Кавитационный смеситель

Авторы патента:

БЕСКОРОВАЙНЫЙ АНАТОЛИЙ ГРИГОРЬЕВИЧ

ФЕДОТКИН ИГОРЬ МИХАЙЛОВИЧ

НЕМЧИН АЛЕКСАНДР ФЕДОРОВИЧ

КЛЯВЛИН ВАЛЕРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ПИЩЕНКО ЛЕОНИД ИВАНОВИЧ

п11827I 38

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 19.06.79 (21) 2781895/23-26 с присоединением заявки № (51) М. К .

В 01F 7/04

В 01F 11/02 (43) Опубликовано 07.05.81. Бюллетень № 17 (45) Дата опубликования описания 07.05.81 (53) УДК 66.063 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения мур +c, ф,, ищ,10-летии, ТАМГ

"4 /

А. Г. Бескоровайный, И. М. Федоткин, А. Ф.

В. В. Клявлин и Л. И. Пищенко

Киевский ордена Ленина политехнический инстит

Великой Октябрьской социалистической рев (71) Заявитель (54) КАВИТ.АЦИОННЫЙ СМЕСИТЕЛЬ

Государстееииый комитет (23) П

23 Приоритет

Изобретение относится, "тройствам для перемешивания и мож,:* ыть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известен кавитационный смеситель-растворитель, содержащий корпус и вал с закрепленными на нем лопастями, имеющими в сечении форму трапеции с острыми боковыми кромками. Лопасти служат кавитаторами (1).

Однако в таком смесителе степень гомогенизации и диспергирования хотя и выше, чем в обычных лопастных смесителях, но для смешения трудносмешиваемых жидкостей недостаточна. Вследствие небольшого количества образующихся при смыкании каверн кавитационных микропузырьков, играющих основную роль для микрокинетического воздействия и недостаточной интенсивности макротурбулентных вихрей.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является кавитационный смеситель, содержащий корпус с патрубками подачи компонентов и устройство для перемешивания, выполненное в виде вала с закрепленными на нем лопастями, которые имеют суперкавитирующий профиль и выходящие каналы с отверстиями на торцах лопастей. Подмешиваемое вещество подается по каналам с протоками, расположенными в задних кромках лопастей в каверны, а именно в область их замыкания, где и производит кавитационное воздействие с одновременным смешиванием за счет микро- и макротурбулентных вихрей большой интенсивности (2).

Недостатками такого устройства является то, что подача подмешиваемого вещества ограничена сечением задней кромки ло1О пасти и принципиально не может быть увеличена, а раскручивающие поток лопасти находятся в зоне интенсивного кавитационного воздействия, что приводит к быстрому их разрушению, кроме того, происходит га15 шение свободных турбулентных микровихрей. Чем больше размеры каверн и чем больше их нестационарность, тем больше образуется кавитационных микропузырьков и тем интенсивнее происходят процессы

20 смешения.

Однако размеры каверн ограничены габаритами смесителя и удельными энергетическими затратами на их образование.

Целью изобретения является уменьшение

25 удельных энергетических затрат на смешение, а также увеличение степени гомогенизации и диспергирования путем кавитации и пульсаций.

Поставленная цель достигается тем, что

30 приводной вал снабжен колебательным

827138

Зо

60 устройством, а перемешивающее устройство снабжено жестко закрепленным на концах лопасти цилиндром, при этом корпус выполнен с кольцевой щелью, расположенной за лопастями. Кроме того, приводной вал выполнен разрезным.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого кавитационного смесителя; на фиг. 2 вЂ” схема обтекания суперкавитирующего профиля лопасти при продольных колебаниях вала в сечении.

Смеситель состоит из корпуса 1, патрубка 2 подачи основного технологического продукта, патрубков 3 подачи подмешиваемых веществ, разрезанного вала 4 с колебательным устройством 5.

На валу 4 укреплено лопастное колесо с лопастями 6 суперкавитирующего профиля.

