RU2015749C1 - Hydrodynamic vibration generator - Google Patents
Hydrodynamic vibration generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2015749C1 RU2015749C1 SU5003508A RU2015749C1 RU 2015749 C1 RU2015749 C1 RU 2015749C1 SU 5003508 A SU5003508 A SU 5003508A RU 2015749 C1 RU2015749 C1 RU 2015749C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vortex chamber
- diffuser
- cross
- tangential channels
- sectional area
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к получению или передаче механических колебаний с использованием протекающей среды, а более конкретно, касается гидродинамических генераторов колебаний. The invention relates to the production or transmission of mechanical vibrations using a flowing medium, and more particularly relates to hydrodynamic oscillation generators.
Известен ступенчатый генератор кавитации, содержащий статор и помещенный внутри него ротор изменяющегося поперечного сечения, рабочие поверхности статора и ротора выполнены в виде двух цилиндрических участков разного диаметра с продольными выступами. Смешивание подаваемых жидких сред происходит в узком зазоре между ротором и статором под воздействием создаваемой кавитации жидких сред. Known stepped cavitation generator containing a stator and a rotor of varying cross section placed inside it, the working surfaces of the stator and rotor are made in the form of two cylindrical sections of different diameters with longitudinal protrusions. Mixing of the supplied liquid media occurs in a narrow gap between the rotor and the stator under the influence of the created cavitation of the liquid medium.
Однако известный генератор обладает малой мощностью колебаний вследствие их затухания в узком зазоре между ротором и статором, что не позволяет существенно интенсифицировать процесс смешения характерный для резонансного режима. Кроме того, необходимость подвода электроэнергии не позволяет использовать генератор в труднодоступных местах, например, в скважинах. However, the known generator has a low oscillation power due to their attenuation in a narrow gap between the rotor and the stator, which does not significantly intensify the mixing process characteristic of the resonant mode. In addition, the need for power supply does not allow the use of the generator in hard-to-reach places, for example, in wells.
Известен также вихревой генератор, содержащий корпус с выполненным в нем центральным каналом, вихревыми камерами, симметрично размещенными относительно продольной оси, и каналом для подвода пассивной среды. Смешивание основного потока жидкости и пассивной среды в известном генераторе происходит в вихревых камерах, где возбуждаются ультразвуковые колебания, при этом пассивная среда эжектируется основным потоком жидкости в вихревые камеры. Also known is a vortex generator comprising a housing with a central channel formed therein, vortex chambers symmetrically placed relative to the longitudinal axis, and a channel for supplying a passive medium. The mixing of the main fluid flow and the passive medium in the known generator takes place in vortex chambers, where ultrasonic vibrations are excited, while the passive medium is ejected by the main fluid flow into the vortex chambers.
Однако в известном генераторе колебания давления в жидкости возникают в ограниченном пространстве (непосредственно в вихревых камерах) и вследствие затухания обладают малой мощностью на выходе из вихревого генератора. However, in the known generator, pressure fluctuations in the liquid occur in a limited space (directly in the vortex chambers) and, due to attenuation, have low power at the outlet of the vortex generator.
Кроме того, с помощью известного генератора невозможно, осуществлять изменение возбуждаемой частоты колебаний в широком диапазоне и поэтому резонансный режим работы генератора не достигается. Необходимость подвода пассивной среды в вихревые камеры, а также большие геометрические размеры генераторов делают непригодным работу генератора в скважинах. Сложная конфигурация внутренних полостей ведет к большой себестоимости генератора. In addition, using a known generator it is impossible to carry out a change in the excited oscillation frequency in a wide range and therefore the resonant mode of operation of the generator is not achieved. The need to supply a passive medium into the vortex chambers, as well as the large geometric dimensions of the generators, make the generator unsuitable for operation in wells. The complex configuration of the internal cavities leads to the high cost of the generator.
Известен гидродинамический генератор колебаний, содержащий корпус с входными тангенциальными каналами, с вихревой камерой, связанной тангенциальными каналами с полостью подводящего трубопровода, с осевым выходным каналом, соосно расположенным и гидравлически связанным с вихревой камерой. Известный гидродинамический генератор колебаний содержит также воронку для подачи эмульгируемой жидкости в вихревую камеру, при этом продольные оси воронки и вихревой камеры совпадают и расположены перпендикулярно продольной оси подводящего трубопровода. Известный гидродинамический генератор колебаний содержит также рефлектор в виде параболлоида вращения, соединенного с осевым выходным каналом. При протекании жидкости в вихревой камере генератора образуется разряжение, приводящее к колебаниям давления в жидкости. Рефлектор вызывает дополнительное усиление колебаний. Known hydrodynamic oscillation generator, comprising a housing with input tangential channels, with a vortex chamber connected by tangential channels with a cavity of the supply pipe, with an axial output channel coaxially located and hydraulically connected with the vortex chamber. The known hydrodynamic oscillation generator also contains a funnel for supplying emulsifiable fluid into the vortex chamber, while the longitudinal axis of the funnel and the vortex chamber coincide and are perpendicular to the longitudinal axis of the supply pipe. The known hydrodynamic oscillation generator also contains a reflector in the form of a parabolloid of revolution connected to the axial output channel. When the fluid flows in the vortex chamber of the generator, a vacuum is formed leading to pressure fluctuations in the fluid. The reflector causes additional amplification of the oscillations.
