RU111457U1

RU111457U1 - DEVICE FOR CREATING ACOUSTIC OSCILLATIONS IN A FLOWING FLUID

Info

Publication number: RU111457U1
Application number: RU2011123869/05U
Authority: RU
Inventors: Константин Валентинович Бондарев; Николай Васильевич Грицай
Original assignee: Константин Валентинович Бондарев; Николай Васильевич Грицай
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2011-12-20

Abstract

1. Устройство для создания акустических колебаний в проточной жидкой среде, включающее вихревые трубы, объединенные общей акустической камерой, отличающееся тем, что вихревые трубы выполнены в виде спиралей, установленных с перекрытием витков спиралей соседних вихревых труб на глубину, равную 1/4 площади сечения спирали. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что расстояние между выходным торцом вихревых труб и выходным каналом акустической камеры равно не менее 12 диаметрам акустической камеры. 1. A device for generating acoustic vibrations in a flowing liquid medium, including vortex tubes united by a common acoustic chamber, characterized in that the vortex tubes are made in the form of spirals installed with overlapping spiral turns of adjacent vortex tubes to a depth equal to 1/4 of the cross-sectional area of the spiral . ! 2. The device according to claim 1, characterized in that the distance between the output end of the vortex tubes and the output channel of the acoustic chamber is at least 12 diameters of the acoustic chamber.

Description

Полезная модель относится к устройствам для создания акустических колебаний в проточной жидкой среде и может быть использовано для проведения и интенсификации различных физико-химических, гидромеханических, тепломассообменных процессов в системах «жидкость-жидкость» и «твердое-жидкость».The utility model relates to devices for generating acoustic vibrations in a flowing liquid medium and can be used to conduct and intensify various physicochemical, hydromechanical, heat and mass transfer processes in the liquid-liquid and solid-liquid systems.

Известны способы интенсификации тепломассоэнергообмена акустическим возбуждением проходных потоков продуктов путем передачи жидкости колебательной энергии с помощью источника механических колебаний, взаимодействующего с жидкостью. Используется этот способ в гидродинамических ультразвуковых излучателях с пластинчатыми и стержневыми резонансными колебательными устройствами, в вихревых и роторно-пульсационных аппаратах. Другим способом интенсификации тепломассоэнергообмена акустическим возбуждением может быть взаимодействие струйных потоков между собой путем передачи кинетической энергии одного потока другому. Этот способ используется в струйных аппаратах (эжекторах, инжекторах, струйных насосах), в которых происходит преобразование потенциальной энергии в кинетическую, с последующим тепломассоэнергообменом взаимодействующих сред, патент на полезную модель №85838.Known methods of intensification of heat and mass energy by acoustic excitation of through flows of products by transferring liquid vibrational energy using a source of mechanical vibrations interacting with the liquid. This method is used in hydrodynamic ultrasonic emitters with plate and rod resonant oscillating devices, in vortex and rotary-pulsating devices. Another way to intensify heat and mass-energy exchange by acoustic excitation can be the interaction of jet streams with each other by transferring the kinetic energy of one stream to another. This method is used in jet devices (ejectors, injectors, jet pumps), in which the potential energy is converted into kinetic energy, followed by heat and mass transfer of interacting media, utility model patent No. 85838.

Наиболее близким по технической сущности и достигнутому результату является устройство для тепломассоэнергообмена (прототип) по патенту РФ 2268772, опубликован 27.01.2006 г, состоящее из двух и более вихревых труб, которые сообщены между собой с помощью частичного их пересечения по образующим, а затем объединены на выходе общей акустической камерой. Кроме резонансного возбуждения в конструкции устройства используется возбуждение кавитационного процесса (образование и всхлопывание пузырьков, приводящее к ультразвуковым колебаниям) методом соприкосновения двух или более вихревых потоков. Акустическое резонансное возбуждение вихревых потоков продуктов осуществляется с помощью сообщенных между собой вихревых труб путем частичного соприкосновения встречно-направленных поверхностно-наружных слоев двух и более вихревых потоков на глубину их энергоактивного деформационно-сдвигового взаимодействия.The closest in technical essence and the achieved result is a device for heat and mass energy exchange (prototype) according to the patent of the Russian Federation 2268772, published on January 27, 2006, consisting of two or more vortex tubes that are interconnected by their partial intersection along the generators, and then combined into output by a common acoustic camera. In addition to resonant excitation, the design of the device uses excitation of the cavitation process (the formation and collapse of bubbles, leading to ultrasonic vibrations) by the method of contact of two or more vortex flows. Acoustic resonant excitation of the vortex flows of products is carried out using interconnected vortex tubes by partially touching the opposite directional surface-outer layers of two or more vortex flows to the depth of their energy-strain-shear interaction.