Лопасти 6 охвачены снаружи цилиндром

7, расположенным в цилиндрической проточной части 8 непосредственно перед кольцевой щелью 9 в корпусе 1, охваченной снаружи коллектором 10 для подмешиваемых веществ.

Работает кавитационный смеситель следующим образом.

При вращении вал 4 колеблется вдоль своей оси с частотой, кратной его оборотам, при помощи колебательного устройства 5.

При этом за лопастями 6 суперкавитирующего профиля образуются каверны, в полости которых через кольцевую щель 9 в корпусе 1 из коллектора 10 по патрубкам 3 подается подмешиваемое вещество. Основной поток подается через патрубок 2 корпуса 1. Причем при продольном движении вала 4 навстречу основному потоку осевая скорость относительно лопастей, как показано на фиг. 2, увеличивается на Л1 О, а угол атаки лопастей а уменьшается на Ла и, следовательно, размеры каверны уменьшаются, при движении вала в обратную сторону угол атаки увеличивается и размеры каверн также -увеличиваются. Кроме того, при движении вала 4 навстречу потоку цилиндр 7 открывает кольцевую щель 9, увеличивая подачу подмешиваемого вещества, а при движении в обратную сторону перекрывает кольцевую щель, уменьшая или прекращая совсем подачу подмешиваемого вещества. Порция подмешиваемого вещества, поступившего в каверну быстро попадает в зону замыкания, которая находится на небольшом расстоянии от щели (когда щель открыта полностью, угол атаки наименьший и каверна небольшая).

В зоне смыкания каверны происходит интенсивное макросмешение за счет вихревых пелен, образующихся за любыми лопастными мешалками, и микрокинетическое смешение за счет интенсивных микровихрей, образующихся при схлопывании с кумулятивными микроструйками кавитационных пузырьков, При движении вала назад и увеличении размеров каверны количество кавитационных пузырьков увеличивается, процесс смешения интенсифицируется вследствие турбулизации основного и подмешиваемого потоков за счет пульсаций. Основной поток пульсирует за счет изменения размера каверн, а следовательно, проходного гидравлического сечения, а подмешиваемый из-за полного или частичного перекрытия кольцевой щели 9 цилиндром 7.

Причем, если частота колебаний вала, а следовательно, и лопастей суперкавитирующего профиля совпадает с собственной частотой колебаний каверны, затраты энергии на создание каверн определенных размеров снижаются в 1,3 вЂ” 1,5 раза по сравнению со стационарным режимом за счет уменьшения кавитационного сопротивления, причем одновременно увеличивается количество кавитационных пузырьков.

Создаваемый пульсирующий режим развитой кавитации позволяет не только интенсифицировать процессы смешения, но и снизить удельные энергетические затраты на смешение при сохранении высокой степени гомогенизации и диспергирования.

Положительный эффект от использования предлагаемого кавитационного смесителя выразится в значительной интенсификации процесса смешения за счет пульсационного и кавитационного воздействия на смешиваемые вещества, а также в снижении удельных энергетических затрат за счет работы в режиме резонансно с собственной частотой колебаний каверн.

Формула изобретения

1. Кавитационный смеситель, содержащий корпус с патрубками подачи компонентов и устройство для перемешивания, выполненное в виде вала с закрепленными на нем лопастями, имеющими суперкавитирующий профиль, отличающийся тем, что, с целью уменьшения удельных энергетических затрат и увеличения степени гомогенизации и диспергирования за счет кавитации и пульсации, приводной вал снабжен колебательным устройством, а перемешивающее устройство снабжено жестко закрепленным на концах лопастей цилиндром, при этом корпус выполнен с кольцевой щелью, расположенной за лопастями.

2. Смеситель по п, 1, отличающийся тем, что приводной вал выполнен разрезным.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 593724, кл. В 01F 7/04, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР № 551998, кл. D 21С 9/10, 1975 (прототип).

827138

Фааю осюДуого лоофлх о г емко

Ькгоо" ожто

Фиг. 1 о о о о ь оо.о о о о о ьь о о о ь

О О о о. ьь 0 ьо о о о

0 0 о ь о о о О

О о оо ь

Составитель Н. Лебедева