Однако известный генератор не позволяет создавать колебания заданной частоты и амплитуды для осуществления резонансного режима работы. However, the known generator does not allow you to create fluctuations of a given frequency and amplitude for the implementation of the resonant mode of operation.
В основу изобретения положена задача создания такого гидродинамического генератора колебаний, который позволил бы создавать колебания заданной частоты и амплитуды для осуществления резонансного режима работы, что обеспечивает интенсификацию тепло- массообменных процессов. The basis of the invention is the task of creating such a hydrodynamic oscillation generator, which would allow you to create fluctuations of a given frequency and amplitude to implement a resonant mode of operation, which ensures the intensification of heat and mass transfer processes.
Поставленная задача решается тем, что в гидродинамическом генераторе колебаний, содержащем корпус с входными тангенциальными каналами, с вихревой камерой, связанной тангенциальными каналами с полостью подводящего трубопровода, с осевым выходным каналом, соосно расположенным и гидравлически связанным с вихревой камерой, согласно изобретения, выходной канал выполнен в виде диффузора с углом φ раскрытия, определяемым зависимостью
φ = 
M = 
ζ1 - коэффициент гидравлических потерь в диффузоре;
S1 - площадь входного поперечного сечения диффузора, м2;
S2 - площадь выходного поперечного сечения диффузора, м2;
S3 - площадь поперечного сечения вихревой камеры, м2;
S4 - площадь боковой поверхности вихревой камеры, м2;
S5 - площадь входных тангенциальных каналов, м2;
L - длина вихревой камеры, м;
Q - расход жидкости через генератор, м3/с;
R - приведенный радиус вихревой камеры, м;
ζ2 - коэффициент гидравлических потерь во входных тангенциальных каналах; d - приведенный диаметр входных тангенциальных каналов, м;
Ро - давление нагнетания жидкости в подающем трубопроводе, Па;
ρ - плотность жидкости, прокачиваемой через генератор, кг/м3;
Н - высота столба жидкости в полости подводящего трубопровода, м.The problem is solved in that in a hydrodynamic oscillation generator containing a housing with input tangential channels, with a vortex chamber connected by tangential channels with a cavity of the supply pipe, with an axial output channel coaxially located and hydraulically connected with the vortex chamber, according to the invention, the output channel is made in the form of a diffuser with an opening angle φ determined by the dependence
φ =
M =
ζ 1 - coefficient of hydraulic losses in the diffuser;
S 1 - the input cross-sectional area of the diffuser, m 2 ;
S 2 - the output cross-sectional area of the diffuser, m 2 ;
S 3 - the cross-sectional area of the vortex chamber, m 2 ;
S 4 - the area of the lateral surface of the vortex chamber, m 2 ;
S 5 - the area of the input tangential channels, m 2 ;
L is the length of the vortex chamber, m;
Q - fluid flow through the generator, m 3 / s;
R is the reduced radius of the vortex chamber, m;
ζ 2 - coefficient of hydraulic losses in the input tangential channels; d is the reduced diameter of the input tangential channels, m;
P about the pressure of the fluid in the feed pipe, Pa;
ρ is the density of the fluid pumped through the generator, kg / m 3 ;
N - the height of the liquid column in the cavity of the supply pipe, m
Возможно торцевую часть вихревой камеры выполнять в виде тела вращения с заострением, обращенным в сторону диффузора, причем площадь основания тела вращения равна площади поперечного сечения вихревой камеры, а высота тела вращения определяется соотношением
3
S3 - площадь поперечного сечения вихревой камеры, м2;
Возможно между вихревой камерой и диффузором выполнить дополнительный диффузор, причем сопряжение диффузоров выполнить в виде части поверхности тела вращения.It is possible to perform the end part of the vortex chamber in the form of a body of revolution with a sharpness facing the diffuser, moreover, the base area of the body of revolution is equal to the cross-sectional area of the vortex chamber, and the height of the body of revolution is determined by the ratio
3
S 3 - the cross-sectional area of the vortex chamber, m 2 ;
It is possible between the vortex chamber and the diffuser to make an additional diffuser, and the pairing of the diffusers to perform as part of the surface of the body of revolution.
Возможно отношение площади поперечного сечения к площади боковой поверхности вихревой камеры выполнять с соотношением
S4 - площадь боковой поверхности вихревой камеры, м2;
R - приведенный радиус вихревой камеры, м;
r - приведенный радиус входного поперечного сечения диффузора, м, а выходную часть диффузора выполнять в виде тела вращения.Perhaps the ratio of the cross-sectional area to the area of the side surface of the vortex chamber to perform with the ratio
S 4 - the area of the lateral surface of the vortex chamber, m 2 ;
R is the reduced radius of the vortex chamber, m;
r is the reduced radius of the input cross section of the diffuser, m, and the output part of the diffuser is in the form of a body of revolution.
Возможно гидродинамический генератор колебаний снабжать резонансной камерой с изменяемым объемом, размещенным с противоположной диффузору стороны, и гидравлически сообщенной с вихревой камерой. It is possible to provide a hydrodynamic oscillation generator with a resonant chamber with a variable volume placed on the opposite side of the diffuser and hydraulically connected with the vortex chamber.
