ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ КАВИТАЦИОННЫЙ ГОМОГЕНИЗАТОР

Полезная модель относится к смесительным устройствам, а именно, к гидродинамическим кавитационным гомогенизаторам и может быть использована для гомогенизации жидкостей с целью получения однородной структуры устойчивой во времени.
Известен способ получения кавитации в потоке жидкости, основанный на увеличении скорости движения потока жидкости, которое приводит к уменьшению давления до такой степени, что в жидкости образуются кавитационные разрывы, которые схлопываются, как только попадают в зону повышенного давления (Л.И. Седов. Механика сплошной среды. Т. 2. Издательство «Наука», М., 1976 г., стр. 34-35).
Однако, при больших гидростатических давлениях получение кавитационного режима способом разгона жидкости весьма затруднительно, так как при больших гидростатических давлениях необходимы большие скорости движения жидкости. Наиболее оптимальным способом получения кавитации в жидкости является способ, при котором в процессе движения жидкости между цилиндрическими препятствиями (обтекание круглого тела) происходит разрыв жидкости за счет частичного прерывания. Последний способ намного эффективнее способа разгона жидкости. Так как скорости для образования кавитации гораздо ниже скоростей, необходимых для реализации кавитации способом увеличения скорости сжатием сечения, через которое протекает жидкость.
Из уровня техники известен пластинчатый многоканальный кавитационный реактор, содержащий корпус с подводящим и отводящим патрубками, внутри которого образована камера кавитации в виде набора параллельных потоку пластин, скреплённых между собой с образованием расширяющихся каналов, в которых в три ряда перпендикулярно потоку установлены кавитаторы, часть из которых выполнена полой для подачи второго компонента смеси (см. патент RU 2336123, кл. B01F 5/00, опубл. 20.10.2008). Основным недостатком известного устройства является его неэффективность для гомогенизации готовой смеси.
Технической проблемой является устранение указанных выше недостатков и создание надёжного устройства для структурирования жидкостей и преобразования механической энергии жидкости в тепловую, с целью получения устойчивой однородной структуры жидких сред. Технический результат заключается в повышении эффективности гомогенизации жидкости. Поставленная проблема решается, а технический результат достигается тем, что в гидродинамическом кавитационном гомогенизаторе, содержащем корпус с подводящим и отводящим патрубками, внутри которого образована камера кавитации в виде набора параллельных потоку пластин, скреплённых между собой с образованием расширяющихся каналов, в которых в три ряда перпендикулярно потоку установлены кавитаторы, камера кавитации содержит три секции: в первой секции каналы выполнены одинаковой ширины, а во второй и третьей - увеличивающейся вдоль потока по одинаковой наклонной образующей, причём кавитаторы выполнены сплошными и расположены в шахматном порядке в конце каждой секции, так что в каждой последующей секции на один кавитатор больше, чем в предыдущей. Кавитаторы предпочтительно выполнены в виде цилиндров диаметром 3-5 мм, а пластины имеют каплевидную форму с размерами в длину - не более 450 мм, а в ширину - не более 110 мм. Кавитаторы предпочтительно установлены на расстоянии друг от друга не более 15 мм.
На фиг. 1 представлено продольное сечение предлагаемого устройства, вид сбоку;
на фиг. 2 - то же, вид сверху;
на фиг. 3 - поперечное сечение со стороны входа потока жидкости.
Кавитационная эффективность оборудования напрямую зависит от размеров парогазового пузырька. Чем больше диаметр пузырька, тем больше энергии выделяется при схлопывании. В предлагаемом гидродинамическом кавитационном гомогенизаторе выходные каналы для жидкости рассчитаны и изготовлены так, чтобы при заданных параметрах работы получить максимально возможный размер пузырька.
Предлагаемый гомогенизатор состоит из корпуса 1 с подводящим 2 и отводящим 3 патрубками, внутри которого с помощью упорного 4 и прижимного 5 колец, а также уплотнительных прокладок 6 закреплена камера кавитации. Указанная камера выполнена в виде набора параллельных потоку пластин 7, скреплённых между собой с образованием расширяющихся каналов 8.
Камера кавитации содержит три секции: первую секцию I в форме параллелепипеда, в которой каналы выполнены одинаковой ширины, вторую II и третью III секции в форме усечённой пирамиды, в которых ширина каналов 8 увеличивается вдоль потока по одинаковой наклонной образующей. В каналах 8 перпендикулярно потоку установлены сплошные кавитаторы 9, расположенные в шахматном порядке в конце каждой секции таким образом, что в каждой последующей секции на один кавитатор 9 больше, чем в предыдущей.
Кавитаторы 9 выполнены в виде цилиндров диаметром 3-5 мм, а пластины 7 имеют каплевидную форму, для уменьшения гидравлического сопротивления, с размерами в длину - не более 450 мм, а в ширину - не более 110 мм. Кавитаторы 9 установлены в рядах на расстоянии друг от друга не более 15 мм.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Гидравлический кавитационный гомогенизатор присоединяют к трубопроводу подачи рабочей среды после насоса через промежуточную втулку и присоединительный штуцер (на чертежах не показаны) с помощью патрубков 2, 3. Жидкостные потоки движутся в горизонтальном направлении в каналах 8 между пластинами 7. Поскольку зазор между пластинами 7 (по высоте) мал и составляет всего 3-5 мм, а установленные кавитаторы 9 сужают сечение потока, то давление в жидкости возрастает и может достигать до 50 ат, а скорость потока до 150 м/с. При этом между кавитаторами 9 за счёт механического прерывания потока в жидкости образуются кавитационные разрывы, которые схлопываются, как только попадают в зону повышенного давления. При этом образуются вихревые потоки, которые интенсивно перемешивают и гомогенизируют жидкость.
Выполнение кавитаторов 9 сплошными значительно упрощает изготовление устройства, а главное - формирует стабильный кавитационный поток (вместо эжекции, как в прототипе). При этом формирование прямой секции I и одинаково расширяющихся секций II-III так же положительно влияет на формирование кавитационного потока, что значительно повышает эффективность гомогенизации.