RU2821851C1

RU2821851C1 - Method of ultrasonic cleaning of liquids

Info

Publication number: RU2821851C1
Application number: RU2023115374A
Authority: RU
Inventors: Данила Олегович Чуриков; Ирина Владимировна Злобина; Николай Валерьевич Бекренев
Filing date: 2023-06-09
Publication date: 2024-06-26

Abstract

FIELD: cleaning.

SUBSTANCE: invention relates to the field of cleaning various process and operating fluids from mechanical impurities, including for the treatment and disinfection of industrial and domestic wastewater, and can be used in machine building, fuel, food and other industries. Method of ultrasonic cleaning of liquid from particles includes liquid filling and settling in a supply tank, drainage of sludge and exposure of the liquid to an ultrasonic field, characterized by that the ultrasonic effect is applied to a thin layer of liquid interconnected with the sludge area, wherein the layer thickness and frequency of the ultrasonic field are set depending on the viscosity of the liquid to be cleaned by adjusting the gap between the end surface of the ultrasonic electromechanical transducer and the surface of the bottom of the service tank, the service tank is filled with the liquid to be cleaned and an ultrasonic generator is switched on, which provides power to the electromechanical converter.

EFFECT: higher efficiency, versatility, and simplification.

6 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области очистки различных технологических и эксплуатационных жидкостей от механических загрязнений, в том числе для очистки и обеззараживания промышленных и бытовых сточных вод, и может быть использована в машиностроительной, топливной, пищевой и другой промышленности.The invention relates to the field of purification of various technological and operational fluids from mechanical contaminants, including for the purification and disinfection of industrial and domestic wastewater, and can be used in the engineering, fuel, food and other industries.

Известен способ флокуляции, осаждения, агломерации или коагуляции и устройство для его осуществления (Патент №2067079 С1, МПК B01D 21/28, B01D 21/00, B01D 43/00), при котором на поток загрязненной жидкости воздействуют полем ультразвуковых стоячих волн, которое приводит к накапливанию загрязняющих частиц в зонах узлов колебаний или в зонах пучности колебаний, с последующим отделением их от жидкости. При этом жидкость пропускают приблизительно под прямым углом к горизонтальному направлению распространения ультразвука. Образование поля стоячих ультразвуковых волн в данном способе обеспечивается за счет нескольких пьезоэлектрических электроакустических преобразователей, работающих на резонансной частоте. Причем в озвучиваемом пространстве создаются акустические слои, включающие также и те поверхности, на которых происходит отражение звуковых волн.There is a known method of flocculation, sedimentation, agglomeration or coagulation and a device for its implementation (Patent No. 2067079 C1, IPC B01D 21/28, B01D 21/00, B01D 43/00), in which the flow of contaminated liquid is exposed to a field of ultrasonic standing waves, which leads to the accumulation of polluting particles in the zones of vibration nodes or in the zones of vibration antinodes, with their subsequent separation from the liquid. In this case, the liquid is passed approximately at right angles to the horizontal direction of propagation of ultrasound. The formation of a field of standing ultrasonic waves in this method is ensured by several piezoelectric electroacoustic transducers operating at a resonant frequency. Moreover, in the sounded space, acoustic layers are created, which also include those surfaces on which sound waves are reflected.

Недостаток известного способа очистки проявляется в низкой универсальности (может быть применен не ко всем жидкостям) и сложности устройства для его реализации, вследствие зависимости условий возникновения стоячих волн от свойств очищаемой жидкости, концентрации в ней загрязнителей и температуры.The disadvantage of the known cleaning method is manifested in its low versatility (cannot be applied to all liquids) and the complexity of the device for its implementation, due to the dependence of the conditions for the occurrence of standing waves on the properties of the liquid being purified, the concentration of pollutants in it and temperature.

