Устройство для облучения текущих сред

Полезная модель относится к конструкциям установок для облучения текущих сред и может быть применено в установках, предназначенных для стерилизации текущих жидкостей, активации химических реакций в текущих растворах, ядерного превращения текущих радиоактивных отходов, используемых, в частности, в медицине, пищевой, химической и атомной промышленностях. Техническим результатом полезной модели является обеспечение контроля дозы излучения, поглощенного текущей средой, за счет: повышения пространственной однородности потока текущей среды на входе устройства, разделения трубопровода на секции, измерения излучения, поглощенного текущей средой, в различных частях поперечного сечения ее потока, контроля времени облучения текущей среды путем определения скорости ее потока через устройство. Технический результат достигается тем, что устройство для облучения текущих сред, содержащее цилиндрическую камеру с патрубками для подвода и отвода текущей среды, источник излучения, содержащий излучатель, коаксиально расположенный в камере, датчик, пульт управления, функционально связанный с датчиком, при этом патрубки разнесены по высоте один относительно другого, камера выполнена в виде двух цилиндрических коаксиальных труб, объем между которыми разделен на одинаковые секции радиальными перегородками и соединен с дифференциальным датчиком давления, внутренняя труба связана с пространством вне камеры, излучатель установлен на оси камеры с возможностью перемещения вдоль этой оси, диаметр внешней трубы камеры D_к удовлетворяет соотношению D_квт+2d, где D_вт - диаметр внутренней трубы, d - пробег излучения в облучаемой жидкой среде, входной патрубок камеры расположен на оси камеры и содержит смеситель текущей среды, в качестве датчика снаружи камеры соосно с ней установлен кольцевой секционированный датчик излучения с возможностью перемещения вдоль оси камеры, блок питания устройства соединен с излучателем, с пультом управления излучателем, с дифференциальным датчиком давления, с кольцевым секционированным датчиком излучения и с регистратором, подключенным к дифференциальному датчику давления, кольцевому секционированному датчику излучения и пульту управления излучателем.

Полезная модель относится к конструкциям установок для облучения текущих сред и может быть применено в установках, предназначенных для стерилизации текущих жидкостей, активации химических реакций в текущих растворах, ядерного превращения текущих радиоактивных отходов, используемых, в частности, в медицине, пищевой, химической и атомной промышленностях.

Для облучения текущую среду пропускают через камеру, в которой потоку придают цилиндрическую форму. Обычно среда протекает по кольцевому зазору, образованному корпусом камеры и излучателем. Скорость потока определяет время нахождения текущей среды в зоне облучения. Количество излучения, поглощенное текущей средой в процессе облучения при заданной плотности потока излучения на ее поверхности, прямо пропорционально времени облучения и, следовательно, обратно пропорционально скорости потока текущей среды.

Для облучения текущей среды применяют различные виды излучений: электромагнитное, например, ультрафиолетовое, рентгеновское или гамма излучение, а также нейтронное.

Источники излучения обеспечивают требуемую плотность потока на поверхности текущей среды. Для равномерного облучения потока текущей среды цилиндрической формы диаграмма направленности излучения источника имеет ось симметрии, а источник устанавливают внутрь потока текущей среды таким образом, чтобы ось симметрии диаграммы направленности излучения совпадала с осью потока. В качестве излучателя применяют кварцевые лампы, ампульные гамма источники, рентгеновские и нейтронные портативные генераторы и др.

Поток текущей среды в камере должен быть однородным в пространстве и постоянным во времени. В противном случае, несмотря на обеспечение симметрии потока излучения, облучение среды становится неконтролируемым. Неоднородность и непостоянство потока возникает в случае, когда текущая среда состоит из нескольких фракций, отличающихся своими свойствами, или/и при наличии газовой фракции. Нарушение однородности проявляется в виде распределения плотности среды в облучаемом сечении и вызывается, в основном, действием силы гравитации особенно в случае горизонтального расположения камеры или центробежной силы в случае кругового потока.

