УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКИХ СРЕД

Полезная модель относится к устройствам для приготовления суспензий, эмульсий, растворов, разрушения взвешенных фаз, интенсификации реакций путем воздействия на жидкость энергией акустического излучения, главную роль при этом играет кавитация, возникающая в жидкости. Изобретение может использоваться при приготовлении смесей на основе эпоксидных смол при введении пластификаторов и наноприсадок.
Известна ультразвуковая установка для обработки жидких сред, содержащая реактор с трубчатым корпусом, генератор ультразвуковой частоты, ультразвуковой преобразователь, связанный с генератором ультразвуковой частоты электрическими проводами и оснащенный консольно прикрепленным к нему излучателем, установленным с возможностью возвратно-поступательного перемещения в трубчатом корпусе, а также входной штуцер, сообщающий внутреннюю полость трубчатого корпуса через подающий трубопровод с источником обрабатываемой жидкости, и выходной штуцер, сообщающий внутреннюю полость трубчатого корпуса с трубопроводом, отводящим обработанную жидкость (Патент США №3865350, МПК B01F 5/08, 11/02).
Такая ультразвуковая установка работает при высоком давлении обрабатываемой жидкой среды и характеризуется высокой степенью нагрева обрабатываемой среды и всей установки в целом. Это может повлечь за собой перегрев устройства, преобразующего частоту электрического тока в ультразвуковые колебания, излучателя ультразвуковой установки, и его повреждение. Кроме того, вследствие высокой температуры, возможно изменение параметров ультразвуковой системы вследствие изменения линейных размеров элементов установки при нагреве, что может привести к нарушению процесса смешения.
Наиболее близким по конструкции к заявляемому устройству является ультразвуковое устройство для обработки жидких сред, содержащее реактор с цилиндрическим корпусом, ультразвуковой блок, излучатель которого расположен в реакторе, а также входной патрубок для подвода обрабатываемой жидкости, тангенциально соединенный с цилиндрической стенкой реактора, и выходной патрубок для отвода обрабатываемой жидкости, расположенный напротив излучающего торца излучателя, причем диаметр излучателя больше диаметра выходного патрубка, заканчивающегося фланцем, расположенным в реакторе с возможностью возвратно-поступательного перемещения с помощью выполненной на патрубке резьбы, которой он вворачивается в резьбовой канал, выполненный в торце корпуса реактора, причем на патрубке установлена контргайка для его фиксации (Патент РФ №2363528, МПК B01F 11/02, 2009 г.).
Недостатком известного устройства является недостаточно высокая эффективность обработки жидкости.
Указанный недостаток обусловлен конструктивными признаками известного устройства.
По совокупности общих признаков в качестве прототипа выбрано устройство по патенту РФ №2310023.
Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в повышении эффективности обработки жидкости.
Технический результат достигается тем, тем, что в ультразвуковом устройстве для обработки жидких сред, содержащем реактор с цилиндрическим корпусом, ультразвуковой блок, излучатель которого расположен в реакторе, а также входной патрубок для подвода обрабатываемой жидкости, тангенциально соединенный с цилиндрической стенкой реактора, и выходной патрубок для отвода обрабатываемой жидкости, расположенный напротив излучающего торца излучателя, причем диаметр излучателя больше диаметра выходного патрубка, заканчивающегося фланцем, расположенным в реакторе с возможностью возвратно-поступательного перемещения, согласно полезной модели, выходной патрубок установлен с возможностью изменения угла наклона к продольной оси реактора и снабжен цапфенной обоймой, соединенной с приводом возвратно-поступательного перемещения, и между торцовой стенкой реактора и цапфенной обоймой на выходном патрубке помещен упругий элемент.
Выходной патрубок установлен в шаровой вставке, помещенной в обойму, установленную в торцовой стенке реактора
Привод возвратно-поступательного перемещения выполнен в виде кулачкового механизма, содержащего приводной кулачек, взаимодействующий с коромыслом, конец которого выполнен в виде вилки, взаимодействующей с цапфами.
В канале шаровой вставки установлены уплотнительные элементы.
Упругий элемент выполнен в виде набора тарельчатых пружин.
Установка выходного патрубка с возможностью изменения угла наклона к продольной оси реактора и снабжение его цапфенной обоймой, соединенной с приводом возвратно-поступательного перемещения, и помещение между торцовой стенкой реактора и цапфенной обоймой на выходном патрубке упругого элемента, обеспечивает:
- обработку жидких сред с изменяющейся в процессе обработки динамической вязкостью, поскольку изменение скорости звука в жидкой среде изменяется при изменении ее температуры, это позволяет разрушать агломерированные частицы во всем объеме жидкой среды до ее поступления в выходной патрубок. Это обеспечивает повышение эффективности обработки жидких сред с различной, либо изменяющейся в процессе обработки температурой либо вязкостью жидких сред;
- так как подаваемая в реактор жидкая среда поступает в реактор через тангенциально расположенный по отношению к цилиндрическому корпусу реактора входной патрубок и движение жидкой среды в реакторе происходит по спирали, угол наклона которой зависит от динамической вязкости среды и скорости потока, то к зазору между фланцем и торцом излучателя жидкость подходит под некоторым углом, что снижает эффективность обработки жидкости. Разворот фланца на выходном патрубке по отношению к излучателю позволяет находить оптимальное их взаимное расположение, при котором достигается максимальная производительность при сохранении высокого качества обработки жидкой среды.
Снабжение выходного патрубка цапфенной обоймой, соединенной с приводом возвратно-поступательного перемещения, и помещение между торцовой стенкой реактора и цапфенной обоймой на выходном патрубке упругого элемента обеспечивает повышение эффективности обработка за счет дополнительного перемешивания жидкой среды при возвратно-поступательном перемещении фланца. Одновременно достигается упрощение конструкции и повышение надежности работы устройства за счет применения кулачкового механизма и упругого элемента.