Известен также способ очистки жидкостей от взвешенных частиц (Авторское свидетельство №660324 А1 СССР, МПК B01D 9/00, B01D 43/00) путем направленной кристаллизации с воздействием ультразвука на очищаемую жидкость. При этом жидкость предварительно подвергают перегонке, а направленную кристаллизацию осуществляют при частоте ультразвуковых колебаний 15-22 кГц.There is also a known method for purifying liquids from suspended particles (Author's Certificate No. 660324 A1 USSR, IPC B01D 9/00, B01D 43/00) by directed crystallization with the influence of ultrasound on the liquid being purified. In this case, the liquid is first subjected to distillation, and directional crystallization is carried out at an ultrasonic vibration frequency of 15-22 kHz.

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

1. Необходимость в дополнительной обработке жидкости, а именно удалении загрязняющих частиц с поверхности кристаллизованной жидкости (слитка) с последующим плавлением последнего;1. The need for additional processing of the liquid, namely the removal of contaminant particles from the surface of the crystallized liquid (ingot) with subsequent melting of the latter;

2. Высокие энергетические затраты для обеспечения процессов кристаллизации жидкости с последующим плавлением, в виду того что, для различных жидкостей температура, при которой происходит изменение агрегатного состояния различна, и различие может достигать сотен градусов;2. High energy costs to ensure the processes of liquid crystallization followed by melting, since for different liquids the temperature at which a change in the state of aggregation occurs is different, and the difference can reach hundreds of degrees;

3. Достаточно длительный процесс;3. Quite a long process;

4. Возможно изменение химического состава жидкости.4. The chemical composition of the liquid may change.

Известен также способ очистки и обеззараживания водных сред (Патент №2092448 С1, МПК C02F 1/32, C02F 1/36, C02F 1/50), при котором водные среды обрабатывают в ультразвуковой камере при частоте более 25 кГц и плотности мощности ультразвуковых колебаний 0,05-2 Вт/см², а затем направляют на ультрафиолетовое обеззараживание и фильтрование.There is also a known method for cleaning and disinfecting aqueous media (Patent No. 2092448 C1, IPC C02F 1/32, C02F 1/36, C02F 1/50), in which aqueous media are treated in an ultrasonic chamber at a frequency of more than 25 kHz and a power density of ultrasonic vibrations of 0 .05-2 W/cm ² and then sent for ultraviolet disinfection and filtration.

1. Многостадийность обработки и, как следствие, увеличение длительности технологического процесса очистки, усложнение устройства для его реализации и повышение себестоимости;1. Multi-stage processing and, as a consequence, an increase in the duration of the cleaning process, a more complex device for its implementation and an increase in cost;

2. Наличие этапа фильтрации приводит к необходимости очистки или замены фильтрующих элементов устройства, его осуществляющего, как правило, картриджей, что делает процесс периодичным;2. The presence of a filtration stage leads to the need to clean or replace the filter elements of the device that carries it out, usually cartridges, which makes the process periodic;

3. Способ не является универсальным так, как при заявленных параметрах эффективность обеспечивается только в узком диапазоне свойств жидкости и загрязнений.3. The method is not universal since, with the stated parameters, efficiency is ensured only in a narrow range of liquid properties and contaminants.

