ДИСПЕРГАТОР

Полезная модель относится к гидродинамическим смесителям жидких сред и может быть использована для приготовления разнообразных суспензий и эмульсий, в том числе для подготовки к сжиганию различных обводненных топливных смесей, в частности мазута, печного и дизельного топлива, нефти, бензина, топлив с примесью масла, и мелассы и т.п.
Известен кавитатор, содержащий проточный канал прямоугольного сечения и установленные перпендикулярно каналу цилиндрические обтекатели, при этом в проточный канал введена по крайней мере одна секционирующая перегородка, размещенная перпендикулярно осям цилиндрических обтекателей. (RU, U1, №8631, B01F 5/00, опубл. 16.12.1998).
Недостатками этого устройства являются следующие. При увеличении производительности ухудшается дисперсионность эмульсии, а уменьшение расхода смеси сопровождается соответствующим снижением скорости потока ниже критической, что приводит к срывам кавитационных процессов. Отсутствует возможность технической регулировки протекающих кавитационных процессов для различной степени обводненности смеси.
Известен диспергатор, содержащий корпус с каналом для движения топливной смеси, и тела кавитации, вызывающие кавитацию при обтекании их топливной смесью, при этом в канале расположена, по меньшей мере, одна перегородка для разделения потока топливной смеси, и, по меньшей мере, часть тел кавитации или все тела кавитации закреплены на вышеупомянутой перегородке или закреплены на перегородках, если их более одной, причем тела кавитации выполнены в виде стержней. (RU, U1, №30094, B01F 5/00, опубл. 20.06.2003).
Недостатками этого устройства являются регламентированная производительность как одного, так и всех каналов, образованных перегородками, энергетические потери, связанные с дополнительным гидравлическим сопротивлением, вносимыми перегородками, а также отсутствие регулировок процессов диспергации для различных суспензий и эмульсий.
Наиболее близким является диспергатор, содержащий корпус реактора, в котором выполнены, по меньшей мере два канала, которые служат для протекания потока жидкости, тела кавитации, установленные в каждом из каналов с их частичным перекрытием на расстоянии друг от друга вдоль продольной оси корпуса реактора с возможностью образования по меньшей мере двух зон кавитации. (RU, С1, №2285558, B01F 5/00, опубл. 20.10.2006).
Ограничениями этого диспергатора являются - невозможность его использования для разнообразных суспензий и эмульсий, в том числе для подготовки к сжиганию различных по обводненности топливных смесей, в частности мазута, печного и дизельного топлива, нефти, бензина, топлив с примесью масла и т.п, отсутствие возможности регулирования протекающих в корпусе реактора кавитационных процессов, значительная трудоемкость при проведении обслуживания, большие энергетические потери.
Решаемая полезной моделью задача - улучшение технико-эксплуатационных характеристик.
Технический результат, который получен при использовании полезной модели, - повышение производительности и качества получения разнообразных диспергированных эмульсий и суспензий при неизменных габаритах устройства, обеспечение возможности качественного диспергирования разных топлив при их неодинаковой обводненности, повышение надежности и улучшение обслуживания.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном диспергаторе, содержащем корпус реактора, в котором выполнены, по меньшей мере два канала, которые служат для протекания потока жидкости, тела кавитации, установленные в каждом из каналов с их частичным перекрытием на расстоянии друг от друга вдоль продольной оси корпуса реактора с возможностью образования по меньшей мере двух зон кавитации, согласно заявленной полезной модели каналы выполнены посредством пластин, расположенных параллельно в продольных щелях внутри корпуса реактора, а зазоры между пластинами, а также крайней пластиной и корпусом реактора служат для образования каналов, которые выполнены параллельными и расширенными в противоположных направлениях - к входу корпуса реактора и к выходу из корпуса реактора, а между расширенными частями каналов в направлении к расширенной части входа корпуса реактора каждый канал выполнен с сужением, плавно сопряженным с расширенными частями каналов входа корпуса реактора и выхода корпуса реактора, тела кавитации установлены в пластинах и в корпусе реактора между расширенными частями каналов и выполнены с возможностью их продольного перемещения и фиксации относительно продольной оси корпуса реактора, при этом на входе корпуса реактора перед всеми каналами установлен узел закрутки входящего потока жидкости.
Возможны дополнительные варианты осуществления устройства, в которых целесообразно, чтобы:
- узел закрутки входящего потока жидкости был выполнен с возможностью изменения угла закрутки;
- узел закрутки входящего потока жидкости был выполнен в виде отрезка трубы, внутри которой под углом к продольной оси установлены с натяжением отрезки стальных тросов;
- были введены заглушки, предназначенные для установки по меньшей мере в одном канале на входе корпуса реактора;
- корпус реактора был выполнен из двух половин, стянутых винтами;
- тела кавитации были выполнены в виде стержней с круглым, овальным или прямоугольным поперечным сечением.
Указанные преимущества полезной модели поясняются вариантом ее выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи.
