UA16659U

UA16659U - Cavitation apparatus

Info

Publication number: UA16659U
Application number: UAU200602269U
Authority: UA
Inventors: Hennadii Hennadiiovyc Ivanenko; Ihor Petrovych Suslov
Original assignee: Hennadii Hennadiiovyc Ivanenko; Ihor Petrovych Suslov
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2006-08-15

Abstract

A cavitation apparatus contains a working chamber in the form of cavitation reactor with a cavity in the form of a solid of rotation, vortex hydrodynamic converters in the form of cylindrical chambers of different diameter, a supply channel.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься до пристроїв для створення штучної ультразвукової кавітації в рідких 2 середовищах з метою використання виникаючих кавітаційних ефектів для інтенсифікації змішування, емульгування, гомогенізації й інших фізико-хімічних процесів, а також для знезаражування стічних і фекальних вод і одержання теплової енергії.The useful model refers to devices for creating artificial ultrasonic cavitation in liquid 2 environments in order to use the emerging cavitation effects to intensify mixing, emulsification, homogenization and other physical and chemical processes, as well as to disinfect sewage and fecal water and obtain thermal energy.

Відомий гідродинамічний змішувач, описаний у патенті Російської Федерації Мо1349057 (6МПК ВО 5/00, пріоритет від 18.09.1984р) і прийнятий за аналог. Гідродинамічний змішувач містить робочу камеру. Ця ознака 70 збігається з суттєвою ознакою заявленої корисної моделі.The well-known hydrodynamic mixer described in the patent of the Russian Federation Mo1349057 (6MPK VO 5/00, priority from 18.09.1984) and accepted as an analogue. The hydrodynamic mixer contains a working chamber. This feature 70 coincides with the essential feature of the claimed utility model.

Гідродинамічний змішувач містить також установлений у робочій камері кавітатор у вигляді усіченого конуса, зверненого більшою основою убік вхідного отвору робочої камери. Кавітатор має прорізи пірамідальної форми, розташовані під гострим кутом до його осі й спрямовані вершиною по ходу потоку.The hydrodynamic mixer also contains a cavitator installed in the working chamber in the form of a truncated cone, the larger base of which is turned to the side of the inlet opening of the working chamber. The cavitator has pyramid-shaped slits, located at an acute angle to its axis and directed by the top in the direction of the flow.

Гідродинамічний змішувач, прийнятий за аналог, створює в рідині ультразвукову кавітацію, яка виникає 72 завдяки тому, що рідина, потрапляючи в прорізи, закручується й за рахунок звуження прорізів збільшує швидкість потоку до утворення кавітаційного режиму течії.A hydrodynamic mixer, taken as an analogue, creates ultrasonic cavitation in the liquid, which occurs 72 due to the fact that the liquid, falling into the slots, swirls and due to the narrowing of the slots, increases the flow rate until the cavitation flow regime is formed.

Недоліком аналога є те, що прорізи на кавітаторі, розташовані під гострим кутом до його осі, не створюють кругового обертання рідини, що не створює в рідині ультразвукові коливання досить високої частоти. Це не дозволяє створити в рідині досить інтенсивну ультразвукову кавітацію й не забезпечує високу ефективність змішування рідин.The disadvantage of the analog is that the slots on the cavitator, located at an acute angle to its axis, do not create a circular rotation of the liquid, which does not create ultrasonic vibrations of a sufficiently high frequency in the liquid. This does not allow creating sufficiently intense ultrasonic cavitation in the liquid and does not ensure high efficiency of liquid mixing.

Найбільш близьким до заявленої корисної моделі по технічній сутності й технічному результаті, що досягається при його використанні, є кавітаційний апарат, описаний у патенті Російської Федерації Мо2166987 (7/МПК ВО 11/02, ВОТЕ 7/10, пріоритет від 10.01.2000р) і прийнятий за прототип.The closest to the declared useful model in terms of technical essence and technical result achieved when using it is the cavitation apparatus described in the patent of the Russian Federation Mo2166987 (7/МПК VO 11/02, VOTE 7/10, priority from 10.01.2000) and accepted as a prototype.