Известен также способ очистки воды (Патент №2214972 С1, МПК C02F 1/52, C02F 1/36, C02F 101/10) для очистки вод от загрязняющих компонентов, таких как соединения щелочных, щелочноземельных, переходных, тяжелых и радиоактивных элементов, нефтепродукты, коллоидные частицы, органические соединения, в том числе красители, высокомолекулярные и поверхностно-активные вещества и другие, а также для сгущения и уменьшения влажности шламов различных производств. Данный способ заключается в том, что в очищаемую воду вводят коагулянт с флокулянтом и активирующую добавку, при массовом соотношение активирующей добавки к коагулянту с флокулянтом равно 0-500 мас.ч. Дополнительно очищаемую воду обрабатывают упругими колебаниями с интенсивностью, обеспечивающей реализацию в воде кавитации с уровнем кавитационного шума в частотном диапазоне 500-500000 Гц не ниже 50 дБ по всему объему реактора и акустических макро- и микропотоков со скоростью не менее 1% от колебательной скорости поверхности, передающей упругие колебания в жидкости. При этом очищаемую воду обрабатывают всеми указанными методами одновременно в совмещенном режиме. Образующиеся в результате обработки твердофазные взвеси отделяют.There is also a known method of water purification (Patent No. 2214972 C1, IPC C02F 1/52, C02F 1/36, C02F 101/10) for purifying water from polluting components, such as compounds of alkali, alkaline earth, transition, heavy and radioactive elements, petroleum products, colloidal particles, organic compounds, including dyes, high-molecular and surfactants and others, as well as for thickening and reducing the moisture content of sludge from various industries. This method consists in introducing a coagulant with a flocculant and an activating additive into the purified water, with the mass ratio of the activating additive to the coagulant with the flocculant being 0-500 parts by weight. Additionally, the purified water is treated with elastic vibrations with an intensity that ensures the implementation of cavitation in the water with a level of cavitation noise in the frequency range 500-500000 Hz of at least 50 dB throughout the entire volume of the reactor and acoustic macro- and microflows at a speed of at least 1% of the vibrational speed of the surface, transmitting elastic vibrations in a liquid. In this case, the purified water is treated with all of the above methods simultaneously in a combined mode. The solid-phase suspensions formed as a result of processing are separated.

Недостатками данного способа очистки являются:The disadvantages of this cleaning method are:

1. Высокая себестоимость процесса очистки за счет применения реагентов;1. High cost of the cleaning process due to the use of reagents;

2. Снижение степени очистки, вследствие быстрого повышения температуры обрабатываемой среды, провоцирующего конкурентные процессы десорбции загрязнений с поверхности коагулирующих продуктов гидролиза и растворение осадков.2. Reduced degree of purification due to a rapid increase in the temperature of the treated medium, provoking competitive processes of desorption of contaminants from the surface of coagulating hydrolysis products and dissolution of sediments.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является способ очистки жидкости (Патент № RU 94024120 А1, МПК F17C 6/00, F17C 9/00). Данный способ включает в себя заполнение и отстаивание жидкости в расходном резервуаре, слив отстоя и фильтрование ее при выдаче на заправку. При этом в процессе заполнения расходного резервуара жидкостью, она в зоне ее наименьшего давления, подвергается воздействию ультразвуковым полем с частотой 20±2 кГц. Способ принят за прототип.The closest analogue to the claimed invention is a method for purifying liquids (Patent No. RU 94024120 A1, IPC F17C 6/00, F17C 9/00). This method includes filling and settling liquid in a supply tank, draining the sludge and filtering it when dispensing it for refilling. In this case, in the process of filling the supply tank with liquid, in the zone of its lowest pressure, it is exposed to an ultrasonic field with a frequency of 20±2 kHz. The method is adopted as a prototype.

1. Многостадийность, а как следствие, увеличение длительности технологического процесса очистки, усложнение устройства для его реализации и повышение себестоимости;1. Multi-stage, and as a consequence, an increase in the duration of the cleaning process, a more complex device for its implementation and an increase in cost;

2. Низкая производительность процесса очистки, так как процесс оседания частиц является все же длительным, несмотря на их коагуляцию;2. Low productivity of the cleaning process, since the process of particle sedimentation is still lengthy, despite their coagulation;

3. Периодичность процесса, так как наличие этапа фильтрации приводит к необходимости очистки или замены фильтрующих элементов устройства, ее осуществляющего, как правило, картриджей (мембран);3. Frequency of the process, since the presence of a filtration stage leads to the need to clean or replace the filter elements of the device that carries it out, usually cartridges (membranes);

4. Способ не является универсальным так, как эффективность и производительность процесса очистки зависит от вида и размеров загрязнений и свойств очищаемой жидкости, в частности - от ее вязкости.4. The method is not universal since the efficiency and productivity of the cleaning process depends on the type and size of contaminants and the properties of the liquid being cleaned, in particular on its viscosity.

