УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРОТОЧНЫЙ ДИСПЕРГАТОР

Предлагаемая полезная модель относится к ультразвуковым устройствам обработки жидких сред. Она может быть использована в ультразвуковых устройствах для диспергирования (дезинтегрирования), эмульгирования, гомогенизации в жидкой среде. Применение данной полезной модели позволяет интенсифицировать технологические процессы обработки жидких сред.
Известен ультразвуковой диспергатор типа УЗД1-0,4/22М [Петушко И.В. Оборудование для ультразвуковой очистки. - СПб, «Андреевский издательский дом», 2004, стр.82, рис 2.29], содержащий подключенный к ультразвуковому генератору электромеханический преобразователь, соединенный с излучающим волноводом-концентратором, выполненным в форме усеченного кругового конуса, обращенного основанием вниз. В процессе работы концентратор погружается в реактор (ванну), который заполняется обрабатываемой жидкостью. Реактор на рисунке не показан.
Недостатком этого устройства является низкая эффективность озвучивания обрабатываемой жидкой среды. Это, в значительной степени, является следствием невысокой амплитуды воздействующих на жидкость колебаний поршневого типа, создаваемых таким концентратором.
Известны ультразвуковые диспергаторы типа УЗД [Петушко И.В. Оборудование для ультразвуковой очистки. - СПб, «Андреевский издательский дом», 2004, стр.8, рис.2.26-2.28], содержащие подключенный к ультразвуковому генератору электромеханический преобразователь, соединенный с излучающим волноводом-концентратором выполненным в форме обращенного вершиной вниз усеченного конуса, вершина которого выполнена в форме диска, расположенного перпендикулярно оси конуса и имеющего диаметр, больший диаметра усеченной вершины конуса. В процессе работы концентратор погружается в реактор (ванну), который заполняется обрабатываемой жидкостью. Реактор на рисунках не показан
Недостатком этих устройств является также низкая эффективность озвучивания, в связи с отсутствием прокачки через излучающий волновод.
Наиболее близким по существу к заявляемой полезной модели является проточный ультразвуковой диспергатор типа УЗД [Петушко И.В. Оборудование для ультразвуковой очистки. - СПб, «Андреевский издательский дом», 2004, стр.23, рис.1.4 а, б; стр.80, рис.2.25], включающий реактор, электромеханический преобразователь, подключенный к ультразвуковому генератору и соединенный с излучающим волноводом-концентратором, выполненным в форме обращенного вершиной вниз усеченного кругового конуса и имеющим канал, через который циркулирует обрабатываемая жидкость. В процессе работы реактор заполняется обрабатываемой жидкостью, в которую погружается концентратор. Жидкость поступает в канал концентратора через верхнее входное отверстие. Выходное отверстие канала концентратора расположено на его нижнем излучающем конце. Входное отверстие канала концентратора соединено со средствами, обеспечивающими циркуляцию жидкости из реактора через концентратор. Эти средства могут быть простыми - в виде шланга, один конец которого подсоединен к входному отверстию концентратора, а второй - опущен в обрабатываемую жидкость. Этот вариант работает, когда колебательные процессы, происходящие в реакторе, обеспечивают перекачку жидкости. В противном случае, перекачка обеспечивается при помощи насоса.
Возможны два варианта выполнения проточных колебательных систем, состоящих из преобразователя и концентратора. В одном варианте и преобразователь, и концентратор имеют центральные осевые отверстия, которые образуют сквозное осевое отверстие колебательной системы (рис.1.4 а). В этом случае средства, обеспечивающие циркуляцию жидкости, соединены с входным отверстием канала концентратора через канал в преобразователе.
Во втором варианте (рис.1.4 б) канал в концентраторе имеет геометрию, при которой входное отверстие канала расположено в верхней части боковой поверхности концентратора.
Недостатком такого диспергатора является низкая эффективность озвучивания обрабатываемой жидкой среды в реакторе вследствие того, что на нее воздействуют только продольные колебания концентратора, направленные вдоль канала, и небольшая энергия поперечных колебаний, за счет коэффициента Пуассона. Отсутствие воздействия встречных поршневых колебаний на жидкость, проходящую через сквозной канал концентратора, является основной причиной снижающей эффективность озвучивания.
Предлагаемая модель свободна от этих недостатков. Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью - повышение эффективности озвучивания обрабатываемой жидкости.
