RU2359763C1 - Hydraulic cavitating device - Google Patents

Hydraulic cavitating device Download PDF

Info

Publication number
RU2359763C1
RU2359763C1 RU2007143407/28A RU2007143407A RU2359763C1 RU 2359763 C1 RU2359763 C1 RU 2359763C1 RU 2007143407/28 A RU2007143407/28 A RU 2007143407/28A RU 2007143407 A RU2007143407 A RU 2007143407A RU 2359763 C1 RU2359763 C1 RU 2359763C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input element
cavitation
liquid
diametre
nozzle
Prior art date
Application number
RU2007143407/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Дмитриевич Петраков (RU)
Александр Дмитриевич Петраков
Сергей Михайлович Радченко (RU)
Сергей Михайлович Радченко
Олег Павлович Яковлев (RU)
Олег Павлович Яковлев
Original Assignee
Александр Дмитриевич Петраков
Сергей Михайлович Радченко
Олег Павлович Яковлев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Дмитриевич Петраков, Сергей Михайлович Радченко, Олег Павлович Яковлев filed Critical Александр Дмитриевич Петраков
Priority to RU2007143407/28A priority Critical patent/RU2359763C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2359763C1 publication Critical patent/RU2359763C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Physical Water Treatments (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: invention relates to devices for creating a stream of hydrodynamic cavitation in a flowing liquid medium. The device can be used for making emulsions, suspensions, dispersing of different materials, disinfection of liquids and liquid foods. Hydraulic cavitating device includes a case which has the following things placed sequentially: input element, resonating cavity, intermediate branch pipe, divergent Borda mouthpiece. The input element is made in the form of a round cylindrical Venturi tube, a round resonating cavity with a diametre and length 3 times the diametre of the input element, intermediate branch pipe, which is analogous to the input element, a second resonating chamber on the device, analogous to the first, and a suddenly expanding branch pipe with a diametre 3 times the diametre of the input element and a length 5 times the diametre of the input element.
EFFECT: increase in the density of cavitation in a continuous flow of liquid or suspension, extension of the process of "collapse" of cavitation bubbles in the work material, simplicity of the device and repair of the flow tube.
2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для создания потоковой гидродинамической кавитации в проточной жидкой среде, смешивания в системах «жидкость - жидкость», «жидкость - твердое тело» и может быть использовано в химической, нефтяной, фармацевтической, машиностроительной, горнодобывающей отраслях промышленности, а также для приготовления органоминеральных удобрений и жидких кормов в сельском хозяйстве. В теплоэнергетике заявляемое устройство может быть использовано для приготовления качественных водоугольных суспензий, а также различных композиций вода-уголь-торф, вода-уголь-мазут, вода-проливы нефти-уголь и.т.д.The invention relates to devices for creating flow hydrodynamic cavitation in a flowing liquid medium, mixing in liquid-liquid, liquid-solid systems and can be used in the chemical, oil, pharmaceutical, engineering, mining industries, as well as for cooking organic fertilizers and liquid feed in agriculture. In the power system of the claimed device can be used for the preparation of high-quality water-coal suspensions, as well as various compositions of water-coal-peat, water-coal-fuel oil, water-oil spills-coal, etc.

Известен роторно-диспергирующий аппарат (варианты), патент России 2208472, состоящий из установленного на вращающемся валу ротора, имеющего лопатки внутри и обечайку с прорезями, выполненными под углом к диаметру и направленными против вращения ротора, а также закрепленного на корпусе между роторными лопатками и роторной обечайкой коаксиально ротору статора, имеющего диаметральное сечение трапецеидальной формы, с прорезями, выполненными под углом к диаметру и направленными по ходу вращения ротора.Known rotary dispersing apparatus (options), Russian patent 2208472, consisting of a rotor mounted on a rotating shaft, having blades inside and a rim with slots made at an angle to the diameter and directed against the rotation of the rotor, and also mounted on the housing between the rotor blades and the rotor the shell is coaxial to the rotor of the stator, having a diametrical section of a trapezoidal shape, with slots made at an angle to the diameter and directed along the rotation of the rotor.

Недостатками известного устройства являются:The disadvantages of the known device are:

- размещение в центральной части ротора только лопастей, которые отбрасывают обрабатываемую суспензию в канале статора;- placement in the Central part of the rotor only blades that discard the processed suspension in the stator channel;

- форма отверстий статора не способствует образованию интенсивной гидродинамической кавитации;- the shape of the stator holes does not contribute to the formation of intense hydrodynamic cavitation;

- форма отверстий наружной обечайки ротора-прорези также не способствуют образованию интенсивной гидродинамической кавитации, как, например, круглоцилиндрические насадки Борда или Вентури.- the shape of the holes of the outer shell of the rotor-slot also does not contribute to the formation of intensive hydrodynamic cavitation, such as, for example, circular cylindrical nozzles Borda or Venturi.

Известен роторно-пульсационный аппарат для получения преимущественных систем «жидкость-жидкость», патент России №2299091, включающий рабочую камеру с устройством ввода контактирующих фаз и патрубком вывода эмульсии, концентрично установленными в ней ротором и статором с радиальными каналами.Known rotary-pulsation apparatus for obtaining predominant liquid-liquid systems, Russian patent No. 2299091, comprising a working chamber with a device for inputting the contacting phases and an outlet pipe for emulsion concentrically mounted in it with a rotor and a stator with radial channels.

Недостатками известного устройства являются:The disadvantages of the known device are:

- прерывистое продвижение эмульсии по каналам ротор-статор (совпадение каналов и их перекрытие), которые вызывают пульсационные колебания, а не устойчивую гидродинамическую кавитацию в жидкости;- intermittent movement of the emulsion along the rotor-stator channels (coincidence of the channels and their overlap), which cause pulsation oscillations, and not stable hydrodynamic cavitation in the liquid;

- форма отверстий не способствует образованию зон с пониженным давлением, в которых зарождаются кавитационные пузырьки.- the shape of the holes does not contribute to the formation of zones with reduced pressure, in which cavitation bubbles arise.