Недостатки устройства:The disadvantages of the device:

- Не достаточно высокая интенсификация физико-химических процессов в жидкостях, так как большая часть энергии взаимодействия вихрей расходуется в начальной области соприкосновения потоков с быстрым убыванием вихревого процесса при равномерной геометрии в области соприкосновения, что и приводит к снижению плотности ультразвука;- Not a sufficiently high intensification of physicochemical processes in liquids, since most of the interaction energy of the vortices is spent in the initial region of contact of the flows with a rapid decrease in the vortex process with uniform geometry in the region of contact, which leads to a decrease in the density of ultrasound;

- Для достижения необходимых параметров обрабатываемой жидкости, например, для достижения величины частиц 1 мкм, необходимо неоднократно обработать жидкость, что приводит к большим трудозатратам и энергопотреблению;- To achieve the required parameters of the processed fluid, for example, to achieve a particle size of 1 μm, it is necessary to repeatedly process the fluid, which leads to large labor costs and energy consumption;

- Устройство имеет сложную систему ввода жидкости в виде как минимум 12-ти каналов.- The device has a complex fluid injection system in the form of at least 12 channels.

Технической задачей полезной модели является увеличение интенсификации физико-химических процессов в жидкостях.The technical task of the utility model is to increase the intensification of physico-chemical processes in liquids.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для создания акустических колебаний в проточной жидкой среде, включающем вихревые трубы, объединенные общей акустической камерой, вихревые трубы выполнены в виде спиралей, установленные с перекрытием витков спиралей соседних вихревых труб на глубину, равную ¹/₄ площади сечения спирали.The problem is solved in that the device for creating the acoustic oscillations in the flowing fluid medium, comprising a vortex tube, the combined overall acoustic chamber, vortex tubes are formed as helices established with overlapping turns of the spirals adjacent the vortex tube to a depth equal to the ^_fourth cross-sectional area spirals.

Расстояние между выходным торцом вихревых труб и выходным каналом акустической камеры равно не менее 12 диаметрам акустической камеры.The distance between the outlet end of the vortex tubes and the outlet channel of the acoustic chamber is at least 12 diameters of the acoustic chamber.

Технический результат, заключающийся в увеличении интенсификации физико-химических процессов в жидкости, обеспечивается за счет отличной от прототипа организации взаимодействия встречно-направленных вихревых потоков за счет увеличения длительности и мощности резонансного возбуждения смеси, проходящей через спиралевидные вихревые трубы.The technical result, which consists in increasing the intensification of physicochemical processes in a liquid, is provided due to the organization of the interaction of counter-directed vortex flows, which is different from the prototype, by increasing the duration and power of the resonant excitation of the mixture passing through spiral vortex tubes.

За одну обработку удается достичь необходимых параметров обрабатываемой жидкости, в отличие от прототипа, где для достижения тех же показателей необходимо многократно провести обработку, затрачивая значительно больше времени и энергоресурсов.In one treatment, it is possible to achieve the necessary parameters of the processed fluid, in contrast to the prototype, where in order to achieve the same indicators it is necessary to repeatedly process, spending significantly more time and energy.

Устройство более просто по конструкции, так как оно имеет два ввода в место 12-ти вводов в прототипе.The device is more simple in design, as it has two inputs in place of 12 inputs in the prototype.

Полезная модель поясняется следующими чертежами:The utility model is illustrated by the following drawings:

На фиг.1 представлен продольный разрез устройства, на фиг.2 - продольный разрез устройства в рабочей зоне, на фиг.3 - разрез устройства по А-А в рабочей зоне, на фиг.4 схематично показано закручивание потока в активаторе посредством тангенциальных вводов в рабочую зону, на фиг.5 приведена фотография полезной модели.Figure 1 shows a longitudinal section of the device, figure 2 is a longitudinal section of the device in the working area, figure 3 is a section of the device along aa in the working area, figure 4 schematically shows the swirling of the flow in the activator by means of tangential entries in working area, figure 5 shows a photograph of a utility model.

Устройство (фиг.1) снабжено регулируемыми вводами 1 и 2 для обрабатываемой жидкости и газа, на которых устанавливаются вентили для регулирования количества вводимой жидкости и газа в смесительную камеру 3, в которой выполнены тангенциальные вводы 4 для ввода смеси жидкости и газа в активатор 5, соединенный с 12-ью или 16-ю вихревыми трубами 6 в зависимости от планируемой производительности, выполненных в виде спиралей и установленных таким образом, что витки спиралей соседних вихревых труб перекрываются на глубину равную ¹/₄ площади сечения вихревой трубы. Вихревые трубы 6 объединены акустической камерой 7, при этом расстояние между выходным торцом вихревых труб 6 и выходным каналом акустической камеры 7 равно не менее 12-ти ее диаметрам.The device (Fig. 1) is equipped with adjustable inputs 1 and 2 for the liquid and gas to be treated, on which valves are installed to control the amount of liquid and gas introduced into the mixing chamber 3, in which tangential inputs 4 are made for introducing the liquid and gas mixture into the activator 5, coupled to 12-D and 16-th vortex tubes 6 depending on the intended performance, executed in the form of spirals and installed so that the coils adjacent spirals overlap vortex tubes to a depth equal to the ^_fourth cross-sectional area ve Reva pipe. Vortex tubes 6 are combined by an acoustic chamber 7, while the distance between the output end of the vortex tubes 6 and the output channel of the acoustic chamber 7 is at least 12 diameters.

