УСТРОЙСТВО ДЛЯ АЭРАЦИИ ЖИДКОСТИ

Предлагаемая полезная модель относится к аэрации жидкости и может быть использована при промывке топливной системы летательных аппаратов азотированным топливом и флотации различных материалов.
Известно устройство для аэрации жидкости, содержащее корпус с входными патрубками для подвода к нему под избыточным давлением жидкости и газа и патрубком для отвода газожидкостной смеси, расположенную в корпусе камеру для смешивания жидкости и газа (патент РФ №2178728, опубл. 27.01.2002 г.).
В данном устройстве газ в жидкость подается через пористые тела, а наличие в конструкции устройства пористых тел, в частности, из керамики, не позволяет использовать устройство при промывке топливной системы летательного аппарата из-за возможности попадания в систему фрагментов пористых тел. Кроме этого, наличие мелких пор в пористых телах не гарантирует мелких пузырьков газа, так как размер отрывающихся пузырьков в основном зависит от параметров потока, в котором находятся пузырьки.
Известно также устройство для аэрации жидкости, содержащее корпус с входными патрубками для подвода к нему жидкости и газа и патрубком для отвода газожидкостной смеси, расположенную в корпусе камеру в виде тела вращения для смешивания жидкости и газа и средство для закручивания потока (патент РФ №2189365, опубл. 10.06.2002 г.).
В этом устройстве отсутствуют пористые тела, что исключает попадание посторонних частиц в газожидкостный поток и позволяет промывать системы с повышенными требованиями к чистоте. В тоже время данная конструкция не позволяет создать поток с мелкими пузырьками, так как «срезаемые» закрученным потоком жидкости пузырьки газа, подаваемого через отверстия в камеру (трубу), из-за своей малой плотности перемещаются в центр закрученного потока и сливаются в более крупные пузыри.
Известно устройство для аэрации жидкости, содержащее корпус с входными патрубками для подвода к нему под избыточным давлением жидкости и газа и патрубком для отвода газожидкостной смеси, расположенную в корпусе камеру в виде тела вращения для смешивания жидкости и газа со средствами для закручивания потока (патент РФ №1534967 опубл. 15.09.1994 г.). Данное устройство имеет несколько средств для закручивания потока, которые могут создавать и противоположное направление закрутки потоков, что не только препятствует объединению пузырьков, но и способствует дополнительному измельчению. Данное техническое решение наиболее близко к предлагаемому и принято за прототип.
К недостаткам устройства следует отнести большие поперечные габариты и, соответственно, сложность встраивания такой конструкции в напорный трубопровод, а также ограниченные возможности регулирования процесса аэрации, в частности, при применении в системе нерегулируемых насосов. Указанные недостатки ограничивают возможность применения данного устройства.
Задачей данного технического решения является улучшение регулирования процесса аэрации и уменьшение поперечных габаритов устройства.
Технический результат заключается в достижении возможности регулирования параметров закрученных потоков и, соответственно, процесса аэрации, а также существенном упрощении установки устройства в систему напорных трубопроводов.
Для получения указанного технического результата предлагается устройство для аэрации жидкости, содержащее корпус с входными патрубками для подвода к нему под избыточным давлением жидкости и газа и патрубком для отвода газожидкостной смеси, расположенную в корпусе камеру в виде тела вращения для смешивания жидкости и газа со средствами для закручивания потока, в котором средства для закручивания потока выполнены в виде пакета пластин, концентрических относительно камеры, и имеют струеформирующие каналы, образованные окнами пластин путем последовательного поворота соседних в пакете пластин относительно друг друга вокруг оси корпуса, при этом соседние средства для закручивания потока имеют противоположное направление закрутки.
Отличительные признаки заявленного технического решения: средства для закручивания потока выполнены в виде пакета пластин, концентрических относительно камеры, и имеют струеформирующие каналы, образованные окнами пластин путем последовательного поворота соседних в пакете пластин относительно друг друга вокруг оси корпуса, при этом соседние средства для закручивания потока имеют противоположное направление закрутки.
Указанные отличительные признаки в известных технических решениях не обнаружены.
