Гидродинамический акустический преобразователь

Полезная модель относится к области получения и гомогенизации дисперсных систем с жидкой средой с помощью кавитации и может быть использована для получения эмульсий (прямых и обратных) из двух и более несмешивающихся жидкостей с заданной концентрацией компонентов, например водотопливных. Это может найти применение в нефтехимической, ссльско-хозяйственной, пищевой, топливной, химической, и других отраслях промышленности. Сущность полезной заключается в следующем: преобразователь содержит корпус, сопло с выходным отверстием в виде щели и консольно закрепленную с возможностью перемещения и замены резонансную пластину, острием направленную к соплу. Корпус герметично соединен с кожухом, внутренняя цилиндрическая поверхность которого снабжена магнитной вставкой, а сопло установлено в верхней части корпуса, на которой по периметру расположены по меньшей мере по одной диаметрально противоположно закрепленных дополнительных резонансных остроугольных пластины, направленных острием внутрь к оси корпуса. Корпус, сопло, кожух и резонансные пластины выполнены из диамагнитного материала. Сопло установлено с возможностью замены. Дополнительные остроугольные пластины установлены по периметру верхней части корпуса равномерно с возможностью замены и перемещения. Угол при вершине остроугольной пластины составляет 45-60°. Длина остроугольной пластины составляет 10-100 мм. Длина резонансной пластины составляет 50-400 мм. Количество дополнительных остроугольных резонансных пластин составляет не более 10. Предлагаемый преобразователь позволяет повысить эффективность дисперсии любых не смешивающихся жидкостей и обеспечивает высокую устойчивость и длительную нерасслаиваемость полученных коллоидных растворов. 1 с.п. ф-лы, 7 з.п. ф-лы, 2 рис.

Полезная модель относится к области получения и гомогенизации дисперсных систем с жидкой средой с помощью кавитации и может быть использована для получения эмульсий (прямых и обратных) из двух и более несмешивающихся жидкостей с заданной концентрацией компонентов, например водотопливных. Это может найти применение в нефтехимической, сельско-хозяйственной, пищевой, топливной, химической, и других отраслях промышленности.

Известны способы и устройства для получения топливно-водяных эмульсий: механические мешалки, диспергаторы и барботирующие устройства. Наиболее эффективными из них являются диспергаторы.

Известен пластинчатый гидродинамический преобразователь, содержащий сопло, резонирующую пластину, патрубок для соединения с трубопроводом, регулирующее устройство и узел крепления пластины. Пластина расположена строго по оси струи, вытекающей из сопла. Сопло предназначено для плавного перевода жидкости из круглого сечения в щелевое. (Гершал А.Д., Фридман В.М. «Ультразвуковая технологическая аппаратура», Энергия, Москва, 1976 г., стр.127-128). В известном преобразователе недостаточно используются все возможности звукового поля и акустических колебаний в жидкости.

Наиболее близким техническим решением является гидродинамический диспергатор, содержащий корпус, сопло, консольно закрепленную резонансную пластину, острием направленную к соплу. Выходное отверстие сопла выполнено в виде щели, а пластина установлена с возможностью перемещения и замены (RU 26197, B01F 11/02). Недостатками известного диспергатора являются: не полное смешение жидкостей, необходимость установки более одного диспергатора в систему смешивания, отсутствие возможности замены сопла, узкая область создаваемых в диспергируемой среде длин волн.

Задачей полезной модели является повышение эффективности дисперсии любых не смешивающихся жидкостей и обеспечение высокой устойчивости и длительной нерасслаиваемости полученных коллоидных растворов.

Поставленная задача достигается тем, что в известном преобразователе, содержащем корпус, сопло с выходным отверстием в виде щели и консольно закрепленную с возможностью перемещения и замены резонансную пластину, острием направленную к соплу, согласно полезной модели, корпус герметично соединен с кожухом, внутренняя цилиндрическая поверхность которого снабжена магнитной вставкой, а сопло установлено в верхней части корпуса, на которой по периметру расположены по меньшей мере по одной диаметрально противоположно закрепленных дополнительных резонансных остроугольных пластины, направленных острием внутрь к оси корпуса, при этом корпус, сопло, кожух и резонансные пластины выполнены из диамагнитного материала. Сопло установлено с возможностью замены. Дополнительные остроугольные пластины установлены по периметру верхней части корпуса равномерно с возможностью замены и перемещения. Угол при вершине остроугольной пластины составляет 45-60°. Длина остроугольной пластины составляет 10-100 мм. Длина резонансной пластины составляет 50-400 мм. Количество дополнительных остроугольных резонансных пластин составляет не более 10.