Поставленная задача решается тем, что в гидродинамическом генераторе колебаний, содержащем корпус с входными тангенциальными каналами, с вихревой камерой, связанной тангенциальными каналами с полостью подводящего трубопровода, с осевым выходным каналом, соосно расположенным и гидравлически связанным с вихревой камерой, согласно изобретения, он содержит второй выходной канал в виде диффузора с углом φ раскрытия и размещенный соосно и с противоположной стороны вихревой камеры. The problem is solved in that in a hydrodynamic oscillation generator containing a housing with input tangential channels, with a vortex chamber connected by tangential channels with a cavity of the supply pipe, with an axial output channel coaxially located and hydraulically connected with the vortex chamber, according to the invention, it contains a second the output channel in the form of a diffuser with an opening angle φ and placed coaxially and on the opposite side of the vortex chamber.
Возможно между вихревой камерой и одним из диффузоров выполнить дополнительную вихревую камеру, сообщенную с полостью подводящего трубопровода дополнительными тангенциальными каналами, с отношением площади поперечного сечения дополнительной вихревой камеры к площади поперечного сечения вихревой камеры, подчиняющемся следующей зависимости:
ω2 - частота колебаний давления жидкости в дополнительной вихревой камере, Гц;
L1 - длина вихревой камеры, м;
L2 - длина дополнительной вихревой камеры, м;
S3 - площадь поперечного сечения вихревой камеры, м2;
S6 - площадь поперечного сечения дополнительной вихревой камеры, м2.It is possible between the vortex chamber and one of the diffusers to perform an additional vortex chamber communicated with the cavity of the supply pipe by additional tangential channels, with the ratio of the cross-sectional area of the additional vortex chamber to the cross-sectional area of the vortex chamber, subject to the following relationship:
ω 2 - the frequency of the fluid pressure in the additional vortex chamber, Hz;
L 1 - the length of the vortex chamber, m;
L 2 - the length of the additional vortex chamber, m;
S 3 - the cross-sectional area of the vortex chamber, m 2 ;
S 6 is the cross-sectional area of the additional vortex chamber, m 2 .
Поставленная задача решается тем, что в гидродинамическом генераторе колебаний, содержащем корпус с входными тангенциальными каналами, с вихревой камерой, связанной тангенциальными каналами с полостью подводящего трубопровода, с осевым выходным каналом, соосно расположенным и гидравлически связанным с вихревой камерой, согласно изобретению, в полости подводящего трубопровода выполнены два кольцевых выступа, между которыми размещен подпружиненный кольцевой выступ корпуса, соприкасающийся с ближайшим к тангенциальным каналам кольцевым выступом, при этом между кольцевыми выступами в подводящем трубопроводе имеются выходные отверстия. The problem is solved in that in a hydrodynamic oscillation generator containing a housing with input tangential channels, with a vortex chamber connected by tangential channels with a cavity of the supply pipe, with an axial output channel coaxially located and hydraulically connected with the vortex chamber, according to the invention, in the cavity of the supply two annular protrusions are made in the pipeline, between which a spring-loaded annular protrusion of the housing is placed in contact with the ring closest to the tangential channels a protrusion, while between the annular protrusions in the supply pipe there are outlet openings.
Изобретение позволяет существенно повысить тепло- массообменные процессы, приводящие к увеличению скорости фильтрации жидкости в пористой среде, к увеличению степени дисперсности и гомогенности эмульсий и суспензий. The invention allows to significantly increase heat and mass transfer processes, leading to an increase in the rate of fluid filtration in a porous medium, to an increase in the degree of dispersion and homogeneity of emulsions and suspensions.
На фиг. 1 изображен общий вид гидродинамического генератора колебаний, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 3 - общий вид гидродинамического генератора колебаний, торцевая часть вихревой камеры которого выполнена в виде тела вращения с заострением, продольный разрез; на фиг. 4 - общий вид гидродинамического генератора колебаний с дополнительным диффузором, продольный разрез; на фиг. 5 - общий вид гидродинамического генератора колебаний с двумя выходными каналами, продольный разрез; на фиг. 6 - вид гидродинамического генератора колебаний с дополнительной вихревой камерой, продольный разрез; на фиг. 7 - общий вид гидродинамического генератора колебаний с вихревой камерой в виде сферы и выходного диффузора в виде тела вращения, продольный разрез; на фиг. 8 - общий вид гидродинамического генератора колебаний с резонансной камерой, продольный разрез; на фиг. 9 - общий вид гидродинамического генератора колебаний с подпружиненным корпусом, продольный разрез; на фиг. 10 - схема установки массообменных процессов в многокомпонентных жидких средах. In FIG. 1 shows a General view of a hydrodynamic oscillation generator, a longitudinal section; in FIG. 2 is a section BB in FIG. 1; in FIG. 3 is a general view of a hydrodynamic oscillation generator, the end part of the vortex chamber of which is made in the form of a body of revolution with a pointed edge, a longitudinal section; in FIG. 4 is a general view of a hydrodynamic oscillation generator with an additional diffuser, a longitudinal section; in FIG. 5 is a general view of a hydrodynamic oscillation generator with two output channels, a longitudinal section; in FIG. 6 is a view of a hydrodynamic oscillation generator with an additional swirl chamber, a longitudinal section; in FIG. 7 is a general view of a hydrodynamic oscillation generator with a vortex chamber in the form of a sphere and an output diffuser in the form of a body of revolution, a longitudinal section; in FIG. 8 is a general view of a hydrodynamic oscillation generator with a resonant chamber, a longitudinal section; in FIG. 9 is a general view of a hydrodynamic oscillation generator with a spring-loaded housing, a longitudinal section; in FIG. 10 is a diagram of the installation of mass transfer processes in multicomponent liquid media.
