магистралью отвода смеси, отличающийся тем, что в кавитаторе между конфузором и диффузором выполнен прямолинейный участок, а расстекатель выполнен шарообразным, сужающимся книзу, с центральным каналом, сообщенным с одной стороны с магистралью подвода второго компонента, а с другой стороны- с отверстиями, выполненными на рассекателе, при этом подготовительная камера выполнена по форме конуса, в вершине которого размещен кавитатор, а нижней части рассекатель с образованием со стенками корпуса канала с переменным сечением, причем смесительная камера выполнена тороидальной, а отверстия рассекателя размещены ниже уровня минимального проходного сечения канала с переменным сечением.

2. Диспергатор по п. 1, отличающийся тем, что кавитатор и рассекатель установлены в корпусе с возможностью фиксированного перемещения в продольном направлении.

3. Диспергатор по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен вентилем, а корпус выполнен с кольцевой полостью, расположенной коаксиально подготовительной камере и сообщенной с одной стороны со смесительной камерой, а с другой стороны с магистралью отвода жидкости, в которой установлен упомянутый вентиль.

4. Диспергатор по п. 1, отличающийся тем, что отверстия на рассекателе расположены в плоскоскости, перпендикулярной егго продольной оси.

5. Диспергатор по п. 1, отличающийся тем, что часть корпуса смесительной камеры, сопряженная со стенками рассекателя, выполнена из упругого материала, охватывающего рассекатель.

РИСУНКИ

Рисунок 1