RU2573723C1 - Ultrasonic emulsifier - Google Patents
Ultrasonic emulsifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2573723C1 RU2573723C1 RU2014137492/05A RU2014137492A RU2573723C1 RU 2573723 C1 RU2573723 C1 RU 2573723C1 RU 2014137492/05 A RU2014137492/05 A RU 2014137492/05A RU 2014137492 A RU2014137492 A RU 2014137492A RU 2573723 C1 RU2573723 C1 RU 2573723C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working chamber
- waveguide
- pipe
- waveguides
- acoustic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к смешиванию, а именно - к ультразвуковым устройствам для обработки суспензий, гелей и жидкостей, и может быть использовано для получения, путем организации процессов перемешивания, эмульгирования и диспергирования, высокогомогенных нанодисперсий, а также прямых и обратных эмульсий, состоящих из взаимно нерастворимых жидкостей.The invention relates to mixing, namely, to ultrasonic devices for processing suspensions, gels and liquids, and can be used to obtain, by organizing mixing, emulsification and dispersion processes, highly homogeneous nanodispersions, as well as direct and reverse emulsions consisting of mutually insoluble liquids .
Известна ультразвуковая установка для обработки жидких сред, в частности, для эмульгирования (полезная модель РФ №44540, B01F 11/02, 27.03.2005). Установка содержит ультразвуковой преобразователь, помещенный в охлаждаемый корпус, излучатель которого закреплен консольно, по общей осевой, в рабочей проточной камере с обрабатываемой жидкостью. Преобразователь охлаждают обрабатываемой жидкостью или автономно. Рабочая камера выполнена в виде трубы, охватывающей излучатель, и содержит входной и выходной штуцеры для подвода и отвода обрабатываемой жидкости. Обрабатываемая жидкость находится между поверхностью излучателя и внутренней поверхностью рабочей камеры. При этом излучатель по длине занимает все внутреннее пространство камеры, исключая зазоры для жидкости. Воздействие на поток жидкости в камере осуществляют резонансными бустерами, выполненными в виде цилиндрических утолщений излучателя и расположенных в пучностях смещений излучателя.Known ultrasonic installation for processing liquid media, in particular, for emulsification (utility model of the Russian Federation No. 44540, B01F 11/02, 03/27/2005). The installation contains an ultrasonic transducer placed in a cooled case, the emitter of which is mounted cantilever, along a common axial axis, in a working flow chamber with the liquid being processed. The converter is cooled by the fluid being treated or autonomously. The working chamber is made in the form of a pipe covering the emitter, and contains inlet and outlet fittings for supplying and discharging the processed fluid. The processed fluid is located between the surface of the emitter and the inner surface of the working chamber. In this case, the emitter along the length occupies the entire internal space of the chamber, excluding the gaps for the liquid. The impact on the fluid flow in the chamber is carried out by resonant boosters made in the form of cylindrical thickenings of the emitter and located in the antinodes of the displacements of the emitter.
Недостаток известного устройства состоит в том, что в нем между соседними излучающими поверхностями бустеров не могут быть изменены расстояния в зависимости от волновых свойств конкретной обрабатываемой жидкости для того, чтобы сформировать отраженные волны и получить режим стоячих волн в объеме жидкости, т.е. обеспечить формирование кавитационного процесса в режиме резонанса. Поэтому, в общем случае в известном устройстве жидкость подвергается в камере только вынужденным, а не резонансным воздействиям. Такой режим работы устройства не обеспечивает высокую интенсивность кавитации, поскольку в этом случае кавитационный процесс поддерживается, в основном энергией, переносимой в жидкость только прямой бегущей волной. При этом в известном эмульгаторе не только отсутствуют средства для охлаждения обрабатываемой жидкости, но обрабатываемая жидкость используется для охлаждения ультразвукового преобразователя. Таким образом, для обработки жидкость поступает в рабочую камеру в нагретом состоянии. Известно, что интенсивность кавитации в обрабатываемой жидкости снижается с ее нагревом. Кроме того, при перегреве жидкости разлагается присутствующая в ней органика, что делает невозможным эмульгирование жидкостей, содержащих органические составляющие.A disadvantage of the known device is that in it between the adjacent radiating surfaces of the boosters the distances cannot be changed depending on the wave properties of the particular liquid being treated in order to form reflected waves and obtain a standing wave mode in the liquid volume, i.e. ensure the formation of the cavitation process in resonance mode. Therefore, in the General case, in the known device, the liquid is exposed in the chamber only by forced rather than resonant effects. This mode of operation of the device does not provide a high intensity of cavitation, because in this case the cavitation process is supported mainly by energy transferred to the liquid only by a direct traveling wave. Moreover, in the known emulsifier, not only are there no means for cooling the liquid to be treated, but the liquid to be treated is used to cool the ultrasonic transducer. Thus, for processing, the liquid enters the working chamber in a heated state. It is known that the intensity of cavitation in the treated fluid decreases with its heating. In addition, when the liquid overheats, the organic matter present in it decomposes, which makes it impossible to emulsify liquids containing organic components.
