UA120803C2

UA120803C2 - ULTRASOUND DEVICE FOR LIQUID TREATMENT

Info

Publication number: UA120803C2
Application number: UAA201807516A
Authority: UA
Inventors: Олександр Федорович Луговський; Андрій Валерійович Мовчанюк; Ігор Анатолійович Гришко; Володимир Петрович Фесіч; Катерина Олександрівна Луговська; Андрій Іванович Зілінський
Original assignee: Олександр Федорович Луговський; Андрій Валерійович Мовчанюк; Ігор Анатолійович Гришко; Володимир Петрович Фесіч; Катерина Олександрівна Луговська; Андрій Іванович Зілінський
Priority date: 2018-07-05
Filing date: 2018-07-05
Publication date: 2020-02-10

Abstract

Ультразвуковий пристрій для обробки рідини містить порожнистий з донною торцевою поверхнею корпус з немагнітного матеріалу, в якому послідовно встановлені, вертикально розташований, ультразвуковий резонансний випромінювач, частота збудження якого дорівнює власній частоті оброблюваної рідини, з зануреною в рідину випромінюючою поверхнею, закріплений в корпусі у вузловій точці хвилі деформації, що встановилася по довжині ультразвукового випромінювача, з утворенням герметичної порожнини. Блок магнітної обробки, утворений набором постійних магнітів, причому рідина в корпус підводиться через штуцер, встановлений в корпусі над випромінюючою поверхнею ультразвукового випромінювача, а штуцер для відведення рідини встановлений в торцевій донній поверхні корпусу, яка паралельна випромінюючій поверхні. Для підвищення ефективності обробки рідини ультразвуковий випромінювач оснащений трансформатором коливальної швидкості, на вихідній торцевій поверхні якого з утворенням відносно корпусу щілинних зазорів для протікання рідини виконаний плоский дисковий вібратор з можливістю випромінювання своїми поверхнями. Діаметр вібратора обраний меншим за половину довжини ультразвукової хвилі деформації, що встановилася по довжині ультразвукового випромінювача, на боковій циліндричній поверхні вібратора виконана канавка з двома похилими поверхнями, відстань від плоскої торцевої поверхні дискового вібратора до торцевої донної поверхні корпусу обрана кратною непарній кількості чвертей довжини ультразвукової хвилі, що встановилася в рідині в напрямку випромінювання в бік торцевої поверхні корпусу. Набір постійних магнітів виконано у вигляді набору кільцевих постійних магнітів з поляризацією по товщині, що охоплюють частину корпусу перед торцевою донною поверхнею, причому магніти встановлені однойменними полюсами один до одного.The ultrasonic device for liquid treatment comprises a hollow body with a non-magnetic material with a bottom end surface, in which an ultrasonic resonant emitter, the excitation frequency of which is equal to the natural frequency of the processed liquid, with a submerged in the liquid radiating radiating surface immersed the deformation wave established along the length of the ultrasonic emitter, with the formation of a sealed cavity. The magnetic processing unit is formed by a set of permanent magnets, and the liquid is fed into the housing through a fitting mounted in the housing above the radiating surface of the ultrasonic emitter, and the fitting for draining the liquid is installed in the end bottom surface of the housing parallel to the radiating surface. To increase the efficiency of liquid treatment, the ultrasonic emitter is equipped with an oscillating speed transformer, on the output end surface of which with the formation relative to the body of the slit gaps for fluid flow is a flat disk vibrator with the ability to radiate their surfaces. The diameter of the vibrator is selected less than half the length of the ultrasonic wave of deformation, established along the length of the ultrasonic emitter, on the side cylindrical surface of the vibrator is a groove with two inclined surfaces, the distance from the flat end surface of the disk vibrator to the end. , installed in the liquid in the direction of radiation towards the end surface of the housing. The set of permanent magnets is made in the form of a set of annular permanent magnets with polarization in thickness, covering part of the housing in front of the end bottom surface, and the magnets are installed with the same poles to each other.

