RU2144627C1

RU2144627C1 - Hydrodynamic cavitation apparatus

Info

Publication number: RU2144627C1
Application number: RU98114517A
Authority: RU
Inventors: И.С. Медведев; В.М. Паршиков; Л.Н. Бритвин; В.И. Никитин; И.Ф. Пименов; С.Н. Чувашев
Original assignee: Открытое акционерное общество "ЭВНА"
Priority date: 1998-08-10
Filing date: 1998-08-10
Publication date: 2000-01-20

Abstract

FIELD: liquid flow processing. SUBSTANCE: apparatus is made in form of tube provided with end face cover-flow accelerator at inlet hole, cylindrical chamber - flow divider, chamber-jacket, flow intake, cavitation insert- nozzle enclosed in contraction chamber made in form of ring channel, and chamber-damper. Flow of liquid delivered through channels in end face cover is divided in cylindrical chamber by rotation into peripheral heated flow and axial colder flow. Peripheral flow passes into inner part of cavitation insert-nozzle through flow intake. Axial flow gets into chamber-jacket through channels in end face cover, and passes from chamber-jacket into contraction chamber through radial channels. Cavitation results from mixing of two flows at nozzle outlet and kinetic energy accumulated at movement turns into heat energy, thus heating the liquid. Apparatus provides stabilization of cavitation characteristics, increased intensity of process owing to increase in number of cavitation generating points and obtaining of energy intensive liquid flow. EFFECT: simplified control of apparatus, provision of energy intensive liquid flows, including water.

Description

Изобретение относится к области технической гидродинамики и может быть использовано в устройствах, предназначенных для интенсивной обработки потоков жидкости с целью повышения их энергии. The invention relates to the field of technical hydrodynamics and can be used in devices designed for intensive processing of fluid flows in order to increase their energy.

Кавитация относится к физическим явлениям, промышленное использование которых в настоящее время активно развивается, не будучи до конца исследованным. В зависимости от конструкции кавитационных аппаратов кавитационное воздействие на жидкую среду может быть различным: кумулятивно-ударным, энергетическим, ионизационным и др. Cavitation refers to physical phenomena, the industrial use of which is currently actively developing, not being fully explored. Depending on the design of cavitation devices, the cavitation effect on a liquid medium can be different: cumulative-shock, energy, ionization, etc.

Известно кавитационное устройство, содержащее ультразвуковой активатор, в котором эффект кавитации возникает за счет создания периодически изменяющегося давления. В результате кинетическая энергия преобразуется в энергию ионизации молекул жидкости (Пат. РФ 2054604, F 24 J 3/00, 1995 г.). A cavitation device containing an ultrasonic activator is known, in which the effect of cavitation occurs due to the creation of a periodically changing pressure. As a result, kinetic energy is converted into ionization energy of liquid molecules (Pat. RF 2054604, F 24 J 3/00, 1995).

Недостатком данного устройства является сложность его конструкции. The disadvantage of this device is the complexity of its design.

Известно устройство для повышения энергии жидкости с целью облегчения ее перекачивания, содержащее кавитирующую трубку Вентури, в которой генерируются колебания давления жидкости (Авт. Свид. СССР 543824, F 28 F 13/10, 1977 г.). A device is known for increasing the energy of a liquid in order to facilitate its pumping, comprising a cavitating venturi, in which fluctuations in the pressure of the liquid are generated (Auth. Certificate. USSR 543824, F 28 F 13/10, 1977).

Недостатком известного устройства является низкая интенсивность кавитации, создаваемой в нем. A disadvantage of the known device is the low intensity of cavitation created in it.

Известно устройство для диспергирования жидкости, содержащее корпус, в который через тангенциально расположенный штуцер впрыскивается газожидкостная смесь, и сферическую крышку, расположенную на противоположном торце корпуса. В корпусе формируется закрученный поток, который совершает петлевое движение у сферической крышки, возвращается к началу движения, где его выводят через центральное сопло, в результате чего происходит диспергирование жидкости (Авт. Свид. СССР 1685543, B 05 B 7/10, 1991 г.)
Конструкция данного устройства направлена на получение тонко диспергированной жидкости без изменения ее энергетических характеристик.A device for dispersing a liquid is known, comprising a housing into which a gas-liquid mixture is injected through a tangentially located nozzle and a spherical cap located on the opposite end of the housing. A swirling flow is formed in the casing, which makes a loop movement at the spherical cap, returns to the beginning of the movement, where it is discharged through the central nozzle, as a result of which the liquid is dispersed (Auth. Sv. USSR 1685543, B 05 B 7/10, 1991 )
The design of this device is aimed at obtaining a finely dispersed liquid without changing its energy characteristics.