Наиболее близким к предлагаемому ультразвуковому эмульгатору является кавитационный реактор, обеспечивающий обработку жидкостей, в частности эмульсий, путем формирования в обрабатываемой жидкости явления кавитации ультразвуковым воздействием (РФ, патент №2254912, B01J 19/10, 27.06.2005). Известный ультразвуковой эмульгатор содержит рабочую камеру, выполненную в виде цилиндрической трубы и снабженную входным и выходным патрубками; два идентичных ультразвуковых стержневых преобразователя, закрепленных снаружи на противоположных концах трубы корпуса рабочей камеры навстречу друг другу акустическими волноводами, которые герметично закреплены внутри трубы рабочей камеры посредством соответствующих уплотнительных колец, закрепленных на волноводах в узлах колебательных смещений звуковой волны в материале волновода.The closest to the proposed ultrasonic emulsifier is a cavitation reactor, which provides the processing of liquids, in particular emulsions, by forming cavitation phenomena in the liquid being processed by ultrasonic exposure (RF Patent No. 2254912, B01J 19/10, June 27, 2005). Known ultrasonic emulsifier contains a working chamber made in the form of a cylindrical tube and equipped with inlet and outlet nozzles; two identical ultrasonic rod transducers mounted on the opposite ends of the tube of the working chamber body opposite to each other by acoustic waveguides, which are hermetically fixed inside the working chamber tube by means of corresponding sealing rings mounted on the waveguides in the nodes of the vibrational displacements of the sound wave in the waveguide material.
Недостаток известного ультразвукового эмульгатора состоит в следующем. Известное устройство рассчитано для обработки конкретной жидкости с конкретными акустическими характеристиками, поскольку в нем между соседними излучающими поверхностями волноводов не могут быть изменены расстояния в зависимости от волновых свойств конкретной обрабатываемой жидкости для того, чтобы сформировать отраженные волны и получить режим стоячих волн в объеме жидкости, т.е. обеспечить формирование кавитационного процесса в режиме резонанса. Поэтому, в общем случае при смене в известном устройстве типа обрабатываемой жидкости, жидкость подвергается в камере только вынужденным, а не резонансным воздействиям. Такой режим работы устройства не обеспечивает высокую интенсивность кавитации, поскольку в этом случае кавитационный процесс поддерживается, в основном, энергией, переносимой в жидкость только прямой бегущей волной. Кроме того, при прохождении обрабатываемой жидкости через рабочую камеру имеются участки, где жидкость протекает вдоль боковой поверхности акустического волновода, образующей зазор с внутренней поверхностью трубы рабочей камеры. В известном эмульгаторе акустический волновод выполнен в виде сплошного цилиндра, что обуславливает малую амплитуду поперечной моды колебательной составляющей кавитационного процесса. В результате в зазоре интенсивность кавитации значительно ниже, чем в объеме камеры между торцевыми излучающими поверхностями волноводов, что не обеспечивает равномерную обработку всего объема жидкости. Кроме того, неравномерность интенсивности кавитационного процесса обусловлена тем, что в известном эмульгаторе на торцевой поверхности акустического волновода выделяется практически вся акустическая энергия. Последнее, кроме того, повышает вероятность кавитационной эрозии излучающей торцевой поверхности волновода.A disadvantage of the known ultrasonic emulsifier is as follows. The known device is designed to process a specific fluid with specific acoustic characteristics, since in it between the adjacent radiating surfaces of the waveguides the distances cannot be changed depending on the wave properties of the particular fluid being treated in order to form reflected waves and obtain a standing wave mode in the fluid volume, t .e. ensure the formation of the cavitation process in resonance mode. Therefore, in the General case, when the type of the liquid being processed is changed in a known device, the liquid is exposed in the chamber only to forced, and not resonant, effects. This mode of operation of the device does not provide a high intensity of cavitation, since in this case the cavitation process is supported mainly by energy transferred to the liquid only by a direct traveling wave. In addition, when the processed fluid passes through the working chamber, there are areas where the fluid flows along the lateral surface of the acoustic waveguide, which forms a gap with the inner surface of the working chamber pipe. In the known emulsifier, the acoustic waveguide is made in the form of a continuous cylinder, which causes a small amplitude of the transverse mode of the vibrational component of the cavitation process. As a result, the cavitation intensity in the gap is much lower than in the chamber volume between the end radiating surfaces of the waveguides, which does not ensure uniform processing of the entire liquid volume. In addition, the uneven intensity of the cavitation process is due to the fact that almost all acoustic energy is released in the known emulsifier on the end surface of the acoustic waveguide. The latter, in addition, increases the likelihood of cavitation erosion of the radiating end surface of the waveguide.
При этом в известном эмульгаторе отсутствуют средства для охлаждения обрабатываемой жидкости. Известно, что интенсивность кавитации в обрабатываемой жидкости снижается с ее нагревом, что приводит к потерям энергии акустической волны, возбуждающей кавитацию. К тому же, при перегреве обрабатываемой жидкости разлагается присутствующая в ней органика, что делает невозможным эмульгирование жидкостей, содержащих органические составляющие.Moreover, in the known emulsifier there are no means for cooling the processed fluid. It is known that the intensity of cavitation in the treated fluid decreases with its heating, which leads to loss of energy of the acoustic wave exciting cavitation. In addition, when the treated liquid is overheated, the organic matter present in it decomposes, which makes it impossible to emulsify liquids containing organic components.
Предлагаемое изобретение решает задачу создания ультразвукового эмульгатора, осуществление которого обеспечивает возможность достижения технического результата, заключающегося в снижении потерь энергии акустической волны, возбуждающей кавитацию, в обеспечении равномерной обработки всего объема жидкости путем создания в рабочей камере ультразвукового поля с интенсивностью, необходимой и достаточной для образования и поддержания режима развитой кавитации во всем объеме проточной камеры, в снижении вероятности кавитационной эрозии излучающей торцевой поверхности волновода.The present invention solves the problem of creating an ultrasonic emulsifier, the implementation of which provides the opportunity to achieve a technical result, which consists in reducing the energy loss of an acoustic wave that excites cavitation, in ensuring uniform treatment of the entire volume of liquid by creating an ultrasonic field in the working chamber with the intensity necessary and sufficient for the formation and maintaining the regime of developed cavitation in the entire volume of the flow chamber, in reducing the likelihood of cavitation erosion and the radiating end surface of the waveguide.