Description

власній частоті оброблюваної рідини, з зануреною в рідину випромінюючою поверхнею, закріплений в корпусі у вузловій точці хвилі деформації, що встановилася по довжині ультразвукового випромінювача, з утворенням герметичної порожнини. Блок магнітної обробки, утворений набором постійних магнітів, причому рідина в корпус підводиться через штуцер, встановлений в корпусі над випромінюючою поверхнею ультразвукового випромінювача, а штуцер для відведення рідини встановлений в торцевій донній поверхні корпусу, яка паралельна випромінюючій поверхні. Для підвищення ефективності обробки рідини ультразвуковий випромінювач оснащений трансформатором коливальної швидкості, на вихідній торцевій поверхні якого з утворенням відносно корпусу щілинних зазорів для протікання рідини виконаний плоский дисковий вібратор з можливістю випромінювання своїми поверхнями. Діаметр вібратора обраний меншим за половину довжини ультразвукової хвилі деформації що встановилася по довжині ультразвукового випромінювача, на боковій циліндричній поверхні вібратора виконана канавка з двома похилими поверхнями, відстань від плоскої торцевої поверхні дискового вібратора до торцевої донної поверхні корпусу обрана кратною непарній кількості чвертей довжини ультразвукової хвилі, що встановилася в рідині в напрямку випромінювання в бік торцевої поверхні корпусу. Набір постійних магнітів виконано у вигляді набору кільцевих постійних магнітів з поляризацією по товщині, що охоплюють частину корпусу перед торцевою донною поверхнею, причому магніти встановлені однойменними полюсами один до одного. м кннднннвком ох шен і і їйnatural frequency of the treated liquid, with the radiating surface immersed in the liquid, is fixed in the housing at the nodal point of the deformation wave, which is established along the length of the ultrasonic emitter, with the formation of a hermetic cavity. Magnetic processing unit formed by a set of permanent magnets, and the liquid is supplied to the housing through a fitting installed in the housing above the radiating surface of the ultrasonic emitter, and a fitting for draining the liquid is installed in the end bottom surface of the housing, which is parallel to the radiating surface. To increase the efficiency of liquid processing, the ultrasonic emitter is equipped with an oscillating speed transformer, on the output end surface of which, with the formation of slit gaps relative to the body for the flow of liquid, a flat disk vibrator is made with the possibility of radiation through its surfaces. The diameter of the vibrator is chosen to be less than half the length of the ultrasonic wave of deformation established along the length of the ultrasonic emitter, a groove with two inclined surfaces is made on the side cylindrical surface of the vibrator, the distance from the flat end surface of the disk vibrator to the end bottom surface of the housing is chosen as a multiple of an odd number of quarters of the length of the ultrasonic wave, that settled in the liquid in the direction of radiation towards the end surface of the case. The set of permanent magnets is made in the form of a set of annular permanent magnets with thickness polarization, covering the part of the case in front of the end bottom surface, and the magnets are installed with the poles of the same name to each other. m knndnnnvkom oh shen and and to her

І ; я у | й днAnd I am in | and days

ЕО а з Ь. Ще лкEO a with b. Another lk

Я - ! з ! пн в ще ее с 7I - ! with ! mon in still ee from 7

І А І ш- і і - «4 І: дет а ши Що нн 9 тре де Ди ше о нини а ШиI A I sh- i i - "4 I: det a shi What nn 9 tre de Dy she o now a Shi

ТК пт І шт ж вий С дн т ек: й Я Ще їх с. чех др точок, 7TK Fri. Czech dr points, 7

ЖАВ М В ре ш- ря перинне Я ме Сех ди рик ШО І и о пн 1, ни ні Ту нтннннин Мі, ї і 1: ШИ ЗИ: ви й и гид ян, 8 ' й до ї че нина и кох Ше - Пе 77ZHAV M V re shrya perinne Ya me Seh dy ryk SHO I i o pn 1, ni ni Tu ntnnnnyn Mi, i i 1: SHY ZY: vi i i gyd yan, 8 ' i do i che nina i koh She - Pe 77

Я АК --I AK --

КК Как ех ДИ ниниKK Kak eh DI now

Н хх і БЖ р і й СЕ в дит і ! ее пер кеN xx and BZh r and SE in dit and ! ee per ke

Н Й ко і ях у ; вІшщя, х й їх ! ЕІ м :N Y ko and yah y ; Yes, yes, and them! EI m:

Шия -Neck -

Ко ши иKoshi and

УМ ШиUM Shi

Її Ши їHer shi yi

Винахід стосується технологічного використання ультразвукової енергії і може бути використаний в різних галузях промисловості, зокрема в процесах, що відбуваються в рідкому середовищі, наприклад, при знезараженні рідин, тобто знищенні вірусів та мікроорганізмів, створенні високоякісних стійких емульсій, освітленні стічних вод, холодній стерилізації молока, активації рідин та палива і т.п.The invention relates to the technological use of ultrasonic energy and can be used in various industries, in particular in processes that take place in a liquid environment, for example, in liquid disinfection, that is, the destruction of viruses and microorganisms, the creation of high-quality stable emulsions, clarification of wastewater, cold sterilization of milk, activation of fluids and fuel, etc.

Для інтенсифікації технологічних процесів, пов'язаних з рідиною, використовують різні фізичні поля та фактори впливу, наприклад, ультразвукові коливання, які діють на згадані процеси через, так звані, ефекти першого порядку (частота, інтенсивність і т.п.) і ефекти другого порядку, до яких відноситься, перш за все, кавітація.Various physical fields and influencing factors are used to intensify the technological processes related to the liquid, for example, ultrasonic vibrations, which act on the mentioned processes through the so-called first-order effects (frequency, intensity, etc.) and second-order effects order, which includes, first of all, cavitation.

Ефективність зазначеного використання ультразвукових коливань в значній мірі залежить від режимів випромінювання ультразвукової енергії та особливостей побудови технологічного обладнання, що реалізує вказані технології.The effectiveness of the specified use of ultrasonic vibrations depends to a large extent on the modes of radiation of ultrasonic energy and the features of the construction of the technological equipment that implements the specified technologies.

Відомий ультразвуковий пристрій для обробки рідини (патент України Мо 55323А, МПК СО2Е 1/36, 2003), що містить подовжений порожнинний корпус з донною і бічною поверхнями, в якому встановлений ультразвуковий випромінювач із трансформатором коливальної швидкості, підключений до електричного генератора коливань, який закріплено на корпусі у вузловій точці стоячої хвилі деформації в трансформаторі швидкості так, що випромінюючий торець трансформатора швидкості спрямований до донної поверхні корпуса і розташований нижче вхідного патрубка корпуса.A known ultrasonic device for liquid treatment (patent of Ukraine Mo 55323А, МПК СО2Е 1/36, 2003), which contains an elongated hollow body with bottom and side surfaces, in which an ultrasonic emitter with an oscillating speed transformer is installed, connected to an electric oscillation generator, which is fixed on the housing at the nodal point of the standing wave deformation in the speed transformer so that the radiating end of the speed transformer is directed to the bottom surface of the housing and is located below the inlet nozzle of the housing.