Известно устройство, кавитационный термогенератор, патент России №2305819, содержащий циклон с входным и выходным отверстиями, стаканообразный корпус, выходное сопло, каждый из которых жестко и герметично присоединен своей открытой полостью к одной из оппозитных сторон циклона соосно друг другу, тормозной элемент, бак с жидкой средой, в которую погружен термогенертор, выходное отверстие циклона по направлению в камеру корпуса по касательной.A device is known, cavitation thermogenerator, Russian patent No. 2305819, containing a cyclone with inlet and outlet openings, a glass-like body, an outlet nozzle, each of which is rigidly and hermetically connected with its open cavity to one of the opposite sides of the cyclone coaxially to each other, a brake element, a tank with the liquid medium into which the thermogenerator is immersed, the outlet of the cyclone in a direction tangential to the housing chamber.

Недостатками известного устройства являются:The disadvantages of the known device are:

- использование вихревой кавитации, которая возникает в закручиваемом потоке жидкости в центре вращения. Но нет зоны с повышенным давлением, в которой кавитационные пузырьки могли бы интенсивно «схлопнуться», исчезнуть;- the use of vortex cavitation, which occurs in a swirling fluid flow in the center of rotation. But there is no zone with increased pressure in which cavitation bubbles could intensively “collapse”, disappear;

- основным добытчиком тепловой энергии является внутреннее трение жидкости и трение закрученного потока о периферийную зону устройства.- the main producer of thermal energy is the internal friction of the liquid and the friction of the swirling flow on the peripheral zone of the device.

Известно устройство, гидродинамический диспергатор-излучатель, патент России №2306971, содержащий корпус с внутренней полостью, с боковыми входными трубопроводами и трубопроводом отвода жидкости, подвижную в осевом направлении регулировочную иглу, установленную в корпусе с переменным по длине сечением, и чувствительный элемент механизма регулирования перемещения иглы, установленной в отверстии, выполненном в корпусе в области сужающейся части внутренней полости.A device is known, a hydrodynamic dispersant-emitter, Russian patent No. 2306971, comprising a housing with an internal cavity, with lateral inlet pipelines and a liquid discharge pipe, an axially movable adjusting needle mounted in a housing with a variable cross-sectional length, and a sensitive element of the movement control mechanism a needle mounted in a hole made in the housing in the region of the tapering part of the inner cavity.

Недостатками известного устройства являются:The disadvantages of the known device are:

- пузырьки воздуха, вводимого в сопло устройства, не «захлопнутся», а будут пульсировать в зонах повышенного давления и покинут жидкость после прохождения отводного отверстия;- air bubbles introduced into the nozzle of the device will not “slam”, but will pulsate in areas of high pressure and leave the liquid after passing the outlet;

- механизм регулирования количества потока (MP) расположен в зоне интенсивного исчезновения кавитационных пузырьков, в зоне повышенного давления, образованной встречным соударением струй сопел, что повлечет его интенсивное разрушение.- the mechanism for controlling the amount of flow (MP) is located in the zone of intensive disappearance of cavitation bubbles, in the zone of high pressure formed by the collision of the jets of nozzles, which will entail its intensive destruction.

Известно устройство, гидродинамический кавитационный реактор, патент России №2305589, включающий конфузор, проточную камеру, содержащую участок, выполненный в виде диффузора, с установленными в ней осевыми и пристеночными кавитаторами.A device, a hydrodynamic cavitation reactor, Russian patent No. 2305589, including a confuser, a flow chamber containing a section made in the form of a diffuser, with axial and wall cavitators installed in it, is known.

Недостатками известного устройства являются:The disadvantages of the known device are:

- недостаточно четкое объяснение работы кавитаторов 3, 4, 5, действительно между стеной корпуса и кавитаторами 3, 4 не возникает кавитация из-за сжатия потока жидкости, а возникает она в водоворотных зонах за кавитаторами;- insufficiently clear explanation of the operation of cavitators 3, 4, 5; indeed, between the wall of the body and cavitators 3, 4, cavitation does not occur due to compression of the fluid flow, but it occurs in the whirlpool zones behind the cavitators;

- большие внутренние отверстия в кавитаторах 4, 5, позволяют большому количеству жидкости или суспензии проходить без кавитационного воздействия на ее поток.- large internal holes in the cavitators 4, 5, allow a large amount of liquid or suspension to pass without cavitation effects on its flow.

Известен диспергатор, патент России №2293599, содержащий корпус с каналом для движения жидкой пищевой смеси, устройства, вызывающие кавитацию при обтекании их жидкой пищевой смесью, в канале для движения жидкой пищевой смеси расположена по меньшей мере одна перегородка для разделения потока жидкой пищевой смеси и на поверхности перегородки, соприкасающейся с потоком жидкой пищевой смеси, расположены поперечные рифли или чередующиеся выступы и углубления.Known dispersant, patent of Russia No. 2293599, containing a housing with a channel for moving the liquid food mixture, devices that cause cavitation when they flow around the liquid food mixture, at least one partition is located in the channel for moving the liquid food mixture to separate the flow of the liquid food mixture and the surface of the septum in contact with the flow of the liquid food mixture, there are transverse corrugations or alternating protrusions and recesses.

Недостатком известного устройства является то, что профили каналов образованных перегородками, недостаточно интенсивно способствуют образованию кавитационных пузырьков.A disadvantage of the known device is that the channel profiles formed by the partitions do not intensively contribute to the formation of cavitation bubbles.

