Ультразвуковой смеситель-гомогенизатор рабочих растворов

Полезная модель относится к устройствам и способам для смешивания, перемешивания и гомогенизации материалов независимо от области их применения, например, в приготовлении рабочих растворов жидких комплексных удобрений или пестицидов в сельском хозяйстве.
Известен вихревой гидродинамический эмульгатор, содержащий корпус с входными и выходными патрубками и с размещенным в нем завихрителем. Корпус выполнен в виде двух усеченных конусов с вершинами, направленными навстречу друг другу, соединенных цилиндрической частью, профиль центрального канала имеет соответственно последовательное сужение, горловину и расширение, перед сужающейся частью установлен завихритель с втулкой, имеющей центральный канал и оканчивающейся конусом, а за расширяющейся частью канала установлена перфорированная диафрагма. Перфорированная диафрагма снабжена радиальным каналом, оканчивающимся центрально расположенным отверстием, направленным навстречу завихрителю. Завихритель и перфорированная диафрагма установлены с возможностью осевого перемещения (Патент на изобретение, №2091144 RU, опубл. 27.09.1997 г.).
Недостатком указанного вихревого гидродинамического эмульгатора является невозможность обеспечения качества смешивания, в частности, степени однородности многокомпонентных растворов из трудносмешиваемых между собой компонентов.
Известен смеситель-гомогенизатор, содержащий цилиндрический корпус с патрубками входа и выхода рабочей среды и размещенные в корпусе по ходу движения рабочей среды насадку с сопловыми каналами и смесительную камеру с диспергатором (DE, №2634496 С2, 1985 г.).
Диспергатор в известном смесителе-гомогенизаторе выполнен в виде профилированной пластины и установлен по оси смесительной камеры.
Недостатком указанного технического решения является недостаточно полное смешение рабочей среды из-за низкой степени диспергирования.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является гомогенизатор топливовоздушной смеси для инжекторного двигателя внутреннего сгорания, содержащий впускной коллектор с выходными отверстиями и инжекторы топлива, введенные через дополнительные отверстия внутрь впускного коллектора. Гомогенизатор выполнен в виде вихревого смесителя компонентов топливной смеси, конструктивно совмещенного с впускным коллектором посредством его размещения внутри выходного отверстия впускного коллектора и плотного консольного закрепления части внешнего цилиндрического корпуса этого смесителя внутри него. Наружная поверхность цилиндра этого вихревого смесителя имеет сквозную проточку от консоли по всей длине вихревого смесителя с диаметром проточки, меньшим диаметра внутреннего отверстия этого коллектора на величину, достаточную для образования цилиндрической полуоткрытой смесительной камеры между ней и внутренней поверхностью впускного коллектора. Внутренняя поверхность этого вихревого смесителя выполнена в виде модернизированного сопла Лаваля с двумя усеченными конусами, развернутыми малыми отверстиями друг к другу и цилиндрической проточкой между ними, в которой по периметру ее боковой поверхности размещены наклонные отверстия в корпусе этого смесителя, тангенциально соединяющие через равные углы эту внутреннюю цилиндрическую полость в сопле Лаваля со упомянутой внешней полуоткрытой цилиндрической смесительной камерой. В корпусе впускного коллектора имеются дополнительные отверстия в зоне размещения смесителя, тангенциально соединяющие упомянутую полуоткрытую смесительную камеру с атмосферным воздухом, очищенными выхлопными газами и водяным паром. Выходной конус сопла Лаваля внутри вихревого смесителя имеет диаметр, равный диаметру отверстия впускного коллектора, а сумма диаметра входного конуса сопла Лаваля и двух высот полуоткрытой смесительной камеры также равна величине диаметра проходного отверстия впускного коллектора. Диаметры и углы наклона всех этих отверстий во впускном коллекторе и вихревом смесителе, а также размеры отверстий и углы наклона конусов в модернизированном сопле Лаваля взаимосвязаны и выбираются из условия создания этим устройством вихревых потоков с направлением и скоростью, достаточным для получения на выходе гомогенизатора топливовоздушной смеси наилучшего качества (Патент на полезную модель, №67684 RU, опубл. 27.10.2007 г.).
Недостатком указанного гомогенизатора является невозможность обеспечения качества смешивания, в частности, степени однородности многокомпонентных растворов из трудносмешиваемых между собой компонентов.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в повышение качества смешивания, в частности, степени однородности многокомпонентных растворов из трудносмешиваемых между собой компонентов.
Указанный технический результат достигается тем, что в ультразвуковом смесителе-гомогенизаторе рабочих растворов, содержащем корпус с впускным коллектором с одной стороны, с выходным патрубком - с другой, вихревой смеситель, наружная поверхность цилиндра этого вихревого смесителя имеет сквозную проточку от консоли по всей длине вихревого смесителя с диаметром проточки, меньшим диаметра внутреннего отверстия этого коллектора на величину, достаточную для образования цилиндрической полуоткрытой смесительной камеры между ней и внутренней поверхностью впускного коллектора, внутренняя поверхность этого вихревого смесителя выполнена в виде модернизированного сопла Лаваля с двумя усеченными конусами, развернутыми малыми отверстиями друг к другу и цилиндрической проточкой между ними, в которой по периметру ее боковой поверхности размещены наклонные отверстия в корпусе этого смесителя, тангенциально соединяющие через равные углы эту внутреннюю цилиндрическую полость в сопле Лаваля с упомянутой внешней полуоткрытой цилиндрической смесительной камерой, и инжекторы компонентов с меньшим расходом, введенные через отверстия внутрь впускного коллектора, оси отверстий для инжекторов расположены в корпусе по касательной с возможностью создания вихревых потоков рабочего раствора внутри впускного коллектора, причем перед инжекторами установлены двухступенчатые ультразвуковые диспергаторы-гомогенизаторы компонентов, входные каналы которых соединены с насосами подачи компонентов и жидкости, выполненные с возможностью индивидуального регулирования подачи, а выходные каналы -с инжекторами.