Техническая проблема настоящего изобретения заключается в обеспечении высокой производительности и непрерывности процесса очистки жидкостей от механический загрязнений, с различными физико-механическими свойствами, без снижения ее качества и усложнения способа реализации.The technical problem of the present invention is to ensure high productivity and continuity of the process of purifying liquids from mechanical contaminants, with various physical and mechanical properties, without reducing its quality and complicating the implementation method.

Техническим результатом является расширение области применения способа, повышение эффективности, универсальности и упрощение способа очистки различных жидкостей от загрязнений, а также непрерывность самого процесса.The technical result is to expand the scope of application of the method, increase efficiency, versatility and simplify the method of purifying various liquids from contaminants, as well as the continuity of the process itself.

Технический результат достигается за счет того, что в способе ультразвуковой очистки жидкости от частиц, включающем заполнение и отстаивание жидкости в расходном резервуаре, слив отстоя и воздействие на жидкость ультразвукового поля, ультразвуковое воздействие прикладывается к тонкому слою жидкости, сообщающейся с областью отстоя, при этом толщину слоя и частоту ультразвукового поля устанавливают в зависимости от величины вязкости очищаемой жидкости путем регулировки зазора между торцовой поверхностью ультразвукового электромеханического преобразователя и поверхностью дна расходного резервуара, заполняют расходный резервуар очищаемой жидкостью и включают ультразвуковой генератор, обеспечивающий питание электромеханического преобразователя. При вязкости жидкости менее ~18 мм²/с величину зазора устанавливают равной 0,1-0,4 мм, частоту 44 кГц, а амплитуду колебаний ультразвукового излучателя устанавливают равной 8 мкм. При вязкости жидкости ~18-30 мм²/с величину зазора устанавливают равной 0,1-0,7 мм, а частоту 22 кГц. При вязкости жидкости ~30-82 мм²/с величину зазора устанавливают равной 0,3-0,5 мм, а частоту 22 кГц. При вязкости жидкости более 82 мм²/с величину зазора устанавливают равной 0,3-0,5 мм, а частоту 22 кГц.The technical result is achieved due to the fact that in the method of ultrasonic cleaning of liquid from particles, including filling and settling the liquid in a supply tank, draining the sludge and exposing the liquid to an ultrasonic field, the ultrasonic effect is applied to a thin layer of liquid communicating with the sludge area, while the thickness layer and the frequency of the ultrasonic field are set depending on the viscosity of the liquid being purified by adjusting the gap between the end surface of the ultrasonic electromechanical transducer and the bottom surface of the supply tank, the supply tank is filled with the liquid being purified and the ultrasonic generator is turned on, providing power to the electromechanical transducer. When the liquid viscosity is less than ~18 mm ² /s, the gap size is set to 0.1-0.4 mm, the frequency is 44 kHz, and the vibration amplitude of the ultrasonic emitter is set to 8 μm. With a liquid viscosity of ~18-30 mm ² /s, the gap size is set to 0.1-0.7 mm, and the frequency is 22 kHz. With a liquid viscosity of ~30-82 mm ² /s, the gap size is set to 0.3-0.5 mm, and the frequency is 22 kHz. If the liquid viscosity is more than 82 mm ² /s, the gap size is set to 0.3-0.5 mm and the frequency is 22 kHz.