Известно устройство, форсунка, патент России №2190483, содержащая корпус с диффузорным выходным соплом, вставку с центральным конфузорным каналом, установленную во входном участке корпуса с возможностью осевого перемещения и с образованием с ним кольцевой резонирующей полости, охватывающей выходной участок корпуса с кольцевым зазором, короб, снабженный подводящим патрубком с регулятором его проходного сечения и V образными сопловыми насадками, заведенными одной полкой в выполненные в корпусе в зоне его диффузного сопла отверстия и установленными с примыканием другой полкой к внутренней поверхности диффузного сопла.A device, nozzle, patent of Russia No. 2190483 is known, comprising a housing with a diffuser outlet nozzle, an insert with a central confuser channel mounted in the inlet portion of the housing with the possibility of axial movement and with it the formation of an annular resonant cavity covering the outlet portion of the housing with an annular gap, box equipped with a supply pipe with a regulator of its flow area and V-shaped nozzle nozzles, wound one shelf in the holes made in the housing in the area of its diffuse nozzle and installed detecting adjacently to another shelf inner surface diffusion nozzle.

Положительным в известном устройстве является наличие регулируемой кольцевой резонирующей полости.Positive in the known device is the presence of an adjustable annular resonant cavity.

Недостатками известного устройства являются применение конфузорного канала и диффузорного сопла, которые не способствуют образованию гидравлической кавитации в устройстве.The disadvantages of the known device are the use of a confuser channel and a diffuser nozzle, which do not contribute to the formation of hydraulic cavitation in the device.

Известен способ гидравлического звукообразования, патент России №2183511,включающий увеличение скорости струи до критической и ее торможение с образованием замкнутой кавитационной области.The known method of hydraulic sound generation, Russian patent No. 2183511, including increasing the speed of the jet to critical and its braking with the formation of a closed cavitation area.

Недостатками известного способа являются:The disadvantages of this method are:

- использование конфузорного перехода в сопле, препятствующего работе цилиндрической части как круглоцилиндрический насадок Борда или Вентури;- the use of a confuser junction in the nozzle that impedes the operation of the cylindrical part as a round-cylindrical nozzle Borda or Venturi;

- недостаточное углубление лунки в отражателе снижает давление в отражателе, а значит и понижает энергию «схлопывания» кавитационных пузырьков.- insufficient deepening of the hole in the reflector reduces the pressure in the reflector, and therefore reduces the energy of the "collapse" of cavitation bubbles.

Известно устройство (прототип), гидрокавитационное устройство, патент России №2236915, содержащее корпус и выполненный в корпусе входной элемент, предназначенный для подсоединения к источнику жидкости повышенного давления, входной цилиндрический канал, по меньшей мере две камеры, выполненные с внутренней цилиндрической поверхностью, и диффузор, которые расположены соосно и последовательно по ходу жидкости сообщены между собой, при этом введен, по меньшей мере, один промежуточный цилиндрический канал, расположенный между камерами, длина которого выбрана меньшей, чем длина входного цилиндрического канала, первая камера и следующая за ней камера сообщены промежуточным цилиндрическим каналом, диаметром dпр и длина lпр которого выполнены удовлетворяющими соотношениямA device (prototype), hydrocavitation device, patent of Russia No. 2236915, comprising a housing and an input element made in the housing, designed to connect a high pressure liquid source to the source, an input cylindrical channel, at least two chambers made with an inner cylindrical surface, and a diffuser are known which are arranged coaxially and sequentially along the fluid are interconnected, at least one intermediate cylindrical channel located between the chambers is introduced, length k thinner than the length of the input cylindrical channel, the first chamber and the chamber following it are communicated with an intermediate cylindrical channel with a diameter dpr and a length lpr of which are satisfied satisfying the relations

1,0<(d/do)<2 и 0,7<(lпр/do)<2, для первой камеры,1.0 <(d / do) <2 and 0.7 <(lpr / do) <2, for the first camera,

где do - диаметр входного цилиндрического канала;where do is the diameter of the input cylindrical channel;

d - диаметр камеры (первой, второй или третьей);d is the diameter of the chamber (first, second or third);

l - длина камеры (первой, второй или третьей).l is the length of the chamber (first, second or third).

Диаметр и длина каждой последующей камеры выполнены удовлетворяющими соотношениямиThe diameter and length of each subsequent chamber are made satisfying ratios

1,6<(d/dпр)<2 и 0,6<(l/dпр)<0,8,1.6 <(d / dpr) <2 and 0.6 <(l / dpr) <0.8,

где dпр - диаметр промежуточного цилиндрического канала перед искомой камерой;where dpr - the diameter of the intermediate cylindrical channel in front of the desired camera;

l - длина камеры.l is the length of the chamber.

Недостатками известного устройства является:The disadvantages of the known device is:

- конфузорный вход в первый цилиндрический канал, препятствующий сжатию струи и образованию кольцевой водоворотной зоны как, например, в круглоцилиндрическом насадке Вентури (Р.Р.Чугаев. Гидравлика. «Энергия», Ленинградское отделение, 1971 г., стр.307);- confuser entrance to the first cylindrical channel, preventing the compression of the jet and the formation of an annular whirlpool zone, as, for example, in the circular cylinder nozzle Venturi (RR Chugaev. Hydraulics. "Energy", Leningrad branch, 1971, p. 307);

- недостаточная длина камеры, которая должна работать как внезапно расширяющийся насадок (формула Борда, там же, стр.136);- insufficient length of the chamber, which should work like a suddenly expanding nozzle (Bord's formula, ibid., p. 136);

- недостаточная длина промежуточного цилиндрического канала;- insufficient length of the intermediate cylindrical channel;

- диффузорное завершение устройства, которое при угле раскрытия 30° не способствует образованию зон, порождающих навигационные пузырьки (там же, стр.139, рис. - 4-30б).- diffuser completion of the device, which at an opening angle of 30 ° does not contribute to the formation of zones that generate navigation bubbles (ibid., p. 139, Fig. - 4-30b).