Изобретение позволяет интенсифицировать тепло- и массообменные процессы в различных промышленных производствах, например, позволяет повысить скорость проходки буровых скважин, нефтеотдачу пластов, улучшить качество приготовляемых эмульсий и суспензий, позволяет проводить лечение функциональных расстройств сосудистой системы. The invention allows to intensify heat and mass transfer processes in various industrial industries, for example, it allows to increase the speed of drilling wells, oil recovery, improve the quality of the prepared emulsions and suspensions, allows the treatment of functional disorders of the vascular system.
Гидродинамический генератор колебаний содержит корпус 1 (фиг. 1) с входными тангенциальными каналами 2, вихревой камерой 3, связанной тангенциальными каналами 2 с полостью 4 подводящего трубопровода 5, осевым выходным каналом, выполненным в виде диффузора 6 с углом φ раскрытия. Продольная ось 7 вихревой камеры 3 и продольная ось 8 подводящего трубопровода 5 совпадают. Выходной канал соосно расположен и гидравлически связан с вихревой камерой 3. Соединение корпуса 1 с подводящим трубопроводом 5 осуществлен с помощью резьбы 9. Угол φ раскрытия диффузора 6 определяется зависимостью (1). The hydrodynamic oscillation generator comprises a housing 1 (Fig. 1) with
Отношение площади поперечного сечения S1 к площади боковой поверхности S2 вихревой камеры 3 подчиняется зависимости (2).The ratio of the cross-sectional area S 1 to the area of the side surface S 2 of the vortex chamber 3 obeys the dependence (2).
В конкретном варианте выполнения в корпусе 1 (фиг. 2) имеются два тангенциальных входных канала 2. In a specific embodiment, in the housing 1 (Fig. 2) there are two
Возможен вариант гидродинамического генератора колебаний, в котором торцевая часть вихревой камеры 3 выполнена в виде тела вращения 10 (фиг. 3) с заострением 11, обращенным в сторону диффузора 6. Площадь основания 12 тела вращения 10 равна площади поперечного сечения вихревой камеры 3, а высота h тела вращения определяется соотношением (3). Между вихревой камерой 3 и диффузором 6 возможно размещение дополнительного диффузора 13 (фиг. 4). Сопряжение диффузоров 6 и 13 выполнено в виде части 14 поверхности тела вращения. A variant of the hydrodynamic oscillation generator, in which the end part of the
Отношение площади поперечного сечения к площади боковой поверхности вихревой камеры 3 (фиг. 5) определяется зависимостью (4), а выходная часть диффузора 6 выполнена в виде тела вращения 15 (фиг. 5). The ratio of the cross-sectional area to the area of the side surface of the vortex chamber 3 (Fig. 5) is determined by dependence (4), and the output part of the
Гидродинамический генератор колебаний может быть снабжен резонансной камерой 16 (фиг. 6) с изменяемым объемом посредством поршня 17 со штоком 18. Резонансная камера 16 размещена с противоположной диффузору 6 стороны и гидравлически связана с вихревой камерой 3. Диффузор 6 выполнен в виде тела 19 вращения. The hydrodynamic oscillation generator can be equipped with a resonant chamber 16 (Fig. 6) with a variable volume by means of a piston 17 with a
Возможно выполнение в корпусе второго выходного канала 20 (фиг. 7) в виде диффузора с углом φ раскрытия, размещенного соосно с противоположной стороны вихревой камеры 3, а продольная ось 7 вихревой камеры 3 расположена перпендикулярно продольной оси 8 подводящего трубопровода 5. На конце подводящего трубопровода 5 размещена заглушка 21. It is possible to perform in the housing of the second output channel 20 (Fig. 7) in the form of a diffuser with an opening angle φ, placed coaxially on the opposite side of the
Между вихревой камерой 3 (фиг. 8) и диффузором 20 размещена дополнительная вихревая камера 22, сообщенная с полостью подводящего трубопровода 5 дополнительными тангенциальными каналами 23. Отношение площади поперечного сечения дополнительной камеры 22 к площади поперечного сечения вихревой камеры 6 подчиняется зависимости (5). Between the vortex chamber 3 (Fig. 8) and the
Возможно в полости подводящего трубопровода 5 выполнить два кольцевых выступа 24 и 25 (фиг. 9); между которыми размещен подпружиненный с помощью пружины 26 кольцевой выступ 27 корпуса 1, соприкасающийся с ближайшим к тангенциальным каналам кольцевым выступом 24, причем между кольцевыми выступами 24 и 25 в подводящем трубопроводе 5 имеются выходные отверстия 28. It is possible in the cavity of the
Для интенсификации массообменных процессов в многокомпонентных жидких средах используется установка, схема которой представлена на фиг. 10. Установка содержит рабочую емкость 29 с многокомпонентной средой 30, например, смесью для смазочно-охлаждающей жидкости, в которой размещен гидродинамический генератор колебаний 31, соединенный посредством трубопровода 32 с выходом насоса 33, вход которого соединен с трубопроводом 32 с емкостью 29. Для управления процессом массообмена на трубопроводе 32 установлены вентили 34. Вентиль 35 служит для подачи приготовленного продукта потребителю. To intensify mass transfer processes in multicomponent liquid media, a setup is used, the circuit of which is shown in FIG. 10. The installation comprises a working tank 29 with a
Гидродинамический генератор колебаний работает следующим образом. Hydrodynamic oscillator operates as follows.