У пристрої використовується вплив на рідину тільки одного фізичного поля - ультразвукового.The device uses the effect on the liquid of only one physical field - ultrasonic.

У вказаному пристрої ультразвукова енергія вводиться в рідину за допомогою зануреної випромінюючої поверхні ультразвукового перетворювача, що дозволяє зробити це достатньо ефективно. Але максимальну інтенсивність ультразвукова хвиля має тільки поблизу поверхні випромінювання. Подалі від випромінювача інтенсивність різко понижується. Відбувається це внаслідок значного збільшення площі, через яку проходить ультразвукова хвиля деформації.In this device, ultrasonic energy is introduced into the liquid using the immersed radiating surface of the ultrasonic transducer, which allows it to be done quite efficiently. But the maximum intensity of the ultrasonic wave is only near the radiation surface. Away from the emitter, the intensity drops sharply. This happens due to a significant increase in the area through which the ultrasonic deformation wave passes.

Якщо використовується випромінювач з поршневими коливаннями, то діаграма направленості його випромінювання поступово розширюється. При цьому відповідно зменшується інтенсивність ультразвукової енергії. Якщо використовується мембранний згинальнийIf an emitter with piston oscillations is used, the directional pattern of its radiation gradually expands. At the same time, the intensity of ultrasonic energy decreases accordingly. If a membrane bending is used

Зо випромінювач, то ультразвукова енергія розповсюджується в усі боки і її інтенсивність швидко спадає. Ультразвукова хвиля, що випромінюється, відбивається від стінок корпуса, внаслідок чого в порожнині корпуса встановлюється стояча хвиля деформації. Якщо стінки корпуса нахилені відносно поверхні випромінювання або використовується згинальний випромінювач, то в об'ємі корпуса встановлюється, так зване, дифузне ультразвукове поле, в якому перемішуються вузли та пучності коливань. Це дозволяє усереднити рівень кавітації в об'ємі рідини, що знаходиться в корпусі. Але цей рівень буде суттєво менший у порівнянні з рівнем кавітації в вузлах та пучностях стоячої хвилі деформації у випадку коли випромінююча та відбиваюча поверхні паралельні. Дифузне ультразвукове поле дозволяє підвищити рівномірність кавітаційної обробки деталей в очисних ультразвукових кавітаційних ваннах. Але, якщо мова йде про досягнення високої інтенсивності ультразвукової енергії та високого рівня кавітації для забезпечення високої ефективності знезараження рідини (кількість знищених мікроорганізмів пропорційна інтенсивності ультразвукової енергії, що вводиться в рідину) з дифузним полем необхідно боротися. Якщо ж інтенсивність ультразвукових коливань буде малою і рівень падіння тиску в ультразвуковій хвилі не буде досягати порога виникнення кавітації в рідині, то кавітація не виникатиме і пристрій взагалі не буде знищувати шкідливі мікроорганізми, а навпаки буде стимулювати їх розмноження.From the emitter, the ultrasonic energy spreads in all directions and its intensity rapidly decreases. The emitted ultrasonic wave is reflected from the walls of the case, as a result of which a standing wave of deformation is established in the cavity of the case. If the walls of the housing are inclined relative to the radiation surface or a bending radiator is used, then a so-called diffuse ultrasonic field is established in the volume of the housing, in which nodes and antagonisms of oscillations are mixed. This allows you to average the level of cavitation in the volume of liquid located in the case. But this level will be significantly lower compared to the level of cavitation in nodes and lumps of a standing wave of deformation in the case when the radiating and reflecting surfaces are parallel. The diffuse ultrasonic field allows to increase the uniformity of cavitation processing of parts in cleaning ultrasonic cavitation baths. But, if we are talking about achieving a high intensity of ultrasonic energy and a high level of cavitation to ensure high efficiency of liquid disinfection (the number of destroyed microorganisms is proportional to the intensity of ultrasonic energy introduced into the liquid), it is necessary to fight with the diffuse field. If the intensity of ultrasonic vibrations is small and the level of pressure drop in the ultrasonic wave does not reach the threshold of cavitation in the liquid, then cavitation will not occur and the device will not destroy harmful microorganisms at all, but on the contrary will stimulate their reproduction.

Мала площа випромінюючої поверхні застосованого в пристрої трансформатора коливальної швидкості не дозволяє ввести в рідину ультразвукову хвилю великої інтенсивності, оскільки при збільшенні підведеної до випромінювача потужності на випромінюючій поверхні утворюється кавітаційний двохфазний прошарок, який поглинає та розсіює значну кількість ультразвукової енергії, перешкоджаючи проходженню ультразвукових коливань в рідину. Тому збільшення підведеної потужності призводить лише до нагріву п'єзокераміки випромінювача.The small area of the radiating surface of the oscillating speed transformer used in the device does not allow introducing an ultrasonic wave of high intensity into the liquid, because when the power supplied to the emitter increases, a cavitation two-phase layer is formed on the radiating surface, which absorbs and dissipates a significant amount of ultrasonic energy, preventing the passage of ultrasonic vibrations into the liquid . Therefore, an increase in the supplied power leads only to heating of the piezoceramics of the emitter.