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание устройства, в котором жидкость или суспензия, проходя через устройства, последовательно подвергалась воздействию водоворотных зон в круглоцилиндрических отверстиях, подобно насадкам Вентури или Борда, в кольцевых резонирующих полостях и на выходе из устройства - внезапно расширяющийся насадок, и тем самым интенсивно насыщалась кавитационными пузырьками.The technical problem to which the invention is directed is to create a device in which a liquid or suspension, passing through the device, is subsequently exposed to vortex zones in circular cylindrical openings, like Venturi or Bord nozzles, in annular resonant cavities and at the exit of the device - suddenly expanding nozzles, and thereby intensely saturated with cavitation bubbles.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения:The technical result that can be obtained by carrying out the invention:

- резкое увеличение в непрерывном потоке плотности кавитации, увеличение образования кавитационных пузырьков и обеспечение условий для их «схлопывания», чтобы завершить полный термодинамический цикл жизни кавитационных пузырьков. Простота устройства и ремонта изношенных рабочих органов.- a sharp increase in the density of cavitation in a continuous flow, an increase in the formation of cavitation bubbles and the provision of conditions for their "collapse" to complete the complete thermodynamic life cycle of cavitation bubbles. Simplicity of the device and repair of worn working bodies.

Тем самым решаются две важные задачи, а именно:This solves two important tasks, namely:

- при помощи устройства жидкость, эмульсия, суспензия и.т.д., проходя последовательно через круглоцилиндрические насадки Вентури (1, 3, 5) и кольцевые резонирующие полости (2, 4), а также внезапно расширяющуюся зону 7, интенсивно насыщаются кавитационными пузырьками;- using the device, the liquid, emulsion, suspension, etc., passing sequentially through the venturi round cylindrical nozzles (1, 3, 5) and ring resonant cavities (2, 4), as well as the suddenly expanding zone 7, are intensively saturated with cavitation bubbles ;

- в связи с тем, что в заявляемом устройстве нет зон с повышенным давлением, значит все коллапсы, сопровождающие «схлопывание» кавитационных пузырьков, будут происходить за зоной внезапного расширения и тем самым оберегать его от кавитационного разрушения. Для замедления абразивного износа проточная часть устройства выполняется сборной из колец разного размера, изготовленных из высокопрочных чугунов (ИЧХ-28Н, ИЧХ-30 и. т.д.), что упрощает ремонт устройства.- due to the fact that in the inventive device there are no zones with high pressure, it means that all collapses accompanying the “collapse” of cavitation bubbles will occur behind the zone of sudden expansion and thereby protect it from cavitation destruction. To slow down abrasive wear, the flow part of the device is made by a team of rings of different sizes made of high-strength cast irons (ICH-28N, ICH-30, etc.), which simplifies the repair of the device.

Для решения поставленной задачи с достижением технического результата в заявляемом гидравлическом устройстве, содержащем корпус и размещенные в нем: входной элемент, изготовленный в виде круглоцилиндрического насадка Вентури, следом за ним размещена кольцевая резонирующая полость (или несколько кольцевых резонирующих полостей), выполненная с внутренней цилиндрической поверхностью и расположенная соосно входному элементу, последовательно по ходу жидкости, за резонирующей полостью расположен промежуточный цилиндрический патрубок в виде круглоцилиндрического насадка Вентури (или несколько патрубков) и завершается устройство внезапно расширяющимся насадком Борда.To solve the problem with achieving a technical result in the inventive hydraulic device containing the housing and placed in it: an input element made in the form of a round-cylinder Venturi nozzle, followed by an annular resonating cavity (or several annular resonant cavities) made with an inner cylindrical surface and located coaxially to the input element, sequentially along the liquid, an intermediate cylindrical pipe is located behind the resonating cavity in in the form of a round-cylinder Venturi nozzle (or several nozzles) and the device ends with a suddenly expanding nozzle of Borda.

Выбор конструктивных решений всех элементов гидравлического кавитационного устройства не случаен:The choice of design solutions for all elements of a hydraulic cavitation device is not accidental:

- струя жидкости, направляясь в отверстие входного элемента и обходя кромку, благодаря силам инерции частиц жидкости, поступающей в насадок, сжимается до определенного круглого сечения в центре насадка. Затем по мере продвижения по насадку струя расширяется и заполняет весь насадок.- a liquid stream, heading into the hole of the input element and bypassing the edge, is compressed to a certain circular cross section in the center of the nozzle due to the inertia forces of the liquid particles entering the nozzle. Then, as you move along the nozzle, the jet expands and fills the entire nozzle.

При этом между сжатым сечением транзитной струи жидкости и поверхностью насадка образуется кольцевая водоворотная зона. Такое водоворотное движение жидкости в этих зонах носит выраженный неустановившийся характер.At the same time, an annular whirlpool zone is formed between the compressed section of the transit liquid jet and the surface of the nozzle. Such a whirlpool fluid motion in these zones is pronounced unsteady.

Поверхность раздела бывает выражена нечетко; она носит неустановившийся и неустойчивый характер; периодически эта поверхность получает местные искривления, которые прогрессируют и переходят в отдельные водовороты; эти водовороты попадают в транзитную струю и уносятся ею; поверхность раздела снова восстанавливается с тем, чтобы в последующие моменты опять распасться и свернуться в новые водовороты и.т.д. Постоянное возникновение в районе поверхности раздела новых водоворотов, попадающих в транзитную струю, способствует повышению пульсации скоростей и давлений в ней.The section surface is not clearly expressed; it is unsteady and unstable; periodically, this surface receives local curvatures that progress and turn into separate whirlpools; these whirlpools fall into the transit stream and are carried away by it; the interface is restored again so that in subsequent moments it again disintegrates and curls into new whirlpools, etc. The constant appearance in the region of the interface of new whirlpools falling into the transit stream contributes to an increase in the pulsation of velocities and pressures in it.

