УСТРОЙСТВО ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ РОТОРНОЙ КАВИТАЦИИ ЖИДКОСТЕЙ

Устройство гидродинамической роторной кавитации жидкостей относится к гидродинамической роторной кавитации жидких сред и может быть использовано во всех отраслях, где целесообразны кавитанционные изменения физико-химических свойств жидкости, предпочтительно для кораблей и судов ВМФ, при водоподготовке питательной воды для турбин, подготовки ГСМ к использованию, для обработки питьевой воды длительно хранящееся в цистернах.
Известен «Гидродинамический кавитатор», №216.012.19 В7(патенту номер 2357791 и № охранного документа 0002472075) «имеющий корпус, в котором расположены входной патрубок, успокоительная камера и посаженный на вал диск активатора с отверстиями по окружности, рабочую камеру с отверстиями и выходным патрубком, отличающийся тем, что рабочая камера имеет форму эллиптического тора, отверстия в которой расположены по окружности, образованной вращением большой оси эллипса вокруг центральной оси эллиптического тора, а отверстия в диске активатора расположены соосно с отверстиями в рабочей камере». Недостатком данного технического решения является используемый принцип кавитации т.е. импульсный проход жидкости через отверстия и резонансной расчетной частоты для каждой жидкости, КПД кавитации которого меньше чем при обтекании лопасти. Для больших объемов производства данная усложненная конструкция потребует существенных затрат в соотношении эффективность и стоимость.
Известно устройство «Роторный гидравлический кавитационный аппарат» (патент номер 2357791, FindPatent.ru>patent/235/2357791.html) отличается от ранее заявленных иных прототипов тем, что в гидродинамических кавитаторах последовательно расположены круглоцилиндрические насадки Вентури, резонирующие камеры, внезапно расширяющиеся насадки Борда, образующие четыре участка образования кавитационных пузырьков. Количество устанавливаемых гидродинамических кавитаторов зависит от размеров ротора и определяется из условий прочности ротора. Недостатком данного технического решения является то, что лопатки ротора создают одну транзитную струю для четырех участков, в каждой из которых последовательно понижается скорость жидкости, а значит и уменьшает сам принцип динамической кавитации от скорости обтекания потоком. Эффект кавитации от прохода жидкость мимо прямоугольной кромки входного отверстия - соотносится к кавитации за дроссельной шайбой, приведет к кавитанционной эрозии. Для больших объемов производства данная усложненная конструкция потребует существенных затрат в соотношении эффективность и стоимость.
Известен «Гидродинамический кавитационный преобразователь жидкости», патент на полезную модель №: 55938. Суть данного устройства гидродинамической кавитации в том, что «… установка для кавитанционной обработки жидкости представляет собой внутренний циркуляционный контур смешения и гидродинамической энергетической многофакторной обработки различных типов жидких топлив …» в которой «… исходная смесь из емкости по трубопроводам подается в гидродинамический кавитационный аппарат, где происходит ее гидродинамическая энергетическая кавитационная обработка с целью получения тонкодисперсной однородной эмульсии, после чего она малой частью …» расходуется, «… а в основном эмульсия по трубопроводу рециркуляции возвращается в циркуляционную емкость …». «Многократное воздействие на исходную смесь производится при рециркулировании ее по контуру, … особенно при многократном прохождении ее через гидродинамический кавитационный аппарат». «Таким образом, установка для кавитанционной обработки жидкости представляет собой внутренний циркуляционный контур смешения и гидродинамической энергетической обработки различных типов жидких топлив». Недостатком данного устройства в том, что необходимо многократная рециркуляция по замкнутому контуру для кавитанционного воздействия на жидкость (подразумевает более двух, но менее бесконечности) в гидродинамическом кавитанционном аппарате, что потребует существенных затрат в соотношении эффективность и стоимость.
