RU2306972C2 - Device for the mixtures homogenization and preparation - Google Patents

Abstract

FIELD: chemical industry; food processing industry; mechanical engineering; medical equipment industry; other industries; production of devices for homogenization and preparation of the liquid heterogeneous mixtures.

SUBSTANCE: the invention is pertaining to the devices for homogenization and preparation of the liquid heterogeneous mixtures and may be used in chemical and alimentary machine building, medical equipment industry and other industries of the national economy. The device contains the body consisting of the flow-through chambers, in which the cavitation devices are installed. The device is supplied with the controller of the volumetric consumption of the mixture on the inlet fitting pipe in front of the cavitators. The walls of the flow-through chambers are made wavy. In front of the cavitators there are the mixture flow dividers. The flow dividers and the cavitators are installed in the areas of the greatest narrowing of the chambers. The technical result of the invention consists in the improved quality of homogenization of the mixture without any increase of the power inputs.

EFFECT: the invention ensures the improved quality of homogenization of the mixture without any increase of the power inputs.

6 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для гомогенизации и приготовления смеси, а именно к устройствам для гомогенизации жидкотекучих гетерогенных смесей, и может быть использовано в химическом, строительном и пищевом машиностроении, в медицинской промышленности и других отраслях народного хозяйства.The invention relates to devices for homogenizing and preparing a mixture, namely, devices for homogenizing liquid heterogeneous mixtures, and can be used in chemical, construction and food engineering, in the medical industry and other sectors of the economy.

Известны устройства для гомогенизации и приготовления смеси в виде эмульсии или иной гетерогенной дисперсной системы, в которых смешение, гомогенизация и диспергирование достигается за счет использования гидродинамических генераторов колебаний, в которых волны, вихри и колебания возбуждаются благодаря раскручиванию потока, разрыву сплошности под действием центробежных сил и схлопыванию образовавшихся пузырьков в зонах повышенного давления (а.с. СССР №1502065 от 22.04.1987, а.с. СССР №1791995 от 09.06 1989 г.).Known devices for homogenizing and preparing a mixture in the form of an emulsion or other heterogeneous dispersed system, in which mixing, homogenization and dispersion is achieved through the use of hydrodynamic oscillation generators, in which waves, vortices and vibrations are excited due to the unwinding of the flow, breaking the continuity under the influence of centrifugal forces and the collapse of the resulting bubbles in areas of high pressure (A.S. USSR No. 1502065 from 04/22/1987, A.S. USSR No. 1791995 from 09.06 1989).

Недостатком такого рода устройств является большие энергозатраты на раскручивание потока, необходимость повышенного давления на входе в устройство до 50-70 ати.The disadvantage of such devices is the high energy consumption for spinning the flow, the need for increased pressure at the inlet of the device to 50-70 ati.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для гомогенизации и приготовления смеси, содержащее корпус, выполненный в виде последовательно соединенных полых проточных камер с патрубками для входа и выпуска смеси, систем побудителей волнообразования, установленных внутри проточных камер, и предвключенных камер для ввода компонентов смеси, установленных на корпусе перед системами побудителей волнообразования (Патент РФ 2044960, 1995 г.).Closest to the invention, the technical solution is a device for homogenizing and preparing a mixture, comprising a housing made in the form of serially connected hollow flow chambers with nozzles for entering and discharging the mixture, wave-formation inducing systems installed inside the flow chambers, and upstream chambers for introducing the mixture components, mounted on the housing in front of wave formation inducing systems (RF Patent 2044960, 1995).

Данное устройство по технической сущности и достигаемому результату наиболее близко к предлагаемому изобретению и поэтому принято за прототип.This device according to the technical nature and the achieved result is the closest to the proposed invention and therefore is taken as a prototype.