Сама водоворотная зона, равно как и транзитная струя, в пределах этой области, характеризуется наличием вакуума. Максимальный вакуум получается в сечении, где струя имеет наибольшее сжатие и где скорости в транзитной струе оказываются наибольшими. Эта область патрубка является первой зоной образования кавитационных пузырьков.The whirlpool zone itself, as well as the transit stream, within this region, is characterized by the presence of vacuum. The maximum vacuum is obtained in the section where the jet has the greatest compression and where the velocities in the transit stream are greatest. This area of the nozzle is the first zone of formation of cavitation bubbles.

Переходя из входного элемента в кольцевую резонирующую полость, жидкость подвергается еще более мощному вакуумно-пульсационно колебательному воздействию.Passing from the input element to the annular resonating cavity, the liquid is subjected to an even more powerful vacuum-pulsation-vibrational effect.

Мощность воздействия обусловлена тем, что из-за резкого расширения между транзитной струей и внутренней цилиндрической поверхностью резонирующей полости образуется более объемная кольцевая водоворотная зона. Более мощные водовороты, постоянно отделяясь от кольцевой зоны, переходят в транзитную струю и разрушают поверхность раздела.The impact power is due to the fact that due to the sharp expansion between the transit jet and the inner cylindrical surface of the resonating cavity, a more voluminous annular whirlpool zone is formed. More powerful whirlpools, constantly separating from the annular zone, pass into a transit stream and destroy the interface.

Кольцевая резонирующая полость является вторым, более мощным источником накопления в транзитной струе кавитационных пузырьков.The ring resonating cavity is the second, more powerful source of accumulation of cavitation bubbles in the transit stream.

Последовательно проходя через круглоцилиндрические насадки и кольцевые резонирующие полости, жидкость достигает последнего элемента гидравлического кавитационного устройства - внезапно расширяющегося насадка Борда, в котором также образуется водоворотная зона, способствующая образованию кавитационных пузырьков и насыщению ими транзитной струя жидкости.Passing sequentially through circular cylindrical nozzles and ring resonant cavities, the liquid reaches the last element of the hydraulic cavitation device - the suddenly expanding Bord nozzle, in which a whirlpool zone is also formed, which contributes to the formation of cavitation bubbles and their saturation with the transit liquid stream.

С прохождением транзитной жидкости бокового среза - внезапно расширяющегося насадка Борда - завершается первый этап в жизни кавитационных пузырьков, их образование и накопление в жидкости.With the passage of the side-flow transition fluid — the suddenly expanding Bord nozzle — the first stage in the life of cavitation bubbles, their formation and accumulation in the fluid, is completed.

Для того чтобы заставить кавитационные пузырьки «захлопнуться» и извлечь из этого пользу, необходимо на пути транзитной струи разместить достаточно объемную область из обрабатываемой жидкости или суспензии, находящуюся под повышенным давлением.In order to force cavitation bubbles to “slam” and take advantage of this, it is necessary to place a sufficiently large area from the liquid or suspension being treated under increased pressure on the transit jet path.

Согласно Релею (Л.Бергман «Ультразвук и его применение в науке и технике» - 1957 г., стр.505) на расстоянии r=1,587R от центра пузырька в жидкости при Ро=1 атм возникает давление Р=1260 атм, а при том же давлении при соотношении Ro/R=20, получаем Р=10300 атм,According to Rayleigh (L. Bergman, “Ultrasound and its Application in Science and Technology” - 1957, p. 505), at a distance r = 1,587R from the center of the bubble in the liquid at P0 = 1 atm, a pressure P = 1260 atm occurs, and at the same pressure with a ratio of Ro / R = 20, we obtain P = 10300 atm,

где R - радиус кавитационного пузырька;where R is the radius of the cavitation bubble;

Ro - начальный радиус кавитационного пузырькаRo is the initial radius of the cavitation bubble

Потому все гидравлические ударные волны и температурные всплески, являющиеся следствием исчезновения, «схлопывания» кавитационных пузырьков должны происходить не на поверхностях аппаратов, а в слое обрабатываемой жидкости или суспензии.Therefore, all hydraulic shock waves and temperature spikes resulting from the disappearance, “collapse” of cavitation bubbles should not occur on the surfaces of the apparatuses, but in the layer of the processed liquid or suspension.

Условия, при которых цилиндрический патрубок (короткая) труба работает как насадок ВентуриConditions under which a cylindrical pipe (short) pipe works as a venturi

Не всякий патрубок, присоединенный к отверстию, работает как насадок Вентури. Для того чтобы транзитная струя успевала расшириться и коснуться внутренних стенок патрубка с образованием устойчивой водоворотной зоны, то длина патрубка должна находиться в пределах (3,5-4,0)do≤ln≤(6-7)do, где d - диаметр насадка, l - l длина насадка (Р.Р.Чугаев «Гидравлика», 1971 г., стр.310).Not every nozzle attached to the hole works like Venturi nozzles. In order for the transit jet to expand and touch the inner walls of the nozzle with the formation of a stable whirlpool zone, the length of the nozzle should be in the range (3.5-4.0) do≤ln≤ (6-7) do, where d is the nozzle diameter , l - l nozzle length (R.R. Chugaev “Hydraulics”, 1971, p. 310).

Это условие распространяется на входной и промежуточные круглоцилиндрические патрубки.This condition applies to the inlet and intermediate cylindrical nozzles.

