Кавитационный смеситель
Патент 827138
Авторы
Кавитационный смеситель
Иллюстрации
Реферат
п11827I 38
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 19.06.79 (21) 2781895/23-26 с присоединением заявки № (51) М. К .
В 01F 7/04
В 01F 11/02 (43) Опубликовано 07.05.81. Бюллетень № 17 (45) Дата опубликования описания 07.05.81 (53) УДК 66.063 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения мур +c, ф,, ищ,10-летии, ТАМГ
"4 /
А. Г. Бескоровайный, И. М. Федоткин, А. Ф.
В. В. Клявлин и Л. И. Пищенко
Киевский ордена Ленина политехнический инстит
Великой Октябрьской социалистической рев (71) Заявитель (54) КАВИТ.АЦИОННЫЙ СМЕСИТЕЛЬ
Государстееииый комитет (23) П
23 Приоритет
Изобретение относится, "тройствам для перемешивания и мож,:* ыть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности.
Известен кавитационный смеситель-растворитель, содержащий корпус и вал с закрепленными на нем лопастями, имеющими в сечении форму трапеции с острыми боковыми кромками. Лопасти служат кавитаторами (1).
Однако в таком смесителе степень гомогенизации и диспергирования хотя и выше, чем в обычных лопастных смесителях, но для смешения трудносмешиваемых жидкостей недостаточна. Вследствие небольшого количества образующихся при смыкании каверн кавитационных микропузырьков, играющих основную роль для микрокинетического воздействия и недостаточной интенсивности макротурбулентных вихрей.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является кавитационный смеситель, содержащий корпус с патрубками подачи компонентов и устройство для перемешивания, выполненное в виде вала с закрепленными на нем лопастями, которые имеют суперкавитирующий профиль и выходящие каналы с отверстиями на торцах лопастей. Подмешиваемое вещество подается по каналам с протоками, расположенными в задних кромках лопастей в каверны, а именно в область их замыкания, где и производит кавитационное воздействие с одновременным смешиванием за счет микро- и макротурбулентных вихрей большой интенсивности (2).
Недостатками такого устройства является то, что подача подмешиваемого вещества ограничена сечением задней кромки ло1О пасти и принципиально не может быть увеличена, а раскручивающие поток лопасти находятся в зоне интенсивного кавитационного воздействия, что приводит к быстрому их разрушению, кроме того, происходит га15 шение свободных турбулентных микровихрей. Чем больше размеры каверн и чем больше их нестационарность, тем больше образуется кавитационных микропузырьков и тем интенсивнее происходят процессы
20 смешения.
Однако размеры каверн ограничены габаритами смесителя и удельными энергетическими затратами на их образование.
Целью изобретения является уменьшение
25 удельных энергетических затрат на смешение, а также увеличение степени гомогенизации и диспергирования путем кавитации и пульсаций.
Поставленная цель достигается тем, что
30 приводной вал снабжен колебательным
827138
Зо
60 устройством, а перемешивающее устройство снабжено жестко закрепленным на концах лопасти цилиндром, при этом корпус выполнен с кольцевой щелью, расположенной за лопастями. Кроме того, приводной вал выполнен разрезным.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого кавитационного смесителя; на фиг. 2 — схема обтекания суперкавитирующего профиля лопасти при продольных колебаниях вала в сечении.
Смеситель состоит из корпуса 1, патрубка 2 подачи основного технологического продукта, патрубков 3 подачи подмешиваемых веществ, разрезанного вала 4 с колебательным устройством 5.
На валу 4 укреплено лопастное колесо с лопастями 6 суперкавитирующего профиля.
Лопасти 6 охвачены снаружи цилиндром
7, расположенным в цилиндрической проточной части 8 непосредственно перед кольцевой щелью 9 в корпусе 1, охваченной снаружи коллектором 10 для подмешиваемых веществ.
Работает кавитационный смеситель следующим образом.
При вращении вал 4 колеблется вдоль своей оси с частотой, кратной его оборотам, при помощи колебательного устройства 5.
