ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ АКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области получения и гомогенизации дисперсных систем с жидкой средой с помощью кавитации и может быть использована для получения эмульсий (прямых и обратных) из двух и более несмешивающихся жидкостей с заданной концентрацией компонентов, например водотопливных. Это может найти применение в нефтехимической, сельско-хозяйственной, пищевой, топливной, химической, и других отраслях промышленности.
Известны способы и устройства для получения топливно-водяных эмульсий: механические мешалки, диспергаторы и барботирующие устройства.
Наиболее эффективными из них являются диспергаторы. Известен стержневой гидродинамический преобразователь, содержащий сопло с круглым выходным отверстием, против которого расположен отражатель в виде зонта. Вытекающая из-под зонта струя воды попадает на заточенную часть стержней и вызывает их резонансные колебания. Стержни изготовлены путем вырезки продольных щелей по образующим в металлическом цилиндре, причем цилиндр не имеет одного дна и стержни закрепляются с одного конца консольно. (Гершал А.Д., Фридман В.М. «Ультразвуковая технологическая аппаратура», Энергия, Москва, 1976 г., стр.123). В известном преобразователе недостаточно используются все возможности звукового поля и акустических колебаний в жидкости.
Наиболее близким техническим решением является гидродинамический диспергатор, содержащий корпус, сопло, консольно закрепленный резонансный элемент в виде пластины, острием направленный к соплу. Выходное отверстие сопла выполнено в виде щели, а пластина установлена с возможностью перемещения и замены (RU №26197, B01F 11/02). Недостатками известного преобразователя являются: не полное смешение жидкостей, необходимость установки более одного диспергатора в систему смешивания, отсутствие возможности замены сопла, узкая область создаваемых в диспергируемой среде длин волн.
Задачей полезной модели является повышение эффективности дисперсии любых не смешивающихся жидкостей и обеспечение высокой устойчивости и длительной нерасслаиваемости полученных коллоидных растворов.
Поставленная задача достигается тем, что в известном преобразователе, содержащем корпус, сопло и консольно закрепленный с возможностью перемещения и замены резонансный элемент, острием, направленным к отверстию сопла, согласно полезной модели, корпус герметично соединен с кожухом, внутренняя цилиндрическая поверхность которого снабжена магнитной вставкой, сопло имеет круглое выходное отверстие и установлено в верхней части корпуса, на которой по периметру расположены, по меньшей мере, по одной диаметрально противоположно закрепленной дополнительной остроугольной резонансной пластины, направленным острием внутрь к оси корпуса, причем резонансный элемент выполнен в виде цилиндрического стержня с конусообразным наконечником, при этом, длина наконечника, длина стержня и диаметр стержня связаны соответственно соотношением как a:b:d=2:12:1, а корпус, сопло, кожух, цилиндрический стержень и дополнительные остроугольные пластины выполнены из диамагнитного материала. Сопло установлено с возможностью замены, дополнительные остроугольные пластины установлены равномерно с возможностью замены и перемещения, угол при вершине остроугольной пластины составляет 45-60°, длина остроугольной пластины составляет 10-100 мм., количество дополнительных остроугольных резонансных пластин составляет не более 10.
Технический результат, который может быть получен при реализации полезной модели, заключается в повышении эффективности дисперсии любых не смешивающихся жидкостей и обеспечении высокой устойчивости и дли тельной нерасслаиваемости полученных коллоидных растворов.
Указанный технический результат достигается тем, что корпус герметично соединен с кожухом, внутренняя цилиндрическая поверхность которого снабжена магнитной вставкой, сопло имеет круглое выходное отверстие и установлено в верхней части корпуса, на которой по периметру расположены, по меньшей мере, по одной диаметрально противоположно закрепленной дополнительной остроугольной резонансной пластины, направленным острием внутрь к оси корпуса, причем резонансный элемент выполнен в виде цилиндрического стержня с конусообразным наконечником, при этом, длина наконечника, длина стержня и диаметр стержня связаны соответственно соотношением как a:b:d=2:12:1, а корпус, сопло, кожух, цилиндрический стержень и дополнительные остроугольные пластины выполнены из диамагнитного материала. Сопло установлено с возможностью замены, дополнительные остроугольные пластины установлены равномерно с возможностью замены и перемещения, угол при вершине остроугольной пластины составляет 45-60°, длина остроугольной пластины составляет 10-100 мм., количество дополнительных остроугольных резонансных пластин составляет не более 10.
Магнитная вставка, установленная на внутренней цилиндрической поверхности кожуха, создает магнитное поле. Линии магнитной индукции совпадают по направлению с движением диспергирующейся смеси. Так как вода обладает дипольным моментом, ее молекулы стремятся расположиться определенным образом в магнитном поле, возрастает напряженность связей O---H и водородных связей O-----H. Нарушение всех существующих в воде связей ведет к улучшению диспергации, так как уменьшается размер частиц дисперсной фазы в дисперсной среде. В дальнейшем такие смеси сохраняют большую «жизнеспособность», то есть увеличивается время их расслоения на составляющие части.
Выполнение резонансного элемента в виде цилиндрического стержня с конусообразным наконечником и имеющим соотношение длины стержня, длины конусной части и диаметра стержня как a:b:d=2:12:1 играет важную роль в диспергации смеси жидкостей и подобрано экспериментальным путем. При изменении параметров a, b, d нарушается резонансная картина, то есть чем меньше длина стержня тем выше частота колебаний и наоборот.
