UA146596U - Ультразвуковий кавітатор - Google Patents

Abstract

Ультразвуковий кавітатор містить щонайменше один ультразвуковий випромінювач з трансформатором коливної швидкості, жорстко зафіксованим на зовнішній твірній поверхні проточного вібратора у формі труби або набору окремих циліндричних трубчастих вібраторів, що ущільнені між собою та верхньою і нижньою торцевими кришками, а також вхідний та вихідний патрубки. Додатково введено перехідний стакан, встановлений разом із вхідним патрубком у верхній торцевій кришці коаксіально, вихідний патрубок встановлено в перехідному стакані тангенційно до внутрішньої поверхні останнього, а нижня торцева кришка виконана глухою з можливістю періодичного промивання внутрішньої порожнини кавітатора.

Description

Корисна модель належить до технологічного застосування ультразвукової енергії і може бути використана для обробки розплавленої сірки в процесі приготування сірчаного в'яжучого, а також в інших галузях промисловості та побуті для інтенсифікації технологічних процесів, наприклад знезараження рідин від шкідливих та небезпечних мікроорганізмів та вірусів, отримання стійких емульсій, активування рідин, диспергування, дегазації тощо.

В наш час суттєво зростає роль фізичних факторів впливу для обробки рідин та розплавів.

Особливо широке розповсюдження в різних галузях промисловості отримали ультразвукові методи інтенсифікації технологічних процесів, які суттєво змінюють фізико-хімічні властивості рідин, розчинів та розплавів, що дозволяє ефективно впливати на цілий ряд технологічних процесів. Для реалізації методів ультразвукового впливу на різноманітні технологічні процеси використовують різні види ультразвукових пристроїв і апаратів. Конструкції цих пристроїв залежать від технічних вимог, що ставляться при конкретній розробці процесу. Виконання цих вимог часто потребує рішення складних суперечливих конструкторсько-технологічних задач. Від вибору конструкції ультразвукового пристрою для впливу на рідкі середовища залежить ефективність самого впливу на технологічний процес.

Відомий ультразвуковий кавітатор (Патент України на винахід Мо 100470, МПК СО2Е 1/36,

СО2Е 1/30, опубл.25.12.2012, Бюл. Мо 24), що містить ультразвуковий випромінювач у вигляді складеного п'єзоелектричного перетворювача з трансформатором коливної швидкості, який занурений у проточну рідину поверхнею випромінювання.

Ультразвуковий випромінювач збуджується на резонансній частоті і забезпечує введення в рідину ультразвукових пружних коливань. Якщо інтенсивність коливань перевищує поріг виникнення кавітації в рідині за даних умов, ультразвукова хвиля призводить до виникнення в рідині у фазі розрідження хвилі розривів з утворенням кавітаційних бульбашок, які схлопуються у фазі стиснення хвилі з утворенням потужних ударних хвиль, інтенсивних кумулятивних струменів та мікротечій. Вказані ефекти, що супроводжують явище ультразвукової кавітації, приводять до інтенсивної обробки рідини, яка і забезпечує підвищення ефективності багатьох технологічних процесів, що використовують рідинні компоненти.

Однак, проблемою є введення в рідину ультразвукової хвилі достатньо високої інтенсивності. Це пов'язано з тим, що на поверхні випромінювання трансформатора коливної

Зо швидкості утворюється кавітаційний прошарок, який поглинає та розсіює ультразвукові коливання, перешкоджаючи їх проходженню в рідину. При цьому ефективність введення в рідину коливань значно зменшується. Збільшення ефективності кавітаційної обробки рідини за рахунок збільшення площі поверхні випромінювання не є ефективним, оскільки збільшення площі робочої поверхні трансформатора коливної швидкості призводить до виникнення на поверхні згинальних, а не поршневих коливань з вузловими зонами, в яких кавітація відсутня.

Тому наведений аналог не дозволяє ефективно обробити проточну рідину і є малоефективним.

Недоліком є також і малий термін працездатності пристрою, оскільки кавітаційний прошарок інтенсивно руйнує цю поверхню випромінювання внаслідок її кавітаційної ерозії.

Відомий ультразвуковий кавітатор (Патент України на винахід Мо 92987, МПК СО2Е 1/36,

Со2Е 1/48, ВО10 19/00, АбТІ 2/02, опубл. 27.12.2010, Бюл. Мо 24), що містить набір ультразвукових випромінювачів у вигляді складених п'єзоелектричних перетворювачів з трансформаторами коливної швидкості, які жорстко приєднані до зовнішньої твірної поверхні проточного вібратора у вигляді циліндричної труби або набору окремих циліндричних трубчастих вібраторів, що ущільнені між собою, а також вхідний та вихідний патрубки.