В этом устройстве проточная часть выполнена в виде последовательно соединенных патрубками для входа и выпуска смеси, полых цилиндрических проточных камер, снабжена предвключенными камерами для ввода дополнительных компонентов смеси, причем внутри каждой проточной камеры установлены побудители волнообразования в виде неудобообтекаемых тел, расположенных скрещенно-последовательно в поперечных сечениях проточной части устройства.In this device, the flow part is made in the form of serially connected flow pipes for the mixture inlet and outlet, hollow cylindrical flow chambers, is equipped with upstream chambers for introducing additional components of the mixture, and inside each flow chamber there are wave formation stimulators in the form of non-streamlined bodies arranged crosswise sequentially in transverse sections of the flowing part of the device.

Устройство работает следующим образом. В жидкость, протекающую через проточные камеры, через предвключенные камеры подаются компоненты смеси. Перемешивание происходит в процессе столкновения потоков с побудителями волнообразования. Но в случае приготовления смесей, включающих быстротвердеющие компоненты, а также при изменении реологических свойств в технологических процессах (при пусках и остановах, а также при отклонениях в дозировках композиций) данное устройство оказывается неработоспособным из-за понижения текучести композиции.The device operates as follows. The components of the mixture are fed into the liquid flowing through the flow chambers through the upstream chambers. Mixing occurs in the process of the collision of flows with the drivers of wave formation. But in the case of the preparation of mixtures, including quick-hardening components, as well as when changing the rheological properties in technological processes (at starts and stops, as well as deviations in the dosage of the compositions), this device appears to be inoperative due to a decrease in the fluidity of the composition.

Таким образом, данное устройство позволяет получать смесь при сравнительно низких энергозатратах, но с недостаточным качеством гомогенизации смеси, а также с возможными отказами при работе с такими смесями, которые в силу своих физико-реологических свойств могут при прохождении через устройство резко уменьшить текучесть или увеличить вязкость и тем самым вызвать нарушения в технологических процессах и брак выпускаемой продукции.Thus, this device allows to obtain a mixture at a relatively low energy consumption, but with insufficient quality of homogenization of the mixture, as well as with possible failures when working with such mixtures, which, due to their physico-rheological properties, can drastically decrease fluidity or increase viscosity when passing through the device and thereby cause disruptions in technological processes and defective products.

Целью изобретения является повышение качества гомогенизации смеси, снижение энергозатрат и расширение функциональных возможностей устройства.The aim of the invention is to improve the quality of homogenization of the mixture, reducing energy consumption and expanding the functionality of the device.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для гомогенизации и приготовления смеси, содержащее корпус, выполненный в виде последовательно соединенных полых проточных камер, внутри которых установлены кавитаторы, входной и выпускной патрубки, перед кавитаторами на корпусе расположены камеры для ввода компонентов смеси, а после кавитаторов расположены раздающие коллекторы, дополнительно снабжено регулятором объемного расхода смеси, установленным во входном патрубке перед кавитаторами, стенки проточных камер выполнены волнообразно профилированными с зонами постепенного сужения и последующего расширения проточной камеры в направлении от входного патрубка к выпускному, при этом устройство снабжено делителями потока смеси, расположенными перед кавитаторами, делители потока и кавитаторы установлены в зонах наибольшего сужения проточных камер, турбулизация смеси кавитаторами соответствует значению числа Рейнольдса в пределах от 100000 до 800000, при этом параметр

находится в диапазоне 0,3<β<1,2, где d - минимальное из расстояний между кавитаторами, установленными в поперечном сечении потока, и между кавитаторами и стенкой проточной камеры; D - максимальный диаметр кавитаторов в поперечном сечении потока.This goal is achieved by the fact that the device for homogenization and preparation of the mixture, comprising a housing made in the form of series-connected hollow flow chambers, inside of which cavitators, inlet and outlet pipes are installed, chambers for introducing the components of the mixture are located in front of cavitators, and after cavitators are located distributing collectors, is additionally equipped with a volumetric flow rate regulator for the mixture, installed in the inlet pipe in front of the cavitators, the walls of the flow chambers are made wave azno profiled with zones of gradual narrowing and subsequent expansion of the flow chamber in the direction from the inlet to the outlet, while the device is equipped with mix flow dividers located in front of the cavitators, flow dividers and cavitators are installed in the areas of greatest narrowing of the flow chambers, turbulence of the mixture by cavitators corresponds to the Reynolds number ranging from 100,000 to 800,000, with the parameter

is in the range 0.3 <β <1.2, where d is the smallest of the distances between cavitators installed in the cross section of the flow and between cavitators and the wall of the flow chamber; D is the maximum diameter of the cavitators in the cross section of the flow.