Из подводящего трубопровода (по стрелке А) через входные тангенциальные каналы 2 (фиг. 1) в вихревую камеру 3 втекает жидкость. В вихревой камере 3 образуется кавитационная каверна, совершающая автоколебания, от которой отрываются кавитационные пузырьки и сносятся в диффузор 6, где происходит их схлопывание, приводящее к созданию мощных волн давления, заданная частота следования которых определяется формулой
Ω = 
Ω - собственная частота обрабатываемой системы (например, 30, фиг. 10), Гц.From the supply pipe (arrow A) through the inlet tangential channels 2 (Fig. 1), fluid flows into the
Ω =
Ω is the natural frequency of the processed system (for example, 30, Fig. 10), Hz.
Максимальная амплитуда волн давления (для каждой из заданных частот Ω ) будет определяться соотношениями (1) и (2). The maximum amplitude of pressure waves (for each of the given frequencies Ω) will be determined by relations (1) and (2).
Формула (1) дает интервал изменения угла φ диффузора 6 (фиг. 1), причем нижний предел (порядка 12-15о) определяется необходимостью создания требуемого градиента давления в диффузоре 6, а верхний (30-35о) - повышенными гидропотерями в диффузоре 6.Equation (1) gives a range of variation of the angle φ of the diffuser 6 (Fig 1.), Wherein a lower limit (of the order of 12-15) is determined by the need to create a desired pressure gradient in the
Формула (2) определяет пределы изменения размеров кавитационной каверны. Нижний предел определяет условие существования автоколебаний кавитационной каверны, а верхний - учитывает резкое падение амплитуды волн давления в результате выхода кавитационной каверны за пределы диффузора 6, что приводит к падению КПД. Formula (2) determines the limits of change in the size of the cavitation cavity. The lower limit determines the condition for the existence of self-oscillations of the cavitation cavity, and the upper one takes into account a sharp drop in the amplitude of the pressure waves as a result of the cavitation cavity leaving the
В результате, воздействуя на систему (например, 30, фиг. 10), имеющую собственную частоту Ω , мы создаем резонансный режим, при котором существенно увеличивается скорость массообменных процессов, например, повышается дисперсность приготавляемых эмульсий, увеличивается скорость фильтрации жидкости в пористых средах. As a result, acting on a system (for example, 30, Fig. 10), which has its own frequency Ω, we create a resonance regime in which the rate of mass transfer processes increases significantly, for example, the dispersion of prepared emulsions increases, and the rate of fluid filtration in porous media increases.
Гидродинамический генератор колебаний, в котором для расширения диапазона изменения частоты автоколебаний кавитационной каверны верхняя торцевая часть вихревой камеры 3 (фиг. 3) выполнена в виде тела вращения 10 с заострением 11, что позволяет при втекании жидкости через тангенциальные каналы 2 увеличить неустойчивость течения жидкости ниже заострения 11, причем высота h тела вращения должны быть больше 
Гидродинамический генератор с дополнительным диффузором 13 (фиг. 4) позволяет создать еще одну локальную зону повышенного давления и, следовательно, зону схлопывания кавитационных пузырьков (в области сопряжения 14 диффузоров), что повышает амплитуду давления в жидкости при схлопывании кавитационных пузырьков и, соответственно, КПД гидродинамического генератора колебаний. The hydrodynamic generator with an additional diffuser 13 (Fig. 4) allows you to create another local zone of high pressure and, therefore, the collapse zone of cavitation bubbles (in the
Гидродинамический генератор колебаний, в котором вихревая камера 3 (фиг. 5) выполнена в виде тела вращения, которому соответствует следующее соотношение размеров:
Данная вихревая камера позволяет создавать кавитационную каверну большего удельного объема (по сравнению с размерами корпуса) и тем самым понижать частоту колебаний по сравнению с цилиндрической каверной и осуществлять работу в системах с низкой собственной частотой. This vortex chamber allows you to create a cavitation cavity of a larger specific volume (compared with the size of the housing) and thereby reduce the oscillation frequency compared to a cylindrical cavity and to work in systems with a low natural frequency.