Способ реализуется следующим образом. С учетом параметра вязкости очищаемой жидкости устанавливают требуемую толщину слоя жидкости путем регулировки зазора между торцовой поверхностью волновода ультразвукового электромеханического преобразователя и поверхностью дна расходного резервуара. Заполняют расходный резервуар очищаемой жидкостью и включают ультразвуковой генератор, обеспечивающий питание электромеханического преобразователя. С учетом вязкости очищаемой жидкости устанавливают частоту ультразвука 22 или 44 кГц. Осуществляют настройку частоты выходного напряжения генератора в резонанс с собственной частотой электромеханического преобразователя. Путем регулировки выходной мощности генератора устанавливают требуемую амплитуду колебаний торца волновода. Проходя через тонкий зазор, жидкость подвергается воздействию ультразвукового поля, вызывающего ее кавитацию, под действием которой происходит диспергирование частиц загрязнений до мелкодисперсного состояния. При этом крупные частицы, размеры которых превышают величину зазора, не попадают в него и оседают в отстойнике.The method is implemented as follows. Taking into account the viscosity parameter of the liquid to be cleaned, the required thickness of the liquid layer is established by adjusting the gap between the end surface of the waveguide of the ultrasonic electromechanical transducer and the bottom surface of the supply tank. The supply reservoir is filled with the liquid to be purified and the ultrasonic generator is turned on, providing power to the electromechanical transducer. Taking into account the viscosity of the liquid to be cleaned, the ultrasound frequency is set to 22 or 44 kHz. The generator output voltage frequency is adjusted in resonance with the natural frequency of the electromechanical converter. By adjusting the output power of the generator, the required amplitude of oscillations of the waveguide end is established. Passing through a thin gap, the liquid is exposed to an ultrasonic field, causing it to cavitate, under the influence of which the particles of contaminants are dispersed to a fine state. In this case, large particles whose dimensions exceed the size of the gap do not fall into it and settle in the sump.

Пример реализации способа. Результаты экспериментальных исследований представлены на Фиг. 1-3.An example of the method implementation. The results of experimental studies are presented in Fig. 1-3.

Фиг. 1 - Зависимость степени очистки различных жидкостей от частоты ультразвуковых колебаний волновода и величины зазора, где позициями обозначено: 1 - вода, 2 - масло индустриальное, 3 - масло растительное.Fig. 1 - Dependence of the degree of purification of various liquids on the frequency of ultrasonic vibrations of the waveguide and the size of the gap, where the positions indicate: 1 - water, 2 - industrial oil, 3 - vegetable oil.

Фиг. 2 - Зависимость степени очистки от вязкости жидкостей при исследуемых величинах зазора и частотах 22 кГц и 44 кГц, где позициями обозначено: 1 - при величине зазора 0,1 мм, 2-0,3 мм, 3-0,5 мм, 4-0,7 мм.Fig. 2 - Dependence of the degree of purification on the viscosity of liquids at the studied gap values and frequencies of 22 kHz and 44 kHz, where the positions indicate: 1 - with a gap value of 0.1 mm, 2-0.3 mm, 3-0.5 mm, 4- 0.7 mm.

Фиг. 3 - Зависимость степени очистки жидкостей от амплитуды ультразвуковых колебаний волновода и величины зазора, где позициями обозначено: 1 - при величине зазора 0,1 мм, 2-0,25 мм, 3-0,5 мм.Fig. 3 - Dependence of the degree of purification of liquids on the amplitude of ultrasonic vibrations of the waveguide and the size of the gap, where the positions indicate: 1 - with a gap size of 0.1 mm, 2-0.25 mm, 3-0.5 mm.