При этом предвключенные камеры соединены с проточными камерами системами профилированных сопел.In this case, the upstream chambers are connected to the flow chambers by systems of profiled nozzles.

Кроме того, раздающие камеры установлены на корпусе после системы побудителей волнообразования таким образом, что параметр

находится в диапазоне:In addition, the distribution chambers are installed on the housing after the system of stimulators of wave formation in such a way that the parameter

is in the range:

2<λ<32 <λ <3

где l_к - длина области кавитации.where l _to - the length of the cavitation area.

Так же, по крайней мере, часть кавитаторов выполнена в виде расположенных поперечно потоку одного или более дисков, закрепленных на стержнях.Also, at least part of the cavitators is made in the form of one or more disks mounted transversely to the flow and mounted on rods.

Кроме того, по крайней мере, часть кавитаторов установлена в проточной камере в виде решеток из горизонтально или вертикально расположенных цилиндров.In addition, at least part of the cavitators is installed in the flow chamber in the form of gratings from horizontally or vertically arranged cylinders.

Кавитаторы в виде цилиндров или дисков имеют индивидуальные турбулизаторы пограничного слоя в виде любой комбинации колец, рифления, выступов, впадин, острых кромок.Cavitators in the form of cylinders or disks have individual boundary layer turbulators in the form of any combination of rings, corrugations, protrusions, depressions, sharp edges.

При этом кавитаторы устанавливаются в поперечных сечениях проточной части индивидуально или комбинированно в виде решеток, любых сочетаний цилиндров с дисками как поперек потока, так и по его течению.At the same time, cavitators are installed in cross sections of the flowing part individually or combined in the form of gratings, any combinations of cylinders with disks both across the flow and along its flow.

Раздающие и предвключенные камеры могут быть выполнены в виде волновых гидродинамических генераторов с профилированными расходными соплами, устанавливаемыми комбинированно по диаметру и компоновке, обеспечивая равномерное или по заданному закону распределение примеси в поперечном сечении потока.Distributing and upstream chambers can be made in the form of wave hydrodynamic generators with profiled flow nozzles installed combined in diameter and layout, ensuring uniform or according to a given law distribution of impurities in the cross section of the flow.

Изобретение иллюстрируют чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 показан главный вид осевого разреза фрагмента одной камеры устройства для гомогенизации и приготовления смесей.Figure 1 shows the main view of the axial section of a fragment of one chamber of the device for homogenization and preparation of mixtures.

На фиг.2 показан план фрагмента одной камеры устройства для гомогенизации устройства (план фиг.1).Figure 2 shows a plan of a fragment of one chamber of the device for homogenizing the device (plan of figure 1).

На фиг.3 показан профильный вид разреза В-В фрагмента устройства для гомогенизации и приготовления смесей.Figure 3 shows a profile view of a section bb fragment of a device for homogenization and preparation of mixtures.

На фиг.4 показан поперечный разрез раздающего коллектора.Figure 4 shows a cross section of a distribution manifold.

На фиг.5 показаны в профиль три последовательно установленные секции, в которых кавитаторы представляют собой соответственно вертикальную, горизонтальную решетки из цилиндров, а также решетку из дисков, укрепленных на стержнях.Figure 5 shows in profile three successively installed sections in which cavitators are respectively vertical, horizontal lattices of cylinders, as well as a lattice of disks mounted on rods.

На фиг.6 показан план устройства, профиль которого показан на фиг.3.Figure 6 shows a plan of the device, the profile of which is shown in figure 3.