Выполнение выходной части диффузора в виде тела вращения позволяет снизить давление на оси симметрии 7 и тем самым увеличить объем кавитационной каверны в вихревой камере 3. The implementation of the output part of the diffuser in the form of a body of revolution allows you to reduce the pressure on the axis of
Гидродинамический генератор колебаний со вторым выходным каналом 20 (фиг. 7) позволяет получать более высокие амплитуды колебаний за счет повышения расхода жидкости в результате перераспределения расхода жидкости, поступающей через входные тангенциальные каналы 2 между двумя выходными каналами 6 и 20. A hydrodynamic oscillation generator with a second output channel 20 (Fig. 7) allows to obtain higher oscillation amplitudes due to increased fluid flow as a result of the redistribution of fluid flow through the
Гидродинамический генератор колебаний со второй вихревой камерой 22 (фиг. 8) дает возможность образовывать вторую кавитационную каверну при втекании по стрелке А жидкости через тангенциальные каналы 23 во второй выходной канал 20. Взаимодействие двух кавитационных каверн приводит к возникновению биений частоты и, соответственно, возможности получения сверхнизких частот (до десятков герц). A hydrodynamic oscillation generator with a second vortex chamber 22 (Fig. 8) makes it possible to form a second cavitation cavity when fluid flows along arrow A through
Гидродинамический генератор колебаний с подпружиненным кольцевым выступом 27 (фиг. 9) позволяет получать колебания с высокой амплитудой на низкой частоте за счет создания условий для гидроудара при сжатии пружины 26. A hydrodynamic oscillation generator with a spring-loaded annular protrusion 27 (Fig. 9) allows to obtain oscillations with high amplitude at a low frequency by creating conditions for water hammer during compression of the
Через гидродинамический генератор 31 (фиг. 10), размещенный в рабочей емкости 29 с многокомпонентной жидкой средой 30, имеющей собственную частоту, прокачивается многокомпонентная жидкая среда. Подбирая размеры (S1, S2, S3, S4, S5, S6, φ , h, L1, L2, L) гидродинамического генератора колебаний при фиксированных давлении и расходе жидкости (или, наоборот, при фиксированных геометрических размерах генератора колебаний, подбирая расход и давление), можно получить частоту (с амплитудой Рm) излучения генератора, равную собственной частоте Ω системы. Таким образом, создавая колебания с заданной частотой Ω и амплитудой Pm, обеспечивается резонансный режим в системе, что позволяет интенсифицировать массообменные процессы.A multicomponent liquid medium is pumped through a hydrodynamic generator 31 (FIG. 10) located in a working vessel 29 with a multicomponent liquid medium 30 having a natural frequency. Selecting the sizes (S 1 , S 2 , S 3 , S 4 , S 5 , S 6 , φ, h, L 1 , L 2 , L) of the hydrodynamic oscillator at fixed pressure and flow rate (or, conversely, at fixed geometric the size of the oscillation generator, choosing the flow rate and pressure), you can get the frequency (with amplitude P m ) of the radiation of the generator, equal to the natural frequency Ω of the system. Thus, creating oscillations with a given frequency Ω and amplitude P m , the resonant mode in the system is ensured, which makes it possible to intensify mass transfer processes.
Исходные компоненты эмульсии смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для металлорежущих станков -эмульсол, нитрит натрия, кальцинированную соду и воду подают в рабочую емкость 29 (фиг. 10). Затем определяют собственную частоту Ω многокомпонентной жидкой среды 30, например, Ω= 1800 Гц. Исходя из производительности насоса 33, например, Q = 2 х 10-3м3/с, плотность многокомпонентной жидкости 30, (например ρ = 1050 кг/м3) и других параметров, а также задавая значение площади каждого из двух входных тангенциальных каналов (например S5 = 16 х 10-6 м2), по соотношению (6) для Ω = 1800 Гц определяется площадь поперечного сечения вихревой камеры S3 = 98 х 10-6 м2, что соответствует диаметру цилиндрической вихревой камеры 2R = 11,1 х 10-3 м.The initial components of the emulsion of cutting fluid (coolant) for metal cutting machines — emulsol, sodium nitrite, soda ash and water are fed into a working tank 29 (Fig. 10). Then, the natural frequency Ω of the multicomponent
Далее по зависимости (2) определяем отношение поперечного сечения и вихревой камеры, которое в данном случае, составляет S3/S4 = 0,07 при длине цилиндрической вихревой камеры L = 40 х 10-3 м.Further, according to dependence (2), we determine the ratio of the cross section and the vortex chamber, which in this case is S 3 / S 4 = 0.07 with the length of the cylindrical vortex chamber L = 40 x 10 -3 m.
Принимая площадь входного сечения диффузора равной площади поперечного сечения вихревой камеры S1=S3 = 98 х 10-6 м2, а также задаваясь площадью выходного сечения диффузора S2 = 850 х 10-6 м2 и пользуясь экспериментальным коэффициентом ζ1 = 1,2 по зависимости (1) определяем угол раскрытия диффузора φ = 29о.Assuming the area of the inlet section of the diffuser to be equal to the cross-sectional area of the vortex chamber S 1 = S 3 = 98 x 10 -6 m 2 , and also setting the area of the output section of the diffuser S 2 = 850 x 10 -6 m 2 and using the experimental coefficient ζ 1 = 1 , 2 according to dependence (1) we determine the opening angle of the diffuser φ = 29 about .