Представлен фронтальный вид в разрезе предлагаемой полезной модели.
Ультразвуковой смеситель-гомогенизатор рабочих растворов содержит корпус 1 с впускным коллектором 2 с одной стороны, с выходным патрубком 3-е другой, вихревой смеситель 4, наружная поверхность цилиндра этого вихревого смесителя 4 имеет сквозную проточку от консоли по всей длине вихревого смесителя 4 с диаметром проточки, меньшим диаметра внутреннего отверстия впускного коллектора 2 на величину, достаточную для образования цилиндрической полуоткрытой смесительной камеры 5 между ней и внутренней поверхностью впускного коллектора 2. Внутренняя поверхность вихревого смесителя 4 выполнена в виде модернизированного сопла Лаваля с двумя усеченными конусами, развернутыми малыми отверстиями друг к другу и цилиндрической проточкой между ними, в которой по периметру ее боковой поверхности размещены наклонные отверстия 6 в корпусе вихревого смесителя 4, тангенциально соединяющие через равные углы эту внутреннюю цилиндрическую полость в сопле Лаваля с внешней полуоткрытой цилиндрической смесительной камерой 5. Инжекторы 7 компонентов с меньшим расходом введены через отверстия внутрь впускного коллектора 2. Количество подключаемых инжекторов 7 зависит от количества смешиваемых компонентов. Оси отверстий для инжекторов 7 расположены в корпусе 1 по касательной с возможностью создания вихревых потоков рабочего раствора внутри впускного коллектора 2. Перед инжекторами 7 установлены двухступенчатые ультразвуковые диспергаторы-гомогенизаторы 8 компонентов. Перед впускным коллектором 2 установлен регулируемый делителем потока 9. Входные каналы ультразвуковых диспергаторов-гомогенизаторов 8 соединены с насосами подачи компонентов 10 и жидкости 12, выполненные с возможностью индивидуального регулирования подачи, а выходные каналы - с инжекторами 7.
Устройство работает следующим образом.
Подвергаемые смешиванию компоненты заливаются в соответствующие баки 11. В основную емкость (не показана) заливается жидкость, например, вода. Основная емкость установлена со стороны делителя потока 9. Делитель потока 9 регулирует количество жидкости, подаваемой в впускной коллектор 2. Из делителя потока 9 насосом 12 с регулируемой подачей забирается часть жидкости и подается к ультразвуковым диспергаторам-гомогенизаторам 8. Смешиваемые компоненты забираются из баков 11 и подаются насосами 10 в также в ультразвуковые диспергаторы-гомогенизаторы 8. Насосы 10 выполнены с возможностью индивидуального регулирования подачи компонентов. Жидкость и компоненты смешиваются и диспергируются в двухступенчатых ультразвуковых диспергаторах-гомогенизаторах 8. Частоту колебаний ультразвука диспергаторах-гомогенизаторах 8 подбирают индивидуально в соответствии с физико-химическими свойствами смешиваемого компонента.
Далее гомогенизированные жидкости подаются на инжекторы 7 и поступают во впускной коллектор 1, где совершая тангенциальное движение в впускном коллекторе 1, смешиваются с жидкостью и готовится рабочий раствор.
Рабочий раствор поступает в вихревой смеситель 4, причем одновременно в его входной конус сопла Лаваля и частично в полуоткрытую смесительную цилиндрическую камеру 5 вихревого смесителя 4. В результате, данные компоненты начинают вращаться в этой смесительной цилиндрической камере 5. Посредством рабочего раствора, подаваемого тангенциально в полуоткрытую кольцевую смесительную цилиндрическую камеру 5, поток перемешивается внутри нее, и подготовленный, хорошо перемешанный рабочий раствор поступает далее через наклонные тангенциальные наклонные отверстия 6, образующие в корпусе вихревого смесителя 4, форсунку, формирующую в рабочем цилиндрической проточке вихревого смесителя 4. Модернизированное сопло Лаваля, введенное в вихревой смеситель 4, обеспечивают дополнительное эффективное перемешивание благодаря двойному скачку давления потока при его входе и выходе из него.
В результате многоступенчатого вихревого перемешивания компонентов в описанном устройстве ультразвуковыми диспергаторами-гомогенизаторами 8, посредством инжекторов 7 и вихревого смесителя 4 с модернизированным соплом Лаваля - компоненты диспергируются и активно перемешиваются. В итоге на выходном патрубке 3 ультразвукового смесителя-гомогенизатора получается однородная гомогенная смесь практически идеального качества.
Предлагаемое техническое решение обеспечивает повышение качества смешивания, в частности, степени однородности многокомпонентных растворов из трудносмешиваемых между собой компонентов.