На фиг.7 показана зависимость параметра кавитационной зоны λ от числа Рейнольдса.Figure 7 shows the dependence of the parameter of the cavitation zone λ on the Reynolds number.

На фиг.8 показана зависимость интенсивности процесса кавитационной эрозии образцов от параметра кавитационной зоны.On Fig shows the dependence of the intensity of the process of cavitation erosion of the samples from the parameter of the cavitation zone.

На фиг.9 показана зависимость эрозионного изнашивания поверхности проточной части устройства для гомогенизации и приготовления смеси от параметра кавитационной зоны.Figure 9 shows the dependence of erosive wear on the surface of the flowing part of the device for homogenization and preparation of the mixture on the parameter of the cavitation zone.

Устройство для гомогенизации и приготовления смеси содержит корпус 1, выполненный в виде последовательно соединенных полых проточных камер 2 (на фиг.1, 2 и 3 показан фрагмент одной камеры) с патрубками 3 и 4 для входа и выпуска смеси соответственно, кавитаторов 5а - горизонтальных цилиндров (на фиг.1, 2 и 3 показан кавитатор в виде индивидуального горизонтального цилиндра, а на фиг.3, 6, где показано устройство, состоящее из трех камер, - в виде решетки горизонтальных цилиндров в первой по течению из трех изображенных проточных камер), 5б - вертикальных цилиндров (на фиг.5. 6 в виде решетки вертикальных цилиндров во второй по течению из трех изображенных камер) и 5в - дисков (на фиг.5, 6 в виде решетки дисков в третьей по течению из трех изображенных камер), предвключенные камеры 6 для ввода компонентов смеси, регулятор объемного расхода смеси 7, раздающие коллекторы 8, при этом стенки проточных камер выполнены профилированными с возможностью создания зон 9, 10 постепенного сужения и зон последующего расширения соответственно. Регулятор объемного расхода смеси 7 устанавливают перед впускным рабочим участком устройства (перед кавитатором или решеткой, составленной из кавитаторов). На выходе из предвключенных камер 6 имеется система сопел 11 (см. фиг.2, где показан план устройства по разрезу Б-Б на фиг.1), обеспечивающих подачу компонентов смеси в поток. Сопла 11 расположены перед кавитаторами 5а, 5б и 5в. На фиг.3 показан профиль устройства по разрезу В-В на фиг.2. В раздающем коллекторе 8 за кавитаторами 5 имеется система раздающих сопел 12 (см. фиг.4, где показан разрез Е-Е на фиг.2 раздающего коллектора 8), которые также позволяют обеспечить введение примесей в поток непосредственно в кавитационные зоны. Кавитаторы представляют собой установленные последовательно друг за другом в проточных камерах 2 индивидуально или в виде решеток горизонтальные 5а (фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.5, на которой показан в фас разрез И-И трех последовательно размещенных проточных камер с разными типами кавитаторов, а также фиг.6, где приведен в плане разрез К-К тех же, что и на фиг.3, трех последовательно размещенных проточных камер), вертикальные 5б (фиг.5 и фиг.6) цилиндры, а также диски 5в, закрепленные на стержнях 13 и размещенные поперечно потоку. Перед кавитаторами в устройстве предусмотрены делители потока 14а и 14б (фиг.5, фиг.6), направляющие смесь на кавитаторы. Делители потока выполняются симметричными 14а в центральной части потока и асимметричными 14б на периферии.A device for homogenizing and preparing a mixture comprises a housing 1 made in the form of serially connected hollow flow chambers 2 (a fragment of one chamber is shown in FIGS. 1, 2 and 3) with nozzles 3 and 4 for entering and discharging the mixture, respectively, cavitators 5a — horizontal cylinders (Figs. 1, 2 and 3 show a cavitator in the form of an individual horizontal cylinder, and in Figs. 3, 6, where a device consisting of three chambers is shown - in the form of a lattice of horizontal cylinders in the first downstream of the three flow chambers shown) 5b - vertical cylinders (in Fig. 5. 6 in the form of a lattice of vertical cylinders in the second stream from the three chambers shown) and 5c - disks (in Figs. 5, 6 in the form of a lattice of disks in the third stream from the three chambers shown), upstream chambers 6 for introducing the components of the mixture, the regulator of the volumetric flow rate of the mixture 7, distributing manifolds 8, while the walls of the flow chambers are profiled with the possibility of creating zones 9, 10 of gradual narrowing and zones of subsequent expansion, respectively. The volumetric flow rate regulator of the mixture 7 is installed in front of the inlet working section of the device (in front of the cavitator or grid composed of cavitators). At the exit from the upstream chambers 6 there is a system of nozzles 11 (see Fig. 2, which shows a plan of the device along section B-B in Fig. 1), which supply the mixture components to the stream. Nozzles 11 are located in front of the cavitators 5a, 5b and 5c. Figure 3 shows the profile of the device along the section BB in figure 2. In the distributing manifold 8 behind the cavitators 5 there is a system of dispensing nozzles 12 (see FIG. 4, for a section EE in FIG. 2 of the distributing manifold 8), which also allow the introduction of impurities into the flow directly into the cavitation zones. Cavitators are horizontal 5a, installed individually in succession in flow chambers 2 individually or in the form of gratings (Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3, Fig. 5, which shows in section a sectional view of three successive flow chambers with different types of cavitators, as well as FIG. 6, which shows a section through a KK of the same as in FIG. 3, three flow chambers arranged in series), vertical 5b (FIG. 5 and FIG. 6) cylinders, and also disks 5c mounted on the rods 13 and placed transversely to the flow. Before the cavitators, the device provides flow dividers 14a and 14b (Fig. 5, Fig. 6), directing the mixture to the cavitators. The flow dividers are symmetric 14a in the central part of the flow and asymmetric 14b in the periphery.