Устройство для создания акустических колебаний в проточной жидкой среде
Полезная модель направлена на увеличение интенсификации физико-химических процессов в жидкостях. Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для создания акустических колебаний в проточной жидкой среде, включающем вихревые трубы, объединенные общей акустической камерой, вихревые трубы выполнены в виде спиралей, установленные с перекрытием витков спиралей соседних вихревых труб на глубину, равную 1/4 площади сечения спирали. Это позволило увеличить длительность и мощность резонансного возбуждения смеси, проходящей через спиралевидные вихревые трубы. 1 н.п.ф., 5 илл.
Полезная модель относится к устройствам для создания акустических колебаний в проточной жидкой среде и может быть использовано для проведения и интенсификации различных физико-химических, гидромеханических, тепломассообменных процессов в системах «жидкость-жидкость» и «твердое-жидкость».
Известны способы интенсификации тепломассоэнергообмена акустическим возбуждением проходных потоков продуктов путем передачи жидкости колебательной энергии с помощью источника механических колебаний, взаимодействующего с жидкостью. Используется этот способ в гидродинамических ультразвуковых излучателях с пластинчатыми и стержневыми резонансными колебательными устройствами, в вихревых и роторно-пульсационных аппаратах. Другим способом интенсификации тепломассоэнергообмена акустическим возбуждением может быть взаимодействие струйных потоков между собой путем передачи кинетической энергии одного потока другому. Этот способ используется в струйных аппаратах (эжекторах, инжекторах, струйных насосах), в которых происходит преобразование потенциальной энергии в кинетическую, с последующим тепломассоэнергообменом взаимодействующих сред, патент на полезную модель 
85838.
Наиболее близким по технической сущности и достигнутому результату является устройство для тепломассоэнергообмена (прототип) по патенту РФ 2268772, опубликован 27.01.2006 г, состоящее из двух и более вихревых труб, которые сообщены между собой с помощью частичного их пересечения по образующим, а затем объединены на выходе общей акустической камерой. Кроме резонансного возбуждения в конструкции устройства используется возбуждение кавитационного процесса (образование и всхлопывание пузырьков, приводящее к ультразвуковым колебаниям) методом соприкосновения двух или более вихревых потоков. Акустическое резонансное возбуждение вихревых потоков продуктов осуществляется с помощью сообщенных между собой вихревых труб путем частичного соприкосновения встречно-направленных поверхностно-наружных слоев двух и более вихревых потоков на глубину их энергоактивного деформационно-сдвигового взаимодействия.
Недостатки устройства:
- Не достаточно высокая интенсификация физико-химических процессов в жидкостях, так как большая часть энергии взаимодействия вихрей расходуется в начальной области соприкосновения потоков с быстрым убыванием вихревого процесса при равномерной геометрии в области соприкосновения, что и приводит к снижению плотности ультразвука;
- Для достижения необходимых параметров обрабатываемой жидкости, например, для достижения величины частиц 1 мкм, необходимо неоднократно обработать жидкость, что приводит к большим трудозатратам и энергопотреблению;
- Устройство имеет сложную систему ввода жидкости в виде как минимум 12-ти каналов.
Технической задачей полезной модели является увеличение интенсификации физико-химических процессов в жидкостях.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для создания акустических колебаний в проточной жидкой среде, включающем вихревые трубы, объединенные общей акустической камерой, вихревые трубы выполнены в виде спиралей, установленные с перекрытием витков спиралей соседних вихревых труб на глубину, равную 1/4 площади сечения спирали.
Расстояние между выходным торцом вихревых труб и выходным каналом акустической камеры равно не менее 12 диаметрам акустической камеры.
Технический результат, заключающийся в увеличении интенсификации физико-химических процессов в жидкости, обеспечивается за счет отличной от прототипа организации взаимодействия встречно-направленных вихревых потоков за счет увеличения длительности и мощности резонансного возбуждения смеси, проходящей через спиралевидные вихревые трубы.