Таким образом, рассчитаем гидродинамический генератор колебаний (фиг. 1) с геометрическими размерами:
два входных тангенциальных канала круглого сечения d = 2,4 х 10-3 м;
радиус цилиндрической вихре-
вой камеры R = 5,55 х 10-3 м
длина цилиндрической вихре-
вой камеры L = 40 х 10-3 м
угол раскрытия диффузора φ = 29о.Thus, we calculate the hydrodynamic oscillation generator (Fig. 1) with geometric dimensions:
two tangential input channels of circular cross section d = 2.4 x 10 -3 m;
the radius of the cylindrical vortex
howling chamber R = 5.55 x 10 -3 m
the length of the cylindrical vortex
howling chamber L = 40 x 10 -3 m
the opening angle of the diffuser φ = 29 about .
Этот генератор при расходе жидкости через него Q = 2 х 10-3 м3/с в рабочей емкости (33) позволяет создавать колебания заданной частоты Ω = 1800 Гц, которая является собственной частотой многокомпанентной жидкой среды (СОЖ). Таким образом, осуществляется резонансный режим работы гидродинамического генератора, что обеспечивает интенсификацию тепломассообменных процессов, повышение степени дисперсности и стабильности во времени, а также гомогенности СОЖ. Сокращается, также время приготовления.This generator, with a fluid flow rate through it Q = 2 × 10 -3 m 3 / s in the working tank (33), allows you to create oscillations of a given frequency Ω = 1800 Hz, which is the natural frequency of a multicomponent liquid medium (coolant). Thus, the resonant mode of operation of the hydrodynamic generator is carried out, which ensures the intensification of heat and mass transfer processes, increasing the degree of dispersion and stability over time, as well as the homogeneity of the coolant. Also reduced cooking time.
Изобретение может быть использовано для интенсификации тепло- массообменных процессов в многофазных системах газ-жидкость-твердое тело в машиностроительной, нефтегазовой, геологической, химической, пищевой промышленностях, в медицине и фармакологии, при приготовлении эмульсий и суспензий высокой дисперсности, бурении скважин, обработки призабойной зоны скважин, гомогенизации жидких пищевых продуктов, ультрафильтрации технологических жидкостей, а также при лечении функциональных расстройств сосудистой системы, гидроволновой терапии парадонтоза, экстрагировании веществ из лечебных трав. The invention can be used to intensify heat and mass transfer processes in multiphase gas-liquid-solid systems in the engineering, oil and gas, geological, chemical, food industries, in medicine and pharmacology, in the preparation of emulsions and suspensions of high dispersion, well drilling, bottom-hole treatment wells, homogenization of liquid food products, ultrafiltration of process fluids, as well as in the treatment of functional disorders of the vascular system, hydroworm therapy and gum disease, extracting substances from medicinal herbs.
Claims (8)
φ =
а отношение площади поперечного сечения к площади боковой поверхности вихревой камеры подчиняется зависимости
×
N =
где M =
ζ1 - коэффициент гидравлических потерь в диффузоре;
ζ2 - коэффициент гидравлических потерь во входных тангенциальных каналах;
S1 - площадь входного поперечного сечения диффузора, м2;
S2 - площадь выходного поперечного сечения диффузора, м2;
S3 - площадь поперечного сечения вихревой камеры, м2;
S4 - площадь боковой поверхности вихревой камеры, м2;
S5 - площадь входных тангенциальных каналов, м2;
L - длина вихревой камеры, м;
Q - расход жидкости через генератор, м3/с;
R - приведенный радиус вихревой камеры, м;
d - приведенный диаметр входных тангенциальных каналов, м;
Pо - давление нагнетания жидкости в подающем трубопроводе, Па;
ρ - плотность жидкости, прокачиваемой через генератор, кг/м3;
H - высота столба жидкости в полости подводящего трубопровода над генератором, м.1. HYDRODYNAMIC OSCILLATOR GENERATOR, comprising a housing with inlet tangential channels, a vortex chamber, connected by tangential channels with a cavity of the supply pipe with an axial outlet channel, coaxially located and hydraulically connected with the vortex chamber, characterized in that the output channel is made in the form of a diffuser with an opening angle φ determined by the dependence
φ =
and the ratio of the cross-sectional area to the area of the side surface of the vortex chamber obeys the dependence
×
N =
where M =
ζ 1 - coefficient of hydraulic losses in the diffuser;
ζ 2 - coefficient of hydraulic losses in the input tangential channels;
S 1 - the input cross-sectional area of the diffuser, m 2 ;
S 2 - the output cross-sectional area of the diffuser, m 2 ;
S 3 - the cross-sectional area of the vortex chamber, m 2 ;
S 4 - the area of the lateral surface of the vortex chamber, m 2 ;
S 5 - the area of the input tangential channels, m 2 ;
L is the length of the vortex chamber, m;
Q - fluid flow through the generator, m 3 / s;
R is the reduced radius of the vortex chamber, m;
d is the reduced diameter of the input tangential channels, m;
P about - the pressure of the fluid in the feed pipe, Pa;
ρ is the density of the fluid pumped through the generator, kg / m 3 ;
H is the height of the liquid column in the cavity of the supply pipe above the generator, m
3
3
где r - приведенный радиус входного поперечного сечения диффузора, м,
а выходная часть диффузора выполнена в виде тела вращения.4. The oscillation generator according to claim 1, characterized in that the ratio of the cross-sectional area to the area of the side surface of the vortex chamber is determined by the expression
where r is the reduced radius of the input cross section of the diffuser, m,
and the output part of the diffuser is made in the form of a body of revolution.