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Жидкая составляющая смеси подается внутрь корпуса 1 устройства через входной патрубок 3 и поступает в проточные камеры 2. Готовая смесь выводится из устройства через выходной патрубок 4. В процессе движения смесь сталкивается с кавитаторами 5а, 5б, 5в, при этом в предвключенных камерах 6, расположенных перед кавитаторами, в смесь через сопла 11 вводятся компоненты или та же жидкая составляющая, что и через входное сечение, в количестве, соизмеримом с количеством жидкости, протекающей через проточные камеры, а через раздающие коллекторы 8, расположенные после систем кавитаторов, в смесь через сопла 12 перфорированных трубок 8 или волновых гидродинамических генераторов вводятся компоненты или исходная жидкая составляющая, в количестве, несоизмеримо малом по отношению к количеству жидкости, протекающей через проточные камеры. За счет того, что стенки проточных камер выполнены профилированными с зоной постепенного сужения и зоной последующего расширения проточной камеры в направлении движения потока образуется зона волнового воздействия на поток, внутри которой происходит интенсивное диспергирование составляющих смеси и ее гомогенизация. Повышение эффективности перемешивания, гомогенизации и диспергирования достигается тем, что кавитаторы устанавливаются в потоке таким образом, чтобы зоны активной кавитации или зоны развитой турбулентности перекрывали все поперечное сечение потока, для чего смесь предварительно разделяется делителями потока смеси 14, а затем входит в зону действия кавитаторов 5, размещенных в местах наибольшего сужения проточных камер 2 индивидуально или в виде решеток. Гомогенизации смеси способствуют индивидуальные интенсификаторы пограничного слоя кавитаторов, например, сетчатые рифления или кольца, выступы, впадины, острые кромки. На цилиндрических кавитаторах они могут быть сориентированы относительно набегающего потока под разными углами от 0° до 180°. Интенсификация гомогенизации смеси или смеси с малыми добавками осуществляется за счет впуска их через перфорированную трубку 8 или волновой гидродинамический генератор в места максимальной интенсивности перемешивания, расположенные на оптимальных расстояниях от побудителей волн, менее длины кавитационных каверн l_к.The liquid component of the mixture is fed into the housing 1 of the device through the inlet pipe 3 and enters the flow chambers 2. The finished mixture is discharged from the device through the outlet pipe 4. In the process of movement, the mixture collides with cavitators 5a, 5b, 5c, while in the upstream chambers 6 located before cavitators, components or the same liquid component are introduced into the mixture through nozzles 11 as through the inlet section, in an amount commensurate with the amount of liquid flowing through the flow chambers, and through distributing manifolds 8, After the cavitation systems, components or the initial liquid component are introduced into the mixture through nozzles 12 of perforated tubes 8 or wave hydrodynamic generators in an amount disproportionately small with respect to the amount of liquid flowing through the flow chambers. Due to the fact that the walls of the flow chambers are profiled with a zone of gradual narrowing and a zone of subsequent expansion of the flow chamber in the direction of flow, a zone of wave action on the flow is formed, inside which there is an intensive dispersion of the components of the mixture and its homogenization. Improving the efficiency of mixing, homogenization and dispersion is achieved by the fact that the cavitators are installed in the flow so that the active cavitation zones or the developed turbulence zones overlap the entire cross section of the flow, for which the mixture is preliminarily separated by the flow dividers of the mixture 14, and then enters into the action zone of the cavitators 5 located in the places of greatest narrowing of the flow chambers 2 individually or in the form of gratings. Homogenization of the mixture is facilitated by individual intensifiers of the boundary layer of cavitators, for example, mesh corrugations or rings, protrusions, depressions, sharp edges. On cylindrical cavitators, they can be oriented relative to the incoming flow at different angles from 0 ° to 180 °. The homogenization of a mixture or mixture with small additives is intensified by letting them through a perforated tube 8 or a wave hydrodynamic generator to the places of maximum mixing intensity, located at optimal distances from wave drivers, less than the length of cavitation cavities l _k .