Таким чином, конструкція, що розглядається, не дозволяє досягти достатньо високої інтенсивності ультразвукового поля і високого рівня кавітації в об'ємі рідини, що обробляється.Thus, the design under consideration does not allow to achieve a sufficiently high intensity of the ultrasonic field and a high level of cavitation in the volume of the liquid being processed.

Тому вказаний пристрій не дозволяє ефективно обробляти рідину з метою її знезараження, активації та отримання стійких емульсій.Therefore, this device does not allow to effectively process the liquid in order to disinfect it, activate it and obtain stable emulsions.

Також відомий ультразвуковий пристрій для обробки рідини (патент України Мо 100470, МПКAn ultrasonic device for liquid treatment is also known (patent of Ukraine Mo 100470, IPC

СО2Е 1/36, СО2Е 1/30, опубл. 25.12.2012, Бюл. Мо 24), що містить вертикально розташований порожнинний ступінчастий корпус з донною торцевою поверхнею та вхідним і вихідним бо патрубками, ультразвуковий випромінювач з торцевою поверхнею випромінювання, закріплений в верхній частині ступінчастого корпусу, яка має більший діаметр, в вузловій точці стоячої хвилі деформації з утворенням герметичної порожнини та можливістю випромінювання ультразвукових хвиль в бік донної торцевої поверхні, яка розташована паралельно поверхні випромінювання на регламентованій відстані в ступені меншого діаметру.СО2Е 1/36, СО2Е 1/30, publ. 25.12.2012, Bull. Mo 24), containing a vertically located hollow stepped housing with a bottom end surface and inlet and outlet nozzles, an ultrasonic emitter with a radiation end surface, fixed in the upper part of the stepped housing, which has a larger diameter, in the nodal point of a standing wave of deformation with the formation of a hermetic cavity and the possibility of radiating ultrasonic waves towards the bottom end surface, which is located parallel to the radiation surface at a regulated distance in degrees of smaller diameter.

В пристрої також використовується тільки одне фізичне поле - ультразвукове.The device also uses only one physical field - ultrasonic.

Можливість випромінювання ультразвукових хвиль вздовж корпусу забезпечується розташуванням ультразвукового перетворювача у верхній частині корпусу, де в області кріплення трансформатора швидкості утворено герметичну порожнину. Ця порожнина не дозволяє змочувати вузлову точку кріплення трансформатора швидкості. В разі змочування цієї точки ультразвукова енергія може стікати в рідину і не доходити в повному обсязі до вихідного торця трансформатора швидкості, зменшуючи ефективність його коливань.The ability to emit ultrasonic waves along the housing is ensured by the location of the ultrasonic transducer in the upper part of the housing, where a hermetic cavity is formed in the area where the speed transformer is attached. This cavity prevents wetting of the nodal point of speed transformer attachment. In the case of wetting of this point, the ultrasonic energy may flow into the liquid and not reach the output end of the speed transformer in full, reducing the efficiency of its oscillations.

Досягнення необхідної інтенсивності ультразвукових коливань в конструкції забезпечується за рахунок ступінчастої конструкції корпусу, яка виконує функцію чверть хвильового трансформатора тиску. Завдяки трансформатору тиску в ступені меншого діаметру коливання тиску збільшуються, що призводить до інтенсивного розвитку кавітації та, відповідно, більш інтенсивної обробки рідини.Achieving the necessary intensity of ultrasonic oscillations in the structure is ensured by the step design of the housing, which performs the function of a quarter-wave pressure transformer. Thanks to the pressure transformer in the stage of smaller diameter, pressure fluctuations increase, which leads to the intensive development of cavitation and, accordingly, more intensive processing of the liquid.

Найбільш близьким до запропонованого є ультразвуковий пристрій для обробки рідини (патент України Мо 113244, СО2Е 1/36, СО2Е 1/30, опубл. 26.12.2016, Бюл. Мо 24), що містить порожнистий з донною торцевою поверхнею корпус з немагнітного матеріалу, в якому послідовно встановлені вертикально розташований, ультразвуковий резонансний випромінювач, частота збудження якого дорівнює власній частоті оброблюваної рідини, з зануреною в рідину випромінюючою поверхнею, закріплений в корпусі у вузловій точці хвилі деформації, що встановилася по довжині ультразвукового випромінювача, з утворенням герметичної порожнини, та блок магнітної обробки, утворений набором постійних магнітів, причому рідина в корпус підводиться через штуцер, встановлений в корпусі над випромінюючою поверхнею ультразвукового випромінювача, а штуцер для відведення рідини встановлений в торцевій донній поверхні корпусу, яка паралельна випромінюючій поверхні.The closest to the proposed one is an ultrasonic device for liquid treatment (patent of Ukraine Mo 113244, СО2Е 1/36, СО2Е 1/30, publ. 26.12.2016, Byul. Mo 24), which contains a hollow body with a bottom end surface made of non-magnetic material, in which a vertically located, ultrasonic resonant emitter, the excitation frequency of which is equal to the natural frequency of the treated liquid, with a radiating surface immersed in the liquid, fixed in the housing at the nodal point of the deformation wave established along the length of the ultrasonic emitter, with the formation of a hermetic cavity, and a block magnetic processing, formed by a set of permanent magnets, and the liquid is supplied to the housing through a fitting installed in the housing above the radiating surface of the ultrasonic emitter, and a fitting for draining the liquid is installed in the end bottom surface of the housing, which is parallel to the radiating surface.