Известно «Устройство для переработки редкометальных концентратов» [Заявка на изобретение RU 95111909, МПК: C22B 3/02, 27.06.1997. Аналог], содержащее импульсный источник оптического излучения, состоящий из излучателя, конденсаторного накопителя энергии, пульта управления, объединяющего системы источника управляющей связью, насос с приводом, аппарат для автоклавного выщелачивания, цилиндрическую камеру с патрубками для подвода и отвода пульпы с размещенным в ней каоксиально излучателем, датчик уровня, размещенный на входе выходного патрубка, причем площади сечений подводящих труб и патрубков выполнены одинаковыми и более площади сечения диаметрального коаксиального зазора между камерой и излучателем, при этом конденсаторный накопитель энергии выполнен многосекционным с числом секций, определяемым соотношением h=N_о/N₁, где N_о - число импульсов в минуту, обеспечивающее необходимую производительность и достаточное качество активации, N₁ - максимально допустимое число импульсов в минуту для выборного типа конденсаторов, входящих в конденсаторный накопитель, причем устройство снабжено переключателем секций накопителя на излучатель, отличающееся тем, что устройство содержит циркуляционный контур, состоящий из насоса с приводом, системы управления потоком пульпы, трубопроводов объемом, определяемым из соотношения V=V_n n/h, где V_n - объем коаксиальной полости между излучателем и камерой, n - экспериментально или расчетно определенное число импульсов облучения, при котором достигается максимальная степень выщелачивания сырья.

Недостатками аналога являются: отсутствие контроля дозы излучения, поглощенного пульпой, из-за отсутствия контроля распределения ее плотности по сечению трубопровода и времени ее облучения; невозможность обслуживания и замены излучателя без прекращения потока пульпы, вследствие того, что пульпа протекает между стенкой излучателя и стенкой цилиндрической камеры.

Известно «Устройство для стерилизации жидкости» [Заявка на изобретение RU 94009348, МПК: C02F 1/32, 10.05.1997. Прототип], содержащее цилиндрическую камеру с патрубками для подвода и отвода текущей среды, источник оптического излучения, содержащий излучатель, коаксиально расположенный в камере, датчик, пульт управления, функционально связанный с датчиком и насос с приводом, при этом патрубки разнесены по высоте один относительно другого, отличающееся тем, что диаметр камеры Д_к выбран из соотношения Д_к=Д_и+2l, где Д_и - диаметр излучателя, l - расчетное или экспериментально подобранное значение пробега излучения в обрабатываемой жидкости, при котором достигается эффект обеззараживания этой жидкости, источник излучения содержит импульсный газоразрядный излучатель и импульсный конденсаторный источник питания, цилиндрическая камера расположена горизонтально, входной и выходной патрубки расположены под прямым углом к оси камеры по одной вертикали, при этом входной и выходной патрубки выполнены с сечениями, удлиняющимися от подводящей и отводящей жидкость труб до размера, совпадающего с длиной облучаемой части камеры, а ширина сечения патрубков на выходе входного патрубка и на входе выходного патрубка выполнена не более (Д_к -Д_и), причем площади нормальных к оси сечений входного и выходного патрубков по всей их длине выполнены одинаковыми и равными площади нормального сечения подводящей и отводящей труб, датчик уровня размещен во входном сечении выходного патрубка, при этом источник питания выполнен многосекционным с числом секций, определяемым из соотношения n=N/N₁, где N - число импульсов в минуту, обеспечивающее необходимую производительность и нужное качество очистки, N₁ - максимально допустимое число импульсов в минуту для выбранного типа конденсаторов, причем устройство снабжено переключателем секций накопителя на импульсный излучатель.

Недостатком прототипа является отсутствие контроля дозы излучения, поглощенного жидкостью, из-за отсутствия контроля пространственного распределения плотности жидкости по сечению трубопровода и времени ее облучения.

Техническим результатом полезной модели является обеспечение контроля дозы излучения, поглощенного текущей средой, за счет: повышения пространственной однородности потока текущей среды на входе устройства, разделения трубопровода на секции, измерения излучения, поглощенного текущей средой, в различных частях поперечного сечения ее потока, контроля времени облучения текущей среды путем определения скорости ее потока через устройство.

Технический результат достигается тем, что устройство для облучения текущих сред, содержащее цилиндрическую камеру с патрубками для подвода и отвода текущей среды, источник излучения, содержащий излучатель, коаксиально расположенный в камере, датчик, пульт управления, функционально связанный с датчиком, при этом патрубки разнесены по высоте один относительно другого, камера выполнена в виде двух цилиндрических коаксиальных труб, объем между которыми разделен на одинаковые секции радиальными перегородками и соединен с дифференциальным датчиком давления, внутренняя труба связана с пространством вне камеры, излучатель установлен на оси камеры с возможностью перемещения вдоль этой оси, диаметр внешней трубы камеры D_к удовлетворяет соотношению D_квт+2d, где D_вт - диаметр внутренней трубы, d - пробег излучения в облучаемой жидкой среде, входной патрубок камеры расположен на оси камеры и содержит смеситель текущей среды, в качестве датчика снаружи камеры соосно с ней установлен кольцевой секционированный датчик излучения с возможностью перемещения вдоль оси камеры, блок питания устройства соединен с излучателем, с пультом управления излучателем, с дифференциальным датчиком давления, с кольцевым секционированным датчиком излучения и с регистратором, подключенным к дифференциальному датчику давления, кольцевому секционированному датчику излучения и пульту управления излучателем.

