МНОГОЧАСТОТНЫЙ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ

Полезная модель относится к устройствам акустической обработки материалов. Устройство может быть установлено в существующие технологические цепочки таких производственных процессов, как экстракция, смешивание, изменение текучести вязких веществ, изготовление тонкодисперсных золей и др.
Известно устройство для налива вязких жидкостей, преимущественно нефтепродуктов, в резервуар (Авторское свидетельство СССР №1472433 от 15.04.1989), включающее циркуляционный контур с насосом, подающий трубопровод с вертикальным участком, отводящий трубопровод, запорную арматуру, установленную в вертикальном участке трубопровода емкость со смонтированном в ее дне гидродинамическим излучателем, который представляет собой корпус с последовательно расположенным в нем щелевым соплом, цилиндрическими резонаторными камерами и выходным диффузором.
Основным недостатком прототипа является сложность его использования в системах с непостоянной вязкостью или составом (например, при заполнении системы несмешивающимися жидкостями с разными плотностями, свойства полученной смеси могут меняться в зависимости от времени). Другим значительным недостатком является налипание масс обрабатываемого материала на стенки резонаторных камер за счет возникновения центробежных сил, что приводит к дополнительному торможению потока и изменению дисперсности образуемых коллоидных растворов.
Задачей полезной модели является разработка устройства, позволяющего использовать его для улучшения качественных характеристик производимой продукции и оптимизации технологических параметров производственного оборудования для обработки многофазных систем. Данное устройство может быть установлено в существующие технологические цепочки таких производственных процессов, как экстракция, смешивание, изменение текучести вязких веществ, изготовление тонкодисперсных золей и др., а не только для налива вязких жидкостей в резервуар.
Поставленная задача решается заявляемым многочастотным гидродинамическим излучателем, включающим корпус, излучатель с двумя цилиндрическими резонаторными камерами, входное отверстие в виде щелевого сопла, выходное отверстие в виде диффузора, в котором входное отверстие снабжено перегородкой, ширина которой составляет одну третью часть от общей ширины входного отверстия, а резонаторные камеры расположены ассиметрично и выполнены с различающимися площадями основания, при этом радиус большей резонансной камеры соотносится к радиусу меньшей камеры в соответствии с формулой
,
где R2 - радиус большей камеры, R1 - радиус меньшей камеры.
Предлагаемая полезная модель схематично представлена на фигуре 1(а) и фиг. 1(б), где:
1 - малая резонаторная камера
2 - диффузор
3 - большая резонаторная камера
4 - сопло
5 - входная перегородка
6 - корпус излучателя
7 - держатель
8 - фланцы с торцевыми уплотнениями.
Устройство работает по следующему принципу. Во входное отверстие на фланце через сопло (4) подается жидкость или многокомпонентная смесь, которая разделяется на два отдельных потока с помощью перегородки (5). Потоки жидкости закручиваются в малой резонаторной камере (1) и большой резонаторной камере (3), а затем встречаются вблизи диффузора (2) на выходном отверстии. Для герметичности корпус излучателя (6) устанавливается и фиксируется в держатель (7), после чего корпус закрывается с двух сторон двумя фланцами с торцевым уплотнением (8).
В результате турбулентных возмущений, возникающих при поочередном заполнении вакуума в резонаторных камерах, происходит формирование акустических колебаний в широком диапазоне частот, в результате чего происходит дробление обрабатываемого материала на мелкие частицы и дальнейшее перемешивание. Такой эффект обеспечивается благодаря возникающему цикличному переменному давлению и обратным потокам жидкости, заполняющие образующийся за счет центробежных сил вакуум внутри резонаторных камер (фиг. 2). На фигуре 2 представлены расчетные модели, сделанные методом конечных элементов, показывающие 2 основных состояния работы излучателя, наглядно демонстрирующие этот процесс.
В предлагаемой в полезной модели происходит возбуждение потока жидкости в широком спектре частот с переменными акустическими модами колебаний. Данный эффект возникает благодаря увеличению периода заполнения одной из резонаторных камер на одну четверть. Такой эффект обеспечивается разделением входного потока жидкости в излучателе за счет перегородки на две части и изменением радиуса одной из камер по формуле:
,
где R2 - радиус большей камеры, R1 - радиус меньшей камеры.
Для сохранения гидроакустических эффектов и корректной работы излучателя резонаторные камеры установлены ассиметрично, т.е со смещением их центров. Для этого центры камер должны быть смещены относительно выходного сечения. Необходимые значения смещений можно вычислить по формулам:
YR2=(R2-R1)/2,
XR1=R1+L/2,
XR2=R2+L/2,
где YR2 - смещение центра большей камеры вдоль излучателя, XR1 - расстояние между центром входного отверстия и центром меньшей резонаторной камеры, XR2 - расстояние между центром входного отверстия и центром большей резонаторной камеры, R2 - радиус большей камеры, R1 - радиус меньшей камеры, L - ширина выходного отверстия.
Поток жидкости делится с помощью перегородки, ширина которой составляет одну третью часть от общей ширины входного отверстия
Ширина выходного отверстия зависит от ширины входного отверстия, а его глубина определяется отношением к радиусу меньшей резонаторной камеры. Необходимые значения при необходимости на практике удобно вычислить по формулам:
H1=1.45R1
H1=1.56R1,
где L - ширина выходного отверстия, H1 - расстояние между кромкой входного отверстия внутри камеры и выходным отверстием, Н2 - расстояние между кромкой раструба и выходным отверстием, l - ширина входного отверстия, R1 - радиус меньшей камеры.
Для наглядности вышеперечисленные геометрические зависимости (расстояние между центрами резонаторных камер, глубина выходного отверстия, продольное расстояние между центрами, отношение входного отверстия к выходному) продемонстрированы на фигуре 3.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет обеспечивать более равномерную обработку протекающего потока жидкости, позволяет добиться более тонкой дисперсности и равномерности распределения состава, при этом предотвращает налипание масс обрабатываемого материала на внутренние стенки устройства.
Данное преимущество позволяет применять излучатель в системах с различным составом, применяться в широком спектре отраслей производств, где необходима гомогенизация и диспергирование гетерогенных систем в потоке жидкости, например, в пищевой промышленности, нефтехимической переработке сырья, производстве бытовой химии и парфюмерии и др.