Кавітаційний апарат містить робочу камеру. Ця ознака збігається з суттєвою ознакою заявленої корисної 29 моделі. вThe cavitation apparatus contains a working chamber. This feature coincides with the essential feature of the claimed useful 29 model. in

Кавітаційний апарат містить також установлені в робочій камері на приводному валу ротор і співвісний йому статор, які складаються з дисків, що чергуються між собою. Диски статора закріплені на циліндричній поверхні робочої камери. Перший диск ротора має радіальні лопаті, передня по ходу обертання частина яких виконана у вигляді клина, задня - паралелепіпеда. Другий диск ротора має радіальні прорізи, третій диск ротора виконаний о перфорованим. Два диски статора установлені між дисками ротора і мають радіальні прорізи. юThe cavitation apparatus also contains a rotor and a stator coaxial to it installed in the working chamber on the drive shaft, which consist of alternating disks. The stator discs are fixed on the cylindrical surface of the working chamber. The first disk of the rotor has radial blades, the front part of which in the direction of rotation is made in the form of a wedge, the rear part is a parallelepiped. The second rotor disc has radial slots, the third rotor disc is perforated. Two stator disks are installed between the rotor disks and have radial slots. yu

Завдяки тому що в кавітаційному апараті, прийнятому за прототип, при обертанні ротора виникає кругове обертання рідини, у ній виникають ультразвукові коливання більш високої частоти, чим у гідродинамічному ее, змішувачі, прийнятому за аналог. Це дозволяє певним чином інтенсифікувати ультразвукову кавітацію й Ге) підвищити ефективність фізико-хімічних процесів у рідинах.Due to the fact that in the cavitation device, taken as a prototype, when the rotor rotates, a circular rotation of the liquid occurs, ultrasonic oscillations of a higher frequency occur in it, than in the hydrodynamic mixer, taken as an analogue. This makes it possible to intensify ultrasonic cavitation in a certain way and to increase the efficiency of physical and chemical processes in liquids.

Зо Однак недоліком кавітаційного апарата, узятого за прототип, є те, що в ньому частота ультразвукових -- коливань у рідині залежить від частоти обертання ротора, що залежить від технічних можливостей приводу обертання ротора, які обмежені технічними характеристиками використовуваних електродвигунів, максимальна синхронна частота обертання яких дорівнює З000 оборотів у хвилину. Це не дозволяє створити в рідині « ультразвукові коливання суттєво більш високої частоти в порівнянні з аналогом і не дозволяє суттєво підвищити З 50 ефективність фізико-хімічних процесів у рідинах. с Крім того, недоліком прототипу є складність конструкції, викликана наявністю обертових частин.However, the disadvantage of the cavitation apparatus, taken as a prototype, is that the frequency of ultrasonic vibrations in the liquid depends on the rotor rotation frequency, which depends on the technical capabilities of the rotor rotation drive, which are limited by the technical characteristics of the electric motors used, the maximum synchronous frequency of which is equal to 3000 revolutions per minute. This does not allow to create ultrasonic oscillations of significantly higher frequency in the liquid in comparison with the analogue and does not allow to significantly increase the efficiency of physico-chemical processes in liquids. c In addition, the disadvantage of the prototype is the complexity of the design caused by the presence of rotating parts.

Із» В основу заявленої корисної моделі поставлено задачу створення кавітаційного апарата, що забезпечує суттєве підвищення ефективності фізико-хімічних процесів у рідинах і спрощує його конструкцію.From" The basis of the declared useful model is the task of creating a cavitation apparatus, which ensures a significant increase in the efficiency of physical and chemical processes in liquids and simplifies its design.

Зазначений технічний результат досягається тим, що кавітаційний апарат, який містить робочу камеру, оснащений вихровими гідродинамічними перетворювачами, виконаними кожний у вигляді двох циліндричних - камер різного діаметра й тангенціального до камери більшого діаметра підвідного каналу при цьому камериThe specified technical result is achieved by the fact that the cavitation apparatus, which contains a working chamber, is equipped with vortex hydrodynamic converters, each of which is made in the form of two cylindrical chambers of different diameters and a supply channel tangential to the chamber with a larger diameter, while the chamber