Сущность полезной модели поясняется на чертеже, где 1 - камера; 2 - внешняя коаксиальная труба; 3 - внутренняя коаксиальная труба; 4 - текущая среда, протекающая между внутренней 3 и внешней 2 коаксиальными трубами; 5 - полость внутри камеры, связанная с пространством вне камеры 1; 6 - излучатель; 7 - кольцевой секционированный датчик излучения; 8 - регистратор для регистрации показаний дифференциального датчика давления 15 и показаний кольцевого секционированного датчика излучения 7; 9 - пульт управления излучателем 6; 10 - блок питания, обеспечивающий электропитанием излучатель 6, кольцевой секционированный датчик излучения 7, дифференциальный датчик давления 15, пульт управления излучателем 9 и регистратор 8; 11, 12 - входной и выходной патрубки камеры 1; 13 - смеситель текущей среды, расположенный во входном патрубке 11 камеры 1; 14 - направление потока текущей среды; 15 - дифференциальный датчик давления; 16 - электрические кабели; 17 - радиальные перегородки, разделяющие межтрубное пространство камеры 1 на одинаковые секции.

Устройство состоит из камеры 1, излучателя 6, кольцевого секционированного датчика излучения 7, регистратора 8, пульта управления излучателем 9, блока питания 10, электрических кабелей 16.

Камера 1 включает в себя, две цилиндрические коаксиальные трубы 2 и 3, входной 11 и выходной 12 патрубки, смеситель 13, установленный внутри входного патрубка 11, радиальные перегородки 17, установленные внутри объема камеры между трубами 2 и 3 и дифференциальный датчик давления 15, который герметично соединен с объемом, занимаемым текущей средой, с помощью проходных отверстий в трубе 3 и трубопроводов.

Для изготовления цилиндрических коаксиальных труб 2 и 3 применяют материал достаточно прозрачный доля излучения излучателя 6. В случае ультрафиолетового излучения это может быть, например, кварц.

Пространственная однородность потока текущей среды на входе в камеру 1 обеспечивают смеситель текущей среды 13, установленный внутри входного патрубка 11, и расположение входного патрубка 11 на оси камеры 1. Радиальные перегородки 17, установленные внутри объема между трубами 2 и 3, предотвращают возникновение вихревого потока текущей среды 4 вокруг оси камеры 1, приводящего к радиальному расслоению потока многофазной текущей среды 4 из-за действия центробежной силы. Вертикальное расположение камеры 1 предотвращает расслоение потока многофазной текущей среды 4 по диаметру камеры 1 из-за действия силы тяжести в случае горизонтального расположения камеры 1.

Смеситель 13 может быть, как активным, так и пассивным. Активный смеситель - это перемешивающее устройство, например, роторного типа (Патент RU 2186615, МПК: B01F 7/00, 10.08.2002), использующее внешний энергоноситель. Пассивный смеситель выполняют из пространственно распределенных преград на пути потока, например, в виде сферических или эллиптических шариков (Патент США 6272934 B1; МПК: G01F 1/74; 14.08.2001), и/или перфорированных пластин.

Кольцевой секционированный датчик излучения 7 установлен на направляющих (не чертеже не показаны) и может перемещаться вдоль оси камеры 1. Тип датчика определяется видом излучения и может быть выполнен в виде набора одинаковых датчиков, устанавливаемых по окружности вокруг камеры 1, или в виде одного позиционно-чувствительного датчика. Выход кольцевого секционированного датчика излучения 7 электрически соединен с входом регистратора 8 с помощью электрических кабелей 16. Регистратор 8 выводит на дисплей показания интенсивности излучения, прошедшего через текущую среду 4, получаемые с секций кольцевого секционированного датчика излучения 7 в различных частях поперечного сечения камеры 1, обеспечивая контроль однородности потока (плотности текущей среды) и поглощенной энергии в этих частях.

Дифференциальный датчик давления 15 герметично соединен с объемом, занимаемым текущей средой, с помощью проходных отверстий в трубе 2 и электрически соединен с регистратором 8 с помощью электрических кабелей 16. Принцип работы дифференциального датчика давления 15 основан на том, что падение давления в потоке жидкости на измеряемом участке пропорционально квадрату скорости потока жидкости. Показания дифференциального датчика давления 15 поступают в регистратор 8, где показания обрабатываются с помощью счетно-решающего устройства и программного обеспечения. Результатом обработки является эффективное время облучения текущей среды.

