Устройство для ударно-кавитационного дробления вещества

Полезная модель относится к устройствам для измельчения веществ как в виде жидких растворов, далее растворов, так и в виде сухих веществ.
Известна электрогидравлическая дробилка (патент на изобретение RU 2090265 1996 года). В этой дробилке вещество и жидкость поступают внутрь корпуса дробилки, измельчение материала происходит под действием многократных электрогидроударов. Частицы измельченного вещества, имеющие заданную крупность, через разгрузочные решетки и классификатор удаляют из зоны разряда под давлением, создаваемым ударной волной импульсного разряда.
Недостатком данной дробилки являются низкая электробезопасность и низкая производительность при большом расходе электроэнергии, поэтому данная дробилка не получила широкого распространения.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для кавитационного измельчения, активации, дезинфекции вещества (патент на изобретение RU2397015C1 дата публикации 20.08.2010 г. МПК B01J 19|00). В данном устройстве вещество вводят в жидкую среду и организовывают движение полученной суспензии при помощи насоса по замкнутому циклу.
Для появления кавитационного эффекта вводят в движующуюся через кавитационную камеру суспензию пузырьки газовой смеси газ-топливо-газ-окислитель в оптимальной для их горения пропорции, далее горючая смесь, организовывают синхронное схлопывание пузырьков газа за счет поджига искрой свечи зажигания ударного газового конуса, сформированного в верхней части кавитационной камеры, или за счет высоковольтного электрического разряда на электродах, установленных в центре кавитационной камеры (эффект Юткина), или и то, и другое вместе.
Недостатком этого устройства является сложность конструкции, низкая элетробезопасность устройства, многократное воздействие на измельчаемое вещество и как следствие, низкая производительность.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение эффективности процессов измельчения, улучшение качества измельчения вещества.
Поставленная цель достигается за счет добавления к кавитационному измельчению ударного дробления вещества. Для этого предложено кавитационную камеру выполнить в виде перфорированой емкости (далее классификатор) с камерой сгораниния в верхней части. Для появления кавитационного и ударного эффекта измельчения в классификатор вводятся пузырьки горючей смеси, при этом часть пузырьков заполняет камеру сгорания, а часть равномерно распределяеся по объему классификатора. Далее предложено поджечь горючею смесь в камере сгорания, создать взрывную ударную волну, образовавшимся газовым пузырем, сдетонировать горючую смесь в пузырьках, расредоточенных по объему классификатора. Это позволит получить общий мощный скачок давления, а также кавитационный эффект измельчения при микровзрыве каждого пузырька с увеличением его объема и последующим схлопывании пузырьков при их соударении, и при прохождении раствора через отверстия классификатора. Вторым видом воздействия на вещество является ударное измельчение, вызванное скачком давления и передачей кинетической энергии ударной волны раствору или сухому веществу (например, песок), при соударении последних со стенками классификатора происходит измельчение вещества за счет удара, излома и истирания.
Наложение кавитационного и ударного эффектов измельчения друг на друга усиливают процесс измельчения. Таким образом, в предлагаемом устройстве на вещество оказывается два вида воздействия: кавитационное и механическое, что позволяет улучшить качество измельчения.
На фигуре 1 изображено устройство для кавитационного и механического измельчения вещества, где:
1. корпус,
2. классификатор,
3. отверстия классификатора,
4. камера сгорания,
5. свеча зажигания,
6. блок поджига,
7. трубопровод подачи раствора,
8. обратный клапан,
9. трубопровод горючего газа,
10. газогенератор (электролизер),
11. патрубок выгрузки.
Устройство для кавитационного и механического измельчения веществ содержит корпус 1, внутри которого установлен классификатор 2, представляющий собой перфорированную емкость, например, перфорированную трубу с отверстиями 3, закрытую заглушками с обеих сторон, в верхней части которой расположены камера сгорания 4 со свечей зажигания 5, соединенная высоковольтным проводом с блоком поджига 6, и трубопровод подачи раствора 7 с обратным клапаном 8 и/или лабиринтным уплотнением (на чертеже не показано), предназначенных для герметизации внутренней полости классификатора от зоны подачи. К камере сгорания и в классификатор подходит трубка подвода горючей смеси газов (горючего газа) 9, вырабатываемой газогенератором (электролизером) 10. Объем газа, подаваемого в камеру сгорания, и частота импульсов напряжения на свече зажигания имеют возможность регулировки. В нижней части корпус 1 выполнен в виде конуса, переходящего в патрубок выгрузки 11 обработанного раствора.
Устройство работает следующим образом. Предварительно приготовленная в нужной пропорции жидкость – вещество (далее по тексту - раствор) через трубопровод подачи раствора 7 подают насосом или самотеком в классификатор 2. По трубопроводу горючего газа 9 из газогенератора (электролизера) 10 в классификатор 2 и камеру сгорания 4 подают водород в смеси с кислородом или другую смесь, например пропан-кислород, бутан-воздух и так далее (далее по тексту - горючая смесь), смешанные в оптимальной пропорции для горения. После заполнения классификатора смесью жидкости и вещества и горючей смесью блок поджига 6 подает высоковольтный заряд на свечу зажигания 5. Горючая смесь в камере сгорания воспламеняется. Происходит быстрое, взрывное горение смеси. В камере сгорания за доли секунды создается скачок давление в сотни атмосфер, которое передается окружащей камеру сгорания смеси с пузырьками горючего газа, что приводит к детонации последних. Обратный клапан 8 закрывается.
Происходит кавитационное измельчение вещества, одновременно с этим пары воды, образовавшиеся после сгорания горючего газа (газа Брауна) и вырвавшиеся из камеры сгорания, образуют мощную ударную волну, которая отбрасывает смесь из центра классификатора к его стенкам, где и происходит измельчение вещества ударом, изломом, истиранием. В центре классификатора 2 образуется зона разряжения, туда через трубопровод подачи раствора 7 и открывшийся обратный клапан 8 снова подается смесь. Далее процесс повторяется. Измельченное до размеров отверстий классификатора 3 вещество, продавливается с частью жидкости в корпус 1, оттуда через патрубок выгрузки 11 на расфасовку или дальнейшую обработку.
Литература:
1. Юдкин Л.А. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности. Л. Машиностроение, 1986 г.