Установка выходного патрубка в шаровой вставке, помещенной в обойму, установленную в торцовой стенке реактора обеспечивает возможность разворота фланца на выходном патрубке по отношению к направлению потока, что позволяет находить оптимальное положение выходного патрубка, при котором достигается максимальная эффективность обработки жидкой среды;
Выполнение привода возвратно-поступательного перемещения в виде кулачкового механизма, содержащего приводной кулачек, взаимодействующий с коромыслом, конец которого выполнен в виде вилки, взаимодействующей с цапфами, позволяет повысить эффективность обработки за счет изменения характера перемещения выходного патрубка в зависимости от частоты вращения кулачка, конфигурации кулачка и изменения его размеров;
Установка в канале шаровой вставки уплотнительных элементов обеспечивает герметизацию ввода в корпус реактора подвижного выходного патрубка, что повышает удобство эксплуатации устройства;
Выполнение упругого элемента в виде набора тарельчатых пружин позволяет изменять усилие прижима коромысла к кулачку при обратном ходе выходного патрубка в зависимости от вязкости обрабатываемой среда путем изменения набора тарельчатых пружин.
По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критерию "новизна".
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность полезной модели, может быть многократно использована в производстве различных модификаций реакторов для ультразвуковой обработки жидких сред с получением технического результата, заключающегося в повышении эффективности их перемешивания, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критерию "промышленная применимость".
Сущность заявляемой полезной модели поясняется примером конкретного выполнения, где на представленном чертеже показан общий вид ультразвуковой установки для обработки жидких сред в разрезе;
Перечень позиций, указанных на чертежах:
1.
реактор;
2.
цилиндрический корпус;
3.
излучатель ультразвукового блока;
4.
входной патрубок;
5.
выходной патрубок;
6.
фланец выходного патрубка;
7.
торцовая стенка реактора;
8.
обойма;
9.
уплотнение шаровой вставки
10.
шаровая вставка;
11.
уплотнение выходного патрубка;
12.
кулачек;
13.
опора кулачка;
14.
опора коромысла
15.
ось;
16.
коромысло;
17.
ролик;
18.
вилка;
19.
цапфа;
20.
цапфенная обойма;
21.
тарельчатые пружины.
Ультразвуковое устройство для обработки жидких сред содержит реактор 1 с цилиндрическим корпусом 2, в полости которого установлен излучатель 3 ультразвукового блока (не показан). Цилиндрический корпус 2 снабжен входным патрубком 4 для подвода обрабатываемой жидкости, который тангенциально соединен с цилиндрической стенкой реактора 2. Выходной патрубок 5 для отвода обрабатываемой жидкости расположен напротив торца излучателя 3, причем диаметр излучателя 3 больше диаметра выходного патрубка 5, который заканчивается фланцем 6 и установлен в закрепленной на торцовой стенке 7 обойме 8 с помощью уплотнений 9 шаровой вставки 10. В канале шаровой вставки 10 выходной патрубок 5 по внешнему диаметру герметизируется уплотнениями 11. Кулачек 12, соединенный с приводом вращения (не показан), установлен в опоре 13 на торцовой стенке реактора 7. На этой же стенке закреплена опора коромысла 14, на которой на оси 15 установлено коромысло 16, на одном конце которого установлен ролик 17, взаимодействующий с кулачком 12. На противоположном конце коромысла 16 выполнены вилки 18, в которые заведены цапфы 19, выполненные на цапфенной обойме 20. Между торцовой стенкой реактора 7 и цапфенной обоймой 20 на выходном патрубке 5 помещен набор тарельчатых пружин 21.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
В реактор 1 через входной патрубок 4 подается эпоксидная смола и компоненты: пластификатор, наполнитель, микроприсадки, например, углеродный наноматериал, и др. Одновременно включаются привод кулачка 12 и ультразвуковой блок, подающий энергию на излучатель 3. Благодаря тангенциальному подводу, подаваемая на обработку среда закручивается в цилиндрическом корпусе 2 и поступает в зазор между фланцем 6 выходного патрубка 5 и торцом излучателя ультразвукового блока 3 и выводится из реактора 1 через выходной патрубок 5, установленный в торцовой стенке реактора 7. При вращении кулачка 12 в опоре 13 движение передается через ролик 17 коромыслу 16, которое поворачивается на оси 15, закрепленной на опоре 14. При этом выполненные на противоположном конце коромысла 16 вилки 18 взаимодействует с цапфами 19, которые вместе с цапфенной обоймой 19 и выходным патрубком 5 перемещаются внутри реактора 1 в уплотнениях выходного патрубка 11 шаровой вставки 10. При дальнейшем повороте кулачка 12 коромысло 18 совершает обратный ход под действием набора тарельчатых пружин 21. Подаваемая в реактор жидкая среда поступает в реактор 1 через тангенциально расположенный по отношению к цилиндрическому корпусу 2 входной патрубок 4 и движение жидкой среды в реакторе 1 происходит по спирали, угол наклона которой зависит от динамической вязкости среды и скорости потока. Разворот фланца 6 на выходном патрубке 5 по отношению к излучателю ультразвукового блока 3 позволяет находить оптимальное их взаимное расположение, при котором достигается максимальная производительность при сохранении высокого качества обработки жидкой среды. Изменение угла может достигаться поворотом шаровой вставки 10 в уплотнениях 9 обоймы 8, закрепленной на торцевой стенке реактора 7 путем перемещения опоры кулачка 12 и опоры коромысла 14.
Предлагаемое устройство обеспечивает эффективную ультразвуковую обработку различных жидких сред.