Для проведения экспериментальных исследований был изготовлен макет устройства, содержащий сменные электромеханические преобразователи, один из которых рассчитан на работу при частоте колебаний 22 кГц, и второй - при частоте 44 кГц. Преобразователи имели по два элемента ЦТС-19 в виде колец с диаметром 52 мм и толщиной 8 мм. Активная полуволновая накладка выполнена из сплава Д16Т, а пассивная - из стали 45. Рабочий элемент преобразователя представлял собой диск диаметром 60 мм толщиной 5 мм. Преобразователь установлен на кронштейне с возможностью регулируемого перемещения в вертикальном направлении. На столе, установленном на четырех регулируемых стойках, размещен резервуар для фильтруемой жидкости с осесимметричной опорой из сплава Д16Т, в которой выполнено центральное отверстие диаметром 5 мм для слива отфильтрованной жидкости. Высота опоры составляет 20 мм над дном емкости, что создает объем для сбора загрязненной жидкости. Под резервуаром устанавливали мерный стакан для сбора отфильтрованной жидкости. Питание преобразователя обеспечивается специальным ультразвуковым генератором, программное управление которого обеспечивает тонкую настройку системы в резонанс с преобразователем с дискретностью регулировки выходного сигнала 10 Гц.To conduct experimental studies, a prototype device was made containing replaceable electromechanical converters, one of which is designed to operate at an oscillation frequency of 22 kHz, and the second at a frequency of 44 kHz. The converters each had two TsTS-19 elements in the form of rings with a diameter of 52 mm and a thickness of 8 mm. The active half-wave pad is made of D16T alloy, and the passive one is made of steel 45. The working element of the converter was a disk with a diameter of 60 mm and a thickness of 5 mm. The converter is mounted on a bracket with the possibility of adjustable movement in the vertical direction. On a table mounted on four adjustable stands, there is a reservoir for filtered liquid with an axisymmetric support made of D16T alloy, in which there is a central hole with a diameter of 5 mm for draining the filtered liquid. The height of the support is 20 mm above the bottom of the container, which creates a volume for collecting contaminated liquid. A measuring cup was placed under the reservoir to collect the filtered liquid. The transducer is powered by a special ultrasonic generator, the software control of which ensures fine tuning of the system in resonance with the transducer with an output signal adjustment resolution of 10 Hz.

Количество отфильтрованной жидкости определяли при помощи электронных весов «Ньютон» МЛ0,2-1В1Ж с точностью 0,0001 г. Качество очистки оценивали по микрофотографиям цифрового микроскопа Bresser LCD 50х-2000х при увеличении х40 путем подсчета количества частиц определенного размера в поле зрения. В качестве очищаемых жидкостей использовали водопроводную воду, растительное масло и масло индустриальное И-20А с вязкостью соответственно ~1 мм²/с, ~60,6 мм²/с и ~91 мм²/с, загрязненные стружкой (мелкодисперсные частицы и волокна) образовавшиеся в процессе резки углепластика абразивным диском. Предварительно строили амплитудно-частотную характеристику преобразователя с целью определения амплитуды колебаний при различных значениях частот. Значение амплитуды смещения торца волновода определяли при помощи микаторной головки с ценой деления 1 мкм.The amount of filtered liquid was determined using a Newton ML0.2-1V1Zh electronic scale with an accuracy of 0.0001 g. The quality of purification was assessed using micrographs of a Bresser LCD 50x-2000x digital microscope at a magnification of x40 by counting the number of particles of a certain size in the field of view. The liquids to be purified were tap water, vegetable oil and industrial oil I-20A with a viscosity of ~1 mm ² /s, ~60.6 mm ² /s and ~91 mm ² /s, respectively, contaminated with chips (fine particles and fibers) formed during the cutting of carbon fiber with an abrasive disc. The amplitude-frequency characteristic of the converter was preliminarily constructed in order to determine the amplitude of oscillations at various frequencies. The displacement amplitude of the waveguide end was determined using a micator head with a division value of 1 μm.