Наиболее близким аналогом по технической сущности является гидродинамический кавитационный аппарат, выполненный в виде трубы, содержащей входное и выходное отверстия, цилиндрическую камеру, кавитационную вставку и конфузорную камеру (Федоткин И.М., Немчин А.Ф. Использование кавитации в технологических процессах. Киев. Вища школа, 1984 г., c.12-13, 32). The closest analogue in technical essence is a hydrodynamic cavitation apparatus made in the form of a pipe containing an inlet and outlet, a cylindrical chamber, a cavitation insert and a confuser chamber (Fedotkin I.M., Nemchin A.F. Use of cavitation in technological processes. Kiev. Vishka School, 1984, pp. 12-13, 32).

Недостатком известного аппарата является подверженность эрозии мест кавитации, нестабильность характеристик процесса кавитации, трудность управления аппаратом. A disadvantage of the known apparatus is the susceptibility to erosion of cavitation sites, the instability of the characteristics of the cavitation process, the difficulty of controlling the apparatus.

Техническим результатом, достигаемым в аппарате предложенной конструкции является стабилизация характеристик кавитации, повышение интенсивности процесса за счет увеличения количества точек генерирования кавитации, получение энергонасыщенного потока жидкости, упрощение управления аппаратом. The technical result achieved in the apparatus of the proposed design is the stabilization of cavitation characteristics, increasing the intensity of the process by increasing the number of cavitation generation points, obtaining an energy-saturated fluid flow, simplifying the control of the apparatus.

Этот результат достигается за счет того, что гидродинамический кавитационный аппарат, выполненный в виде трубы, содержащей входное и выходное отверстия, цилиндрическую камеру, кавитационную вставку и конфузорную камеру, согласно изобретению снабжен торцевой крышкой, соосной камерой-рубашкой, приемником потока, камерой- глушителем, причем торцевая крышка содержит периферийные тангенциальные каналы для подвода жидкости от насоса в цилиндрическую камеру и каналы для соединения цилиндрической камеры с камерой-рубашкой и расположена во входном отверстии, приемник потока выполнен цилиндроконическим с отверстиями и спиральными каналами, соединяющими цилиндрическую камеру с кавитационной вставкой, и расположен на выходе из цилиндрической камеры, кавитационная вставка выполнена в виде коаксиального сопла и помещена в конфузорную камеру, выполненную в виде кольцевого канала и соединенную каналами с камерой-рубашкой, а камера-глушитель расположена на выходе из аппарата. This result is achieved due to the fact that the hydrodynamic cavitation apparatus, made in the form of a pipe containing inlet and outlet openings, a cylindrical chamber, a cavitation insert and a confuser chamber, according to the invention is equipped with an end cap, a coaxial jacket chamber, a flow receiver, a silencer chamber, moreover, the end cap contains peripheral tangential channels for supplying fluid from the pump to the cylindrical chamber and channels for connecting the cylindrical chamber to the camera-jacket and is located in the flow hole, the flow receiver is cylindrical with holes and spiral channels connecting the cylindrical chamber to the cavitation insert, and is located at the outlet of the cylindrical chamber, the cavitation insert is made in the form of a coaxial nozzle and placed in a confusion chamber made in the form of an annular channel and connected by channels with a jacketed camera, and a silencer chamber located at the outlet of the apparatus.

Устройство гидродинамического кавитационного аппарата в продольном разрезе изображено на чертеже. The device of the hydrodynamic cavitation apparatus in longitudinal section is shown in the drawing.

Устройство выполнено в виде трубы, которая на входе ограничена торцевой крышкой 1, играющей роль ускорителя потока, в которой выполнены периферийные тангенциальные каналы 2, через которые жидкость от насоса подается в цилиндрическую камеру 3. С противоположного конца камера ограничена приемником потока 4 с расположенными по цилиндрической поверхности спиральными каналами 6, имеющими вход через отверстия 5 для соединения с кавитационной вставкой-соплом 7, помещенным в конфузорную камеру 8. Кольцевая камера-рубашка 9 соединена с цилиндрической камерой каналами 10, с конфузорной камерой каналами 11. Конфузорная камера переходит в камеру-глушитель 12, из которой жидкость выпускается через выходное отверстие. The device is made in the form of a pipe, which at the inlet is bounded by an end cap 1, which plays the role of a flow accelerator, in which peripheral tangential channels 2 are made, through which liquid from the pump is supplied to a cylindrical chamber 3. At the opposite end, the chamber is bounded by a flow receiver 4 with cylindrical the surface of the spiral channels 6 having an entrance through openings 5 for connection with a cavitation insert-nozzle 7 placed in the confuser chamber 8. The annular chamber-shirt 9 is connected to a cylindrical second cam channels 10 with cam channels 11. confuser convergent chamber passes into the chamber, exhaust pipes 12, from which the liquid is discharged through the outlet.

Аппарат работает следующим образом. The device operates as follows.