Сущность заявленного изобретения состоит в том, что в ультразвуковом эмульгаторе, содержащем рабочую камеру, выполненную в виде цилиндрической трубы и снабженную входным и выходным патрубками; два идентичных ультразвуковых стержневых преобразователя, закрепленных снаружи на противоположных концах трубы корпуса рабочей камеры навстречу друг другу акустическими волноводами, которые герметично закреплены внутри трубы рабочей камеры посредством соответствующих уплотнительных колец, закрепленных на волноводах в узлах колебательных смещений звуковой волны в материале волновода, новым является то, что введен бачок для охлаждения, выполненный в виде трубы с входным и выходным патрубками, при этом рабочая камера помещена в бачок для охлаждения концентрично с образованием зазора между наружной поверхностью трубы рабочей камеры и внутренней поверхностью бачка для охлаждения, причем входной и выходной патрубки рабочей камеры выходят через стенку бачка наружу, кроме того, ультразвуковые преобразователи соединены с трубой рабочей камеры посредством фланцев через регулирующую прокладку, а уплотнительные кольца выполнены эластичными и закреплены на волноводах в канавках, выполненных по периметру образующей поверхности соответствующего волновода концентрично его осевой, кроме того, на излучающих концах волноводов по периметру образующей поверхности, концентрично, выполнены первая и вторая канавки треугольного сечения с углом при вершине, равным 90°, а глубиной, равной 0,1 диаметра излучающего конца волновода, при этом расстояние между канавками и расстояние между торцом каждого волновода и первой канавкой равны и составляют 0,02 длины акустической волны в материале волновода, кроме того, диаметр излучающего конца каждого волновода выбирают из условия:The essence of the claimed invention lies in the fact that in an ultrasonic emulsifier containing a working chamber made in the form of a cylindrical tube and equipped with inlet and outlet nozzles; two identical ultrasonic rod transducers mounted externally on opposite ends of the tube of the working chamber body towards each other by acoustic waveguides, which are hermetically fixed inside the tube of the working chamber by means of corresponding sealing rings mounted on the waveguides in the nodes of the vibrational displacements of the sound wave in the waveguide material, is new, that introduced the tank for cooling, made in the form of a pipe with inlet and outlet nozzles, while the working chamber is placed in the tank for cooling concentrically with the formation of a gap between the outer surface of the working chamber pipe and the inner surface of the tank for cooling, moreover, the inlet and outlet pipes of the working chamber exit outside the tank wall, in addition, ultrasonic transducers are connected to the working chamber pipe by means of flanges through an adjusting gasket, and sealing the rings are made elastic and mounted on the waveguides in grooves made along the perimeter of the generatrix surface of the corresponding waveguide concentrically about the axial, in addition, concentrically, the first and second grooves of a triangular section with an angle at the apex equal to 90 ° and a depth equal to 0.1 of the diameter of the radiating end of the waveguide are made concentrically at the radiating ends of the waveguides along the perimeter of the forming surface, and the distance between the grooves and the distance between the end face of each waveguide and the first groove are equal and equal 0.02 the length of the acoustic wave in the waveguide material, in addition, the diameter of the radiating end of each waveguide is selected from the condition:
D - диаметр излучающего конца волновода,D is the diameter of the radiating end of the waveguide,
D1 - внутренний диаметр трубы рабочей камеры,D 1 - the inner diameter of the pipe of the working chamber,
D2 - внутренний диаметр патрубка входного (выходного) рабочей камеры, при этом входной и выходной патрубки в рабочей камере выполнены идентичными и расположены на трубе рабочей камеры между уплотнительным кольцом и второй отражающей канавкой.D 2 is the inner diameter of the pipe of the input (output) working chamber, while the input and output pipes in the working chamber are identical and are located on the pipe of the working chamber between the sealing ring and the second reflective groove.
Технический результат достигается следующим образом.The technical result is achieved as follows.
Существенные признаки формулы изобретения: «Ультразвуковой эмульгатор, содержащий рабочую камеру, выполненную в виде цилиндрической трубы и снабженную входным и выходным патрубками; два идентичных ультразвуковых стержневых преобразователя, закрепленных снаружи на противоположных концах трубы корпуса рабочей камеры навстречу друг другу акустическими волноводами, которые герметично закреплены внутри трубы рабочей камеры посредством соответствующих уплотнительных колец, закрепленных на волноводах в узлах колебательных смещений звуковой волны в материале волновода, …» являются неотъемлемой частью заявленного ультразвукового эмульгатора и обеспечивают его работоспособность, а следовательно, обеспечивают достижение заявленного технического результата.Salient features of the claims: “An ultrasonic emulsifier comprising a working chamber made in the form of a cylindrical tube and equipped with inlet and outlet nozzles; two identical ultrasonic rod transducers mounted on the opposite ends of the pipe of the working chamber body opposite to each other by acoustic waveguides, which are hermetically fixed inside the working chamber pipe by means of corresponding sealing rings mounted on the waveguides in the nodes of the vibrational displacements of the sound wave in the waveguide material, ... "are integral part of the claimed ultrasonic emulsifier and ensure its performance, and therefore provide voltage of the claimed technical result.