В цьому випадку вдається значно збільшити потужність кавітатора, значно збільшити поверхню випромінювання та збільшити шлях проходження рідини по кавітаційній області, тобто збільшити час перебування рідини під кавітаційним впливом, а, відповідно, і ефективність кавітаційної обробки рідини. Проточний вібратор збуджується на радіальній моді коливань. При цьому ультразвукова хвиля вводиться в рідину з великої внутрішньої циліндричної поверхні вібратора з малою інтенсивністю, тобто без утворення кавітаційного прошарку, а досягнення необхідної високої інтенсивності забезпечується в центральній частині вібратора за рахунок фокусуючих властивостей циліндричної поверхні випромінювання. Відсутність кавітації на поверхні випромінювання забезпечує її довготривалу стійкість внаслідок відсутності кавітаційної ерозії.

Недоліком конструкції, що розглядається, є великі габарити, які необхідні для досягнення необхідного часу кавітаційної обробки рідини при її протіканні через кавітатор.

Найбільш близьким до запропонованого є ультразвуковий кавітатор (патент України на корисну модель Мо 67944, МПК СО2Е 1/00 (2012.01), 048 31/00, дата публ. 12.03.2012, Бюл.Мо 5), що містить набір ультразвукових випромінювачів з трансформаторами коливної швидкості, бо які жорстко приєднані до зовнішньої твірної поверхні проточного вібратора у вигляді циліндричної труби або набору окремих циліндричних трубчастих вібраторів, що ущільнені між собою та верхньою і нижньою торцевими кришками, а також вхідний та вихідний патрубки, причому у вхідному патрубку встановлений напрямний апарат шнекового типу.

Вказана конструкція характеризується значними габаритами, що обмежує можливості його застосування в мобільному технологічному обладнанні, яке використовує ефекти, що супроводжують явище ультразвукової кавітації.

В основу корисної моделі поставлено задачу створення ультразвукового кавітатора, що забезпечує ефективну кавітаційну обробку потоку рідини за умови суттєвого зменшення габаритних розмірів.

Поставлена задача вирішується в ультразвуковому кавітаторі тим, що містить щонайменше один ультразвуковий випромінювач з трансформатором коливної швидкості, жорстко зафіксованим на зовнішній твірній поверхні проточного вібратора у формі труби або набору окремих трубчастих вібраторів, що ущільнені між собою та верхньою і нижньою торцевими кришками, а також вхідний та вихідний патрубки, згідно з корисною моделлю, додатково введено перехідний стакан, який встановлений разом із вхідним патрубком у верхній торцевій кришці кавітатора коаксіально, вихідний патрубок встановлено в перехідному стакані тангенційно до внутрішньої поверхні останнього, а нижня торцева кришка виконана глухою з можливістю періодичного промивання внутрішньої порожнини кавітатора.

Крім того, ультразвукові випромінювачі виконані у вигляді складених п'єзоелектричних перетворювачів.

Крім того, трансформатори коливної швидкості зафіксовані на зовнішній поверхні проточного вібратора методом зварювання або різьбовим з'єднанням або спеціальним високотемпературним клеєм.

Крім того, вхідний патрубок та перехідний стакан встановлені співвісно до поздовжньої осі проточного вібратора, а у вхідному патрубку встановлений напрямний елемент.

Крім того, проточний вібратор виконано багатогранним з числом граней не менше трьох, де на кожній грані розташований ультразвуковий випромінювач і трансформатор коливної швидкості.

Крім того, поздовжня вісь проточного вібратора розташована відносно горизонтальної

Зо поверхні в межах 0-360 кутових градусів.

Подібне виконання конструкції кавітатора забезпечує в два рази більший шлях проходження рідини по кавітаційній області за рахунок розвертання потоку рідини на 1809 над нижньою кришкою. При цьому вдвічі збільшується час кавітаційної обробки рідини. Тангенційне встановлення вихідного патрубка в перехідному стакані верхньої торцевої кришки дозволяє відвести кавітаційно оброблений потік з мінімальними гідравлічними втратами рідини без порушення напрямку її течії.

Суть корисної моделі пояснюється кресленнями на фіг. 1 та фіг. 2, де представлений переріз по лінії А-А.

Ультразвуковий кавітатор містить щонайменше один ультразвуковий випромінювач 1 з трансформатором коливної швидкості 2, жорстко зафіксованим на зовнішній твірній поверхні проточного вібратора З у формі труби або набору окремих трубчастих вібраторів, що ущільнені між собою та верхньою 4 і нижньою 5 торцевими кришками, а також вхідний 6 та вихідний 7 патрубки. В кавітітор додатково введено перехідний стакан 8, встановлений разом із вхідним патрубком б у верхній торцевій кришці 4 коаксіально; вихідний патрубок 7 встановлено в перехідному стакані 8 тангенційно до внутрішньої поверхні останнього, а нижня торцева кришка 5 виконана глухою з можливістю періодичного промивання внутрішньої порожнини кавітатора за допомогою вентиля 9. Ультразвукові випромінювачі 1 виконані у вигляді складених п'єзоелектричних перетворювачів. Трансформатори коливної швидкості 2 зафіксовані на зовнішній поверхні проточного вібратора З методом зварювання або різьбовим з'єднанням, або спеціальним високотемпературним клеєм. Вхідний патрубок б та перехідний стакан 8 встановлені співвісно до поздовжньої осі 10 проточного вібратора 3, а у вхідному патрубку 6 встановлений напрямний елемент 11, наприклад, шнекового типу. Проточний вібратор 1 може бути виконано багатогранним з числом граней не менше трьох, де на кожній грані розташований ультразвуковий випромінювач 1 і трансформатор коливної швидкості 2. Крім того, поздовжня вісь 10 проточного вібратора З розташована відносно горизонтальної поверхні 12 в межах 0...360 кутових градусів.

