Генератор кавитации
CAVITATION GENERATOR

Изобретение относится к технике генерации пузырьковой кавитации и может быть использовано в энергетике, в химической, строительной, пищевой и других отраслях промышленности для диспергирования, эмульгирования, получения однородных смесей и т.д.
Известен кавитационно-вихревой теплогенератор (Патент РФ №2235950, F24J 3/00, 2004), содержащий корпус с патрубками для подвода нагреваемой жидкости и отвода нагретой жидкости, расположенные внутри корпуса перфорированные статор и ротор, привод ротора, отличающийся тем, что статор и ротор выполнены в виде соосных дисков, перфорированных сквозными отверстиями, при этом, статор выполнен в виде одного или нескольких кольцевых дисков, а ротор выполнен в виде двух соосных дисков, установленных с зазором относительно друг друга, при этом диски ротора смонтированы на независимых валах, имеющих самостоятельные независимые приводы, и вращаются навстречу друг другу.
Недостатком известного теплогенератора является тот факт, что в нем кавитация возбуждается не в объеме жидкости, а на кромках отверстий, в силу чего происходит кавитационное разрушение дисков и, следовательно, теплогенератор имеет малый ресурс.
Известен генератор кавитации (Патент РФ №2346733, B01F 3/12, опубл. 20.02.2009), содержащий корпус с внутренней рабочей камерой и с патрубками для подвода в камеру и отвода из нее обрабатываемой среды, включающей жидкость. В камере размещен приводной вал. На валу закреплен активатор в виде диска с цилиндрами-кавитаторами, установленными вдоль радиусов диска на пилонах по нормали к его поверхностям. На торцевых стенках рабочей камеры установлены подобные неподвижные цилиндры-кавитаторы. Цилиндры-кавитаторы на активаторе и цилиндры-кавитаторы на торцевых стенках рабочей камеры, установленные соответственно на одном расстоянии от центра активатора и от центра торцевых стенок, разнесены друг от друга вдоль дуг окружностей на расстояния не менее 5 гидравлических диаметров поперечных сечений этих кавитаторов.
Наиболее близким техническим решением является генератор кавитации (Патент РФ №2115176, G10K 15/04, 1998), содержащий корпус с внутренней рабочей камерой и патрубками для подвода в камеру и отвода из нее жидкости, размещенный в камере приводной вал и установленный на валу активатор. Активатор выполнен в виде диска, на котором по нормали к его боковым поверхностям вдоль двух или более радиусов на пилонах обтекаемой формы установлены подвижные цилиндрические кавитаторы, перекрывающие рабочую камеру с некоторым зазором от ее торцевых стенок, а на торцевых стенках рабочей камеры также на обтекаемых пилонах установлены со смещением по радиусу подобные неподвижные кавитаторы.
Недостатком описанных выше генераторов является отсутствие возможности тонкой настройки аппарата на данный продукт или его перенастройки при изменении характеристик обрабатываемых материалов (прочность твердых включений, величина отношения жидкое/твердое, вязкость и т.д.) с целью оптимизации технологических процессов.
Эффективность генератора кавитации - степень измельчения твердых включений в обрабатываемой жидкости и гомогенизации эмульсий или суспензий - и производительность устройства - количество массы, обработанной до нужного состояния в единицу времени при заданных энергозатратах, - определяются уровнем интенсивности кавитации в рабочей камере генератора, что, в свою очередь, находится в прямой зависимости от линейной скорости движения подвижных кавитаторов относительно неподвижных и величины зазора между подвижными и неподвижными цилиндрами в момент прохождения первых мимо вторых. От формы кавитаторов зависит интенсивность кавитации в рабочей камере генератора.
Задачей изобретения является разработка высокопроизводительного устройства, позволяющего обеспечить мелкодисперсное измельчение руд и их механохимическую активацию при малых затратах энергии, для широкого круга материалов, различающихся прочностными, вязкостными и другими характеристиками.
Поставленная задача решается с помощью генератора кавитации, включающего корпус с внутренней рабочей камерой и с патрубками для подвода в камеру и отвода из нее жидкости, размещенный в камере приводной вал и закрепленный на валу активатор в виде диска с кавитаторами определенной формы, установленными вдоль радиусов диска по нормали к его поверхностям, а на торцевых стенках рабочей камеры установлены подобные неподвижные кавитаторы.
Кавитаторы выполнены в форме усеченных конусов, своим основанием жестко закрепленных на подвижных дисках и на неподвижных стенках камеры, причем на подвижных дисках усеченные конусы установлены, по крайней мере, с одной стороны диска вдоль радиусов диска по нормали к его поверхности.
Предпочтительно диск-активатор и крышка камеры установлены на регулируемом расстоянии от днища рабочей камеры.
Предпочтительно регулировка расстояния между плоскостью диска и днища рабочей камеры достигается за счет сменных кольцевых прокладок, установленных на валу.