В заявленный ультразвуковой эмульгатор введен бачок для охлаждения, выполненный в виде трубы с входным и выходным штуцерами. При этом благодаря тому, что рабочая камера помещена в бачок для охлаждения концентрично с образованием зазора между наружной поверхностью трубы рабочей камеры и внутренней поверхностью бачка для охлаждения, причем входной и выходной патрубки рабочей камеры выходят через стенку бачка наружу, а также благодаря заявленному закреплению в рабочей камере акустического волновода обеспечиваются охлаждение обрабатываемой жидкости и поверхности излучающего волновода, а также обеспечивается проточный режим работы эмульгатора. Обрабатываемая жидкость под действием ультразвукового облучения нагревается. При перегреве обрабатываемой жидкости снижается кавитация, а органика, присутствующая в обрабатываемой жидкости, разлагается. Предлагаемая конструкция позволяет поддерживать температуру обрабатываемой жидкости не выше 70°С. Данная температура нагрева обрабатываемой жидкости является оптимальной.In the claimed ultrasonic emulsifier introduced a tank for cooling, made in the form of a pipe with inlet and outlet fittings. Moreover, due to the fact that the working chamber is placed in the tank for cooling concentrically with the formation of a gap between the outer surface of the pipe of the working chamber and the inner surface of the tank for cooling, and the inlet and outlet pipes of the working chamber exit through the wall of the tank, as well as due to the claimed fastening in the working the chamber of the acoustic waveguide provides cooling of the processed fluid and the surface of the emitting waveguide, and also provides a flow mode of operation of the emulsifier. The processed fluid is heated by ultrasonic irradiation. When the treated fluid overheats, cavitation decreases, and the organic matter present in the treated fluid decomposes. The proposed design allows you to maintain the temperature of the processed fluid is not higher than 70 ° C. This temperature of the processed fluid is optimal.
В заявленном эмульгаторе ультразвуковые преобразователи соединены с трубой рабочей камеры посредством фланцев через регулирующую прокладку, а уплотнительные кольца выполнены эластичными и закреплены на волноводах в канавках, выполненных по периметру образующей поверхности соответствующего волновода концентрично его осевой. Известно, что для выполнения условия возникновения плоской стоячей звуковой волны в жидкости расстояние между излучающими поверхностями должно быть кратно длине волны в жидкости, что позволяет в режиме плоской стоячей звуковой волны удвоить интенсивность кавитационных процессов. Наличие регулирующей прокладки, а также предлагаемое закрепление акустического волновода в рабочей камере посредством уплотнительных колец, закрепленных на волноводах в узлах колебательных смещений звуковой волны в материале волновода, позволяют, изменяя толщину регулирующей прокладки, перемещать волновод излучателя вдоль трубы рабочей камеры. Эта возможность, в свою очередь, позволяет устанавливать в рабочей камере режим стоячей волны для жидкостей с различными волновыми характеристиками т.е. настраивать акустическую систему в резонанс. Возможность перемещения волновода вдоль трубы камеры без нарушения герметичности обеспечивается благодаря выполнению уплотнительных колец эластичными, что улучшает герметизацию и облегчает их перемещение, а также благодаря закреплению уплотнительных колец на волноводах в канавках, выполненных по периметру образующей поверхности соответствующего волновода концентрично его осевой, что обеспечивает их надежную фиксацию на поверхности волновода.In the claimed emulsifier, ultrasonic transducers are connected to the working chamber pipe via flanges through an adjusting gasket, and the sealing rings are made elastic and mounted on the waveguides in grooves made along the perimeter of the generatrix surface of the corresponding waveguide concentrically axially. It is known that in order to fulfill the conditions for the appearance of a plane standing sound wave in a liquid, the distance between the radiating surfaces must be a multiple of the wavelength in the liquid, which makes it possible to double the intensity of cavitation processes in the mode of a standing standing sound wave. The presence of the regulating gasket, as well as the proposed fixing of the acoustic waveguide in the working chamber by means of sealing rings mounted on the waveguides at the nodes of the vibrational displacements of the sound wave in the waveguide material, allows, changing the thickness of the regulatory gasket, to move the emitter waveguide along the working chamber pipe. This possibility, in turn, allows you to set the standing wave mode in the working chamber for liquids with different wave characteristics i.e. tune the speaker system to resonance. The ability to move the waveguide along the chamber tube without violating the tightness is ensured by making the sealing rings elastic, which improves sealing and facilitates their movement, as well as by fixing the sealing rings to the waveguides in grooves made along the perimeter of the generatrix surface of the corresponding waveguide concentrically axially, which ensures their reliable fixation on the surface of the waveguide.
На излучающих концах волноводов по периметру образующей поверхности, концентрично, выполнены первая и вторая канавки треугольного сечения с углом при вершине, равным 90°, а глубиной, равной 0,1 диаметра излучающего конца волновода, при этом расстояние между канавками и расстояние между торцом каждого волновода и первой канавкой равны и составляют 0,02 длины акустической волны в материале волновода.At the radiating ends of the waveguides around the perimeter of the generatrix, the first and second grooves of a triangular section are made concentrically with an angle at the apex of 90 ° and a depth of 0.1 of the diameter of the radiating end of the waveguide, while the distance between the grooves and the distance between the end of each waveguide and the first groove are equal and comprise 0.02 acoustic wavelengths in the waveguide material.
При отсутствии канавок вся акустическая энергия выделяется на торцевой поверхности акустического волновода. В результате, с одной стороны, получаем высокую интенсивность кавитации, а, с другой стороны, это может привести к разрушению торцевой поверхности волновода.In the absence of grooves, all acoustic energy is released on the end surface of the acoustic waveguide. As a result, on the one hand, we obtain high cavitation intensity, and, on the other hand, this can lead to destruction of the end surface of the waveguide.