Технический результат, который может быть получен при реализации полезной модели, заключается в повышении эффективности дисперсии любых не смешивающихся жидкостей и обеспечении высокой устойчивости и длительной нерасслаиваемости полученных коллоидных растворов.

Указанный результат достигается тем, что корпус герметично соединен с кожухом, внутренняя цилиндрическая поверхность кожуха снабжена магнитной вставкой, сопло установлено в верхней части корпуса, на которой по периметру расположены, по меньшей мере, по одной диаметрально противоположно закрепленных дополнительных резонансных остроугольных пластины, направленных острием внутрь к оси корпуса, при этом корпус, сопло, кожух и резонансные пластины выполнены из диамагнитного материала. Сопло установлено с возможностью замены. Дополнительные остроугольные пластины установлены по периметру верхней части корпуса равномерно с возможностью замены и перемещения.

Угол при вершине

остроугольной пластины составляет 45-60°. Длина остроугольной пластины составляет 10-100 мм. Длина резонансной пластины составляет 50-400 мм.

Магнитная вставка, установленная на внутренней цилиндрической поверхности кожуха, создает магнитное поле. Линии магнитной индукции совпадают по направлению с движением диспергирующейся смеси. Так как вода обладает дипольным моментом, ее молекулы стремятся расположиться определенным образом в магнитном поле, возрастает напряженность связей О---H и водородных связей О-----Н. Нарушение всех существующих в воде связей ведет к улучшению диспергации, так как уменьшается размер частиц дисперсной фазы в дисперсной среде. В дальнейшем такие смеси сохраняют большую «жизнеспособность», то есть увеличивается время их расслоения на составляющие части.

Наличие дополнительных резонансных остроугольных пластин, закрепленных по периметру верхней части корпуса равномерно, направленных острием внутрь, позволяет усилить эффект от колебаний резонансной пластины колебанием дополнительных пластин. Число этих пластин зависит от усредненной вязкости (h1+h2++hi/i) приготовленных для смешивания жидкостей и от температуры окружающей среды (зима, лечо). Количество остроугольных пластин в предлагаемом гидродинамическом акустическом преобразователе соответствует по меньшей мере двум, а максимально не более 10. Это обусловлено тем, что максимальный эффект при разной усредненной вязкости жидкости может быть достигнут установкой разного количества пластин. Чем выше вязкость смешиваемых жидкостей, тем большее количество дополнительных резонансных пластин необходимо, для жидкостей с малой вязкостью достаточно двух пластин. Увеличение количества пластин более 10, по экспериментальным данным, мало влияет на степень смешиваемости, при этом происходит усложнение конструкции.

Выполнение корпуса, сопла, кожуха и резонансных пластин из диамагнитного материала не позволяет перечисленным деталям взаимодействовать со статическим магнитным полем. Это условие не нарушает образования череды резонансов в предлагаемом преобразователе в диапазоне создаваемых звуковых и ультразвуковых волн.

Угол при вершине остроугольной резонансной пластины равный 45-60° обеспечивает дополнительное дробление капель жидкости и создание турбулентных завихрений. Происходит дополнительное интенсивное перемешивание смешиваемых жидкостей. Угол более 60° уменьшает эффект дробления капель, а угол менее 45° не создает достаточных турбулентных завихрений.

Длина резонансной пластины равная 10-100 мм обеспечивает возможность вступления ее в резонанс с колебательным контуром при разных величинах длин волн. Пластина начинает создавать собственные колебания, которые воздействуют на жидкость. При длине пластины менее 10 мм, она не вступает в резонансные колебания, а при длине более 100 мм - собственная амплитуда колебаний возрастает и это приводит к быстрой поломке пластины.

Длина остроугольной резонансной пластины равная 50-400 мм обеспечивает создание ультразвуковых колебаний в разных диапазонах в зависимости от длины пластины. При длине пластины менее 50 мм жидкость, поступающая в преобразователь, не вызывает ее колебаний, а при длине более 400 мм, пластина колеблется с частотой, не обеспечивающей необходимый диапазон длин волн.