Регистратор 8 получает данные с датчика дифференциального давления 15 и с секций кольцевого секционированного датчика излучения 7 с помощью электрических кабелей 16.

Регистратор 8 соединен с помощью электрических кабелей 16 с датчиком дифференциального давления 15, с секциями кольцевого секционированного датчика излучения 7 и с пультом управления излучателем 9, обрабатывает данные, поступающие с датчиков 15 и 7, и управляет работой излучателя 6 посредством пульта управления 9. Для этого регистратор 8 снабжен счетно-решающим устройством и программным обеспечением для вычисления плотности текущей среды 4 и эффективного времени ее облучения, а также устройством электрической связи с пультом управления 9 для включения и выключения излучателя 6 и регулирования таким способом степени облучения текущей среды.

Излучатель 6 устанавливается в полости 5 камеры 1 на ее оси. Для этого излучатель 6 закреплен на конце штанги (на чертеже не показана), которая может перемещаться внутри втулок (на чертеже не показаны), закрепленных на корпусе камеры 1, вдоль ее оси. Расположение излучателя 6 на оси камеры 1 обеспечивает осевую симметрию пространственного распределения интенсивности излучения. Излучателем 11 могут быть, например, кварцевая лампа, рентгеновский или нейтронный портативный генератор.

Блок питания 10, пульт управления излучателем 9, кольцевой секционированный датчик излучения 7 и регистратор 8 располагают снаружи камеры 1 и соединяют электрически между собой с помощью электрических кабелей 16.

Для проведения облучения камеру устанавливают на трубопровод, используемый для прокачки текущей среды 4, с помощью входного 11 и выходного 12 патрубков стационарно, либо на время облучения, используя гибкие рукава. В случае текущей среды, имеющей фракционный состав и/или газовую фракцию, камера устанавливается так, чтобы ее ось занимала вертикальное положение.

Устройство работает следующим образом.

Блок питания 10 обеспечивает электропитанием излучатель 6, кольцевой секционированный датчик излучения 7, дифференциальный датчик давления 15, регистратор 8 и пульт управления излучателем 9 с помощью электрических кабелей 16. Текущая среда 4 втекает во входной патрубок 11, протекает по зазору между трубами 2 и 3 и вытекает через патрубок 12. Поток текущей среды 4 на участке зазора между трубами 2 и 3, к которому подключен дифференциальный датчик давления 15, воздействует на дифференциальный датчик давления 15, показания которого вводятся в регистратор 8 с помощью электрических кабелей 16. Находясь в зазоре между трубами 2 и 3, текущая среда 4 подвергается облучению излучением излучателя 6, находящимся на оси камеры 1. В процессе облучения излучение излучателя 6 частично поглощается текущей средой 4, а частично выходит наружу камеры 1, где попадает на кольцевой секционированный датчик излучения 7, показания которого вводятся регистратор 8 с помощью электрических кабелей 16. Регистратор 8 вычисляет энергию излучения, поглощенного текущей средой 4 и управляет с помощью электрических кабелей 16 включением и выключением излучателя 6, таким образом, регулируя степень ее облучения.

Устройство для облучения текущих сред, содержащее цилиндрическую камеру с патрубками для подвода и отвода текущей среды, источник излучения, содержащий излучатель, коаксиально расположенный в камере, датчик, пульт управления, функционально связанный с датчиком, при этом патрубки разнесены по высоте один относительно другого, отличающееся тем, что камера выполнена в виде двух цилиндрических коаксиальных труб, объем между которыми разделен на одинаковые секции радиальными перегородками и соединен с дифференциальным датчиком давления, внутренняя труба связана с пространством вне камеры, излучатель установлен на оси камеры с возможностью перемещения вдоль этой оси, диаметр внешней трубы камеры D_K удовлетворяет соотношению D_KBТ+2d, где D_BT - диаметр внутренней трубы, d - пробег излучения в облучаемой жидкой среде, входной патрубок камеры расположен на оси камеры и содержит смеситель текущей среды, в качестве датчика снаружи камеры соосно с ней установлен кольцевой секционированный датчик излучения с возможностью перемещения вдоль оси камеры, блок питания устройства соединен с излучателем, с пультом управления излучателем, с дифференциальным датчиком давления, с кольцевым секционированным датчиком излучения и с регистратором, подключенным к дифференциальному датчику давления, кольцевому секционированному датчику излучения и пульту управления излучателем.