Устройство для насыщения жидкости газом

Полезная модель относится к насыщению жидкостей газами, в частности воды, и может быть использована в медицине, сельском хозяйстве, в химической и пищевой промышленности, и других отраслях народного хозяйства.
Известно устройство для насыщения воды газом и выделения его в виде микро пузырьков при водолечении, описанное в патенте Российской Федерации на изобретение №2208428, МПК: А61Н 33/02 (2000.01), опуб. 20.07.2003 г. Бюл. №20. Известное устройство содержит насос, патрубки подвода и отвода воды и газа, приспособление для подачи газа, напорный баком для растворения газа в воде, приспособление для выделения микро пузырьков, выполненное в виде двух параллельных дисков, соединенных винтом с возможностью регулирования зазора между ними.
Данное устройство обеспечивает активное насыщение воды микро пузырьками необходимыми при лечении ваннами, однако недостатком устройства является обязательное нахождение его в жидкости.
Также известно устройство для насыщения жидкостей газами, описанное в патенте Российской Федерации на изобретение №2178728 МПК: B01F 3/04. (2000.01) опуб. 27.01.2002 Бюл. №3. Устройство содержит продолговатый корпус, средства для подачи жидкости и отвода смеси и средство для подачи газа. Кроме того, устройство включает установленный в корпусе на расстоянии от его стенок с образованием герметичной камеры блоком пористых трубок или пористых пластинчатых тел, в которых выполнены продольные каналы. Полости каналов сообщены со средствами для подачи жидкости и отвода смеси, а средство для подачи газа сообщено с полостью герметичной камеры. Устройство обеспечивает подачу мелких пузырьков воздуха в воду.
К недостаткам данного устройства относится высокая стоимость и сложность изготовления пористых трубок.
1
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату к заявляемому является устройство для приготовления диспергированной водовоздушной смеси, описанное в полезной модели Российской Федерации №157201, МПК: B01F 3/04 (2006/01), В01F 7/00 (2006/01), В04С 5/04 (2006.01), опуб. 27.11.2015. Бюл. №33. Согласно полезной модели устройство содержит камеру входа с тангециально присоединенным к ней патрубком подвода исходной водовоздушной смеси, вихревую камеру и камеру выхода с тангециально присоединенным к ней патрубком отвода диспергированной водовоздушной смеси. По оси вихревой камеры расположен ротор, соединенный валом с электродвигателем. Поверхность ротора покрыта силикатной эмалью, а отношение диаметра ротора d к диаметру вихревой камеры d составляет 0,1-0,3, отношение диаметра вихревой камеры к диаметру камеры входа (выхода) D составляет 0,2-0,3.
Данное устройство направлено на приготовление мелкодисперсных водовоздушных смесей, в процессах флотационного извлечения растворенных загрязнений. Средний диаметр пузырьков, получаемый с помощью этого устройства, составляет 35 мкм. Пузырьки диаметром 35 мкм предназначены для прямой флотации, что обеспечивает получение технического результата. Однако известное устройство не обеспечивает удаление взвешенных микрочастиц среднего диаметра 10 мкм и менее.
В основу заявляемого устройства для насыщения жидкости газом поставлена задача получения микро пузырьков 10 мкм и менее, путем обеспечения обратной флотации за счет изменения конструкции устройства, что позволит производить высокую очистку жидкости (воды) от нано и микровключений.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для насыщения жидкости газом, содержащем камеру входа с патрубком подвода исходной жидкости, вихревую камеру, по оси которой установлен ротор, вал которого соединен с электродвигателем, патрубок отвода водовоздушной смеси. Согласно полезной модели на внутренней стенке корпуса вихревой камеры установлены перфорированные сетки, а вал ротора выполнен квадратной формы и снабжен лопастями ромбической формы и перфорированными сетками. Отношение сечения вала ротора к диаметру вихревой камеры составляет 0,1-0,2, а отношение длины L вихревой камеры к ее диаметру d равно 10,7. Размеры сеток, установленных, на внутренней стенке корпуса вихревой камеры и валу ротора выбраны идентичными. При этом, зазоры между лопастью и внутренней стенкой вихревой камеры, между лопастью и перфорированной сеткой установленной на валу, между сеткой установленной на внутренней стенке камеры и валом, между сеткой установленной на валу и внутренней стенкой камеры равны и равны заданной величине b.
В известном техническом решении пузырьки, средний диаметр которых составляет 35 мкм, предназначены для прямой флотации. Данный размер пузырьков не может обеспечить удаление взвешенных микрочастиц среднего диаметра 10 мкм и менее, которые не успевают осаждаться на крупных пузырьках диаметром 35 мкм. и остаются в жидкости. Полученные пузырьки среднего диаметра 10 мкм не всплывают, и могут находиться в среде до года. Пузырьки 10 мкм и менее ответственны за обратную флотацию и содержат в себе отрицательно заряженные частицы воздуха - анионы. Они притягивают к себе микро частички загрязнений (размером один и менее микрон) и опускаются на дно (обратная флотация). Удаляются микро и нано взвеси, этим достигается высокая очистка воды (жидкостей) от нано и микро включений. Температура начала образования на поверхности ледяных игл насыщенной микро пузырьками 10 мкм воды - минус 10 градусов. При нагреве пузырьки исчезают, начальная температура кипения 55°С. В этом заключается существенное отличие заявляемого технического решения от выбранного в качестве прототипа.