Введение канавок делит ультразвуковое излучение на торцевое и боковое, одновременно сохраняя требуемую акустическую энергию и уменьшая вероятность кавитационной эрозии торцевой поверхности акустического волновода.The introduction of the grooves divides the ultrasonic radiation into the end and lateral, while preserving the required acoustic energy and reducing the likelihood of cavitation erosion of the end surface of the acoustic waveguide.
Кроме того, канавки усиливают кавитацию в зазоре между боковой поверхностью волновода и внутренней поверхностью трубы рабочей камеры за счет формирования продольной моды колебаний при протекании жидкости вдоль поверхности волноводов. В отсутствие канавок в жидкости, протекающей вдоль поверхности волноводов, формируется только поперечная мода колебания, которая является слабой.In addition, the grooves enhance cavitation in the gap between the lateral surface of the waveguide and the inner surface of the pipe of the working chamber due to the formation of a longitudinal mode of oscillations when the fluid flows along the surface of the waveguides. In the absence of grooves in the fluid flowing along the surface of the waveguides, only the transverse oscillation mode is formed, which is weak.
Выполнение первой и второй канавок треугольного сечения с углом при вершине, равным 90°, обеспечивает преобразование продольных смещений в поперечные, т.е. - в тангенциальные (tg 45°=1).The implementation of the first and second grooves of a triangular section with an angle at the apex equal to 90 ° provides the transformation of longitudinal displacements into transverse ones, i.e. - tangential (tg 45 ° = 1).
В совокупности, это позволяет увеличить интенсивность кавитации в зазоре между трубой рабочей камеры и волноводами.Together, this allows you to increase the intensity of cavitation in the gap between the tube of the working chamber and the waveguides.
Выполнение глубины канавки, равной 0,1 диаметра излучающего торца волновода, обеспечивает сохранение изгибной жесткости волновода.The implementation of the depth of the groove equal to 0.1 diameter of the radiating end of the waveguide, ensures the preservation of the bending stiffness of the waveguide.
Кроме того, выполненные канавки позволяют увеличить интенсивность охлаждения волноводов за счет увеличения контактирующей с жидкостью поверхности волноводов.In addition, the grooves made make it possible to increase the cooling intensity of the waveguides by increasing the surface of the waveguides in contact with the liquid.
Канавки выполняют вблизи излучающей поверхности торца волновода (расстояние между канавками и расстояние между торцом каждого волновода и первой канавкой равны и составляют 0,02 длины акустической волны в материале волновода), поскольку амплитуда колебательного смещения акустической волны в материале волновода через четверть длины волны от излучающей поверхности равна нулю. По этой же причине целесообразно выполнять только две канавки и расстояние между ними увязывать с длиной волны в материале волновода.The grooves are made near the radiating surface of the waveguide end (the distance between the grooves and the distance between the end of each waveguide and the first groove are equal and equal 0.02 lengths of the acoustic wave in the waveguide material), since the amplitude of the vibrational displacement of the acoustic wave in the waveguide material is a quarter of the wavelength from the radiating surface equals zero. For the same reason, it is advisable to make only two grooves and link the distance between them with the wavelength in the waveguide material.
Входной и выходной патрубки в рабочей камере выполнены идентичными и расположены на трубе рабочей камеры между уплотнительным кольцом и второй отражающей канавкой.The inlet and outlet nozzles in the working chamber are identical and are located on the working chamber pipe between the sealing ring and the second reflective groove.
В результате, в соответствии с выше изложенным, обеспечиваются интенсивные кавитационные процессы во всей зоне действия отражающих канавок.As a result, in accordance with the foregoing, intensive cavitation processes are provided in the entire area of the reflective grooves.
При этом диаметр излучающего конца каждого волновода выбирают из условия: 
D - диаметр излучающего конца волновода,D is the diameter of the radiating end of the waveguide,
D1 - внутренний диаметр трубы рабочей камеры,D 1 - the inner diameter of the pipe of the working chamber,
D2 - внутренний диаметр входного (выходного) патрубка рабочей камеры.D 2 - the inner diameter of the inlet (outlet) pipe of the working chamber.
При выполнении этого условия площадь сечения потока обрабатываемой жидкости в каждом патрубке рабочей камеры меньше или равна площади сечения потока в зазоре, т.е. не превышает площадь сечения в зазоре. Благодаря этому поток жидкости в зазорах и в рабочей камере носит ламинарный характер, что не снижает интенсивность кавитации и обеспечивает одинаковую интенсивность кавитации в зазорах и в рабочей камере.When this condition is met, the cross-sectional area of the processed fluid flow in each nozzle of the working chamber is less than or equal to the cross-sectional area of the flow in the gap, i.e. does not exceed the cross-sectional area in the gap. Due to this, the fluid flow in the gaps and in the working chamber is laminar in nature, which does not reduce the cavitation intensity and provides the same cavitation intensity in the gaps and in the working chamber.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что предлагаемый ультразвуковой эмульгатор при осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в снижении потерь энергии акустической волны, возбуждающей кавитацию, в обеспечении равномерной обработки всего объема жидкости путем создания в рабочей камере ультразвукового поля с интенсивностью, необходимой и достаточной для образования и поддержания режима развитой кавитации во всем объеме проточной камеры, в снижении вероятности кавитационной эрозии излучающей торцевой поверхности волновода.Thus, from the foregoing, it follows that the proposed ultrasonic emulsifier in the implementation ensures the achievement of a technical result, which consists in reducing the energy loss of an acoustic wave that excites cavitation, in ensuring uniform treatment of the entire volume of liquid by creating an ultrasonic field in the working chamber with an intensity necessary and sufficient for the formation and maintenance of developed cavitation in the entire volume of the flow chamber; in the reduction in the probability of cavitation erosion, I radiate s the end surface of the waveguide.