Ге»! меншого діаметра вихрових гідродинамічних перетворювачів сполучені з робочою камерою, а робоча камера виконана у вигляді кавітаційного реактора з порожниною у вигляді тіла обертання. б Між сукупністю ознак заявленої корисної моделі, як вона охарактеризована вище й у формулі корисної сл 20 моделі, і одержуваним новим технічним результатом існує причинно-наслідковий зв'язок. Виключення із зазначеної нової сукупності ознак хоча б однієї ознаки не забезпечує досягнення нового технічного результату, с що полягає в суттєвому підвищенні ефективності фізико-хімічних процесів у рідині й у спрощенні конструкції кавітаційного апарата.Gee! smaller diameter vortex hydrodynamic converters are connected to the working chamber, and the working chamber is made in the form of a cavitation reactor with a cavity in the form of a body of rotation. b There is a cause-and-effect relationship between the set of features of the declared useful model, as described above and in the formula of the useful sl 20 model, and the obtained new technical result. The exclusion of at least one feature from the specified new set of features does not ensure the achievement of a new technical result, which consists in significantly increasing the efficiency of physical and chemical processes in the liquid and in simplifying the design of the cavitation device.

Отже, зазначені ознаки є суттєвими, тому що кожна з них, окремо взята, необхідна, а всі, разом узяті, 52 достатні для того, щоб відрізнити даний об'єкт корисної моделі від всіх інших об'єктів того ж призначення й с одержати новий технічний результат при його використанні.Therefore, the indicated features are essential, because each of them, taken separately, is necessary, and all of them, taken together, are sufficient to distinguish this object of a useful model from all other objects of the same purpose and to obtain a new technical result when using it.

Сутність корисної моделі пояснюється графічними матеріалами, де: на Фіг. 1 зображений загальний вигляд кавітаційного апарата; на Фіг.2 - розріз по А-А на Фіг. 1. 60 Кавітаційний апарат містить робочу камеру 1 і вихрові гідродинамічні перетворювачі 2, виконані у вигляді двох циліндричних камер різного діаметра: камери З більшого діаметра й камери 4 меншого діаметра, - і тангенціального до камери З більшого діаметра підвідного каналу 5. Камери 4 меншого діаметра вихрових гідродинамічних перетворювачів 2 сполучені з робочою камерою 1. Робоча камера 1 виконана у вигляді кавітаційного реактора з порожниною 6 у вигляді сфери, тобто тіла обертання. бо Кавітаційний апарат містить також колектор 7, з яким за допомогою патрубків 8 сполучені підвідні канали 5 вихрових гідродинамічних перетворювачів 2. Порожнина б кавітаційного реактора через патрубки 9 і 10, трубопроводи 11 і 12 і вентилі 13 і 14 сполучена з баком 15 для прийому обробленої рідини.The essence of the useful model is explained by graphic materials, where: in Fig. 1 shows the general view of the cavitation apparatus; in Fig. 2 - a section along A-A in Fig. 1. 60 The cavitation apparatus contains a working chamber 1 and vortex hydrodynamic converters 2, made in the form of two cylindrical chambers of different diameters: a chamber C with a larger diameter and a chamber 4 with a smaller diameter, and a supply channel 5 tangential to the chamber C with a larger diameter. Chambers 4 with a smaller diameter vortex hydrodynamic converters 2 are connected to the working chamber 1. The working chamber 1 is made in the form of a cavitation reactor with a cavity 6 in the form of a sphere, that is, a body of rotation. because the cavitation apparatus also contains a collector 7, with which the supply channels 5 of the vortex hydrodynamic converters 2 are connected by means of nozzles 8. The cavity b of the cavitation reactor through nozzles 9 and 10, pipelines 11 and 12 and valves 13 and 14 is connected to the tank 15 for receiving the treated liquid .

З колектором 7 через трубопровід 16 з'єднаний насос 17, що приводиться в дію двигуном 18.A pump 17 driven by an engine 18 is connected to the collector 7 through a pipeline 16.

Вентиль 19 призначений для з'єднання усмоктувального патрубка 20 насоса 17 із джерелом оброблюваної рідини (на кресленнях не показаним), що піддається фізико-хімічній обробці.The valve 19 is designed to connect the suction nozzle 20 of the pump 17 with the source of the treated liquid (not shown in the drawings), which is subject to physical and chemical treatment.