В пристрої вже використано два фізичних поля - ультразвукове і магнітне. Це дозволило збільшити можливості енергетичного впливу на рідину і мікроорганізми в ній.The device already uses two physical fields - ultrasonic and magnetic. This made it possible to increase the possibilities of energetic influence on the liquid and microorganisms in it.

Зо Необхідна висока інтенсивність ультразвуку досягається за рахунок трансформатору тиску, який дозволяє в ступені меншого діаметру корпусу отримати збільшену амплітуду коливань звукового тиску. Для забезпечення достатньо високого ККД амплітуда коливань випромінюючої поверхні незначна, що дозволяє ефективно ввести в об'єм трансформатору тиску ультразвукові коливання без утворення на випромінюючій поверхні кавітаційного прошарку, який поглинає і розсіює ультразвукову енергію. Але застосований ультразвуковий трансформатор тиску не дозволяє суттєво підвищити амплітуду тиску, оскільки для цього необхідно при забезпеченні поршневих коливань випромінюючої поверхні (що накладає обмеження на її діаметр) застосувати малий діаметр другої ступені трансформатора. Але в цей малий діаметр ультразвукова хвиля входить зі ступеню більшого діаметру дуже не ефективно зі значними втратами, що не дозволяє досягти суттєвого підвищення інтенсивності коливань.З The necessary high intensity of ultrasound is achieved due to a pressure transformer, which allows to obtain an increased amplitude of sound pressure fluctuations in the case of a smaller diameter of the case. To ensure a sufficiently high efficiency, the amplitude of oscillations of the radiating surface is small, which allows us to effectively introduce ultrasonic oscillations into the volume of the pressure transformer without the formation of a cavitation layer on the radiating surface, which absorbs and dissipates ultrasonic energy. But the applied ultrasonic pressure transformer does not allow to significantly increase the pressure amplitude, since for this it is necessary to use a small diameter of the second stage of the transformer when ensuring piston oscillations of the radiating surface (which imposes restrictions on its diameter). But in this small diameter, the ultrasonic wave enters with a degree of a larger diameter very inefficiently with significant losses, which does not allow to achieve a significant increase in the intensity of oscillations.

Застосована в пристрої магнітна обробка рідини не є ефективною, оскільки діє на короткому проміжку шляху течії рідини і створює тільки малопотужне магнітне поле.The magnetic treatment of the liquid used in the device is not effective, because it acts on a short distance of the liquid flow path and creates only a weak magnetic field.

Для вирішення поставленої задачі в пристрої для ультразвукової обробки рідини, що містить порожнистий з донною торцевою поверхнею корпус з немагнітного матеріалу, в якому послідовно встановлені вертикально розташований, ультразвуковий резонансний випромінювач, частота збудження якого дорівнює власній частоті оброблюваної рідини, з зануреною в рідину випромінюючою поверхнею, закріплений в корпусі у вузловій точці хвилі деформації що встановилася по довжині ультразвукового випромінювача, з утворенням герметичної порожнини, та блок магнітної обробки, утворений набором постійних магнітів, причому рідина в корпус підводиться через штуцер, встановлений в корпусі над випромінюючою поверхнею ультразвукового випромінювача, а штуцер для відведення рідини встановлений в торцевій донній поверхні корпусу, яка паралельна випромінюючій поверхні, ультразвуковий випромінювач оснащений трансформатором коливальної швидкості, на вихідній торцевій поверхні якого з утворенням відносно корпусу щілинних зазорів для протікання рідини виконаний плоский дисковий вібратор з можливістю випромінювання своїми поверхнями, діаметр якого обраний меншим за половину довжини ультразвукової хвилі деформації, що встановилася по довжині ультразвукового випромінювача, на боковій циліндричній поверхні вібратора виконана канавка з двома похилими поверхнями, відстань від плоскої торцевої поверхні дискового вібратора до торцевої донної поверхні корпусу обрана кратною непарній бо кількості чвертей довжини ультразвукової хвилі, що встановилася в рідині в напрямку випромінювання в бік торцевої поверхні корпусу, а набір постійних магнітів виконано у вигляді набору кільцевих постійних магнітів з поляризацією по товщині, що охоплюють частину корпусу перед торцевою донною поверхнею, причому магніти встановлені однойменними полюсами один до одного.To solve the given problem in a device for ultrasonic treatment of a liquid containing a hollow body with a bottom end surface made of non-magnetic material, in which a vertically located, ultrasonic resonant emitter, the excitation frequency of which is equal to the natural frequency of the liquid being processed, with a radiating surface immersed in the liquid, is sequentially installed, fixed in the housing at the nodal point of the deformation wave established along the length of the ultrasonic emitter, with the formation of a hermetic cavity, and the magnetic processing block formed by a set of permanent magnets, and the liquid is fed into the housing through a fitting installed in the housing above the emitting surface of the ultrasonic emitter, and the fitting for the liquid outlet is installed in the end bottom surface of the housing, which is parallel to the emitting surface, the ultrasonic emitter is equipped with an oscillating speed transformer, on the output end surface of which, with the formation of slit gaps relative to the housing for the flow of liquid, a flat disk vibrator is made with the possibility of radiation through its surfaces, the diameter of which is chosen to be less than half the length of the ultrasonic wave of deformation established along the length of the ultrasonic emitter, a groove with two inclined surfaces is made on the side cylindrical surface of the vibrator, the distance from the flat end surface of the disk of the vibrator to the end bottom surface of the housing is chosen as a multiple of an odd number of quarters of the ultrasonic wave length established in the liquid in the direction of radiation towards the end surface of the housing, and the set of permanent magnets is made in the form of a set of annular permanent magnets with polarization in thickness, covering the part of the housing in front end bottom surface, and the magnets are installed with the poles of the same name facing each other.