Устройство работает следующим образом. Через каналы 1 и 2 одновременно под давлением подается обрабатываемая жидкость, например, нефть, и газ (воздух), которые перемешиваются в смесительной камере 3, где происходит насыщение жидкости газом, далее смесь закручивается проходя по тангенциальным вводам 4 в активаторе 5. В тангенциальных вводах происходит образование каверн, а в активаторе 5 происходит их «схлапывание», что вызывает образование ультразвука, под действием которого происходит нарушение связей между молекулами и дальнейшее прохождение смеси через вихревые спиралевидные трубы 6 приводит к взаимодействию образовавшихся встречно-направленных вихревых потоков. На фиг.2, 3 показано многократное (до 168 раз при 16-ти вихревых трубах) взаимодействие встречно-направленных потоков 8 смеси в зоне пересечения витков спиралей 9 соседних вихревых труб, где происходит резонансное увеличение плотности ультразвука, при этом кинетическая энергия потока сохраняется. Во время многократного соприкосновения встречно-направленных вихревых потоков смеси в зоне их пересечения (перекрытия) происходят сдвиговые деформации потоков, резкий перепад давления между областью зоны пересечения 9 и остальной частью потока 8, возникновение акустических вибраций, пульсаций и развитой кавитации, распространяющейся в радиальном и тангенциальном направлениях. При этом по мере прохождения вихревых потоков по длине вихревой спиралевидной трубы кинетическая энергия сохраняется и тем самым увеличиваются частотно-амплитудные характеристики звукового возбуждения, которые аккумулируются в выходной акустической камере 7 с выводом потока для его дальнейшего использования.The device operates as follows. Through the channels 1 and 2, the processed fluid, for example, oil, and gas (air) are simultaneously pressurized, which are mixed in the mixing chamber 3, where the liquid is saturated with gas, then the mixture is twisted passing through the tangential inlets 4 in the activator 5. In the tangential inlets cavities form, and in the activator 5 they “collapse”, which causes the formation of ultrasound, under the influence of which there is a violation of the bonds between the molecules and the further passage of the mixture through the vortex spiral e pipe 6 leads to an interaction formed oppositely-directed vortex streams. Figure 2, 3 shows the multiple (up to 168 times with 16 vortex tubes) interaction of counter-directed flows 8 of the mixture in the zone of intersection of the coils of the spirals 9 of the adjacent vortex tubes, where there is a resonant increase in the density of ultrasound, while the kinetic energy of the stream is preserved. During repeated contact of counter-directed vortex flows of the mixture in the zone of their intersection (overlap), shear deformations of the flows occur, a sharp pressure drop between the region of the intersection zone 9 and the rest of the flow 8, the occurrence of acoustic vibrations, pulsations and developed cavitation propagating in radial and tangential directions. In this case, as the vortex flows along the length of the vortex spiral tube, the kinetic energy is conserved and thereby the frequency-amplitude characteristics of sound excitation increase, which are accumulated in the output acoustic chamber 7 with the output of the stream for its further use.

Применение заявляемой полезной модели позволяет ускорить процесс обработки жидкости в разы и, одновременно, увеличить интенсивность механо-физико-химических процессов в жидкостях, при меньших энергетических и трудовых затратах. Из обработанной на предлагаемом устройстве нефти выход легких фракций нефтепродуктов, например, бензина на 10% выше по сравнению с прототипом.The application of the claimed utility model allows you to speed up the process of processing liquids at times and, at the same time, increase the intensity of mechano-physico-chemical processes in liquids, with less energy and labor costs. From processed on the proposed device oil, the yield of light fractions of petroleum products, for example, gasoline is 10% higher compared with the prototype.

Claims

1. A device for generating acoustic vibrations in a flowing liquid medium, including vortex tubes united by a common acoustic chamber, characterized in that the vortex tubes are made in the form of spirals installed with overlapping spiral turns of adjacent vortex tubes to a depth equal to 1/4 of the cross-sectional area of the spiral .

2. The device according to claim 1, characterized in that the distance between the output end of the vortex tubes and the output channel of the acoustic chamber is at least 12 diameters of the acoustic chamber.