Предложенное устройство позволяет путем изменения положения пластин регулировать основные параметры потоков в аэраторе, а именно минимальное сечение потока и соотношение тангенциальной и осевой составляющей скорости потока в устройстве без переделки устройства или его частей, а выполнение средств для закручивания потоков в виде пакета пластин, концентрических относительно камеры, существенно уменьшает поперечные габариты устройства и упрощает его монтаж в систему трубопроводов.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - общий вид устройства для аэрации жидкости в разрезе;
на фиг. 2 - сечение А-А общего вида устройства;
Предлагаемое устройство содержит (фиг. 1) корпус 1 с внутренней поверхностью в виде тела вращения, внутренняя полость которого одновременно служит и камерой для смешивания жидкости и газа. Внутри корпуса 1 установлены пакеты пластин 2 и 3, стянутые между собой фигурными шайбами 4 и 5 с помощью центрального обтекателя 6 и болта 7. Непосредственно к корпусу 1 пакеты пластин крепятся с помощью втулки 8 и резьбовой втулки 9. В месте контакта втулки 8 и резьбовой втулки 9, по крайней мере, на одном из их торцов нанесен микрорельеф, например, с помощью накатки. Для подачи газа к месту контакта втулки 8 и резьбовой втулки 9 в корпусе 1 выполнена кольцевая проточка 10 и установлен выполняющий роль патрубка для подачи газа штуцер 11. Для монтажа устройства в напорный трубопровод предназначены входной патрубок 12 и патрубок 13 для отвода газожидкостной смеси. Входной патрубок 12 выполнен съемным и крепится к корпусу 1 с помощью накидной гайки 14, а патрубок 13 для отвода газожидкостной смеси выполнен совместно с корпусом 1. Возможная форма пластин 2 и 3 изображена на фиг. 2 - по форме это шайбы, по наружному краю которых выполнены трапецеидальные окна 15 и 16 на пластинах 2 и 3 соответственно. Струеформирующие каналы образованы путем последовательного поворота соседних в пакете пластин с окнами друг относительно друга вокруг оси корпуса, при этом ориентация струеформирующих каналов, образованных окнами 15 и 16 должна обеспечивать противоположное направление закрутки концентрических потоков жидкостей относительно оси устройства. Аналогично можно сделать больше двух средств для закручивания потоков, но и при большем количестве концентрических потоков соседние средства для закручивания потоков должны иметь противоположное направление закрутки. Целесообразно шаг, на который сдвигаются края окон соседних пластины друг относительно друга, плавно увеличивать от входа к выходу, например, согласно арифметической или геометрической прогрессии. Изменение параметров прогрессии позволяет изменять соотношение тангенциальной и осевой составляющей скорости потока и минимальное сечение потока в струеформирующем канале. Устройство работает следующим образом.
Подвергаемую аэрации жидкость через подводящую трубу (не показана) под давлением подают через входной патрубок 12 внутрь корпуса 1. Одновременно через штуцер 11, кольцевую проточку 10 и микрорельеф на стыке втулки 8 и резьбовой втулки 9 внутрь корпуса 1 подают газ, пузырьки которого «срезаются» потоком жидкости и движутся вместе с жидкостью вблизи стенок корпуса 1. При движении внутри корпуса 1 поток плавно ускоряется из-за сужения потока с помощью центрального обтекателя 6 и фигурной шайбы 4. Далее поток разделяется на два концентрических потока с помощью струеформирующих каналов, образованных окнами 15 и 16 в пакетах тонких однотипных пластин 2 и 3. Наружный концентрический поток дополнительно ускоряется и получает вращение относительно оси устройства при прохождении жидкостей по струеформирующим каналам, образованным пакетом пластин 3, а внутренний концентрический поток также дополнительно ускоряется и получает вращение относительно оси устройства при прохождении жидкостей по струеформирующим каналам, образованным пакетом пластин 2, при этом наружный и внутренний концентрический поток получают противоположное направление закрутки. Пузырьки газа, движущиеся вместе с жидкостью вблизи стенок корпуса 1, попадают в наружный концентрический поток и измельчаются при взаимодействии со ступенчатыми стенками каналов, а более крупные пузырьки вследствие закрутки потока газа мигрируют во внутреннюю часть наружного потока. После прохождения струеформирующих каналов происходит слияние наружного и внутреннего концентрического потока, а так как эти потоки закручены в разные стороны, то на их границе образуются вихри и зоны больших касательных напряжений где и завершается разрушение пузырьков до микронных размеров.
Предложенная конструкция устройства для аэрации жидкости имеет небольшие поперечные габариты и легко встраивается в систему напорных трубопроводов. Небольшие поперечные размеры достигаются за счет создания в данном устройстве концентрических потоков, что позволяет исключить из конструкции тангенциальные подводы трубопроводов, которые существенно (в несколько раз) могут увеличить поперечные размеры устройства. А выполнение струеформирующих каналов из пакетов однотипных пластин с окнами, которые повернуты друг относительно друга относительно оси камеры, значительно снижает трудоемкость изготовления струеформирующих каналов, делает конструкцию технологичной и позволяет без изменения конструкции изменять конфигурацию струеформирующих каналов и, соответственно, основные параметры устройства, а именно минимальное сечение потока и соотношение тангенциальной и осевой составляющей скорости потока в устройстве. Это позволяет перенастраивать аэратор на оптимальный режим работы при изменении параметров потока жидкости.