Наличие дополнительных резонансных остроугольных пластин, закрепленных по периметру верхней части корпуса равномерно, направленных острием внутрь, позволяет усилить эффект от колебаний цилиндрического стержня с конусообразным наконечником колебанием дополнительных пластин. Число этих пластин зависит от усредненной вязкости (h1+h2+…+hi/i) приготовленных для смешивания жидкостей и от температуры окружающей среды (зима, лето). Количество остроугольных пластин в предлагаемом гидродинамическом акустическом преобразователе соответствует по меньшей мере двум, а максимально не более 10. Это обусловлено тем, что максимальный эффект при разной усредненной вязкости жидкости может быть достигнут установкой разного количества пластин. Чем выше вязкость смешиваемых жидкостей, тем большее количество дополнительных резонансных пластин необходимо, для жидкостей с малой вязкостью достаточно двух пластин. Увеличение количества пластин более 10, по экспериментальным данным, мало влияет на степень смешиваемости, при этом происходит усложнение конструкции. Угол при вершине остроугольной резонансной пластины равный 45-60° обеспечивает дополнительное дробление капель жидкости и создание турбулентных завихрений. Происходит дополнительное интенсивное перемешивание смешиваемых жидкостей. Угол более 60° уменьшает эффект дробления капель, а угол менее 45° не создает достаточных турбулентных завихрений.
Длина резонансной пластины равная 10-100 мм обеспечивает возможность вступления ее в резонанс с колебательным контуром при разных величинах длин волн. Пластина начинает создавать собственные колебания, которые воздействуют на жидкость. При длине пластины менее 10 мм, она не вступает в резонансные колебания, а при длине более 100 мм - собственная амплитуда колебаний возрастает и это приводит к быстрой поломке пластины.
Выполнение корпуса, сопла, кожуха и резонансных пластин из диамагнитного материала не позволяет перечисленным деталям взаимодействовать со статическим магнитным полем. Это условие не нарушает образования череды резонансов в предлагаемом преобразователе в диапазоне создаваемых звуковых и ультразвуковых волн.
Предлагаемый гидродинамический акустический преобразователь поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен его продольный разрез, на фиг.2 - сечение Α-A, на фиг.3 - резонансный стержень.
Гидродинамический акустический преобразователь содержит корпус 1, к которому герметично присоединен кожух 2. В верхней части корпуса 1 установлено с возможностью замены и закреплено с помощью крышки 3 сопло 4 с выходным круглым отверстием 5 малого диаметра. Форма внутренней полости сопла 4 плавно переходит из круглого сечения большого диаметра в круглое отверстие малого диаметра, что обеспечивает минимальные потери на трение. Напротив выходного круглого отверстия 5 расположен консольно закрепленный цилиндрический стержень 6 с конусообразным наконечником, направленный острием к отверстию 5. Стержень 6 закреплен с возможностью замены и перемещения в горизонтальной плоскости, с помощью опорной пластины 7 и гаек 8, чтобы ею можно было отодвинуть или приблизить к выходному отверстию 5 сопла 4. Для этого на хвостовой части цилиндрического стержня 6 выполнена резьба. По периметру верхней части корпуса 1 закреплены на опорах 9 дополнительные резонансные остроугольные пластины 10 с углом при вершине 45-60°. Пластины 10 закреплены равномерно попарно друг напротив друга (диаметрально противоположно), а острие пластин 10 направлено внутрь к оси корпуса 1. Количество пластин 10 возможно в пределах от 2 до 10, пластины 10 могут перемещаться вдоль опор 9 и при необходимости могут быть заменены. Внутренняя цилиндрическая поверхность кожуха 2 снабжена магнитной вставкой 11. Корпус 1, сопло 4, кожух 2, крышка 3, цилиндрический стержень 6 и резонансные пластины 10, опоры 9, опорная пластина 7, гайки 8 выполнены из диамагнитного материала.
Гидродинамический акустический преобразователь устанавливается в систему подготовки и подачи смеси компонентов и работает следующим образом. Через входное отверстие корпуса 1 подготовленная смесь, например смесь мазута с водой, под давлением подается в сопло 4 и при выходе через круглое отверстие 5 набегает в зоне гидродинамической кавитации на острие цилиндрического стержня 6, в нем возбуждаются колебания, передающиеся в окружающую среду. При настройке стержня 6 в резонанс с колебаниями потока в смеси компонентов возникают интенсивные акустические колебания ультразвуковой частоты, необходимые для измельчения частиц. Резонансная настройка гидродинамического акустического преобразователя осуществляется перемещением цилиндрического стержня 6 в горизонтальной плоскости с помощью опорной пластины 7 и гаек 8. От стержня 6 диспергирующая смесь попадает на расположенные по периметру верхней части корпуса 1 дополнительные резонансные остроугольные пластины 10, которые тоже начинают резонировать с определенной частотой, и, в конечном счете, способствуют увеличению диспергации смеси. Магнитное ноле, создаваемое магнитной вставкой 11, также способствует усилению эффекта диспергации. Далее полученная смесь направляется по трубопроводу в резервуар готовой продукции.
Применение предлагаемого гидродинамического акустического преобразователя позволяет повысить эффективность дисперсии любых не смешивающихся жидкостей и обеспечить высокую устойчивость и длительную нерасслаиваемость полученных коллоидных растворов.