Выполнение вала ротора квадратной формы целесообразно для повышения надежности крепления и точности установки лопастей и сеток.
Установление перфорированных сеток целесообразно для усиления и создания кавитационно-вихревого потока водовоздушной смеси.
Отношение сечения вала ротора к диаметру вихревой камеры, размеры и размещение перфорированных сеток подобраны таким образом, чтобы обеспечить выполнение поставленной задачи и технического результата, а именно получения микро пузырьков 10 мкм и менее и обеспечения высокой очистки жидкости (воды) от нано и микровключений.
Заявляемое устройство схематично изображено на чертеже.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства.
На фиг. 2 показано сечение устройства по А-А…
На фиг. 3 показано сечение устройства по Б-Б.
Устройство состоит из патрубка - 1 (см. фиг. 1) подвода исходной жидкости в вихревую камеру - 2, по оси которой установлен ротор - 3, вал 4 которого соединен с электродвигателем - 5, патрубка - 6 отвода готовой водовоздушной смеси. Вал 4 ротора выполнен квадратной формы и снабжен установленными на нем лопастями 7 ромбической формы и перфорированными сетками 8 (подвижными). На внутренней стенке 9 корпуса вихревой камеры 2 установлены перфорированные сетки 10 (неподвижные), размеры которых совпадают с размерами перфорированных сеток 8 установленных на валу 4 ротора. Зазоры между: лопастью 7 и внутренней стенкой вихревой камеры 9, между лопастью 7 и перфорированной сеткой 8 установленной на валу 4, между сеткой 10 установленной на внутренней стенке камеры 9 и валом 4, между сеткой 8 установленной на валу 4 и внутренней стенкой камеры 9 равны и равны заданной величине b.
Конкретный пример исполнения.
Для осуществления работы устройства вихревая камера 2 имела следующие размеры: отношение длины камеры к ее диаметру составляет 10,7., отношение сечения вала ротора 3 к диаметру вихревой камеры равно - 0,1-0,2. Для обеспечения требуемой производительности входной 1 и выходной 6 патрубки выбраны диаметром 25,4 мм, а электродвигатель 5 мощностью 2,2 кВт и 15000 оборотов в минуту. Лопасти 7 ромбической формы с размерами 65x20x2 мм и перфорированными сетками 8 и 10, толщиной 3 мм с ячейкой диаметром 3 мм. Количество лопастей 7 в устройстве 20 и более, количество подвижных 8 сеток 40 и более, количество неподвижных 10 сеток 40 и более. Зазор между лопастью 7 и неподвижной 10 перфорированной сеткой 3 мм. Зазор между подвижной 8 и неподвижной 10 перфорированными сетками 3 мм. На одну лопасть 7 приходится 2 подвижные 8 и 2 неподвижные 10 сетки. Зазор между стенкой вихревой камеры 9 и носиком лопасти 7-3 мм, зазор между неподвижной перфорированной сеткой 10 и валом 4-3 мм, зазор между подвижной сеткой 8 и стенкой вихревой камеры 9-3 мм. Порядок очередности - подвижная жидкости, сетка 8 - неподвижная сетка 10 - лопасть 7 - неподвижная сетка 10 - подвижная сетка 8 и так далее с зазором в 3 мм.
Движение водовоздушного потока внутри вихревой камеры носит кавитационно-вихревой характер. Рассмотрим движение водовоздушного потока в ячейке неподвижная сетка 8 - подвижная 10 - неподвижная 8 сетка. Водовоздушный поток, попав на подвижную сетку, отбрасывается к стенке 9 вихревой камеры (скорость вращения вала 4 - 15000 об/мин) со скоростью до 30 м/с. Достигнув стенки вихревой камеры 9 водовоздушный поток отражается и направляется на встречу потоку. Создаются два течения с границей раздела. На границе раздела пузырьки воздуха дробятся за счет разности направлений потоков, создается сложное вихревое движение с образованием мелких пузырьков. Известно, что вихревая кавитация возникает в воде в водоворотных зонах при скорости движения в водовороте 10÷15 м /сек., в заявляемом устройстве скорость - 30 м/с. На границе ячеек перфорированных сеток возникают кавитационные пузырьки, часть из которых схлопывается, а часть продолжают жить, увеличивая количество мелких пузырьков в водовоздушной жидкости. Лопасти способствуют продвижению водовоздушного потока в теле вихревой камеры, одновременно измельчая крупные пузырьки в водовоздушном потоке.
Исходя из сказанного, можно заключить, что предлагаемое устройство с набором входящих в него элементов создает сложный вихревой поток водовоздушной смеси с содержанием в нем пузырьков диаметром 10 мкм и менее, что позволяет производить высокую очистку жидкостей (воды) за счет удаления из нее микро и нано включений.