Условия, при которых работают кольцевые резонирующие полости.The conditions under which ring resonant cavities operate.

dк=3d,dk = 3d,

lк=3d,lk = 3d,

где dк - диаметр резонирующей камеры;where dк is the diameter of the resonating chamber;

lк1,2 - длина резонирующей камеры;lк1,2 is the length of the resonating chamber;

do - диаметр патрубка входного или промежуточного элементов.do - diameter of the pipe of the input or intermediate elements.

Длина камеры внезапного расширенияFlash Expansion Chamber Length

lв.р.=5do.l.v. = 5do.

Практические опыты показали, что изготовленное с учетом гидравлических законов гидравлическое кавитационное устройство, а также подбор длин резонирующих камер и камеры внезапного расширения позволило решить поставленную техническую задачу с достижением указанного технического результата.Practical experiments showed that a hydraulic cavitation device manufactured taking into account hydraulic laws, as well as the selection of the lengths of the resonating chambers and the camera of sudden expansion, made it possible to solve the technical problem with the achievement of the specified technical result.

На Фиг.1 изображено продольное сечение заявленного устройства, включающее:Figure 1 shows a longitudinal section of the claimed device, including:

- 1 - входной элемент (круглоцилиндрический насадок Вентури);- 1 - input element (round-cylinder venturi nozzles);

- 3, 5 - промежуточные цилиндрические патрубки;- 3, 5 - intermediate cylindrical nozzles;

- 2, 4 - кольцевая резонирующая полость;- 2, 4 - ring resonant cavity;

- 6 - внезапно-расширяющийся насадок Борда;- 6 - suddenly expanding nozzles of the Board;

- 7 - корпус гидравлического кавитационного устройства;- 7 - housing hydraulic cavitation device;

- а - кромка входного элемента;- a - edge of the input element;

- А, Б, Д - кольцевые водоворотные зоны, возникающие в круглоцилиндрических насадках Вентури;- A, B, D - annular whirlpool zones arising in the round-cylinder nozzles of Venturi;

- В, Г - кольцевые водоворотные зоны, возникающие в кольцевых резонирующих полостях;- B, D - annular whirlpool zones arising in the resonant ring cavities;

- Е - кольцевые водоворотные зоны, возникающие во внезапно-расширяющемся круглоцилиндрическом насадке Борда;- E - annular whirlpool zones arising in the suddenly expanding round-cylindrical nozzle of the Board;

На Фиг.2 изображено то же, что и на Фиг.1, только с одной резонирующей полостью.Figure 2 shows the same as figure 1, with only one resonant cavity.

Работает гидравлическое кавитационное устройство (фиг.1, 2) следующим образом:Works hydraulic cavitation device (1, 2) as follows:

- жидкость или суспензия под давлением подается в отверстие входного элемента 1, выполненного из прочной стали или чугуна в форме круглоцилиндрического насадка Вентури. Благодаря силам инерции частиц жидкости или суспензии, поступающей в насадок, жидкость или суспензия сжимается до определенного круглого сечения в центре насадка, а затем постепенно расширяется и заполняет насадок. При этом между сжатым сечением транзитной струи и внутренней поверхностью насадка образуется кольцевая водоворотная зона А. Сама водоворотная зона, ровно как и транзитная струя, в пределах этой области характеризуется наличием вакуума. Эта зона патрубка является первой зоной образования кавитационных пузырьков.- a liquid or suspension under pressure is fed into the opening of the inlet element 1, made of durable steel or cast iron in the form of a round-cylinder Venturi nozzle. Due to the inertia forces of the particles of the liquid or suspension entering the nozzles, the liquid or suspension is compressed to a certain circular cross section in the center of the nozzle, and then gradually expands and fills the nozzles. In this case, an annular whirlpool zone A is formed between the compressed section of the transit jet and the inner surface of the nozzle A. The whirlpool zone itself, just like the transit jet, is characterized by the presence of vacuum within this region. This zone of the nozzle is the first zone of formation of cavitation bubbles.

Переходя из входного элемента в кольцевую резонирующую полость 2 жидкость или суспензия подвергается еще более мощному вакуумно-пульсационному колебательному воздействию за счет образования более объемной кольцевой водоворотной зоны Б.Moving from the input element to the annular resonant cavity 2, the liquid or suspension is subjected to an even more powerful vacuum-pulsating oscillatory action due to the formation of a more voluminous annular whirlpool zone B.

После первой кольцевой резонирующей полости жидкость или суспензия проходит промежуточный патрубок 3 с водоворотной зоной В, вторую резонирующую полость 4 с водоворотной зоной Г.After the first annular resonant cavity, the liquid or suspension passes through an intermediate pipe 3 with a whirlpool zone B, a second resonant cavity 4 with a whirlpool zone G.

Затем жидкость или суспензия вновь проходит через промежуточный патрубок 5 с водоворотной зоной Д, а затем попадает во внезапно расширяющийся насадок Борда 6 с кольцевой водоворотной зоной Е.Then the liquid or suspension again passes through the intermediate pipe 5 with a whirlpool zone D, and then falls into a suddenly expanding nozzle Borda 6 with an annular whirlpool zone E.

После прохождения всех деталей и зон гидравлического кавитационного устройства транзитная струя жидкости или суспензии насыщается последовательно в 6 зонах кавитационными пузырьками, покидает устройство, направляясь в толщу обрабатываемой жидкости или суспензии, находящейся под избыточным давлением, для завершения второй фазы жизни кавитационных пузырьков - их интенсивного «схлопывания».After passing through all the parts and zones of the hydraulic cavitation device, the transit stream of liquid or suspension is saturated sequentially in 6 zones with cavitation bubbles, leaves the device, heading into the thickness of the treated liquid or suspension under overpressure, to complete the second phase of the life of cavitation bubbles - their intense “collapse” ".

Пример №1Example No. 1

Материал-спекулярит, размер частиц - 5÷10 мм.Specular material, particle size - 5 ÷ 10 mm.