где ω1 , ω2 - частота колебаний давления жидкости в основной и дополнительной вихревых камерах соответственно, Гц;
L1, L2 - длина основной и дополнительной вихревых камер соответственно, м.7. The oscillation generator according to claim 6, characterized in that between the main vortex chamber and one of the diffusers there is an additional vortex chamber connected with the cavity of the supply pipe by additional tangential channels, with the ratio of the cross-sectional area S 6 of the additional vortex chamber to the cross-sectional area S 3 section of the main vortex chamber, obeying the following relationship:
where ω 1 , ω 2 - frequency of fluid pressure fluctuations in the primary and secondary vortex chambers, respectively, Hz;
L 1 , L 2 - the length of the primary and secondary vortex chambers, respectively, m
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5003508 RU2015749C1 (en) | 1991-10-04 | 1991-10-04 | Hydrodynamic vibration generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5003508 RU2015749C1 (en) | 1991-10-04 | 1991-10-04 | Hydrodynamic vibration generator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015749C1 true RU2015749C1 (en) | 1994-07-15 |
Family
ID=21585861
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5003508 RU2015749C1 (en) | 1991-10-04 | 1991-10-04 | Hydrodynamic vibration generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2015749C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7568525B2 (en) | 2004-09-27 | 2009-08-04 | Nord Service, Inc. | Method and system for increasing well rate using well-capital-string perforation |
| RU171177U1 (en) * | 2017-02-08 | 2017-05-23 | Рустам Рафаэльевич Саиткулов | DEVICE FOR VIBROWAVE INFLUENCE ON PRODUCTIVE LAYERS OF AQUARIUM AND OIL AND GAS WELLS |
| RU172006U1 (en) * | 2016-08-15 | 2017-06-26 | Частное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования "Международный Институт Профессионального Образования" | Borehole Hydroacoustic Monitor |
-
1991
- 1991-10-04 RU SU5003508 patent/RU2015749C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Авторское свидетельство СССР N 769131, кл. F 15B 21/12, 1978. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7568525B2 (en) | 2004-09-27 | 2009-08-04 | Nord Service, Inc. | Method and system for increasing well rate using well-capital-string perforation |
| RU172006U1 (en) * | 2016-08-15 | 2017-06-26 | Частное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования "Международный Институт Профессионального Образования" | Borehole Hydroacoustic Monitor |
| RU171177U1 (en) * | 2017-02-08 | 2017-05-23 | Рустам Рафаэльевич Саиткулов | DEVICE FOR VIBROWAVE INFLUENCE ON PRODUCTIVE LAYERS OF AQUARIUM AND OIL AND GAS WELLS |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6935770B2 (en) | Cavitation mixer | |
| CA2653001C (en) | Fine bubble generating apparatus | |
| US20110277379A1 (en) | Method and apparatus for cavitating a mixture of a fuel and an additive | |
| RU2553861C1 (en) | Hydrodynamic mixer | |
| LT5360B (en) | Method for heat-mass-energy exchange and device for carrying out said method | |
| RU2015749C1 (en) | Hydrodynamic vibration generator | |
| US20060050605A1 (en) | High-power sono-chemical reactor | |
| RU2223815C1 (en) | Method of preparation of emulsion and system and device for realization of this method | |
| RU2267364C1 (en) | Method of generation of oscillations of a fluid flow and a hydrodynamic generator of the oscillations | |
| RU2144440C1 (en) | Method of excitation of liquid flow oscillations and hydrodynamic oscillator | |
| RU2392046C2 (en) | Hydrocarbon destruction device and application thereof | |
| RU2310503C1 (en) | Method of the heat-energy-mass exchange and the device for the method realization | |
| RU77176U1 (en) | HYDRODYNAMIC ULTRASONIC DEPARAFFINIZER OF PUMP AND COMPRESSOR PIPES | |
| RU2021005C1 (en) | Hydrodynamic homogenizer-mixer | |
| RU2087756C1 (en) | Method and device for generating oscillation of fluid flow | |
| SU1039544A1 (en) | Cavitation ultrasonic disperser | |
| US3056590A (en) | Oscillator | |
| RU2047729C1 (en) | Method and device for treatment of the near-bottom bed area | |
| SU1670196A1 (en) | Method for generation of nonlinear vibrations and hydromechanical pulsator | |
| RU2365404C1 (en) | Method for production of multi-component mix fuels and device for its realisation | |
| SU716576A1 (en) | Ultrasonic apparatus for treating suspensions and emulsions | |
| RU2434674C1 (en) | Device for physicochemical treatment of fluids | |
| SU1530236A1 (en) | Hydrodynamic emulsifier | |
| RU2304261C1 (en) | Method and device for heat and mass exchange | |
| RU2029612C1 (en) | Vibrating mixer |