УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КАВИТАЦИОННЫЙ РЕАКТОР

Полезная модель относится к ультразвуковым устройствам обработки жидких сред, и может быть использована в ультразвуковых устройствах для диспергирования, эмульгирования, гомогенизации в жидкой среде.
Известен ультразвуковой диспергатор типа УЗД1 (Петушко И.В. Оборудование для ультразвуковой очистки. СПб, «Андреевский издательский дом», 2004), содержащий подключенный к ультразвуковому генератору электромеханический преобразователь, соединенный с излучающим волноводом-концентратором, выполненным в форме усеченного кругового конуса. Отношение большего диаметра к меньшему диаметру концентратора обеспечивает требуемый коэффициент усиления. В процессе работы концентратор погружается в реактор, который заполняется обрабатываемой жидкостью.
Недостатком этого устройства является низкая эффективность кавитационной обработки технологической жидкой среды, невысокая амплитуда воздействующих на большой объем жидкости колебаний поршневого типа, создаваемых таким концентратором.
Известна ультразвуковая колебательная система повышенной мощности (Пат РФ №2332266, 2006.) состоящая из ультразвукового преобразователя, согласующего акустического трансформатора и волноводоизлучающей системы.
Ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь выполнен мультипакетным и содержит в своем составе набор пьезоэлектрических элементов, генерирующих ультразвуковые колебания, энергия которых суммируется в передней частотно-понижающей накладке и через согласующий акустический трансформатор передается волноводоизлучающей системе. Волноводоизлучающая система с развитой излучающей поверхностью содержит в своем составе соосно установленные волноводы изгибных колебаний, разделенные участками волновода продольных колебаний. Такая ультразвуковая колебательная система обеспечивает ввод в технологические среды ультразвуковых колебаний требуемой мощности при заданной интенсивности кавитационного воздействия, за счет применения пьезоэлектрического преобразователя, позволяющего суммировать мощности ультразвуковых колебаний, генерируемых набором пакетов пьезоэлектрических элементов малых размеров.
Недостатком такой системы является ограниченное число пьезоэлектрических преобразователей расположенных на частотно-понижающей накладке и ограничение вводимой в технологическую среду мощности.
Известен кольцевой кавитационный реактор, который приводится в действие множеством смежных, находящихся друг против друга излучателей (US 3946829) закрепленных на металлическом кольцевом концентраторе. Кольцевой концентратор, представляет собой кольцо с гладкой круглой внутренней поверхностью и многогранной (16 граней) внешней поверхностью. Внутренняя поверхность обращена к обрабатываемой технологической жидкости, а на внешней поверхности на каждой грани размещено по одному ультразвуковому преобразователю. В данном случае повышение эффективности кавитационной обработки достигается за счет суммирования мощностей всех преобразователей внутри концентратора. Недостатком данного реактора является необходимость увеличения внутреннего диаметра кольцевого концентратора при увеличении числа излучателей, что ведет к увеличению объема протекающей технологической жидкости в единицу времени через реактор, что снижает эффективность кавитационной обработки.
Целью данной полезной модели является повышение эффективности кавитационной обработки материалов в жидкой среде.
Технический результат: повышение эффективности кавитационной обработки материалов с жидкой среде, снижение времени обработки за счет повышения удельной мощности ультазвукового излучения на единицу объема обрабатываемой среды.
Технический результат достигается за счет реализации реактора в виде камеры, входное отверстие камеры которой соединено каналами с несколькими отверстиями диаметрами меньшими, чем диаметр входного отверстия, расположенными по периметру внутренней верхней части камеры, число которых равно количеству электромеханических ультразвуковых преобразователей с концентраторами в форме тел вращения, размещенных на боковой поверхности камеры соосно каждому из отверстий.
Такая конструкция реактора обеспечивает разделение общего потока технологической жидкости, поступающего в верхнюю часть камеры на несколько более мелких потоков. Для кавитационной обработки каждого из потоков применяется собственный электромеханический ультразвуковой преобразователь с концентратором в форме тала вращения. Затем обработанные потоки объединяются в общий поток для выхода из реактора через выходное отверстие в нижней части реактора. Увеличение мощности кавитационной обработки на единицу объема протекающей через реактор технологической жидкости достигается за счет уменьшения объема жидкости обрабатываемой каждым преобразователем в отдельности и за счет параллельной обработки всех мелких потоков.
Конструкция кавитационного реактора представлена на фиг.1. Работа реактора осуществляется следующим образом.
Через входное отверстие 1 технологическая жидкость поступает в каналы 2 и через отверстия малого диаметра 3 в камеру реактора 4. Напротив каждого отверстия расположены концентраторы 5 в форме усеченных конусов акустически соединенные с электромеханическим преобразователем, состоящим из пьезоэлектрических элементов 6 и отражающей накладки 7, причем число преобразователей равно числу плоских граней внешней поверхности реактора. За счет колебаний концентратора 5 вдоль собственной оси вращения в рабочей камере реактора каждый из потоков технологической жидкости, проходящих через отверстия малого диаметра подвергается кавитационной обработке. Далее в нижней части реактора происходит соединение мелких потоков в один общий поток и выходящий из ректора через нижнее выходное отверстие 8. Для повышение качества обработки и достижения заданных параметров, например, диспергирования технологическую жидкость можно пропускать через такой реактор в несколько циклов.
На фиг.2 показан вид внутренней камеры с элементом разделения основного потока на несколько более мелких потоков.
Предлагаемый кавитационный реактор может быть использован в ультразвуковых устройствах любого назначения для диспергирования, эмульгирования, гомогенизации в жидкой среде. Применение данной полезной модели позволяет интенсифицировать технологические процессы.