В конструкції, що пропонується, застосований ультразвуковий трансформатор швидкості, що дозволяє значно збільшити амплітуду коливань поверхні випромінювання і, відповідно, збільшити інтенсивність ультразвуку. Але, як відомо, це призводить до появи на поверхні випромінювання кавітаційного прошарку, який розсіює та поглинає ультразвукову енергію, тобто перешкоджає потраплянню ультразвукової енергії в корпус пристрою. Тому, за звичай, з цим прошарком борються з метою збільшення кількості ультразвукової енергії, що може потрапити в об'єм корпусу пристрою. В пристрої, що пропонується, цей дуже інтенсивний кавітаційний прошарок і використано для кавітаційної обробки рідини. З цією метою рідину змусили протікати здовж усієї поверхні дискового випромінюючого вібратора, протискаючись крізь, спеціально організовану, вузьку щілину. Канавка на боковій поверхні вібратора додатково забезпечує кавітаційний вплив на рідину. Тепер увесь потік рідини гарантовано отримає кавітаційну обробку максимальної інтенсивності.In the proposed design, an ultrasonic speed transformer is used, which allows to significantly increase the amplitude of oscillations of the radiation surface and, accordingly, to increase the intensity of ultrasound. But, as is known, this leads to the appearance of a cavitation layer on the radiation surface, which scatters and absorbs ultrasonic energy, that is, it prevents ultrasonic energy from entering the device body. Therefore, as usual, this layer is combated in order to increase the amount of ultrasonic energy that can enter the volume of the device body. In the proposed device, this very intense cavitation layer is used for the cavitation treatment of the liquid. For this purpose, the liquid was forced to flow along the entire surface of the disk emitting vibrator, squeezing through a specially organized, narrow gap. The groove on the side surface of the vibrator additionally provides a cavitation effect on the liquid. Now the entire liquid flow is guaranteed to receive cavitation treatment of maximum intensity.

Застосування набору магнітів у вигляді групи кільцевих постійних магнітів з поляризацією по товщині, що охоплюють частину корпусу перед торцевою донною поверхнею та встановлені однойменними полюсами один до одного, дозволяє суттєво збільшити інтенсивність впливу на рідину магнітного поля. Пульсуюче по інтенсивності та направленості магнітне поле, утворене таким чином розміщеними постійними магнітами, забезпечує інтенсивну магнітну обробку рідини після кавітації.The use of a set of magnets in the form of a group of ring permanent magnets with thickness polarization, covering the part of the case in front of the end bottom surface and installed with the same poles to each other, allows to significantly increase the intensity of the influence of the magnetic field on the liquid. The magnetic field pulsating in intensity and direction, formed by permanent magnets placed in this way, ensures intensive magnetic treatment of the liquid after cavitation.

Сутність винаходу пояснюється рисунком, де показана схема ультразвукового пристрою для обробки рідини.The essence of the invention is explained by the figure, which shows the diagram of an ultrasonic device for liquid treatment.

Пристрій складається з вертикально розташованого порожнистого корпусу 1 з донною торцевою поверхнею 2, вхідним патрубком З та вихідним патрубком 4. Причому вихідний патрубок розташований в зоні донної поверхні 2 і з'єднаний з внутрішньою порожниною корпусу 1. В верхній частині корпусу 1 розміщений ультразвуковий випромінювач, складений з п'єзокерамічних кілець 5, демпфуючої накладки 6 та трансформатора коливальної швидкості 7.The device consists of a vertically located hollow body 1 with a bottom end surface 2, an inlet nozzle C and an outlet nozzle 4. Moreover, the outlet nozzle is located in the area of the bottom surface 2 and is connected to the internal cavity of the housing 1. An ultrasonic emitter is placed in the upper part of the housing 1, composed of piezoceramic rings 5, a damping pad 6 and an oscillating speed transformer 7.