На фигуре изображен заявленный ультразвуковой эмульгатор. Заявленный ультразвуковой эмульгатор содержит рабочую камеру 1, бачок охлаждения 2, два идентичных ультразвуковых стержневых преобразователя 31 32, соединенных шпилькой 41, 42 с акустическим волноводом 51, 52, уплотнительное кольцо 61 (62), канавка 71 (72) уплотнительного кольца 61 (62), входной патрубок 8 рабочей камеры 1, выходной патрубок 9 рабочей камеры 1; акустический волновод 51 (52) имеет торцевую излучающую поверхность 101 (102) и отражающие канавки первая 111 и вторая 112; бачок охлаждения 2 снабжен штуцерами входным 12 и выходным 13. Кроме того, ультразвуковые преобразователи 31 и 32 соединены с трубой рабочей камеры 1 посредством фланцев 14, 15 через регулирующую прокладку 161 (162).The figure shows the claimed ultrasonic emulsifier. The claimed ultrasonic emulsifier contains a working chamber 1, a cooling tank 2, two identical ultrasonic rod transducers 3 1 3 2 connected by a pin 4 1 , 4 2 with an acoustic waveguide 5 1 , 5 2 , an o-ring 6 1 (62), a groove 7 1 ( 7 2 ) the sealing ring 6 1 (6 2 ), the
Рабочая камера 1 выполнена в виде цилиндрической трубы и снабжена входным 8 и выходным 9 патрубками. Два идентичных ультразвуковых стержневых преобразователя 31 и 32 закреплены снаружи на противоположных концах трубы рабочей камеры 1 навстречу друг другу акустическими волноводами 51 (52), которые герметично закреплены внутри трубы рабочей камеры 1 посредством соответствующих уплотнительных колец 61 и 62, закрепленных на волноводах 51 (52) в узлах колебательных смещений звуковой волны в материале волновода. Бачок для охлаждения 2 выполнен в виде трубы с входным 12 и выходным 13 штуцерами. Рабочая камера 1 помещена в бачок 2 для охлаждения концентрично с образованием зазора между наружной поверхностью трубы рабочей камеры 1 и внутренней поверхностью бачка 2 для охлаждения. Входной 8 и выходной патрубки 9 рабочей камеры 1 выходят через стенку бачка 2 наружу. Уплотнительные кольца 61 и 62 выполнены эластичными и закреплены на волноводах 51 (52) в канавках, выполненных по периметру образующей поверхности соответствующего волновода 51 (52) концентрично его осевой. На излучающих концах волноводов 51 (52) по периметру образующей поверхности, концентрично, выполнены отражающие канавки первая 111 и вторая 112 треугольного сечения с углом при вершине, равным 90°, а глубиной, равной 0,1 диаметра излучающего конца волновода 51 (52). Расстояние между отражающими канавками первой 111 и второй 112 и расстояние между торцом каждого волновода 51 (52) и первой 111 отражающей канавкой равны и составляют 0,02 длины акустической волны в материале волновода 51 (52). Кроме того, диаметр излучающего конца каждого волновода 51 (52) выбирают из условия:The working chamber 1 is made in the form of a cylindrical pipe and is equipped with
где D - диаметр излучающего конца волновода 51 (52),where D is the diameter of the radiating end of the waveguide 5 1 (5 2 ),
D1 - внутренний диаметр трубы рабочей камеры 1,D 1 - the inner diameter of the pipe of the working chamber 1,
D2 - внутренний диаметр патрубка входного 8 (выходного 9) рабочей камеры 1. Входной 8 и выходной 9 патрубки в рабочей камере 1 выполнены идентичными и расположены на трубе рабочей камеры 1 между уплотнительным кольцом 6 и второй 112 отражающей канавкой.D 2 - the inner diameter of the pipe input 8 (output 9) of the working chamber 1. The
В приведенном примере выполнения рабочая камера 1 соединена с бачком 2 для охлаждения в одно целое посредством общих фланцев 15, приваренных к их торцам. Штуцеры 12, 13 бачка 2 охлаждения рационально выполнять ближе к фланцу 15 для обеспечения ламинарного потока охлаждающей жидкости.In the above example, the working chamber 1 is connected to the tank 2 for cooling as a whole by means of
Заявленный ультразвуковой эмульгатор работает следующим образом.The claimed ultrasonic emulsifier works as follows.