Фиг. 1 изображает продольный разрез заявленного диспергатора;
Фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1;
Фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 2;
Фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1;
Фиг. 5 - сечение Г-Г на фиг. 1.
Специалистам понятно, что представленный на фигуре 1 чертеж является только одним из конкретных вариантов осуществления полезной модели, техническая сущность которой описывается объемом существенных признаков независимого пункта ее формулы.
На фигурах 1-5 номерами позиций показаны:
1 - корпус устройства;
2 - корпус реактора;
3 - пластина;
4 - заглушка;
5 - тела кавитации;
6 - втулка прижимная;
7 - втулка опорная;
8 - узел закрутки потока;
9 - штифт фиксатор;
10 - фланец с патрубком впускным;
11 - фланец с патрубком выпускным;
12 - прокладка;
13 - болт;
14 - гайка;
15 - шайба;
16 - канал реактора;
17 - приварной фиксатор;
18 - левая половина корпуса реактора;
19 - правая половина корпуса реактора;
20 - винт;
21 - кольцо с фиксаторами;
22 - фланец узла закрутки;
23 - отрезки троса;
24 - гребенка;
25 - набор прокладок.
Диспергатор (фиг. 1) содержит корпус 2 реактора, в котором выполнены, по меньшей мере два канала 16, которые служат для протекания потока жидкости. Тела 5 кавитации установлены в каждом из каналов 16 с их частичным перекрытием на расстоянии друг от друга вдоль продольной оси корпуса 2 реактора с возможностью образования по меньшей мере двух зон кавитации.
Каналы 16 выполнены посредством пластин 3 (фиг. 1-4), расположенных параллельно в продольных щелях внутри корпуса 2 реактора. Зазоры между пластинами 3, а также крайней пластиной 3 и корпусом 2 реактора служат для образования каналов 16, которые выполнены параллельными и расширенными (фиг. 1) в противоположных направлениях - к входу корпуса 2 реактора и к выходу из корпуса 2 реактора. Между расширенными частями каналов 16 в направлении к расширенной части входа корпуса 2 реактора каждый канал 16 выполнен с сужением, плавно сопряженным с расширенными частями каналов 16 входа корпуса 2 реактора и выхода корпуса 2 реактора. Тела 5 кавитации установлены в пластинах 3 (и возможно в корпусе 2 реактора) между расширенными частями каналов 16 и выполнены с возможностью их продольного перемещения и фиксации относительно продольной оси корпуса 2 реактора. На входе корпуса 2 реактора перед всеми каналами 16 установлен узел 8 закрутки входящего потока жидкости (фиг. 1).
Узел 8 закрутки входящего потока жидкости может быть выполнен с возможностью изменения угла закрутки.
Узел 8 закрутки входящего потока жидкости может быть выполнен в виде отрезка трубы, внутри которой под углом к продольной оси установлены с натяжением отрезки 23 стальных тросов (фиг. 1).
В устройство могут быть введены заглушки 4, предназначенные для установки по меньшей мере в одном канале 16 на входе корпуса 2 реактора.
Корпус 2 реактора целесообразно выполнять из двух половин 18, 19, стянутых винтами 20 (фиг. 4).
Тела 5 кавитации могут быть выполнены в виде стержней с круглым, овальным или прямоугольным поперечным сечением.
Кроме того, в отличие от аналогов реактор представляет из себя: снаружи - цилиндр (фиг. 1); внутри - сквозные щели, прямоугольные в сечениях, параллельные торцам по всей длине. При этом по длине один из размеров - высота канала 16 меняется, а второй - ширина постоянен.
В половинках корпуса 2 реактора выфрезерованы пазы для пластин 3 и профиль щели по высоте. Щели образуются по высоте за счет установки пластин 3 с соответствующие пазы половин корпуса 2 реактора (фиг. 4).
Причем корпус 2 реактора фиксируется в корпусе 1 устройства установочными втулками (фиг. 1): втулкой 6 прижимной и втулкой 7 опорной, которые препятствуют перетеканию жидкости, минуя каналы 16. Внутри впускного патрубка установлен съемный настраиваемый узел 8 закрутки потока жидкой среды.
Корпус 1 через фланцевое соединение и прокладки 12 соединен с фланцем 10 впускного патрубка и с фланцем 11 выпускного патрубка посредством болтов 13, гаек 14 и шайб 15.
Съемный узел 8 закрутки потока жидкой среды состоит из кольца с фиксаторами 21 разрезного кольца и фланца 22 узла 8 закрутки, соединенных между собой отрезками 23 стального троса с равномерным зазором под углом 5-8° к образующей теоретического цилиндра, между внутренним диаметром кольца с фиксаторами и внутренним диаметром фланца посредством пайки. Кольцо с фиксаторами фиксируется в пазах приварного фиксатора 17 посредством фиксаторов на кольце, а регулировка угла закрутки отрезков 23 стальных тросов осуществляется за счет поворота фланца узла закрутки на необходимый угол с последующей фиксацией штифтами 9 в корпусе фланца 10 с патрубком впускным.