Известен наиболее близким по технической сущности является устройство, приведенное в патенте РФ 1748937, которое состоит из циркуляционной емкости для приготовлении эмульсии, гидродинамического роторного кавитанционного аппарата, изготовленного на базе центробежного насоса консольного типа, насоса для подачи готовой композиции в расходную емкость, бака для загрузки дополнительных компонентов, уровнемера для дозирования жидких составляющих композиций, фильтра для улавливания механических примесей, ТЭНов для нагревания компонентов и эмульсий, вентилей, пробковых кранов, трубопроводов. В указанном аналоге гидродинамический роторный кавитационный аппарат представляет собой обычный центробежный насос, у которого удлинена ось, на которой смонтирован собственный лопастной ротор насоса и последовательно за ним установлен гидродинамический роторный кавитационный излучатель. Таким образом, гидродинамический роторный кавитационный излучатель реализует механическое, кавитационное воздействие на подаваемую в аппарат смесь. Недостатком является то, что  для гидродинамической кавитации (ГДК) жидкости необходима не любая, а именно развитая ГДК. Кавитация жидкости в циркуляционном насосе (ЦН) существует всегда, но, ЦН не является источником развитой кавитании ЦН, так как проектируется и изготавливается для циркуляции или перекачки жидкости с минимальной кавитацией, которая является основной причиной кавитанционной эрозии лопастей. Данное устройство вызывает необходимость многократной циркуляции (рециркуляцию) и потребует существенных затрат в соотношении эффективность и стоимость.
Целью данного устройства - создать искусственную кавитацию в жидкости и увеличить ее интенсивность для непрерывного и массового образования каверн (кавитационных пузырьков) за пределами лопасти.
Цель принудительной кавитации - вызвать разрыв химических связей макромолекул (капель). Действие кавитации в данном устройстве основано на возникновении ударной волны при захлопывании пузырька
Задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, состоит в создание простого в конструкции и эксплуатации, эффективного и универсального устройства, чтобы в процессе ГДРК создать сильно развитую вторую стадию кавитации, когда обтекание лопасти происходит со срывом струй и каверна уходит далеко за край лопасти. Тогда множество захлопывающихся кавитационных пузырьков вызовут разрыв химических связей макромолекул (капель), но за пределами лопасти и этим улучшат потребительские качества жидкостей. В конечном счете, воздействие кавитации на жидкость сводится к единственному процессу - расщеплению молекул жидкости в кавитационных пузырьках.
Поставленная задача решается тем, что вращающейся лопасти 1 и 2 как на фиг. 1 и фиг. 2 придан специальный клиновидный профиль с острой входящей кромкой, наличие острой входящей кромки и смещение наибольшей толщины к выходящей кромке для струйного характера обтекания лопасти и создается режим полностью развитой кавитации обтекания лопасти. Клиновидный профиль лопасти более 10 градусов для создания тонкой пленки. На фиг. 1 у горизонтальной части лопастей, одной из лопастей входящая кромка имеет наклон вверх 2, а вторая лопасть наклон в низ 1, наклон горизонтальных лопастей направляет поток кавитирующей жидкости вдоль оси вращения - внутрь жидкости, что приводит к массообмену и перемешиванию жидкости вдоль оси вращения. Количество лопастей - две, что уменьшает возможность взаимного влияния каверн каждой из лопастей. Конец каждой лопасти имеет продолжение вертикально вверх и в низ для создании полной кавитации жидкости в вертикальной плоскости, высота вертикального продолжения лопасти равна длине горизонтальной плоскости лопасти. У горизонтальных лопастей 1 и 2 на фиг. 2 входящие кромки имеют прямой горизонтальный клиновидный вил. который направляет поток жидкости вдоль оси вращения. Количество лопастей -две, что уменьшает возможность взаимного влияния каверн каждой из лопастей. Конец лопасти 1 на фиг. 2 направлен в низ, а конец лопасти 2 направлена в верх и имеет такое же назначение создание полной кавитации, но повышает надежность за счет избежание сварочных работ при изготовлении вертикальной части лопастей по фиг. 1.