Для получения в рабочей камере 1 режима стоячей волны расстояние между излучающими поверхностями 101 и 102 волноводов 51 и 52 должно быть кратным половине длине волны в обрабатываемой жидкости. Это условие выполняют предварительно путем перемещения волноводов 51 и 52 вдоль трубы рабочей камеры 1 в нужное положение заменой регулирующих прокладок 161 и 162 на другие с требуемой толщиной. При этом уплотняющие кольца 61, 62 обеспечивают герметизацию рабочей камеры 1.To obtain a standing wave mode in the working chamber 1, the distance between the radiating
Обрабатываемая жидкость, поступая в камеру 1 через входной патрубок 8, омывает волноводы 51, 52 и их канавки 111, 112 и вытекает через выходной патрубок 9. В результате обрабатываемая жидкость охлаждает концы волноводов 51, 52, при этом канавки 111, 112, увеличивая поверхность охлаждения, повышают интенсивность охлаждения волноводов 51, 52. Одновременно через бачок охлаждения через патрубки 12 и 13 протекает охлаждающая жидкость, что позволяет поддерживать температуру обрабатываемой жидкости в камере 1 не выше 70°С. Данная температура нагрева обрабатываемой жидкости является оптимальной и не влияет на интенсивность формируемого кавитационного процесса.The processed fluid, entering the chamber 1 through the
Для исключения турбулентного движения жидкости в зазорах между внутренней стенкой камеры 1 и излучающими волноводами 51, 52, которое может снизить уровень кавитации, заявленный эмульгатор конструктивно выполняют так, что сечение упомянутых зазоров больше или равно сечению входного патрубка 8. Это условие выполняется, если:To exclude turbulent fluid movement in the gaps between the inner wall of the chamber 1 and the emitting waveguides 5 1, 5 2 , which can reduce the level of cavitation, the claimed emulsifier is structurally performed so that the cross section of the said gaps is greater than or equal to the cross section of the
где D - диаметр излучающего конца волновода 51 (52), D1 - внутренний диаметр трубы рабочей камеры 1, D2 - внутренний диаметр патрубка входного 8 (выходного 9) рабочей камеры 1. При этом входной 8 и выходной 9 патрубки в рабочей камере 1 выполнены идентичными и расположены на трубе рабочей камеры между уплотнительным кольцом 71 (72) и второй отражающей канавкой 111 (112). В результате поток жидкости в зазорах и в рабочей камере носит ламинарный характер, что не снижает интенсивность кавитации и обеспечивает одинаковую интенсивность кавитации в зазорах и в рабочей камере.where D is the diameter of the radiating end of the waveguide 5 1 (5 2 ), D 1 is the inner diameter of the pipe of the working chamber 1, D 2 is the inner diameter of the pipe inlet 8 (output 9) of the working chamber 1. In this case,
Рассмотрим работу эмульгатора, когда включен только один стержневой ультразвуковой преобразователь, например 31. В этом случае излучающая поверхность 102 волновода 52 выполняет функцию отражающей поверхности. Акустическая энергия преобразователя 31 передается через излучающий волновод 51 в обрабатываемую жидкость между излучающей поверхностью 101 и отражающей поверхностью 102. Акустическая волна, достигая поверхности 102, отражается от нее. Поскольку в режиме резонанса отраженная волна синфазна с падающей (прямой) волной, то между излучающей 101 и отражающей 102 поверхностями в жидкости устанавливается стоячая акустическая волна и происходит суммирование амплитуд акустических давлений падающей и отраженной волн. При этом энергия кавитации резко возрастает, поскольку она пропорциональна квадрату амплитуды суммарного акустического давления.Consider the operation of the emulsifier when only one rod ultrasonic transducer is included, for example 3 1 . In this case, the radiating
Предложенный эмульгатор содержит два источника акустических волн в виде волноводов 51 и 52, каждый из которых может считаться по отношению к другому как излучателем, так и отражателем. Поэтому, если второй преобразователь 32 работает синфазно с первым преобразователем 31 то прямая (падающая) волна от второго излучающего волновода 52 будет совпадать по фазе и направлению с отраженной от этого волновода волной, которая сформировалась за счет прямой (падающей) волны от первого излучающего волновода 51, и наоборот.The proposed emulsifier contains two sources of acoustic waves in the form of waveguides 5 1 and 5 2 , each of which can be considered in relation to the other as the emitter and reflector. Therefore, if the second transducer 3 2 operates in phase with the first transducer 3 1, then the direct (incident) wave from the second radiating waveguide 5 2 will coincide in phase and direction with the wave reflected from this waveguide, which was formed due to the direct (incident) wave from the first radiating waveguide 5 1, and vice versa.
Таким образом, акустическое давление двух прямых (падающих) волн и двух отраженных суммируется. Следовательно, если пренебречь потерями энергии, то заявленная акустическая система позволяет получить в 16 раз (42) больше энергии на кавитационные процессы в обрабатываемой жидкости, чем одна бегущая акустическая волна, сформированная одним излучающим волноводом без отражения.Thus, the acoustic pressure of two direct (incident) waves and two reflected waves is added up. Therefore, if energy losses are neglected, the claimed acoustic system allows to obtain 16 times (4 2 ) more energy for cavitation processes in the processed fluid than one traveling acoustic wave formed by one emitting waveguide without reflection.
Кроме того, отражающие канавки 111 и 11, выполненные на волноводах 51 и 52, усиливают кавитацию в зазоре между поверхностью волноводов 51 и 52 и соответствующими им внутренними стенками рабочей камеры 1 за счет продольной моды колебаний волноводов 51 и 52. В результате кавитационный процесс в жидкости формируется во всем внутреннем объеме рабочей камеры.In addition, the reflecting grooves 11 1 and 11, made on the waveguides 5 1 and 5 2, enhance cavitation in the gap between the surface of the waveguides 5 1 and 5 2 and the corresponding inner walls of the working chamber 1 due to the longitudinal vibration mode of the waveguides 5 1 and 5 2 . As a result, the cavitation process in the liquid is formed in the entire internal volume of the working chamber.