Выбор характеристик кавитаторов осуществляется на основе результатов экспериментальных исследований обтекания неудобообтекаемых тел потоком жидкости. При достаточно больших скоростях обтекания в следе за неудобообтекаемым телом возникает кавитационная зона. Длина этой зоны l_к зависит от скорости набегающего потока в сечении, где установлены кавитаторы, рассчитываемой как отношение объемного расхода жидкости Q к площади поперечного сечения S в месте их установки. На фиг.7 показана экспериментально установленная зависимость между безразмерными параметрами

и числом Рейнольдса

где ν - кинематическая вязкость жидкости.The selection of the characteristics of cavitators is carried out on the basis of the results of experimental studies on the flow of liquid around uncomfortable bodies. At sufficiently high flow velocities, a cavitation zone arises in the wake of an unobtrusive body. The length of this zone l _k depends on the speed of the incoming flow in the section where cavitators are installed, calculated as the ratio of the volumetric flow rate of the fluid Q to the cross-sectional area S at the place of their installation. Figure 7 shows the experimentally established relationship between dimensionless parameters

and Reynolds number

where ν is the kinematic viscosity of the liquid.

В следе потока за кавитатором помещались образцы из электротехнического алюминия, которые разрушались под действием потока и теряли часть массы. Воздействие потока на образцы оценивалось количественно по относительной потере массы

где Δm - потеря массы образца в потоке, m - исходная масса образца. Экспериментально было установлено, что величина δ зависит от длины каверны λ. Причем было установлено, что существует такое значение λ, при котором эрозионный износ максимален. На фиг.8 приведены результаты экспериментов, с одиночным цилиндром в качестве неудобообтекаемого тела. Кривая 1 соответствует цилиндру с рифлением, кривая 2 - гладкому цилиндру.In the wake of the flow behind the cavitator, samples of electrical aluminum were placed, which were destroyed by the flow and lost part of the mass. The impact of flow on the samples was quantified by relative weight loss

where Δm is the mass loss of the sample in the stream, m is the initial mass of the sample. It was experimentally established that the quantity δ depends on the length of the cavity λ. Moreover, it was found that there is a value of λ at which erosion wear is maximum. On Fig shows the results of experiments with a single cylinder as an uncomfortable body. Curve 1 corresponds to a corrugated cylinder, and curve 2 to a smooth cylinder.