Указанный эффект достигается тем, что в известном ультразвуковом проточном диспергаторе, включающем реактор для обработки жидкой среды, ультразвуковой генератор и электромеханический преобразователь, подключенный к ультразвуковому генератору и соединенный с проточным ультразвуковым излучателем, содержащим концентратор, выполненный в форме обращенного вершиной вниз усеченного кругового конуса и имеющий канал для циркуляции обрабатываемой жидкости, верхнее входное отверстие которого соединено со средствами, обеспечивающими циркуляцию жидкости через концентратор, а выходное отверстие расположено на нижнем излучающем конце концентратора, в отличие от известного, выходное отверстие канала концентратора расположено на боковой стороне излучающего конца концентратора.
Эффективность обработки увеличивается еще больше, если канал концентратора имеет несколько выходных отверстий.
Эффективность обработки дополнительно увеличивается также, когда конец излучающей части концентратора выполнен в форме диска, расположенного перпендикулярно оси концентратора на усеченной вершине его конусной части, при этом радиус диска больше радиуса усеченной вершины, а выходные отверстия расположены на образующей поверхности диска. При радиусе диска равном половине длины волны изгибных колебаний диска процесс обработки интенсифицируется в еще большей степени.
Предлагаемая полезная модель является новой, поскольку в существующем уровне техники не известна характеризующая ее совокупность существенных признаков.
Сущность решения поясняется приведенными на фиг.1 a, b, c схемами вариантов предлагаемого диспергатора. Во всех вариантах использована колебательная система со сквозным осевым каналом и перпендикулярным оси боковым каналом, образующим входное отверстие концентратора. На фиг.1 а-с
1 - реактор,
2 - обрабатываемая жидкая среда,
3 - ультразвуковой генератор,
4 - электромеханический преобразователь,
5 - концентратор,
6 - канал концентратора,
7 - нижний, излучающий конец концентратора,
8 - входное отверстие канала концентратора,
9 - выходные отверстия канала концентратора на боковых сторонах излучающего конца концентратора,
10 - средства для обеспечения циркуляции жидкости через канал,
11 - конец излучающей части концентратора в форме диска,
12 - эпюры изгибных колебаний диска 11.
Предлагаемый диспергатор (фиг.1 а) работает следующим образом. Реактор 1 заполняется обрабатываемой жидкостью 2. Концентратор 5 погружен в обрабатываемую жидкость 2. При включении ультразвукового генератора 3 электрическая энергия промышленной частоты преобразуется им в энергию ультразвуковой частоты, которая подается на вход электромеханического преобразователя 4 и преобразуется последним в ультразвуковую энергию механических колебаний. Механические колебания усиливаются концентратором 5, максимальные значения которых достигаются на нижнем, излучающем конце 7 концентратора 5. Жидкость 2 из реактора 1 поступает в канал 6 концентратора 5 через входное отверстие 8. Выходное отверстие 9 канала 6 концентратора 5 расположено на его нижнем излучающем конце 7. Входное отверстие 8 канала 6 концентратора 5 соединено со средствами 10, обеспечивающими циркуляцию жидкости из реактора 1 через концентратор 5.
Эффективность обработки значительно возрастает вследствие того, что поток жидкости, проходящий через канал концентратора, вследствие того, что канал на выходе делает поворот в боковую сторону от оси концентратора, попадает, на этом повороте, под высокоамплитудные поршневые механические колебания излучающей части концентратора. Площадь воздействия поршневых колебаний увеличивается с увеличением числа выходных отверстий в концентраторе, что приводит к усилению интенсивности обработки. Еще большего увеличения эффективности за счет увеличения площади воздействия поршневыми колебаниями на обрабатываемую жидкость, можно добиться выполнив часть выходного конца концентратора 5 в виде диска 11 (фиг.lb).
При радиусе диска 11, равным половине длины волны λ/2 изгибных колебаний этого диска (фиг.1 с), его внешняя часть, расположенная вдоль образующей, совершает интенсивные изгибные колебания (эпюры 12) с амплитудой, превышающей даже максимальные продольные колебания выходного торца концентратора, поскольку при этих условиях имеет место резонанс изгибных колебаний диска, совпадающий по частоте с резонансом продольных колебаний концентратора. Наличие высокоамплитудных изгибных колебаний, в еще большей степени, интенсифицирует процесс обработки.
Очевидно, что предлагаемый диспергатор может быть изготовлен известнымыми средствами по известным технологиям.
Промышленная применимость предлагаемой полезной модели очевидна. Предлагаемый диспергатор может быть использован в ультразвуковых устройствах любого назначения для диспергирования (дезинтегрирования), эмульгирования, гомогенизации в жидкой среде. Применение данной полезной модели позволяет интенсифицировать технологические процессы.