Экспериментальные исследования влияния частоты колебаний волновода и величины зазора осуществляли следующим образом. Резервуар с опорой устанавливали на стол и опускали преобразователь, рассчитанный на работу при частоте 22 кГц, до касания торца рабочего элемента с поверхностью опоры. Затем добивались равномерности контакта по всей поверхности при помощи регулировочных винтов. Под резервуаром размещали стакан с мерной шкалой. После чего в резервуар заливали загрязненную жидкость, включали ультразвуковой генератор и отводили преобразователь для получения зазора. Величину зазора выставляли при помощи часового индикатора с ценой деления 0,01 мм. Сбор жидкости осуществляли в течении 30 с, затем генератор выключали. Эксперимент производили при величине зазора 0,1-0,8 мм, в зависимости от исследуемой жидкости. Забирали пробы загрязненной и отфильтрованной жидкости и помещали на предметное стекло микроскопа. Выполняли фотографирование в проходящем свете. Затем эксперимент повторили с преобразователем, рассчитанным на работу при частоте 44 кГц.Experimental studies of the influence of waveguide oscillation frequency and gap size were carried out as follows. The reservoir with the support was installed on the table and the transducer, designed to operate at a frequency of 22 kHz, was lowered until the end of the working element touched the surface of the support. Then we achieved uniform contact over the entire surface using adjusting screws. A glass with a measuring scale was placed under the reservoir. After that, contaminated liquid was poured into the tank, the ultrasonic generator was turned on, and the transducer was removed to obtain a gap. The gap size was set using a dial indicator with a division value of 0.01 mm. The liquid was collected for 30 s, then the generator was turned off. The experiment was carried out with a gap size of 0.1-0.8 mm, depending on the liquid being tested. Samples of the contaminated and filtered liquid were taken and placed on a microscope slide. Photographs were taken in transmitted light. The experiment was then repeated with a converter designed to operate at a frequency of 44 kHz.

По полученным результатам эксперимента была определена степень очистки жидкости. Построены графики ее зависимости от величины зазора и частоты ультразвуковых колебаний, представленные на Фиг. 1.Based on the results of the experiment, the degree of purification of the liquid was determined. Graphs of its dependence on the size of the gap and the frequency of ultrasonic vibrations are plotted, presented in Fig. 1.

По результатам исследований видно, что зависимость влияния величины зазора, в котором возбуждаются ультразвуковые колебания, имеет не линейный характер. Видно, что при всех исследуемых величинах зазора и частотах колебаний наблюдается процесс фильтрации, исключением лишь является режим для воды, при котором величина зазора составляет более 0,5 мм и частота колебаний 44 кГц. Однако при частоте колебаний 22 кГц данный эффект вовсе отсутствует, и к тому же повышается степень очистки.According to the research results, it is clear that the dependence of the influence of the size of the gap in which ultrasonic vibrations are excited is not linear. It can be seen that at all studied gap sizes and oscillation frequencies, a filtration process is observed, the only exception being the water mode, in which the gap value is more than 0.5 mm and the oscillation frequency is 44 kHz. However, at an oscillation frequency of 22 kHz, this effect is completely absent, and the degree of purification also increases.

Следует так же отметить, что наилучшая степень очистки воды и масла индустриального наблюдается при частоте колебаний 44 кГц, а для масла подсолнечного при 22 кГц. Это в первую очередь связано с физическими свойствами жидкостей, а именно с параметром вязкости. Поэтому для того, чтобы проследить влияние частоты колебаний и величины зазора на степень очистки были построены графики зависимости степени очистки жидкостей от параметров вязкости, представленные на фиг. 2.It should also be noted that the best degree of purification of water and industrial oil is observed at an oscillation frequency of 44 kHz, and for sunflower oil at 22 kHz. This is primarily due to the physical properties of liquids, namely the viscosity parameter. Therefore, in order to trace the influence of the oscillation frequency and the size of the gap on the degree of purification, graphs of the dependence of the degree of liquid purification on the viscosity parameters were constructed, presented in Fig. 2.

Как видно по графикам, в зависимости от вязкости, для каждой жидкости существуют свои рациональные режимы фильтрации, при которых наблюдается наибольшая эффективность. Данные о режимах для соответствующих диапазонов вязкости представлены в табл. 1.As can be seen from the graphs, depending on the viscosity, each liquid has its own rational filtration modes, under which the greatest efficiency is observed. Data on modes for the corresponding viscosity ranges are presented in table. 1.