Таким образом, характеристики устройства в обоих исследованных случаях подбираются таким образом, чтобы безразмерная длина кавитационной каверны за побудителем λ составляла 2,5. Кроме того, побудители в виде рифленых цилиндров предпочтительны по сравнению с гладкими цилиндрами. Эксперименты с побудителями в виде гладких и рифленых стержней квадратного и треугольного и др. поперечных сечений показали, что наибольшее значение δ имеет место для рифленых цилиндров при λ=2,5. Следовательно, согласно данным, приведенным на фиг.7, для получения наибольшего эффекта необходимо обеспечить условие, чтобы число Рейнольдса потока находилось в диапазоне от 100000 до 800000.Thus, the characteristics of the device in both cases studied are selected so that the dimensionless length of the cavitation cavity behind the inducer λ is 2.5. In addition, grooved cylinder motive agents are preferred over smooth cylinders. Experiments with stimulators in the form of smooth and corrugated rods of square, triangular, and other cross sections showed that the greatest value of δ takes place for corrugated cylinders at λ = 2.5. Therefore, according to the data shown in Fig. 7, to obtain the greatest effect, it is necessary to ensure that the Reynolds number of the stream is in the range from 100,000 to 800,000.

Выбор соотношения параметров решеток кавитаторов также основывался на результатах экспериментальных исследований. На фиг.9 приведены результаты исследования эрозионного изнашивания алюминиевых пластинок за решеткой из трех рифленых цилиндров. Здесь по оси ординат отложена скорость изнашивания образцов i, рассчитанная по формуле

где Δm - потеря массы образцов, F - площадь участка эрозии, отнесенная к i_max - скорости изнашивания образца с максимальной площадью эрозии.The choice of the ratio of the parameters of the cavitator gratings was also based on the results of experimental studies. Figure 9 shows the results of a study of the erosive wear of aluminum plates behind a grate of three corrugated cylinders. Here, the ordinate shows the wear rate of samples i, calculated by the formula

where Δm is the mass loss of the samples, F is the area of the erosion site, referred to i _max is the wear rate of the sample with the maximum erosion area.

Максимальная скорость изнашивания наблюдалась так же, как и для одиночных рифленых цилиндров при относительной длине зоны кавитации λ=2,5. Сравнение решеток с разными значениями относительного расстояния между цилиндрами

показало, что наибольшее значение скорости износа достигается при β=0,8. По конструктивным соображениям в предлагаемой конструкции предлагается использовать решетки, для которых параметр β находиться в диапазоне от 0,3 до 1,2.The maximum wear rate was observed in the same way as for single corrugated cylinders with a relative length of the cavitation zone λ = 2.5. Comparison of gratings with different values of the relative distance between the cylinders

showed that the greatest value of the wear rate is achieved at β = 0.8. For structural reasons, the proposed design proposes the use of gratings for which the parameter β is in the range from 0.3 to 1.2.

Сравнительные исследования с использованием цветных красителей качества гомогенизации смесей растворимых и нерастворимых жидкостей, жидких сред с растворимыми гранулами или с нерастворимыми частицами, а также эмульсий, полученных с помощью устройства прототипа и предложенного устройства, показали, что при одинаковых энергозатратах размер дисперсных включений в смеси уменьшается в 2-8 раз, при этом смесь имеет более равномерную окраску, что свидетельствует об улучшении качества гомогенизации.Comparative studies using colored dyes of the quality of homogenization of mixtures of soluble and insoluble liquids, liquid media with soluble granules or with insoluble particles, as well as emulsions obtained using the prototype device and the proposed device, showed that with the same energy consumption the size of dispersed inclusions in the mixture decreases in 2-8 times, while the mixture has a more uniform color, which indicates an improvement in the quality of homogenization.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет осуществлять смешение растворимых и нерастворимых жидкостей, жидких сред с растворимыми гранулами или с нерастворимыми частицами, а также получение мелкодисперсных гомогенных эмульсий для использования в газонефтеперерабатывающей, химической, пищевой, фармацевтической, строительной и энергетической (в частности, для приготовления водотопливных эмульсий) промышленности.Thus, the claimed device allows the mixing of soluble and insoluble liquids, liquid media with soluble granules or with insoluble particles, as well as obtaining finely divided homogeneous emulsions for use in gas, oil, chemical, food, pharmaceutical, construction and energy (in particular, for the preparation of water-fuel emulsions) industry.

