RU223469U1 - Гидродинамический кавитатор - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для воздействия на поток текучей среды, в частности к гидродинамическим кавитаторам, и может быть использована в пищевой, сельскохозяйственной, химической и других отраслях промышленности. Гидродинамический кавитатор содержит проточный трубчатый корпус, имеющий резкие расширения и сужения канала для прохождения потока текучей среды. Новым в устройстве является то, что проточный трубчатый корпус выполнен, по меньшей мере, трехкамерным, состоящим из центральной камеры для входа и выхода текучей среды и присоединенных к ее боковой поверхности, по меньшей мере, двух С-образных камер меньшего диаметра. Центральная камера содержит осевое сужение канала в виде конфузора, выполненного на входе потока текучей среды, в месте присоединения одного из концов каждой С-образной камеры меньшего диаметра, при этом второй конец каждой С-образной камеры меньшего диаметра присоединен к боковой поверхности центральной камеры перед выходом потока текучей среды из устройства. Предлагаемый гидродинамический кавитатор в местах присоединения С-образных трубчатых участков меньшего диаметра обеспечивает резкое сужение или расширение проходного сечения, а также изменение направления движения потока, его вихревой характер, при котором возникают условия для возникновения и роста кавитационных пузырьков. Кавитационные пузырьки по ходу движения потока жидкости пульсируют и схлопываются. Резкое (внезапное) исчезновение кавитационных пузырьков приводит к образованию гидравлических ударов и, как следствие, к созданию волны сжатия и растяжения в жидкости с ультразвуковой частотой. С этого момента скорость нагрева рабочей среды резко увеличивается и может достигать 100°C и выше. Наиболее успешно заявляемое устройство может быть применено для получения гомогенных мелкодисперсных продуктов (паштеты, джемы, соки, пасты плодово-ягодные, пасты из животных и растительных продуктов, топливные смеси, экстракты (гуматы)), помогает при гидролизе целлюлозы, обеззараживании жидкостей и жидких пищевых продуктов, приготовлении жидких обеззараженных кормовых смесей и др. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для воздействия на поток текучей среды, в частности к гидродинамическим кавитаторам, и может быть использована в пищевой, сельскохозяйственной, химической и других отраслях промышленности.

Известен гидродинамический кавитатор активного типа, имеющий неподвижную рабочую камеру в форме эллиптического тора с двумя фокусами и вращающийся диск активатора. Рабочая среда, подаваемая насосным агрегатом, попадает в рабочую камеру малыми порциями в моменты совпадения отверстий во вращающемся диске активатора и стенке неподвижной рабочей камеры. В зоне ближайшего фокуса образуются кавитационные парогазовые пузырьки вскипевшей жидкости. Схлопывание кавитационных пузырьков сопровождается интенсивными ударными волновыми процессами с возникновением локальных сверхвысоких давлений и температур. Ударные волны отражаются от ближайшего фокуса до стенок рабочей камеры, оттуда, в силу оптических свойств эллипса, далее отражается до следующего фокуса и т.д. Возникает резонанс ударных волн, благодаря чему достигается эффективное измельчение твердых частиц, структурное и молекулярное изменение в сложных молекулах и агломератах, диспергирование и другие физико-химические процессы (RU 2472075, МПК F24J 3/00, 2013).

Недостатком указанного гидродинамического кавитатора является сложность его конструкции, наличие движущихся деталей и уплотняемых подвижных соединений, сложность его обслуживания.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является статический гидродинамический кавитатор, содержащий трубчатую рабочую камеру с элементами для создания неустойчивости в потоке жидкости в виде диффузоров и конфузоров, в которых за счет создания резкого расширения или сужения проточного канала вызывается изменение скорости потока рабочей среды и возникновение мощного вихреобразования, отрывных течений и кавитации. Перечисленные эффекты воздействуют на частицы жидкости и способствуют их интенсивному дроблению и гомогенизации, срыву пограничных слоев на частицах (https://studylib.ru/doc/1022833/staticheskie-gidrodinamicheskie-kavitatory).

Недостатком данного устройства является низкая эффективность воздействия на текучую среду.

Задачей, поставленной перед заявляемой полезной моделью, является повышение энергоэффективности воздействия на обрабатываемую (перерабатываемую) текучую среду с одновременным ее нагревом за счет акустической энергии, возникающей в процессе гидродинамической кавитации, до температур, позволяющих использовать устройство в пищевой и других отраслях промышленности без потерь качества продукта.

Поставленная задача решается тем, что гидродинамический кавитатор содержит проточный трубчатый корпус, имеющий резкие расширения и сужения канала для прохождения потока текучей среды. Новым в устройстве является то, что проточный трубчатый корпус выполнен, по меньшей мере, трехкамерным, состоящим из центральной камеры для входа и выхода потока текучей среды и присоединенных к ее боковой поверхности, по меньшей мере, двух С-образных камер меньшего диаметра. При этом центральная камера содержит осевое сужение канала в виде конфузора, выполненного на входе потока текучей среды, в месте присоединения одного из концов каждой С-образной камеры меньшего диаметра, при этом второй конец каждой С-образной камеры меньшего диаметра присоединен к боковой поверхности центральной камеры перед выходом потока текучей среды из устройства.