Claims (1)
D≤√D1 2-D2 2,
где D - диаметр излучающего конца волновода,
D1 - внутренний диаметр трубы рабочей камеры,
D2 - внутренний диаметр патрубка входного (выходного) рабочей камеры,
при этом входной и выходной патрубки в рабочей камере выполнены идентичными и расположены на трубе рабочей камеры между уплотнительным кольцом и второй отражающей канавкой. An ultrasonic emulsifier containing a working chamber made in the form of a cylindrical tube and equipped with inlet and outlet nozzles; two identical ultrasonic rod transducers mounted externally on opposite ends of the working chamber pipe towards each other by acoustic waveguides, which are hermetically fixed inside the working chamber pipe by means of corresponding sealing rings mounted on the waveguides in the nodes of vibrational displacements of the sound wave in the waveguide material, characterized in that a cooling tank made in the form of a pipe with inlet and outlet fittings, while the working chamber is placed in a cooling tank dilution concentrically with the formation of a gap between the outer surface of the working chamber pipe and the inner surface of the tank for cooling, and the inlet and outlet pipes of the working chamber exit outside the tank wall, in addition, ultrasonic transducers are connected to the working chamber pipe by means of flanges through an adjusting gasket, and the sealing rings made elastic and mounted on the waveguides in grooves made along the perimeter of the generatrix surface of the corresponding waveguide concentrically to its axial, in addition, at the radiating ends of the waveguides around the perimeter of the generatrix surface, the first and second reflective grooves of a triangular section are made concentrically with an angle at the apex equal to 90 ° and a depth equal to 0.1 of the diameter of the radiating end of the waveguide, while the distance between the reflective grooves and the distance between the end face of each waveguide and the first reflective groove are equal and equal 0.02 the length of the acoustic wave in the waveguide material, in addition, the diameter of the radiating end of each waveguide is selected from the condition:
D≤√D 1 2 -D 2 2 ,
where D is the diameter of the radiating end of the waveguide,
D 1 - the inner diameter of the pipe of the working chamber,
D 2 - the inner diameter of the pipe input (output) of the working chamber,
while the inlet and outlet pipes in the working chamber are identical and are located on the working chamber pipe between the sealing ring and the second reflective groove.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014137492/05A RU2573723C1 (en) | 2014-09-16 | 2014-09-16 | Ultrasonic emulsifier |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014137492/05A RU2573723C1 (en) | 2014-09-16 | 2014-09-16 | Ultrasonic emulsifier |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2573723C1 true RU2573723C1 (en) | 2016-01-27 |
Family
ID=55236974
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014137492/05A RU2573723C1 (en) | 2014-09-16 | 2014-09-16 | Ultrasonic emulsifier |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2573723C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU44540U1 (en) * | 2004-11-05 | 2005-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Ультразвуковая техника-инлаб" | ULTRASONIC LIQUID TREATMENT PLANT |
| RU2254912C1 (en) * | 2004-06-16 | 2005-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Астор-С" | Cavitation reactor |
| WO2005075973A2 (en) * | 2003-12-30 | 2005-08-18 | 3M Innovative Properties Company | Acousto-mechanical detection systems and methods of use |
-
2014
- 2014-09-16 RU RU2014137492/05A patent/RU2573723C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005075973A2 (en) * | 2003-12-30 | 2005-08-18 | 3M Innovative Properties Company | Acousto-mechanical detection systems and methods of use |
| RU2254912C1 (en) * | 2004-06-16 | 2005-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Астор-С" | Cavitation reactor |
| RU44540U1 (en) * | 2004-11-05 | 2005-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Ультразвуковая техника-инлаб" | ULTRASONIC LIQUID TREATMENT PLANT |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101054571B1 (en) | Method and apparatus for sonicating liquid with low frequency high energy ultrasound | |
| CN108472396B (en) | Fluid sterilizing device | |
| US8651230B2 (en) | High capacity ultrasonic reactor system | |
| US5982801A (en) | Momentum transfer apparatus | |
| US5525041A (en) | Momemtum transfer pump | |
| CA3042157C (en) | Device and method for ultraviolet water treatment | |
| RU2553861C1 (en) | Hydrodynamic mixer | |
| CN105376888B (en) | Tubular choke waveguide applicator | |
| CN112844167B (en) | Ultrasonic homogenizer | |
| RU2573723C1 (en) | Ultrasonic emulsifier | |
| RU147919U1 (en) | ULTRASONIC EMULSOR | |
| CA2692273A1 (en) | High capacity ultrasonic reactor system | |
| US6733727B1 (en) | Condensation induced water hammer driven sterilization | |
| CA2815865C (en) | A multipurpose device for transmitting radiation from a source to an object | |
| RU2612238C1 (en) | Device for intensification of heavy oil pumping in pipelines | |
| RU152620U1 (en) | ULTRASONIC FLOWING REACTOR FOR CAVITATION TREATMENT OF HIGH VISCOUS LIQUIDS | |
| Khmelev et al. | Modes and conditions of efficient ultrasonic influence on high-viscosity media in the technological volumes | |
| US12101867B2 (en) | Microwave reactor for continuous treatment by microwaves of a flowing fluid medium | |
| RU2392046C2 (en) | Hydrocarbon destruction device and application thereof | |
| RU2446874C2 (en) | Ultrasonic cavitation flow reactor | |
| RU2363528C1 (en) | Ultrasonic device for treatment of liquid mediums | |
| RU2476261C1 (en) | Method of exciting acoustic vibrations in fluid medium and apparatus (versions) for realising said method | |
| RU2618078C1 (en) | Hydrodynamic mixer | |
| RU2221633C2 (en) | Ultrasonic flow-type disperser | |
| RU143737U1 (en) | ULTRASONIC FLOWING REACTOR |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 3-2016 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180917 |