ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ДИСПЕРГАТОР

Полезная модель относится к области строительства, в частности к устройствам для диспергирования твердой фазы и получения коллоидно-монодисперсных систем при приготовлении буровых и тампонажных растворов, активации лежалых цементов, использовании дисперсий из гранулированных и порошкообразных веществ, при приготовлении эмульсионных систем.
Известно устройство (RU 42771 U1, B06B 1/20, 20.12.2004) для диспергирования потоков жидкофазных сред, содержащее корпус с рабочей камерой и входным и выходным патрубками, и излучатель, который выполнен в виде цилиндрического распределителя, установленного внутри рабочей камеры корпуса, и турбулизирующего элемента, установленного внутри распределителя с возможностью образования винтовых каналов.
Недостатком данного устройства низкая турбулизация дисперсных растворов и кавитационный износ внутренней поверхности камеры.
Наиболее близким по технической сущности, взятыми авторами за прототип является гидродинамический диспергатор - излучатель, содержащий корпус с внутренней полостью переменного по длине сечения и подвижную в осевом направлении регулировочную иглу с входным и выходными отверстиями (RU 68918 U1, В01F 5/00, 10.12.2007).
Недостатком прототипа является неудовлетворительное качество гомогезации дисперсных систем из-за слабой турбулизации дисперсных растворов и кавитационный износ корпуса устройства.
Техническим результатом является повышение гомогенности дисперсных и многофазных растворов за счет высокой степени турбулизации потока и повышения долговечности устройства.
Технический результат достигается, тем что в устройстве, содержащем, корпус с внутренней полостью и подвижную в осевом направлении иглу, дополнительно введены турбулизирующая насадка с отверстиями, выполненными конически-сужающейся формы, которые расположены тангенциально к оси устройства, внутренняя полость выполнена в виде камеры смешения и дополнительно содержит боковые отверстия, выполненные тангенциально к оси устройства и имеют одно и тоже или противоположное направление завихрения, что и конусные отверстия на турбулизирующей насадке, а игла - обтекаемой, дополнительно введена диспергирующая диафрагма.
Обоснование отличительных признаков:
В предложенном устройстве конически сужающиеся отверстия располагаются тангенциально к оси устройства, что способствует турбулизации и дополнительному перемешиванию дисперсного раствора в камере смешения.
В предложенном устройстве камера смешения содержит дополнительно тангенциально расположенные к оси устройства отверстия, имеющие как одинаковое, так и противоположное вращательное направление, что обеспечивает дополнительное перемешивание и большую скорость закрученного потока перед входом в кавитационную камеру.
За счет формы кавитационной камеры и обтекаемой иглы образование и схлопывание пузырьков происходит не на поверхности устройства, а непосредственно в растворе, это обстоятельство позволяет увеличить срок службы устройства.
Сущность Изобретения объясняется приведенным чертежом. На фиг.1. изображена принципиальная схема устройства.
Устройство включает (фиг.1.) 1 - корпус, 2 - стопорное кольцо, 3 - диспергирующая диафрагма, 4 - турбулизирующая насадка, 5 - камера смешения, 6 - обтекаемая игла.
Принцип действия диспергатора основан на использовании явлений турбулизации и кавитации. На входе в устройство дисперсный раствор двигается ламинарно и проходит диспергирующую диафрагму 3, где происходит предварительное перемешивание раствора, далее, разделяясь на два потока, первый из которых, проходя через турбулизирующую насадку 4, выполненную с двумя тангенциально расположенными коническими отверстиями, образует малые завихрения в камере смешения 5, второй поток поступает через боковые отверстия в камере смешения 5, образуя большой вихрь. Скорость потока в камере смешения 5 возрастает в десятки раз, и на выходе из него соударяется с торцевой стенкой камеры смешения. В результате турбулентный поток цементного раствора, двигаясь через сопло, состоящее из конфузора и диффузора, с обтекаемой иглой 6, в самом узком поперечном сечении канала увеличивает свою скорость, и соответственно происходит понижение давления до некоторого критического значения. Присутствующие в дисперсном растворе пузырьки газа или пара, двигаясь с потоком раствора и попадая в область давления меньше критического, приобретает способность к неограниченному росту. Абсолютное давление при этом достигает значения равного давлению насыщенных паров жидкости при данной температуре или значения равного давлению, при котором начинается выделение из нее растворимых газов, и в данном месте потока наблюдается интенсивное парообразование (кипение) и выделение газов. Кавитационные пузырьки, образованные локальным понижением давления жидкости, при повышении давления резко захлопываются. Причем, процесс образования и роста полостей происходит относительно медленно, тогда как схлопывание протекает со сверхзвуковой скоростью, порождая ударную волну. При схлопывании пузырьков давление, локально достигающее десятков и даже сотен тысяч атмосфер, настолько резко возрастает (как при взрыве), что твердые компоненты раствора, находящиеся в зоне кавитации, не выдерживают и подвергаются диспергированию.
Результаты расчетов показывают возникновение эффекта кавитации в области установленной обтекаемой иглы 6. Турбулизация потоков суспензии до установленной обтекаемой иглы 6 приводит к дополнительному увеличению гомогенности приготовляемых растворов, а также переносу явления кавитации со стенок устройства в поток прокачиваемого раствора.
Из анализа научно-технической и патентной литературы использование такого устройства для достижения поставленной технической цели не известно.