Цель испытаний - измельчение, определение гранулометрического состава спекулярита после кавитационного диспергирования, определение возможности использования измельченной массы в качестве наполнителя атмосферостойкой краски.The purpose of the tests is grinding, determination of the granulometric composition of specularite after cavitation dispersion, determination of the possibility of using the ground mass as a filler of weather-resistant paint.

Номер образцаSample Number 1one 22 Время диспергирования, минDispersion time, min 1010 20twenty

Номер образцаSample Number 1 (10 мин.)1 (10 min.) 2 (20 мин.)2 (20 min.) Фракция <5 мкм, %Fraction <5 μm,% 35,735.7 44,044.0 Фракция <10 мкм, %Fraction <10 μm,% 40,640.6 47,047.0 Фракция <20 мкм, %Fraction <20 μm,% 63,463,4 78,778.7 Фракция <30 мкм, %Fraction <30 μm,% 85,585.5 91,891.8 Фракция <40 мкм, %Fraction <40 μm,% 100one hundred 100one hundred Средний размер частицы, мкмThe average particle size, microns 14,114.1 10,910.9

Результаты испытаний показывают, что при увеличении времени кавитационного диспергирования с 10 до 20 мин происходит частичное измельчение частиц (≈7%) в основном с уменьшением толщины чешуек, что подтверждает изменение медиального размера частиц с 14 до 11 мкм.The test results show that with an increase in the time of cavitation dispersion from 10 to 20 min, partial grinding of particles (≈7%) occurs mainly with a decrease in the thickness of the flakes, which confirms a change in the medial particle size from 14 to 11 μm.

Форма чешуек округлая, хлопьевидная, при диспергировании практически не изменяется.The shape of the flakes is round, flaky, practically does not change when dispersed.

Годна для применения в качестве наполнителя атмосферостойких красителей.Suitable for use as a filler in weatherproof dyes.

Пример №2Example No. 2

Материал - уголь - 60%, вода - 40%, размер частиц угля - (0÷10 мм).Material - coal - 60%, water - 40%, particle size of coal - (0 ÷ 10 mm).

Цель испытаний - приготовление водоугольной суспензии. Время обработки - 8 минут.The purpose of the tests is to prepare a water-coal suspension. Processing time - 8 minutes.

Размер частиц угля:Coal particle size:

<73 мкм - 84,4%,<73 μm - 84.4%,

<100 мкм - 92,0%,<100 μm - 92.0%,

<150 мкм - 98,7%,<150 μm - 98.7%,

<200 мкм - 100,0%.<200 μm - 100.0%.

Полученная водоугольная суспензия устойчива, не расслаивается более 2-х лет.The resulting water-coal suspension is stable, does not exfoliate for more than 2 years.

Пример №3Example No. 3

Материал - зерно пшеницы - 50%, вода - 50%.Material - wheat grain - 50%, water - 50%.

Цель испытаний - осуществление «мокрого помола» зерна с приготовлением жидких, обеззараженных кормов для свиней.The purpose of the tests is the implementation of "wet grinding" of grain with the preparation of liquid, disinfected feed for pigs.

Время обработки - 12 минут.Processing time - 12 minutes.

Получена однородная светло-коричневая суспензия с приятным хлебным запахом, которая в процессе остывания клейстеризовалась, не закисала в течение 3-х суток в условиях свинофермы.A homogeneous light brown suspension with a pleasant bread smell was obtained, which gelled during cooling, did not sour for 3 days in a pig farm.

Наиболее успешно заявляемое гидравлическое кавитационное устройство может быть применено для обеззараживания жидкостей и жидких пищевых продуктов, приготовления жидких обеззараженных кормовых смесей, измельчения горных пород, приготовления водоугольного топлива и т.д.The most successfully claimed hydraulic cavitation device can be used for disinfection of liquids and liquid food products, preparation of liquid disinfected feed mixtures, grinding of rocks, preparation of coal-water fuel, etc.

Устройство просто в изготовлении и может быть осуществлено любым машиностроительным предприятием. Изготовление деталей с одинаковым размером позволит легко заменять детали, подвергшиеся в процессе эксплуатации абразивному износу.The device is easy to manufacture and can be implemented by any engineering company. The manufacture of parts with the same size will make it easy to replace parts that have undergone abrasion during operation.

Список используемой литературыBibliography

1. Патент России №2208472 7B01F 7/28.1. Patent of Russia No. 2208472 7B01F 7/28.

2. Патент России №2305819 F24J 3/00.2. Russian Patent No. 2305819 F24J 3/00.

3. Патент России №2306971 B01F 5/00.3. Patent of Russia No. 2306971 B01F 5/00.

4. Патент России №2305589 B01F 5/00.4. Patent of Russia No. 2305589 B01F 5/00.

5. Патент России №2190483 В05В 7/32.5. Patent of Russia No. 2190483 B05B 7/32.

6. Патент России №2183511 В06В 1/20.6. Patent of Russia No. 2183511 B06B 1/20.

7. Патент России №2236915 В08В 3/02, B01F 5/00.7. Patent of Russia No. 2236915 B08B 3/02, B01F 5/00.

8. Т.М.Башта «Машиностроительная Гидравлика», М., Машиностроение, 1971 г., стр.44…49, 118, 349, 375, 379…381, 509…512.8. T. M. Bashta "Engineering Hydraulics", M., Engineering, 1971, pp. 44 ... 49, 118, 349, 375, 379 ... 381, 509 ... 512.

9. Л.И.Богомолов, К.А. Михайлов «Гидравлика» М., Стройиздат, 1972 г., стр.87…92, 142…150, 398…405.9. L.I. Bogomolov, K.A. Mikhailov “Hydraulics” M., Stroyizdat, 1972, p. 87 ... 92, 142 ... 150, 398 ... 405.