Claims (7)

1. Устройство для гомогенизации и приготовления смеси, содержащее корпус, выполненный в виде последовательно соединенных полых проточных камер, внутри которых установлены кавитаторы, перед кавитаторами на корпусе расположены камеры для ввода компонентов смеси, после которых расположены раздающие коллекторы, входной и выпускной патрубки, отличающееся тем, что оно снабжено регулятором объемного расхода смеси, установленным на входном патрубке перед кавитаторами, стенки проточных камер выполнены волнообразно профилированными с зонами постепенного сужения и последующего расширения проточной камеры в направлении от входного патрубка к выпускному, при этом устройство снабжено делителями потока смеси, расположенными перед кавитаторами, делители потока и кавитаторы установлены в зонах наибольшего сужения проточных камер, турбулизация смеси кавитаторами соответствует значению числа Рейнольдса от 100000 до 800000, при этом параметр

находится в диапазоне 0,3<β<1,2, где d - минимальное из расстояний между кавитаторами, установленными в поперечном сечении потока, и между кавитаторами и стенкой проточной камеры; D - максимальный диаметр кавитаторов.1. A device for homogenizing and preparing a mixture, comprising a housing made in the form of series-connected hollow flow chambers, inside of which cavitators are installed, chambers for introducing the components of the mixture are located in front of cavitators on the housing, after which there are distributing collectors, inlet and outlet pipes, characterized in that it is equipped with a volumetric flow rate regulator mounted on the inlet pipe in front of the cavitators, the walls of the flow chambers are made wave-shaped profiled with zones gradual narrowing and subsequent expansion of the flow chamber in the direction from the inlet to the outlet, while the device is equipped with mixture flow dividers located in front of the cavitators, flow dividers and cavitators are installed in the areas of greatest narrowing of the flow chambers, turbulence of the mixture by cavitators corresponds to a Reynolds number from 100,000 to 800,000 , while the parameter

is in the range 0.3 <β <1.2, where d is the smallest of the distances between cavitators installed in the cross section of the flow and between cavitators and the wall of the flow chamber; D is the maximum diameter of the cavitators. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что параметр

находится в диапазоне 2<λ<3, где l_к - длина области кавитации.2. The device according to claim 1, characterized in that the parameter

is in the range 2 <λ <3, where l _k is the length of the cavitation region. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по крайней мере часть кавитаторов выполнена в виде расположенных поперечно потоку одного или более дисков, закрепленных на стержнях.3. The device according to claim 1, characterized in that at least part of the cavitators is made in the form of transversely arranged one or more disks mounted on rods. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по крайней мере часть кавитаторов выполнена в виде одного или более цилиндров.4. The device according to claim 1, characterized in that at least part of the cavitators is made in the form of one or more cylinders. 5. Устройство по одному из пп.3 и 4, отличающееся тем, что кавитаторы в виде дисков и цилиндров имеют индивидуальные турбулизаторы пограничного слоя в виде любой комбинации колец, рифления, выступов, впадин, острых кромок.5. The device according to one of claims 3 and 4, characterized in that the cavitators in the form of disks and cylinders have individual boundary layer turbulators in the form of any combination of rings, corrugations, protrusions, depressions, sharp edges. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кавитаторы установлены в поперечных сечениях проточной камеры индивидуально.6. The device according to claim 1, characterized in that the cavitators are installed in cross sections of the flow chamber individually. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кавитаторы установлены в проточной камере в виде решеток.7. The device according to claim 1, characterized in that the cavitators are installed in the flow chamber in the form of gratings.

Images