Могут быть использованы и другие конструкции узлов закрутки, например, из наклонных лопастей, витых пружин, вогнутой втулки с косыми щелями в ее стенке и т.п.
Работает диспергатор следующим образом (фиг. 1).
Центробежные силы при вихревой осевой закрутке жидкой среды в трубе впускного патрубка, организованные узлом 8 закрутки, обеспечивают снижение гидравлического сопротивления на стенках каналов 16, и как следствие увеличивают скорости потока жидкой среды в областях канала 16, где установлены тела 5 кавитации, что позволяет повысить эффективность и производительность смешивания жидкостей без увеличения габарита диспергатора.
Со стороны входа жидкой среды каналы 16 для кавитационной обработки жидкой среды выполнены с возможностью установки в них заглушек 4 для частичного или полного перекрытия входного сечения каналов 16. Тела 5 кавитации выполнены в виде стержней или тел различной конфигурации, установленных в корпусе реактора 2 или в пластинах 3 поперек потока жидкой среды.
Жидкая среда, например топливная смесь, поступающая на вход диспергатора через входной патрубок 10, проходит узел закрутки потока жидкой среды 8, получает вихревое осевое закручивание потока, поступает в полость перед реактором 2, распределяется по каналам 16 для обработки жидкой среды посредством организации кавитационного процесса телами кавитации 5. Причем вдоль по потоку в каналах 16 могут быть установлено несколько рядов тел кавитации 5, что позволяет создавать последовательно одна за другой несколько зон кавитации. Площадь поперечного сечения тел кавитации, например, стержней может быть различной, что позволяет создавать различные по размеру зоны кавитации и за счет этого меняется интенсивность воздействия кавитации на жидкую среду.
Изменение режима работы диспергатора может быть достигнуто путем установки в каналах 16 на их входе заглушек 4, а также путем замены всех или части тел 5 кавитации на другие по размеру и форме поперечного сечения, например замены круглых в поперечном сечении тел кавитации - стержней 5 на овальные или прямоугольные. Разделение корпуса 1 пластинами 3 и использование заглушек 4 позволяет сформировать распределение потока жидкой среды с минимальными гидравлическими потерями.
В устройстве обеспечивается возможность перенастройки за счет возможности перемежения тел 5 кавитации вдоль канала 16, по которому движется поток, при обработке жидкой среды с различными параметрами, при различных перепадах давления на входе и выходе диспергатора, соответственно, при различных скоростях потока, типа нагнетающего насоса.
На фигурах 2 и 3 показаны места крепления тел 5 кавитации и узел перемещения. В пластинах 3 сделаны углубления в зонах установки тел 5 кавитации. Тела 5 кавитации устанавливаются в бегунок и образуют как бы гребенку 24, способную перемещаться вдоль канала 16 корпуса реактора. Возможно перемещение гребенок, зафиксированных в одном из крайних положении, в сторону другого крайнего положения за счет механического воздействия на бегунок. Фиксация гребенки 24 осуществляется за счет прижатия пластинами 3 и установки набора прокладок 25 от воздействия потока.
Предварительная настройка устройства осуществляется при изготовлении исходя из ранее приобретенных данных, полученных при обработке того или другого вида жидкости. В процессе настройки на конкретную смесь на производстве осуществляется разборка диспергатора, т.к. при наладке кроме перемещения тел 5 кавитации приходится проводить замену тел 5 кавитации на другие с разными диаметрами и даже из различных материалов. Кроме этого проводиться регулировка давления жидкости перед устройством и угла закрутки узла 8 закрутки входящего потока жидкости.
Заявленное устройство с реактором на два канала 16 было использовано для получения воднотопливной эмульсии (ВТЭ) из мазута с добавлением 18% воды. Данная ВТЭ применялась в качестве топлива на судовых двигателях в системе топливоподготовки дизеля Sulzer 16ZAV40S. Регулировка удовлетворительной производительности согласно техническим условиям достигалась перемещением тел 5 кавитации и для другого процентного содержания воды в пределах 9÷30%.
Таким образом, за счет выполнения каналов 16 посредством пластин 3 (фиг. 1-4), в которых зазоры между пластинами 3 выполнены параллельными и расширенными в противоположных направлениях - к входу корпуса 2 реактора и к выходу из корпуса 2 реактора и с сужением в направлении к расширенной части входа корпуса 2 реактора, выполнения тел 5 кавитации между расширенными частями каналов 16 с возможностью их продольного перемещения и фиксации относительно продольной оси корпуса 2 реактора, а также установки на входе корпуса 2 реактора узла 8 закрутки удалось повысить производительность и качество получения разнообразных диспергированных эмульсий и суспензий при неизменных габаритах устройства, обеспечить возможность качественного диспергирования разных топлив при их различной обводненности. Повышение надежности и улучшение обслуживания (чистки в процессе эксплуатации) достигается за счет обеспечения разборности конструкции заявленного диспергатора, а также возможности перерегулировки устройства на другие типы топливных смесей.
Наиболее успешно заявленный «Дисперагатор» промышленно применим в различных гидродинамических смесителях жидких сред.