Зо Вихідна торцева поверхня трансформатора коливальної швидкості 7 виконана у вигляді дискового вібратора 8 з можливістю випромінювання своїми поверхнями та з утворенням відносно корпусу 1 щілинних зазорів для протікання рідини. Для утворення щілинного зазору біля поверхні вібратора 8, що випромінює в протилежному напрямку від донної поверхні 2 корпусу 1 встановлений вкладиш 9, виконаний з двох поздовжньо розрізаних половин. Діаметр дискового вібратора 8 обраний меншим за половину довжини ультразвукової хвилі деформації, що встановилася по довжині ультразвукового випромінювача. На боковій циліндричній поверхні вібратора 8 виконана канавка 10 з двома похилими поверхнями. Відстань від плоскої торцевої поверхні дискового вібратора до торцевої донної поверхні 2 корпусу 1 обрана кратною парній кількості чвертей довжини ультразвукової хвилі 11, що встановилася в рідині в напрямку випромінювання в бік торцевої поверхні 2 корпусу 1. Набір постійних магнітів виконано у вигляді набору кільцевих постійних магнітів 12 з поляризацією по товщині, що охоплюють частину корпусу 1 перед торцевою донною поверхнею 2, причому магніти встановлені однойменними полюсами один до одного.З The output end surface of the oscillating speed transformer 7 is made in the form of a disk vibrator 8 with the possibility of radiation through its surfaces and with the formation of slots relative to the body 1 for the flow of liquid. For the formation of a slit gap near the surface of the vibrator 8, radiating in the opposite direction from the bottom surface 2 of the housing 1, an insert 9 made of two longitudinally cut halves is installed. The diameter of the disk vibrator 8 is chosen to be less than half the length of the ultrasonic wave of deformation established along the length of the ultrasonic emitter. A groove 10 with two inclined surfaces is made on the side cylindrical surface of the vibrator 8. The distance from the flat end surface of the disk vibrator to the end bottom surface 2 of the housing 1 is chosen as a multiple of an even number of quarters of the length of the ultrasonic wave 11, established in the liquid in the direction of radiation towards the end surface 2 of the housing 1. The set of permanent magnets is made in the form of a set of ring permanent magnets 12 with polarization across the thickness, covering the part of the housing 1 in front of the end bottom surface 2, and the magnets are installed with the same poles to each other.

Пристрій працює наступним чином. Через пристрій за допомогою вхідного З та вихідного 4 патрубків прокачується рідина, яка потребує кавітаційної обробки. При цьому, завдяки герметичному кріпленню ультразвукового випромінювача за допомогою ущільнення, в верхній частині порожнини корпусу 1 утворюється повітряна герметична порожнина. Ця порожнина не дозволяє змочувати вузлову точку кріплення ультразвукового випромінювача. В разі змочування цієї точки ультразвукова енергія може стікати в рідину і не доходити в повному обсязі до поверхні випромінювання дискового вібратора 8, зменшуючи ефективність роботи випромінювача. Пристрій готовий до роботи. При подачі високочастотної напруги від електричного генератора коливань на п'єзоелементи 5 випромінювача в останньому збуджуються поздовжні резонансні пружні механічні коливання, які при цьому дорівнюють і частоті власних коливань рідини. Це призводить до виникнення резонансних коливань рідини, що забезпечує максимальну ефективність обробки рідині. Ультразвукова хвиля вводиться в рідину з інтенсивністю, яка перевищує поріг виникнення кавітації в рідині. При чому максимальна інтенсивність коливань має місце на поверхні випромінювання дискового вібратора 8. Потім завдяки кавітаційному прошарку, що утворюється на поверхні вібратора, відбувається різке зменшення інтенсивності ультразвуку. Це відбувається внаслідок поглинання бо та розсіювання ультразвуку в кавітаційному прошарку на поверхні дискового вібратору. Тому максимально ефективній кавітаційній обробці буде піддаватися рідина в кавітаційному прошарку, тобто рідина, яка протікає крізь щілини, які утворені між дисковим вібратором 8, корпусом 1 та вкладишем 9 пристрою. Канавка 10 на боковій циліндричній поверхні вібратора 8 також завдяки наявності похилих поверхонь буде випромінювати ультразвук в щілинний зазор, збільшуючи площу поверхні випромінювання, тобто кавітаційного прошарку, в якому рідина, що протікає, піддається інтенсивній кавітаційній обробці. Оскільки діаметр випромінюючого вібратора 8 обраний меншим за половину довжини ультразвукової хвилі деформації, що встановилася по довжині ультразвукового випромінювача, вібратор 8 здійснює поршневі, а не згинальні коливання. Тобто кавітаційний прошарок на поверхні вібратора 8 має постійну товщину, що забезпечує максимально ефективну кавітаційну обробку рідини. Далі рідина потрапляє в канал, який з'єднаний з вихідним штуцером 4 та має торцеву поверхню 2 відбиття ультразвукових хвиль. Цей канал розміщено нормально до поверхні випромінювання дискового вібратора і тому ультразвукова хвиля буде заходити в нього, утворюючи завдяки його регламентованій довжині хвилю деформації 11, що встановлюється. Тому в цьому каналі також буде відбуватися кавітаційна обробка рідини, але вже з меншою інтенсивністю ніж в щілинному зазорі. Потужні циліндричні магніти 12, що охоплюють цей канал, створюють знакозмінне магнітне поле, яке здійснює інтенсивну магнітну обробку рідини.The device works as follows. A liquid that needs cavitation treatment is pumped through the device using inlet 3 and outlet 4 nozzles. At the same time, due to hermetic fastening of the ultrasonic emitter with the help of a seal, an air-tight cavity is formed in the upper part of the cavity of the housing 1. This cavity does not allow wetting of the nodal point of attachment of the ultrasonic emitter. In the case of wetting of this point, the ultrasonic energy may flow into the liquid and not reach the radiation surface of the disk vibrator 8 in full, reducing the efficiency of the emitter. The device is ready for operation. When a high-frequency voltage is applied from the electric oscillation generator to the piezo elements 5 of the emitter, longitudinal resonant elastic mechanical oscillations are excited in the latter, which are also equal to the frequency of the natural oscillations of the liquid. This leads to the emergence of resonant vibrations of the liquid, which ensures maximum efficiency of liquid processing. An ultrasonic wave is introduced into a liquid with an intensity that exceeds the threshold for cavitation in the liquid. Moreover, the maximum intensity of oscillations occurs on the radiation surface of the disk vibrator 8. Then, thanks to the cavitation layer formed on the surface of the vibrator, a sharp decrease in the intensity of ultrasound occurs. This happens due to the absorption and scattering of ultrasound in the cavitation layer on the surface of the disk vibrator. Therefore, the liquid in the cavitation layer will be subjected to the most effective cavitation treatment, that is, the liquid that flows through the gaps that are formed between the disk vibrator 8, the body 1 and the insert 9 of the device. The groove 10 on the side cylindrical surface of the vibrator 8 also due to the presence of inclined surfaces will emit ultrasound into the slot gap, increasing the area of the radiation surface, that is, the cavitation layer, in which the flowing liquid is subjected to intensive cavitation treatment. Since the diameter of the emitting vibrator 8 is chosen to be less than half the length of the ultrasonic wave of deformation established along the length of the ultrasonic emitter, the vibrator 8 carries out reciprocating rather than bending oscillations. That is, the cavitation layer on the surface of the vibrator 8 has a constant thickness, which ensures the most effective cavitation treatment of the liquid. Next, the liquid enters the channel, which is connected to the outlet fitting 4 and has an end surface 2 for reflecting ultrasonic waves. This channel is placed normal to the radiation surface of the disk vibrator and therefore the ultrasonic wave will enter it, forming due to its regulated length the deformation wave 11, which is established. Therefore, cavitation processing of the liquid will also take place in this channel, but with a lower intensity than in the slot gap. Powerful cylindrical magnets 12 covering this channel create a sign-changing magnetic field that carries out intensive magnetic treatment of the liquid.

