Камерный смеситель центробежного распыления тяжелых аэрозольных водных смесей

 

Использование: в волновой технике. Применение: в интенсивных, энергосберегающих волновых технологиях дробления, смешивания и транспортирования веществ. Сущность изобретения: устройство представляет собой пневмогидравлическую волновую систему, элементы колебательного контура которой через трубопровод сжатого воздуха настроены в резонанс с энергетической установкой, возбуждающей волну, и имеет геометрические размеры в соотношении (по закону волновой кратности) с длиной ударной волны и геометрические формы, определенные волновой физикой. В отличии от пневматических машин, где воздействие сжатого воздуха на рабочий объект производится поверхностно, на малой площади (эжекционные, щелевые и т.д.) волновая вибрация действует в полном объеме среды обитания волны, создавая условия для высокой производительности системы, глубокого перемешивания и тонкой дисперсности смесей, их высокой химической активности. Устройство механически связано с турбиной, совершающей вращение с использованием реактивной составляющей потока аэрозолей. 2 ил.

Изобретение относится к металлургии, в частности к литейному производству и может использоваться для нанесения противопригарного покрытия на внутренние поверхности литейных форм.

Известно устройство для нанесения покрытия на внутреннюю поверхность литейных форм, содержащее распылитель с каналами подачи краски и сжатого воздуха и установленную на выходе распылителя турбину. Система использует для перемешивания, вращения турбины и распыления смеси кинетическую энергию движущегося потока сжатого воздуха, но так как масса воздуха незначительна, процесс идет на низком энергетическом уровне, поток тяжелой краски сминает поток сжатого воздуха, пересекая пути его движения, вследствие чего турбина останавливается. Через воздушный поток следует пневматическая звуковая волна, а через поток жидкости гидравлическая звуковая волна, ввиду чего смешать в движении два потока разных по физическим и волновым параметрам без учета волновых явлений невозможно. Известная система в эксплуатации ненадежна.

Известно устройство с выполнением центробежной камеры смешивания в корпусе турбины, сообщенной с каналом подачи распыляемой жидкости и изогнутыми в одну сторону трубками для истечения жидкости, установленными на наружной поверхности камеры.

Наиболее близко описываемому техническое решение с применением камеры смешивания, но устройство имеет следующие недостатки: центробежная камера смешивания по своей физической сущности смесить разные по плотности материалы не может, центробежные силы эти материалы разделяют. Процесс идет на уровне механического разбрызгивания, переходящего в неупорядоченный полив формы краской при неудовлетворительных результатах качества покрытия.

Техническим эффектом изобретения является повышение производительности смесителя, получение перенасыщенных, самораспыляющихся, подвижных мелкодисперсных многофазных смесей, состоящих из воды, воздуха и твердых частиц, улучшение качества покрытия литейных форм противопригарными красками.

Указанный эффект достигается тем, что предложенный аппарат представляет собой волновую импульсную систему. Используя энергию высокочастотной вибрации, возникающей при амплитудном резонансе основной волны в потоке сжатого воздуха и этой же волны в жидкости, производят насыщение материала сжатым воздухом, создавая физическую среду, при которой воздух, взаимодействуя с поверхностно-активными веществами, какими являются вода и литейные крепители, разрывает массу материала на мельчайшие частицы, окружает их воздушной прослойкой, в результате чего материал теряет вязкость и абразивность, смесь приобретает подвижность и самораспыляемость. Перенасыщенная сжатым воздухом смесь выбрасывается в сообщенную с камерой смешивания турбину и, истекая со скоростью 10-12 м/с из сопла турбины, пролетает 0,5-0,7 м от среза сопла, взрывается, создавая эффект распыления.

На фиг. 1 изображен общий вид камерного смесителя центробежного распыления; на фиг.2 схематическое изображение камеры смешивания в волновом соотношении.

В статическом состоянии аппарат имеет элементы конструкции и связи: камера волнового смешивания 1, представляющая собой статичную проточную, цилиндрическую, пустотелую полость с прямолинейной осью, ее торцевые противоположные плоскости перпендикулярны к оси камеры. Подвод сжатого воздуха в камеру осуществлен трубопроводом 2 через запорный вентиль 3 продольно геометрической оси камеры, подвод жидкости осуществлен в среднюю зону камеры равноудаленно от торцевых плоскостей трубопроводом 4 из резервуара давлением. Камера через полый вал 5, сегментные сопла 6 центробежной турбины 7 сообщена с атмосферой.