При этом за лопастями 6 суперкавитирующего профиля образуются каверны, в полости которых через кольцевую щель 9 в корпусе 1 из коллектора 10 по патрубкам 3 подается подмешиваемое вещество. Основной поток подается через патрубок 2 корпуса 1. Причем при продольном движении вала 4 навстречу основному потоку осевая скорость относительно лопастей, как показано на фиг. 2, увеличивается на Л1 О, а угол атаки лопастей а уменьшается на Ла и, следовательно, размеры каверны уменьшаются, при движении вала в обратную сторону угол атаки увеличивается и размеры каверн также -увеличиваются. Кроме того, при движении вала 4 навстречу потоку цилиндр 7 открывает кольцевую щель 9, увеличивая подачу подмешиваемого вещества, а при движении в обратную сторону перекрывает кольцевую щель, уменьшая или прекращая совсем подачу подмешиваемого вещества. Порция подмешиваемого вещества, поступившего в каверну быстро попадает в зону замыкания, которая находится на небольшом расстоянии от щели (когда щель открыта полностью, угол атаки наименьший и каверна небольшая).
В зоне смыкания каверны происходит интенсивное макросмешение за счет вихревых пелен, образующихся за любыми лопастными мешалками, и микрокинетическое смешение за счет интенсивных микровихрей, образующихся при схлопывании с кумулятивными микроструйками кавитационных пузырьков, При движении вала назад и увеличении размеров каверны количество кавитационных пузырьков увеличивается, процесс смешения интенсифицируется вследствие турбулизации основного и подмешиваемого потоков за счет пульсаций. Основной поток пульсирует за счет изменения размера каверн, а следовательно, проходного гидравлического сечения, а подмешиваемый из-за полного или частичного перекрытия кольцевой щели 9 цилиндром 7.
Причем, если частота колебаний вала, а следовательно, и лопастей суперкавитирующего профиля совпадает с собственной частотой колебаний каверны, затраты энергии на создание каверн определенных размеров снижаются в 1,3 — 1,5 раза по сравнению со стационарным режимом за счет уменьшения кавитационного сопротивления, причем одновременно увеличивается количество кавитационных пузырьков.
Создаваемый пульсирующий режим развитой кавитации позволяет не только интенсифицировать процессы смешения, но и снизить удельные энергетические затраты на смешение при сохранении высокой степени гомогенизации и диспергирования.
Положительный эффект от использования предлагаемого кавитационного смесителя выразится в значительной интенсификации процесса смешения за счет пульсационного и кавитационного воздействия на смешиваемые вещества, а также в снижении удельных энергетических затрат за счет работы в режиме резонансно с собственной частотой колебаний каверн.
Формула изобретения
1. Кавитационный смеситель, содержащий корпус с патрубками подачи компонентов и устройство для перемешивания, выполненное в виде вала с закрепленными на нем лопастями, имеющими суперкавитирующий профиль, отличающийся тем, что, с целью уменьшения удельных энергетических затрат и увеличения степени гомогенизации и диспергирования за счет кавитации и пульсации, приводной вал снабжен колебательным устройством, а перемешивающее устройство снабжено жестко закрепленным на концах лопастей цилиндром, при этом корпус выполнен с кольцевой щелью, расположенной за лопастями.
2. Смеситель по п, 1, отличающийся тем, что приводной вал выполнен разрезным.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР № 593724, кл. В 01F 7/04, 1976.
2. Авторское свидетельство СССР № 551998, кл. D 21С 9/10, 1975 (прототип).
827138
Фааю осюДуого лоофлх о г емко
Ькгоо" ожто
Фиг. 1 о о о о ь оо.о о о о о ьь о о о ь
О О о о. ьь 0 ьо о о о
0 0 о ь о о о О
О о оо ь
Составитель Н. Лебедева
Техред Л. Куклина
Редактор Л, Курасова
Корректор Е. Осипова
Заказ 1134/2 Изд. № 378 Тираж 581 Подписное
НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2