Запропонований кавітаційний пристрій для обробки рідини дозволяє активувати рідину за рахунок ультразвукової кавітації та магнітного впливу.The proposed cavitation device for liquid processing allows to activate the liquid due to ultrasonic cavitation and magnetic influence.

Активоване рідке паливо має підвищені енергетичні показники горіння. Таке паливо встигає повністю з максимальною ефективністю згоріти в камері двигуна внутрішнього згоряння, не змиває мастильну плівку з пар тертя і не викидається з вихлопними газами в атмосферу.Activated liquid fuel has increased energy indicators of combustion. Such fuel manages to burn completely with maximum efficiency in the chamber of the internal combustion engine, does not wash off the lubricating film from friction vapors and is not released into the atmosphere with exhaust gases.

Емульсія, отримана в такому пристрої, довгий час не розшаровується завдяки інтенсивному кавітаційному перемішуванню на молекулярному рівні. Задіяна в пристрої інтенсивна кавітаційна обробка здатна знешкодити широке коло шкідливих бактерій, вірусів та мікроорганізмів в рідині, забезпечити високий рівень окислювальних процесів в рідині, що дозволить наситити її вільними радикалами, тобто активувати рідину. Застосування потужних постійних магнітів, які знакозмінними силовими лініями пронизують збурену та розірвану кавітацією рідину, дозволяє, додатково до ультразвукового поля, забезпечити максимальноThe emulsion obtained in such a device does not stratify for a long time due to intensive cavitation mixing at the molecular level. The intensive cavitation treatment involved in the device is capable of neutralizing a wide range of harmful bacteria, viruses and microorganisms in the liquid, ensuring a high level of oxidation processes in the liquid, which will allow it to be saturated with free radicals, that is, to activate the liquid. The use of powerful permanent magnets, which with alternating lines of force penetrate the liquid disturbed and torn by cavitation, allows, in addition to the ultrasonic field, to provide the maximum

Зо ефективний вплив на рідину магнітного поля, що призводить до заспокоєння, структуризації та додаткового активування рідини.Effective influence of the magnetic field on the liquid, which leads to calming, structuring and additional activation of the liquid.

Claims

FORMULA OF THE INVENTION

An ultrasonic device for liquid processing, containing a hollow body with a bottom end surface made of non-magnetic material, in which there are consecutively installed, vertically located, ultrasonic resonant emitters, the excitation frequency of which is equal to the natural frequency of the processed liquid, with the emitting surface immersed in the liquid, fixed in the housing in at the nodal point of the deformation wave established along the length of the ultrasonic emitter, with the formation of a hermetic cavity, and a magnetic processing unit formed by a set of permanent magnets, and the liquid is fed into the housing through a fitting installed in the housing above the radiating surface of the ultrasonic emitter, and a fitting for draining the liquid is installed in the end bottom surface of the housing, which is parallel to the emitting surface, which differs in that the ultrasonic emitter is equipped with an oscillating speed transformer, on the output end surface of which with the formation of slit gaps relative to the housing for fluid flow, a flat disk vibrator with the possibility of radiation through its surfaces is made, the diameter of which is chosen to be less than half the length of the ultrasonic deformation wave established along the length of the ultrasonic emitter, a groove with two inclined surfaces is made on the side cylindrical surface of the vibrator, the distance from the flat end surface of the disk vibrator to of the end bottom surface of the housing is chosen as a multiple of an odd number of quarters of the length of the ultrasonic wave that has settled in the liquid in the direction of radiation towards the end surface of the housing, and the set of permanent magnets is made in the form of a set of ring permanent magnets with polarization in thickness, covering the part of the housing in front of the end bottom surface , and the magnets are installed with the poles of the same name facing each other.