За одну обработку удается достичь необходимых параметров обрабатываемой жидкости, в отличие от прототипа, где для достижения тех же показателей необходимо многократно провести обработку, затрачивая значительно больше времени и энергоресурсов.
Устройство более просто по конструкции, так как оно имеет два ввода в место 12-ти вводов в прототипе.
Полезная модель поясняется следующими чертежами:
На фиг.1 представлен продольный разрез устройства, на фиг.2 - продольный разрез устройства в рабочей зоне, на фиг.3 - разрез устройства по А-А в рабочей зоне, на фиг.4 схематично показано закручивание потока в активаторе посредством тангенциальных вводов в рабочую зону, на фиг.5 приведена фотография полезной модели.
Устройство (фиг.1) снабжено регулируемыми вводами 1 и 2 для обрабатываемой жидкости и газа, на которых устанавливаются вентили для регулирования количества вводимой жидкости и газа в смесительную камеру 3, в которой выполнены тангенциальные вводы 4 для ввода смеси жидкости и газа в активатор 5, соединенный с 12-ью или 16-ю вихревыми трубами 6 в зависимости от планируемой производительности, выполненных в виде спиралей и установленных таким образом, что витки спиралей соседних вихревых труб перекрываются на глубину равную 1/4 площади сечения вихревой трубы. Вихревые трубы 6 объединены акустической камерой 7, при этом расстояние между выходным торцом вихревых труб 6 и выходным каналом акустической камеры 7 равно не менее 12-ти ее диаметрам.
Устройство работает следующим образом. Через каналы 1 и 2 одновременно под давлением подается обрабатываемая жидкость, например, нефть, и газ (воздух), которые перемешиваются в смесительной камере 3, где происходит насыщение жидкости газом, далее смесь закручивается проходя по тангенциальным вводам 4 в активаторе 5. В тангенциальных вводах происходит образование каверн, а в активаторе 5 происходит их «схлапывание», что вызывает образование ультразвука, под действием которого происходит нарушение связей между молекулами и дальнейшее прохождение смеси через вихревые спиралевидные трубы 6 приводит к взаимодействию образовавшихся встречно-направленных вихревых потоков. На фиг.2, 3 показано многократное (до 168 раз при 16-ти вихревых трубах) взаимодействие встречно-направленных потоков 8 смеси в зоне пересечения витков спиралей 9 соседних вихревых труб, где происходит резонансное увеличение плотности ультразвука, при этом кинетическая энергия потока сохраняется. Во время многократного соприкосновения встречно-направленных вихревых потоков смеси в зоне их пересечения (перекрытия) происходят сдвиговые деформации потоков, резкий перепад давления между областью зоны пересечения 9 и остальной частью потока 8, возникновение акустических вибраций, пульсаций и развитой кавитации, распространяющейся в радиальном и тангенциальном направлениях. При этом по мере прохождения вихревых потоков по длине вихревой спиралевидной трубы кинетическая энергия сохраняется и тем самым увеличиваются частотно-амплитудные характеристики звукового возбуждения, которые аккумулируются в выходной акустической камере 7 с выводом потока для его дальнейшего использования.
Применение заявляемой полезной модели позволяет ускорить процесс обработки жидкости в разы и, одновременно, увеличить интенсивность механо-физико-химических процессов в жидкостях, при меньших энергетических и трудовых затратах. Из обработанной на предлагаемом устройстве нефти выход легких фракций нефтепродуктов, например, бензина на 10% выше по сравнению с прототипом.
1. Устройство для создания акустических колебаний в проточной жидкой среде, включающее вихревые трубы, объединенные общей акустической камерой, отличающееся тем, что вихревые трубы выполнены в виде спиралей, установленных с перекрытием витков спиралей соседних вихревых труб на глубину, равную 1/4 площади сечения спирали.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что расстояние между выходным торцом вихревых труб и выходным каналом акустической камеры равно не менее 12 диаметрам акустической камеры.