Исследовано влияние амплитуды колебаний волновода на степень очистки жидкостей. Эксперимент при этом осуществляли аналогичным образом, но с назначением амплитуды колебаний, равной 3, 8 и 13 мкм. В качестве очищаемой жидкости использовали загрязненную водопроводную воду. Так как ранее было установлено, что рациональной частотой колебаний для воды является 44 кГц, эксперимент осуществляли на макете с преобразователем, рассчитанным на данную частоту. По полученным результатам была определена степень очистки жидкостей и построены графики зависимости степени очистки от амплитуды колебаний, приведенные на фиг. 3.The influence of the amplitude of waveguide oscillations on the degree of purification of liquids has been studied. The experiment was carried out in a similar way, but with the assignment of vibration amplitudes equal to 3, 8 and 13 μm. Contaminated tap water was used as the purified liquid. Since it was previously established that the rational oscillation frequency for water is 44 kHz, the experiment was carried out on a prototype with a converter designed for this frequency. Based on the results obtained, the degree of purification of liquids was determined and graphs were drawn of the dependence of the degree of purification on the amplitude of oscillations, shown in Fig. 3.

Как видно по графикам, зависимость степени очистки от амплитуды колебаний имеет нелинейный характер. Ожидаемого значительного повышения степени очистки с увеличением амплитуды не наблюдается. Следует отметить, что при исследуемых величинах зазора 0,1 и 0,5 мм наиболее эффективной является амплитуда 8 мкм, а при величине зазора 0,25 мм амплитуда 3 мкм. Однако существенной разницы в степени очистки при амплитуде 3 и 8 мкм нет.As can be seen from the graphs, the dependence of the degree of purification on the amplitude of oscillations is nonlinear. The expected significant increase in the degree of purification with increasing amplitude is not observed. It should be noted that for the studied gap values of 0.1 and 0.5 mm, the most effective amplitude is 8 μm, and for a gap value of 0.25 mm, the amplitude is 3 μm. However, there is no significant difference in the degree of purification at amplitudes of 3 and 8 μm.

Таким образом, на основании экспериментальных данных можно сделать вывод, что наиболее эффективной амплитудой колебаний для реализации способа ультразвуковой очистки является 8 мкм.Thus, based on experimental data, we can conclude that the most effective vibration amplitude for implementing the ultrasonic cleaning method is 8 μm.

Claims

1. A method for ultrasonic cleaning of a liquid from particles, including filling and settling the liquid in a supply tank, draining the sludge and exposing the liquid to an ultrasonic field, characterized in that the ultrasonic effect is applied to a thin layer of liquid communicating with the sludge area, while the layer thickness and frequency The ultrasonic field is set depending on the viscosity of the liquid being purified by adjusting the gap between the end surface of the ultrasonic electromechanical transducer and the bottom surface of the supply tank, the supply tank is filled with the liquid being purified and the ultrasonic generator is turned on, providing power to the electromechanical transducer.

2. The method according to claim 1, characterized in that when the liquid viscosity is ~18 mm ² /s or less, the gap value is set to ~0.1-0.4 mm, and the frequency is 44 kHz.

3. The method according to claim 1, characterized in that with a liquid viscosity of ~18-30 mm ² /s, the gap value is set to ~0.1-0.7 mm and the frequency is 22 kHz.

4. The method according to claim 1, characterized in that with a liquid viscosity of ~30-82 mm ² /s, the gap value is set to ~0.3-0.5 mm and the frequency is 22 kHz.

5. The method according to claim 1, characterized in that when the liquid viscosity is more than ~82 mm ² /s, the gap size is set to ~0.3-0.5 mm and the frequency is 44 kHz.

6. The method according to claim 2, characterized in that the vibration amplitude of the ultrasonic emitter is set to 8 μm.