Лопасти закреплены ярусами вдоль вращающего вала на глубину ГДРК. Каждая лопасть у выходящей кромки имеет направленную шероховатость поверхности лопасти высотой более 5 мкм как зародышевые центры для быстрого возрастания числа развивающихся кавитационных пузырьков, происходит их объединение в общую кавитанционную каверну и течение переходит в струйное. Для противодействия кавитанционной эрозии лопастей они имеют тонкопленочное покрытие высокой твердости. Возникновение кавитации сильно зависит от вязкости жидкости, а после кавитанционной обработки вязкость уменьшается, что дает возможность вискозиметром определить окончание кавитанционной обработки и снизить энергоемкость процесса. Электропривод для вращения лопастей от асинхронного электродвигателя с дополнительным устройством для изменения частоты вращения, что дает возможность изменять вибрацию лопасти, которая будет причиной разрушения лопасти.
Предлагаемое устройство гидродинамической роторной кавитации жидкостей приводит к быстрому возрастанию числа развивающихся пузырьков, позволяет увеличить интенсивность кавитации, позволяет изменить физико-химических свойств жидкостей и этим улучшить потребительские качества жидкостей при значительном снижении энергоемкости процесса.
Предлагаемое устройство гидродинамической роторной кавитации жидкостей универсально и компактно по конструкции для любых жидкостей в больших производственных объемах.
Измененные физико-химические свойства жидкостей остаются стабильными при длительном хранении, что позволяет использовать предлагаемое устройство для ГДРК как специальную технологическую оснастку в отдельной технологической операции по подготовке жидкостей к использованию.
Предлагаемое устройство гидродинамической роторной кавитации жидкостей содержит цилиндрическую емкость для кавитанционной обработки с электроприводом для вращения ротора с установленными на нем профилированными лопастями, которые закреплены ярусами вдоль вращающего вала на глубину ГДРК и образуют объемную зону кавитации.
Устройство работает следующим образом. Вращающиеся профилированные лопасти создают в емкости с жидкостью режим полностью развитой кавитации обтекания лопасти за пределами самой лопасти, что предотвращает ее разрушение.
Новым в устройстве является наличие острой входящей кромки и смещение наибольшей толщины к выходящей кромке (клиновидный профиль), угол клина позволяет изменять толщину каверн, образующихся в междулопастном пространстве и уменьшить их взаимное влияние.
Новым в устройстве является то, что поверхности лопасти придан прямолинейный профиль с заданной шероховатостью.
Новым в устройстве является то, что лопасти имеют острую входящую кромку для создания полной развитой кавитации за пределами обтекания лопасти.
Новым в устройстве является то, что горизонтальная часть лопасти имеют наклон (установлены под углом к радиусу), который направляет (перемешивает) поток кавитирующей жидкости - вдоль направления оси вращения, что приводит к массообмену (формирует поток вдоль ротора).
Новым в устройстве является то, что лопасти закреплены ярусами. Угол наклона лопасти заменяет необходимость иного внешнего устройства циркуляции.
Новым в устройстве является то, что поверхности лопасти придана направленная шероховатость (для интенсивной ГДК), которая будет способствовать формированию кавитационных каверн. Для противодействия кавитанционной эрозии лопастей от кавитационных каверн, не сумевших сомкнуться в обрабатываемой жидкости - предусмотрена защита лопасти, они имеют тонкопленочное покрытие высокой твердости.
Новым в устройстве является то, что вращающейся лопасти придан профиль для ГДРК в вертикальной и горизонтальной плоскости (Фиг. 1, Фиг. 2) и этим реализована зависимость массового образования каверн от площади поверхности обтекания.
Размеры ГДРК и его деталей находятся в определенной зависимости между собой и зависят от производительности заявленной полезной модели. Время кавитанционной обработки определяется уменьшением вязкости жидкости в данной емкости и назначается технологом по результатам измерения вискозиметром.