Предлагаемый гидродинамический кавитатор в местах присоединения С-образных трубчатых участков меньшего диаметра обеспечивает резкое сужение или расширение проходного сечения, а также изменение направления движения потока текучей среды, его вихревой характер, при котором возникают условия для возникновения и роста кавитационных пузырьков. Кавитационные пузырьки по ходу движения потока жидкости пульсируют и схлопываются. Резкое (внезапное) исчезновение кавитационных пузырьков приводит к образованию гидравлических ударов, и как следствие, к созданию волны сжатия и растяжения в жидкости с ультразвуковой частотой. С этого момента скорость нагрева текучей среды резко увеличивается и может достигать 100°C и выше.

На представленных чертежах изображено.

На фиг. 1 - устройство в разрезе;

На фиг. 2 - общий вид устройства в аксонометрии.

Гидродинамический кавитатор состоит из трубчатого трехкамерного корпуса 1, закрепленного на фланцах 2. Корпус 1 включает центральную камеру 3 с выполненным на входе в нее конфузором 4 и присоединенных к ней двух С-образных камер 5 меньшего диаметра, один конец каждой из которых соединен с конфузором 4, а второй конец присоединен к боковой поверхности центральной камеры 3 перед выходом потока из устройства. Один из фланцев 2 присоединен к подающей рабочую среду трубе (на чертеже не показана), другой фланец 2 присоединен к выходному патрубку 6.

Гидродинамический кавитатор работает следующим образом.

В камеру 3, со стороны конфузора 4 под напором подают текучую среду, которая в местах присоединения С-образных камер 5 к конфузору 4 разделяется на три потока. Благодаря силам инерции частиц текучей среды, поступающей в конфузор 4, текучая среда сжимается до определенного круглого сечения конфузора 4, а затем постепенно расширяется и заполняет камеры 5 при этом между сжатым сечением транзитной струи в центральной камере 3 и внутренней поверхностью камер 5 образуется кольцевая водоворотная зона. Сама водоворотная зона, также как и транзитная струя, в пределах этой области характеризуется наличием вакуума. Эта зона центральной камеры 3 является первой зоной образования кавитационных пузырьков.

В камерах 5 текучая среда разгоняется за счет уменьшенного диаметра С-образных камер 5 по сравнению с центральной камерой 3, после чего из них она вновь попадает в камеру 3. При резком увеличении проходного сечения в камере 3 и изменении направления движения потока, подаваемого с определенной скоростью, возникают условия для дополнительного возникновения и роста кавитационных пузырьков. Кавитационные пузырьки по ходу движения потока пульсируют и схлопываются, создавая микропульсации и выбросы кумулятивных струек, воздействуя на текучую среду, интенсифицируя тепло- и массообменные процессы и осуществляя деструкцию содержащихся в ней веществ. После появления кавитации появляется ультразвук, по которому определяют, что устройство вышло на режим кавитатора. Обработанная в кавитаторе текучая среда поступает в соединенный с фланцем 2 выходной патрубок 6.

В заявляемом гидродинамическом кавитаторе исключены все непроизводительные течения, а потоки, участвующие в создании акустической волны, стабильны и управляемы. В результате при минимальных затратах имеется возможность получить качественную звуковую волну с требуемыми показателями, которая в камере создает периодические кавитационные каверны нужных размеров и которые при схлопывании будут производить или больше тепловой энергии, или обеспечат более качественное протекание технологических процессов.

Наиболее успешно заявляемое устройство может быть применено для получения гомогенных мелкодисперсных продуктов (паштеты, джемы, соки, пасты плодово-ягодные, пасты из животных и растительных продуктов, топливные смеси, экстракты (гуматы), помогает при гидролизе целлюлозы, обеззараживании жидкостей и жидких пищевых продуктов, приготовлении жидких обеззараженных кормовых смесей и др.

Устройство просто в изготовлении и может быть осуществлено любым машиностроительным предприятием.

Claims (1)

1. Гидродинамический кавитатор, содержащий проточный трубчатый корпус, имеющий резкие расширения и сужения канала для прохождения потока текучей среды, отличающийся тем, что проточный трубчатый корпус выполнен, по меньшей мере, трехкамерным, состоящим из центральной камеры для входа и выхода потока текучей среды и присоединенных к ее боковой поверхности, по меньшей мере, двух С-образных камер меньшего диаметра, при этом центральная камера содержит осевое сужение канала в виде конфузора, выполненного на входе потока текучей среды, в месте присоединения одного из концов каждой С-образной камеры меньшего диаметра, при этом второй конец каждой С-образной камеры меньшего диаметра присоединен к боковой поверхности центральной камеры перед выходом потока текучей среды из устройства.