До донної частини бака 15 приєднаний вентиль 21 зі зливальним патрубком 22, призначений для зливання обробленої рідини.A valve 21 with a drain nozzle 22 is attached to the bottom part of the tank 15, designed for draining the processed liquid.

У наведеному прикладі конкретного виконання кавітаційного апарата порожнина 6 кавітаційного реактора 70 (робочої камери 1) виконана у вигляді сфери. Ця порожнина може бути виконана у вигляді циліндричної порожнини, порожнини, утвореної двома зверненими один до одному більшими основами усічених конусів, порожнини у вигляді еліпсоїда обертання й іншого виду.In the given example of a specific implementation of the cavitation apparatus, the cavity 6 of the cavitation reactor 70 (working chamber 1) is made in the form of a sphere. This cavity can be made in the form of a cylindrical cavity, a cavity formed by two larger bases of truncated cones facing each other, a cavity in the form of an ellipsoid of rotation and other types.

Кавітаційний апарат працює в такий спосіб. Перед початком роботи кавітаційного апарата відкривають вентилі 13, 14 і 19 і закривають вентиль 21. Після цього вмикають двигун 18 і пускають у хід насос 17. 7/5 Оброблювана рідина насосом 17 забирається із джерела оброблюваної рідини й через трубопровід 16 подається під тиском у колектор 7, а з нього Через патрубки 8 і підвідні канали 5 у камери З вихрових гідродинамічних перетворювачів 2. Так як підвідні канали 5 спрямовані тангенціальне до камер 3, у цих камерах виникає обертовий рух оброблюваної рідини. З камер З обертова оброблювана рідина надходить у камери 4 меншого діаметра, де обертання її підсилюється. З камер 4 виходить переривчастий струмінь оброблюваної Відини, що випромінює ультразвукові коливання. Таким чином, відбувається перетворення енергії рідини, що рухається, в енергію ультразвукових коливань. Частота виникаючих в оброблюваній рідині ультразвукових коливань залежить від швидкості її руху в підвідних каналах 5, діаметрів камер З і 4. Вибираючи відповідним чином швидкість руху оброблюваної рідини, розміри підвідних каналів 5 і діаметри камер З і 4, створюють такий режим руху оброблюваної рідини, при якому частота ультразвукових коливань у ній досягає 25000-30000Гц. Під г Ввпливом ультразвукових коливань високої частоти в оброблюваній рідині виникає інтенсивна ультразвукова кавітація на виході з камер 4, що сприяє ефективному проведенню фізико-хімічних процесів в оброблюваній т рідині.The cavitation apparatus works in the following way. Before starting the operation of the cavitation apparatus, valves 13, 14 and 19 are opened and valve 21 is closed. After that, the engine 18 is turned on and the pump 17 is started. 7/5 The treated liquid is taken by the pump 17 from the source of the treated liquid and is supplied under pressure to the collector through the pipeline 16 7, and from it Through nozzles 8 and supply channels 5 to chambers From vortex hydrodynamic converters 2. Since supply channels 5 are directed tangentially to chambers 3, in these chambers there is a rotating movement of the processed liquid. From chambers C, the rotating processed liquid enters chambers 4 of a smaller diameter, where its rotation is intensified. From the chambers 4 comes an intermittent stream of processed Vidin, which emits ultrasonic vibrations. Thus, the energy of the moving liquid is transformed into the energy of ultrasonic vibrations. The frequency of ultrasonic oscillations occurring in the processed liquid depends on the speed of its movement in the feed channels 5, the diameters of chambers C and 4. By choosing the speed of movement of the processed liquid, the dimensions of the feed channels 5 and the diameters of chambers C and 4, they create such a mode of movement of the processed liquid, when which the frequency of ultrasonic oscillations in it reaches 25000-30000 Hz. Under the influence of high-frequency ultrasonic vibrations in the processed liquid, intense ultrasonic cavitation occurs at the exit from the chambers 4, which contributes to the effective conduct of physical and chemical processes in the processed liquid.