Предпочтительно регулировка расстояния между плоскостью крышки и плоскостью днища рабочей камеры достигается за счет сменных кольцевых прокладок, установленных под крышкой в месте ее крепления к корпусу рабочей камеры.
Предпочтительно электродвигатель генератора кавитации дополнительно оснащен устройством для регулируемого изменения числа оборотов в единицу времени.
Предпочтительно усеченные конусы-кавитаторы имеют в поперечном сечении овальную форму, плохо обтекаемую без угловых изломов их поперечного сечения.
Предпочтительно диаметр большего основания усеченного конуса-кавитатора составляет от 1,2 до 5 диаметров меньшего основания усеченного конуса.
Предпочтительно высота усеченного конуса-кавитатора составляет от 1 до 5 диаметров нижнего основания усеченного конуса.
На фиг. 1 и фиг. 2 показана схема генератора кавитации в продольном и поперечном сечениях.
Генератор содержит корпус 1 с рабочей камерой и крышкой 2 и с патрубками для подвода жидкости 3 и для отвода жидкости 4. Внутри корпуса 1 установлен приводной вал 5 с закрепленным на нем активатором 6. На боковых поверхностях активатора 6 и на торцевых стенках корпуса 1 рабочей камеры установлены кавитаторы, выполненные в форме усеченных конусов - подвижных 7 и неподвижных 8 с соответствующим смещением их относительно друг друга по радиусу. В зависимости от перерабатываемого материала подвижные кавитаторы 7 могут быть установлены только с одной боковой поверхности активатора 6.
Диск-активатор 6 и крышка рабочей камеры 2 установлены на регулируемом расстоянии от днища рабочей камеры.
Регулировка расстояния между плоскостью диска-активатора 6 и днищем рабочей камеры достигается за счет сменных кольцевых прокладок 10, установленных на валу 5.
Регулировка расстояния между плоскостью крышки 2 и плоскостью днища рабочей камеры достигается за счет сменных кольцевых прокладок 9, установленных под крышкой 2 рабочей камеры в месте ее крепления к корпусу 1 рабочей камеры.
Электродвигатель (не показан на Фиг.1) генератора кавитации дополнительно оснащен устройством для регулируемого изменения числа оборотов в единицу времени.
Усеченные конусы-кавитаторы могут иметь в поперечном сечении овальную форму, плохо обтекаемую без угловых изломов их поперечного сечения, ускоряя степень измельчения твердых включений.
Диаметр большего основания усеченного конуса-кавитатора может составлять от 1,2 до 5 диаметров меньшего основания усеченного конуса.
Высота усеченного конуса-кавитатора может составлять от 1 до 5 диаметров нижнего основания усеченного конуса.
Предлагаемый генератор работает следующим образом. Обрабатываемая жидкость (суспензия) подается через входной патрубок 3 в рабочую камеру с корпусом 1 и крышкой 2. Активатором 6 и размещенными на нем конусами-кавитаторами 7 жидкость увлекается во вращательное движение. Неподвижными стенками рабочей камеры совместно с конусами-кавитаторами 8 жидкость тормозится. В результате образуется турбулентное движение жидкости относительно как подвижных 7, так и неподвижных 8 конусов-кавитаторов. При этом за подвижными и неподвижными кавитаторами (с разных сторон) формируются отрывные зоны с мощными пульсационными полями и, как следствие, облачка возникающих и схлопывающихся паровых пузырьков, то есть возникает пузырьковая кавитация. Периодическое проскакиваете подвижных конусов-кавитаторов 7 относительно неподвижных усиливает динамичность кавитации и, тем самым, повышает интенсивность кавитационной обработки суспензий.
Техническим результатом предлагаемого решения является разработка высокопроизводительного генератора кавитации, позволяющего обеспечить мелкодисперсное измельчение руд и их механохимическую активацию при малых затратах энергии, для широкого круга материалов, различающихся прочностными, вязкостными и другими характеристиками.
Неожиданным результатом явилось то, что форма кавитаторов в виде конусов привела к увеличению производительности генераторов кавитации, получению устойчивых эмульсий и увеличению времени между капитальными ремонтами дисков-кавитаторов, работающих в жестких условиях.
Коническая форма кавитаторов и регулируемое расстояние между диском-активатором 6 и днищем рабочей камеры, а также диском-активатором 6 и крышкой 2 рабочей камеры позволяет в определенных диапазонах изменять зазор между подвижными 7 и неподвижными 8 конусами-кавитаторами в момент прохождения первых мимо вторых и, тем самым, оптимизировать работу генератора кавитации при изменении характеристик обрабатываемой массы. Той же цели служат и регулировка угловой скорости вращения диска-активатора, и определенное расположение кавитаторов на диске и стенках рабочей камеры, и придание овальной формы конусам-кавитаторам.