Працює ультразвуковий кавітатор наступним чином.

Розплавлена сірка в рідкому стані або інша рідина на фіг. 1, що потребує кавітаційної обробки, подається у вхідний патрубок 6. Проходячи через напрямний елемент 11, наприклад бо шнекового типу, потік розплаву або рідини закручується і потрапляє в циліндричну порожнину проточного вібратора 3. За допомогою ультразвукового електронного генератора (на фіг. 1 умовно не показаний) проточний вібратор З збуджується на радіальній моді коливань.

Коливання проточного вібратора З збуджуються за допомогою ультразвукових випромінювачів 1, наприклад у формі складених п'єзоелектричних перетворювачів, трансформатори 2 коливної швидкості яких жорстко приєднані до поверні проточного вібратора З шляхом зварювання або різьбовим з'єднанням або за допомогою спеціального високотемпературного клею.

Трансформатори коливної швидкості 2 забезпечують досягнення необхідної амплітуди коливань проточного вібратора 3. Проточний вібратор 3 коливається з амплітудою, яка не призводить до виникнення на його внутрішній випромінюючій поверхні кавітаційного прошарку, який може поступово руйнувати цю поверхню за рахунок кавітаційної ерозії. Завдяки спеціальній формі внутрішньої поверхні проточного вібратора З відбувається концентрація ультразвукової енергії вздовж поздовжньої осі 10 до рівня, що збуджує ультразвукову кавітацію в робочому об'ємі проточного вібратора 3. Велика площа внутрішньої поверхні проточного вібратора З дозволяє при невеликій інтенсивності на його поверхні ввести в об'єм рідини ультразвукові пружні коливання великої потужності від декількох ультразвукових випромінювачів 1. Закручений потік розплаву сірки або іншої рідини проходить крізь проточний вібратор 3, кавітайційно обробляється і завдяки глухій нижній торцевій кришці 5 розвертається на 1809 та підіймається вгору. При цьому потік повторно піддається кавітаційній обробці. У верхній торцевій кришці 4 потік рідини потрапляє в перехідний стакан 8 і далі - в тангенціально встановлений вихідний патрубок 7 та виходить з кавітатора. Тангенційне встановлення вихідного патрубка 7 в перехідному стакані 8 верхньої торцевої кришки 4 дозволяє відвести кавітаційно оброблений потік без порушення напрямку його течії, тобто з мінімальними гідравлічними втратами. При цьому поздовжня вісь 10 проточного вібратора З може бути розташована відносно горизонтальної поверхні 12 в межах 0-360 кутових градусів.

Запропонована конструкція ультразвукового кавітатора дозволяє досягти необхідного рівня кавітаційної обробки розплаву сірки або іншої рідини за умови значного зменшення габаритних розмірів технологічного обладнання.

Claims (6)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Коо)

1. Ультразвуковий кавітатор, що містить щонайменше один ультразвуковий випромінювач (1) з трансформатором коливної швидкості (2), жорстко зафіксованим на зовнішній твірній поверхні проточного вібратора (3) у формі труби або набору окремих циліндричних трубчастих вібраторів, що ущільнені між собою та верхньою (4) і нижньою (5) торцевими кришками, а також вхідний (б) та вихідний (7) патрубки, який відрізняється тим, що додатково введено перехідний стакан (8), встановлений разом із вхідним патрубком (6) у верхній торцевій кришці (4) коаксіально, вихідний патрубок (7) встановлено у перехідному стакані (8) тангенційно до внутрішньої поверхні останнього, а нижня торцева кришка (5) виконана глухою з можливістю періодичного промивання внутрішньої порожнини кавітатора.

2. Кавітатор за п. 1, який відрізняється тим, що ультразвукові випромінювачі (1) виконані у вигляді складених п'єзоелектричних перетворювачів.

З. Кавітатор за п. 1, який відрізняється тим, що трансформатори коливної швидкості (2) зафіксовані на зовнішній поверхні проточного вібратора (3) методом зварювання або різьбовим з'єднанням, або спеціальним високотемпературним клеєм.

4. Кавітатор за п. 1, який відрізняється тим, що вхідний патрубок (б) та перехідний стакан (8) встановлені співвісно з поздовжньою віссю (10) проточного вібратора (3), а у вхідному патрубку (6) встановлений напрямний елемент (11).

5. Кавітатор за п. 1, який відрізняється тим, що проточний вібратор (3) виконано багатогранним з числом граней не менше трьох, де на кожній грані розташований ультразвуковий випромінювач (1) і трансформатор коливної швидкості (2).

6. Кавітатор за п. 1 або п. 4, який відрізняється тим, що поздовжня вісь (10) проточного вібратора розташована відносно горизонтальної поверхні в межах 0-360 кутових градусів.