При виході оброблюваної рідини з підвідних каналів 5 у порожнину 6 кавітаційного реактора відбувається різке падіння тиску в ній і одночасне зіткнення струменів оброблюваної рідини, що додатково інтенсифікує Ге! зо ультразвукову кавітацію в ній і інтенсивне її перемішування. Це суттєво підвищує ефективність фізико-хімічних процесів в оброблюваній рідині. оWhen the processed liquid exits from the inlet channels 5 into the cavity 6 of the cavitation reactor, there is a sharp drop in pressure in it and a simultaneous collision of the jets of the processed liquid, which additionally intensifies the He! with ultrasonic cavitation in it and its intense mixing. This significantly increases the efficiency of physical and chemical processes in the treated liquid. at

Оброблена рідина з порожнини б кавітаційного реактора через трубопроводи 11 і 12 і вентилі 13 і 14 «0 надходить у бак 15. Процес обробки рідини регулюють вентилями 13 і 14.The processed liquid from the cavity b of the cavitation reactor through pipelines 11 and 12 and valves 13 and 14 "0 enters the tank 15. The liquid treatment process is regulated by valves 13 and 14.

Після заповнення бака 15 обробленою рідиною вимикають двигун 18, закривають вентиль 19, відкривають ре) зв Вентиль 21 і через патрубок 22 зливають оброблену рідину в ємності для її зберігання й наступного «- використання.After filling the tank 15 with the treated liquid, turn off the engine 18, close the valve 19, open the valve 21 and drain the treated liquid through the nozzle 22 into a container for its storage and subsequent use.

Після цього процес обробки рідини повторюють.After that, the liquid processing process is repeated.

Так як під дією ультразвукової кавітації бактеріальна флора в рідині знищується, кавітаційний апарат може бути використаний для знезаражування стічних і фекальних вод. «Since the bacterial flora in the liquid is destroyed under the action of ultrasonic cavitation, the cavitation device can be used to disinfect sewage and fecal water. "

Так як під дією ультразвукової кавітації оброблювана рідина інтенсивно нагрівається, кавітаційний апарат з с може бути використаний для одержання теплової енергії.Since under the action of ultrasonic cavitation, the treated liquid is intensely heated, the cavitation apparatus with c can be used to obtain thermal energy.

Й Таким чином, завдяки тому що кавітаційний апарат, що містить робочу камеру, оснащений вихровими а гідродинамічними перетворювачами, виконаними кожний у вигляді двох циліндричних камер різного діаметра й тангенціального до камери більшого діаметра тангенціального каналу, при цьому камери меншого діаметра вихрових гідродинамічних перетворювачів сполучені з робочою камерою, а робоча камера виконана у вигляді - кавітаційного реактора з порожниною у вигляді тіла обертання, суттєво підвищується ефективність змішування, емульгування, гомогенізації й інших фізико-хімічних процесів в оброблюваних рідинах, ефективністьThus, due to the fact that the cavitation apparatus containing the working chamber is equipped with vortex and hydrodynamic converters, each made in the form of two cylindrical chambers of different diameters and a tangential channel with a larger diameter tangential to the chamber, while the smaller diameter chambers of the vortex hydrodynamic converters are connected to the working chamber, and the working chamber is made in the form of a cavitation reactor with a cavity in the form of a body of rotation, the efficiency of mixing, emulsification, homogenization and other physico-chemical processes in the processed liquids significantly increases, the efficiency

Ме, знезаражування стічних і фекальних вод і ефективність одержання теплової енергії.Me, disinfection of sewage and fecal water and efficiency of thermal energy production.

Ге» Крім того, завдяки тому що в кавітаційному апараті відсутні рухливі елементи (за винятком двигуна й насоса), значно спрощується його конструкція. о Розроблено конструкторську документацію кавітаційного апарата, виготовлений і випробуваний досліднийIn addition, due to the fact that there are no moving elements in the cavitation apparatus (with the exception of the engine and pump), its design is significantly simplified. o The design documentation of the cavitation apparatus was developed, the experimental one was manufactured and tested

Ге зразок.This is a sample.

Claims

The formula of the invention is a cavitation apparatus containing a working chamber, which is distinguished by the fact that it is equipped with vortex hydrodynamic converters, each made in the form of two cylindrical chambers of different diameters, and a supply channel tangential to the chamber with a larger diameter, while the smaller diameter chambers are vortex hydrodynamic converters connected to the working chamber, and the working chamber is made in the form of a cavitation reactor with a cavity in the form of a body of rotation.

b5