10. P.P.Чугаев, «Гидравлика», М., Энергия, Ленинградское отделение, 1971 г., стр.14…17, 28…33, 64…74, 85…88, 135…140, 163…167, 277…286, 307…314.10. PP Chugaev, “Hydraulics”, M., Energy, Leningrad Branch, 1971, pp. 14 ... 17, 28 ... 33, 64 ... 74, 85 ... 88, 135 ... 140, 163 ... 167, 277 ... 286 , 307 ... 314.

11. И.Пирсол «Кавитация» пер. с английского к.т.п. Ю.Ф.Журавлева М., Мир, 1975 г., стр.9…20, 22…25, 36…50, 69…89.11. I. Pirsol "Cavitation" per. from English Ph.D. Yu.F. Zhuravleva M., Mir, 1975, pp. 9 ... 20, 22 ... 25, 36 ... 50, 69 ... 89.

12. М.А.Лаврентьев, Б.В.Шабат «Проблемы гидродинамики и их математические модели» М. Наука, 1973 г., стр.350, 352…357.12. M.A. Lavrentiev, B.V. Shabat “Problems of hydrodynamics and their mathematical models” M. Nauka, 1973, pp. 350, 352 ... 357.

13. В.В.Майер «Кумулятивный эффект в простых опытах» М. 1989 г., стр.44, 47, 92…97, 175…177.13. V.V. Mayer, “Cumulative effect in simple experiments,” M. 1989, pp. 44, 47, 92 ... 97, 175 ... 177.

Claims (1)

Гидравлическое кавитационное устройство, включающее корпус и размещенные в нем последовательно входной элемент, резонирующую полость, промежуточный патрубок, резонирующую полость, промежуточный патрубок, внезапно расширяющийся насадок Борда, отличающееся тем, что входной элемент выполнен в виде круглоцилиндрического насадка Вентури, кольцевая резонирующая полость диаметром, равным 3 диаметрам входного элемента и длиной, равной 3 диаметрам входного элемента, промежуточные патрубки, выполненные аналогично входному элементу, вторая резонирующая камера, по устройству аналогичная первой, и внезапно расширяющийся насадок диаметром, равным 3 диаметрам входного элемента, и длиной, равной 5 диаметрам входного элемента. A hydraulic cavitation device comprising a housing and an input element sequentially placed in it, a resonating cavity, an intermediate pipe, a resonating cavity, an intermediate pipe, a suddenly expanding Bord nozzle, characterized in that the input element is made in the form of a circular cylindrical Venturi nozzle, an annular resonating cavity with a diameter equal to 3 diameters of the input element and a length equal to 3 diameters of the input element, intermediate pipes made similar to the input element, the second a zoning chamber, similar to the first one in the device, and suddenly expanding nozzles with a diameter equal to 3 diameters of the input element and a length equal to 5 diameters of the input element.
RU2007143407/28A 2007-11-22 2007-11-22 Hydraulic cavitating device RU2359763C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007143407/28A RU2359763C1 (en) 2007-11-22 2007-11-22 Hydraulic cavitating device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007143407/28A RU2359763C1 (en) 2007-11-22 2007-11-22 Hydraulic cavitating device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2359763C1 true RU2359763C1 (en) 2009-06-27

Family

ID=41027108

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007143407/28A RU2359763C1 (en) 2007-11-22 2007-11-22 Hydraulic cavitating device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2359763C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012107897A1 (en) 2011-02-10 2012-08-16 E-Pic S.R.L. Plant and method for processing fluids
RU2686965C2 (en) * 2013-10-17 2019-05-06 Ашок Адриан СИНГХ Medium processing device and process

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012107897A1 (en) 2011-02-10 2012-08-16 E-Pic S.R.L. Plant and method for processing fluids
RU2686965C2 (en) * 2013-10-17 2019-05-06 Ашок Адриан СИНГХ Medium processing device and process
US10441926B2 (en) 2013-10-17 2019-10-15 Ashok Adrian Singh Fluid treatment apparatus and process
US11285447B2 (en) 2013-10-17 2022-03-29 Ashok Adrian Singh Fluid treatment apparatus and process

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5492654A (en) Method of obtaining free disperse system and device for effecting same
RU2553861C1 (en) Hydrodynamic mixer
US6935770B2 (en) Cavitation mixer
ES2253439T3 (en) A DEVICE AND A METHOD FOR CREATING HYDRODINAMIC CAVITATION IN FLUIDS.
US20100290307A1 (en) Multi-stage cavitation device
CA2501816A1 (en) Jet pump
US11344853B2 (en) Multifunctional hydrodynamic vortex reactor and method for intensifying cavitation
US20140263093A1 (en) Pulse cavitation processor and method of using same
RU2359763C1 (en) Hydraulic cavitating device
US8936392B2 (en) Hydrodynamic cavitation device
RU2357791C1 (en) Rotor hydrodynamic cavitation apparatus
RU169527U1 (en) HYDRAULIC HYDRAULIC MIXER
RU176187U1 (en) Hydraulic jet mixer
RU2591974C1 (en) Rotor-pulsation apparatus
RU1790438C (en) Cavitation mixer
RU2618078C1 (en) Hydrodynamic mixer
RU171985U1 (en) FLOW INJECT MIXER
RU159236U1 (en) HYDRAULIC HYDRAULIC MIXER
RU2349374C1 (en) Low-viscous emulsion and suspension disperser
RU54816U1 (en) DEVICE FOR PREPARING A WATER-MASSOUS EMULSION
RU172559U1 (en) DEVICE FOR MIXING LIQUIDS IN RESERVOIRS
RU2678674C2 (en) Injection device, in particular for injecting a hydrocarbon feedstock into a refining unit
RU2658057C1 (en) Heat and mass energy exchange device
RU2618865C1 (en) Hydrodynamic mixer
RU2248842C1 (en) Dispersing device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20091123