Предлагаемый гидродинамический акустический преобразователь поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен его продольный разрез, на фиг.2 - сечение А-А.

Гидродинамический акустический преобразователь содержит корпус 1, к которому герметично присоединен кожух 2. В верхней части корпуса 1 установлено с возможностью замены и закреплено с помощью крышки 3 сопло 4 с выходным отверстием 5 в виде щели. Форма внутренней полости сопла 4 плавно переходит из круглого сечения в щелевидное, что обеспечивает минимальные потери на трение. Напротив выходного щелевидного отверстия 5 расположена консольно закрепленная резонансная пластина 6, направленная острием к отверстию 5. Резонансная пластина 6 закреплена с возможностью замены и перемещения в горизонтальной плоскости, чтобы ее можно было отодвинуть или приблизить к выходному отверстию 5 сопла 4. По периметру верхней части корпуса 1 закреплены на опорах 7 дополнительные резонансные остроугольные пластины 8 с углом при вершине 45-60°. Пластины 8 закреплены равномерно попарно друг напротив друга (диаметрально противоположно), а острие пластин 8 направлено внутрь к оси корпуса 1. Количество пластин 8 возможно в пределах от 2 до 10, пластины 8 могут перемещаться вдоль опор 7 и при необходимости могут быть заменены. Внутренняя цилиндрическая поверхность кожуха 2 снабжена магнитной вставкой 9. Корпус 1, сопло 4, кожух 2, крышка 3, резонансные пластины 6 и 8, опоры 7 выполнены из диамагнитного материала.

Гидродинамический акустический преобразователь устанавливается в систему подготовки и подачи смеси компонентов и работает следующим образом. Через входное отверстие корпуса 1 подготовленная смесь, например смесь мазута с водой, под давлением подается в сопло 4 и при выходе через щелевидное отверстие 5 набегает в зоне гидродинамической кавитации на острие резонансной пластины 6, в ней возбуждаются колебания, передающиеся в окружающую среду. При настройке пластины 6 в резонанс с колебаниями потока в смеси компонентов возникают интенсивные акустические колебания ультразвуковой частоты, необходимые для измельчения частиц. Резонансная настройка гидродинамического акустического преобразователя осуществляется перемещением резонансной пластины 6 в горизонтальной плоскости. От резонансной пластины 6 диспергирующая смесь попадает на расположенные по периметру верхней части корпуса 1 дополнительные резонансные остроугольные пластины 8, которые тоже начинают резонировать с определенной частотой, и, в конечном счете, способствуют увеличению диспергации смеси. Магнитное поле, создаваемое магнитной вставкой 9, также способствует усилению эффекта диспергации. Далее полученная смесь направляется по трубопроводу в резервуар готовой продукции.

Применение предлагаемого гидродинамического акустического преобразователя позволяет повысить эффективность дисперсии любых не смешивающихся жидкостей и обеспечить высокую устойчивость и длительную нерасслаиваемость полученных коллоидных растворов.

1. Гидродинамический акустический преобразователь, содержащий корпус, сопло с выходным отверстием в виде щели и консольно закрепленную с возможностью перемещения и замены резонансную пластину, острием направленную к соплу, отличающийся тем, что корпус герметично соединен с кожухом, внутренняя цилиндрическая поверхность которого снабжена магнитной вставкой, а сопло установлено в верхней части корпуса, на которой по периметру расположены, по меньшей мере, по одной диаметрально противоположно закрепленной дополнительной резонансной остроугольной пластине, направленной острием внутрь к оси корпуса, при этом корпус, сопло, кожух и резонансные пластины выполнены из диамагнитного материала.

2. Гидродинамический акустический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что сопло установлено с возможностью замены.

3. Гидродинамический акустический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что дополнительные резонансные пластины установлены равномерно.

4. Гидродинамический акустический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что дополнительные остроугольные пластины установлены с возможностью замены и перемещения.

5. Гидродинамический акустический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что угол при вершине остроугольной пластины составляет 45-60°.

6. Гидродинамический акустический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что длина остроугольной пластины составляет 10-100 мм.

7. Гидродинамический акустический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что длина резонансной пластины составляет 50-400 мм.

8. Гидродинамический акустический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что количество дополнительных остроугольных резонансных пластин составляет не более 10.