Жидкость насосом подается в цилиндрическую камеру 3 через периферийные тангенциальные каналы 2, расположенные в крышке, сечение которых позволяет увеличить окружную скорость потока. При выходе из тангенциальных каналов в цилиндрическую камеру закрученный поток нагревается за счет расширения и совершает дальнейшее вращательно-поступательное движение в направлении приемника потока, имея повышенное давление в области периферии цилиндрической камеры и пониженное давление в осевой части потока. В результате этого часть потока разворачивается и, совершая вращательно-поступательное движение в зоне пониженного давления, направляется в сторону крышки, при этом в зоне пониженного давления образуются кавитационные пузырьки. Liquid is pumped into the cylindrical chamber 3 through peripheral tangential channels 2 located in the lid, the cross section of which allows to increase the peripheral flow rate. Upon exiting the tangential channels into the cylindrical chamber, the swirling flow is heated by expansion and performs further rotational-translational motion in the direction of the flow receiver, having increased pressure in the periphery of the cylindrical chamber and reduced pressure in the axial part of the flow. As a result of this, part of the flow unfolds and, making a rotational-translational movement in the zone of reduced pressure, is directed towards the lid, while cavitation bubbles form in the zone of reduced pressure.

Периферийный поток, достигнув приемника потока 4, через отверстия 5 попадает в спиральные каналы 6, проходя которые, увеличивает свою окружную скорость, а далее во внутреннюю полость кавитационной вставки-сопла 7. The peripheral flow, having reached the flow receiver 4, through the holes 5 enters the spiral channels 6, passing through which, increases its peripheral speed, and then into the internal cavity of the cavitation insert nozzle 7.

Закрученный осевой поток с пониженным давлением, достигнув торцевой крышки цилиндрической камеры, через входное отверстие в центре крышки и радиальные каналы 10 в ней разгоняется и направляется в камеру-рубашку 9. При попадании в камеру-рубашку поток расширяется и происходит частичный нагрев. Из камеры-рубашки поток через каналы 11 попадает в кольцевой канал конфузорной камеры 8. Два потока: вращательно-поступательный, образованный в кавитационной вставке-сопле 7 и поступательный из конфузорной камеры 8 в узкой части кольцевого канала встречаются и смешиваются, имея различную скорость и давление. Это приводит к возникновению максимального количества кавитационных пузырьков определенного размера. При их схлопывании кинетическая энергия переходит в тепловую, в результате чего температура жидкости повышается. The swirling axial flow with reduced pressure, having reached the end cap of the cylindrical chamber, is accelerated through the inlet in the center of the cap and the radial channels 10 and directed into the chamber-jacket 9. When it enters the chamber-jacket, the flow expands and partial heating occurs. From the jacket chamber, the flow through the channels 11 enters the annular channel of the confuser chamber 8. Two flows: the rotational-translational formed in the cavitation insert-nozzle 7 and the translational from the confuser chamber 8 in the narrow part of the annular channel meet and mix, having different speeds and pressures . This leads to the appearance of a maximum number of cavitation bubbles of a certain size. When they collapse, kinetic energy passes into heat, as a result of which the temperature of the liquid rises.

В камере-глушителе 12 гасятся турбулентно-кавитационные процессы, ламинарный поток нагретой жидкости через выходное отверстие поступает в трубопровод, через насос возвращается в аппарат для дальнейшего нагрева. При достижении жидкостью требуемой температуры ее применяют для обогрева. In the silencing chamber 12, turbulent cavitation processes are suppressed, the laminar flow of heated liquid through the outlet opens to the pipeline, and returns to the apparatus through the pump for further heating. When the liquid reaches the required temperature, it is used for heating.

При использовании в качестве жидкости воды за один проход ее в объеме 12 куб. м/час через кавитационный аппарат диаметром 160 мм температура повышается не менее, чем на 2 град.С. Количество приращенной энергии составляет не менее 26 300 кДж при расходе энергии на перекачку воды 18 000 кДж. Если энергию, израсходованную на перекачку воды, использовать при прямом электрическом нагреве воды, то при одинаковом расходе воды и допущении 100% КПД рост температуры составит не более 0.35 град.С. When using water as a liquid in one pass, its volume is 12 cubic meters. m / h through a cavitation apparatus with a diameter of 160 mm, the temperature rises by at least 2 degrees C. The amount of incremental energy is at least 26,300 kJ with an energy consumption of 18,000 kJ for pumping water. If the energy consumed for pumping water is used with direct electric heating of water, then with the same water consumption and assuming 100% efficiency, the temperature increase will be no more than 0.35 degrees C.

Claims

A hydrodynamic cavitation apparatus made in the form of a pipe containing inlet and outlet openings, a cylindrical chamber, a cavitation insert and a confuser chamber, characterized in that it is equipped with an end cap, a coaxial jacket chamber, a flow receiver, a silencer chamber, and the end cap contains peripheral tangential channels for supplying fluid from the pump to the cylindrical chamber and channels for connecting the cylindrical chamber to the jacket chamber and is located in the inlet, the flow receiver is made cylindrical with holes and spiral channels connecting the cylindrical chamber to the cavitation insert and located at the outlet of the cylindrical chamber, the cavitation insert is made in the form of a coaxial nozzle and placed in a confuser chamber made in the form of an annular channel and connected by channels to the jacket camera, and the camera silencer is located at the outlet of the device.