В работу аппарат вводится открытием запорного вентиля 3 (см. фиг.1). Воздушный поток из магистрали сжатого воздуха через трубопровод 2, запорный вентиль 3 заполняет объем камеры смешивания 1. Струя сжатого воздуха через полый вал 5, сегментные сопла 6 истекает в атмосферу. Используя реактивную составляющую, центробежная турбина 7 совершает вращение. В воздушном потоке действует пневматическая звуковая волна (А (см. фиг.2)) длиною ₁= , где с скорость звуковой волны в воздухе; n₁ частота периодов, возбуждаемая турбокомпрессором, и располагается по форме "А" (фиг.2). Через камеру смешивания продольно работает физическая кинетическая (В) волна потока сжатого воздуха, которая, переходя в отраженную, возбуждает генератор собственных колебаний волновой камеры импульсного действия с волной длиной ₃= , где V физическая переменная, регулируемая скорость потока; n₃ переменная, производная от скорости потока, частота периодов генератора камеры (в рабочем режиме для предлагаемой тяжелой системы n₃ 10H_z). Для произвольной длины камеры l, при переменных скорости воздушного потока V и частоты периодов n₃(в пределах 10H_z) длина волны генератора камеры величина постоянная и равна удвоенной длине камеры ₃= 2l и располагается по форме В (фиг.2). В камере действует энергетически мощный 1-й обертон "Б" основной пневматической волны "А" с длиной волны ₂= при n₂ 2n₁ и залегает по форме "Б" (фиг.2). Пневматическая волна "А" и кинематическая волна "В" залегают узлами волны в средней зоне камеры равноудаленно от торцовых отражающих плоскостей, создавая разрежение "А" и обертон "Б" пневматической волны залегает в этой зоне пучностью волны, создавая избыточное давление во взаимодействии зона (Р) получает пониженное (d) давление относительно номинала и создает условия для подачи в эту зону гидравлической составляющей из резервуара давлением ниже номинала. Резервуар, используя физический перепад и волновое падение давления, подает в зону (Р) камеры дозу краски. Основная пневматическая волна "А", сменив среду обитания на более жесткую водную, приобретает значительно большую скорость и интенсивность, меняет длину волны на большую и в процессе этой эволюции достигает параметров волны 1-го обертона "Д" волной гидравлической волны ₅= при частоте периодов n₅ 2n₁ соотношение скорости звуковой волны из одного источника в воде к скорости этой же волны в воздухе при определенном приближении 4 при n₁ периодов. Так как система самонастраивающаяся, то в определенный момент эволюции гидравлической волны 4 или ₄ 4 ₁ из чего 1-й обертон гидравлической ₅= 2₁ при 2n₁ периодов, 2-й обертон гидравлической ₆= ₁ при 4n₁. Волновое соотношение _{1 6} при 4n₁ вызывает острый резонанс основной пневматической и 2-го обертона гидравлической, что в свою очередь вызывает высокочастотную вибрацию среды и получение физического эффекта и свойств смеси определенной целью изобретения. Интенсивность гидравлической волны ограничена мощностью ее 1-го обертона, дальнейшего развития гидравлическая волна не получила ввиду ограничения размера камеры волнового смешивания по ее резонансной длине. Мощная резонансная волна зонами высокого давления перекрывает дифракционные отверстия, останавливает воздушные и гидравлические потоки, высокочастотная вибрация дробит и смешивает вещества, водная среда становится газообразной, гидравлическая волна теряет свою опору, резонансная волна спадает, зоны высокого волнового давления меняются на зоны пониженного давления; восстанавливается движение воздушного потока, а с ним и кинетическая волна генератора камеры. Импульсом кинетической волны камера вентилируется, а реактивная составляющая этого движения раскручивает турбину.

В связи с тем, что компрессор, магистральный трубопровод сжатого воздуха и камера волнового смешивания охвачены единой волновой связью, выбор размеров элементов колебательного контура аппарата производится в соотношении к длине его полной гидравлической волны ₄ По условиям резонанса длина колебательных элементов системы должна быть равна длине рабочей полуволны или же ей кратной. Для смешивания и центробежного распыления тяжелых многофазных смесей длина камеры предлагаемого аппарата l (кратная 1/4). Длина камеры выбрана по оптимальным параметрам с целью сокращения длины активной резонансной зоны и снижения расхода энергии кинетической волны на вентиляцию камеры, обеспечивая энергией раскрутку турбины.

Зона (Р) подвода трубопровода подачи гидравлической составляющей осуществлена в узел кинетической "В" волны (фиг.2), так как она расположена в зоне пониженного волнового давления и находится на пересечении оси камеры с осью трубопровода подвода жидкости в средней зоне камеры, равноудаленно от торцовых отражающих плоскостей. Форма камеры цилиндрическая, так как труба является самым экономичным волноводом. Диаметр камеры смешивания определяется из соотношения, принятого в расчет объема, получаемых аэрозолей, равного объему расходуемого сжатого воздуха, к длине камеры и частоте пульсации системы формулой Q_расх= откуда D где D диаметр камеры волнового смешивания; l длина камеры; n₄ частота пульсации системы (для предлагаемой тяжелой системы 10 Гц).

Диаметр выходного дифракционного отверстия, принятого как условно проходное, выполненное в полом валу 5, с целью пропуска в турбину интенсивной волны, подобрано по максимальным параметрам и составляют 14-16 мм.

Формула изобретения

КАМЕРНЫЙ СМЕСИТЕЛЬ ЦЕНТРОБЕЖНОГО РАСПЫЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ АЭРОЗОЛЬНЫХ ВОДНЫХ СМЕСЕЙ, содержащий центробежную турбину, центробежную камеру смешивания, выполненную в корпусе турбины, отличающийся тем, что по условию резонанса колебательной системы аппарата статичная камера волнового смешивания выполнена пустотелой, ее противоположные торцевые плоскости перпендикулярны к прямолинейной геометрической оси камеры, длина камеры по ее геометрической оси равна четверти длины гидравлической волны аппарата, подвод сжатого воздуха осуществлен по прямолинейной геометрической оси камеры продольно, подвод жидкости в камеру осуществлен трубопроводом в зону пересечения оси трубопровода с геометрической осью камеры, равноудаленно от торцевых отражательных плоскостей.