Кавитационно-струйное устройство для теплогенерации и активации жидкости

(51) 24 3/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ 2011/0192.1 25.02.2011 15.07.2013, бюл. 7 Мамытбеков Галымжан Куламкадырович 23206 4, Е 21 В 37/08, 20102096695 1, 24 3/00, 1997101041 1, 21 1/36, 20112287118 С 1, 24 3/00, 15 1/00, 25 29/00, 20065188090 А, 24 9/00, 1993(54) КАВИТАЦИОННО-СТРУЙНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОГЕНЕРАЦИИ И АКТИВАЦИИ ЖИДКОСТИ(57) Изобретение относится к кавитационноструйным технологиям для теплогенерации и активации жидкости в гидросистемах различного назначения, а также может быть использовано в качестве смесителей различных жидкостей,дисперсий, разрушения молекулярных связей в сложных жидкостях, деструкции химических связей, изменения физико-химических свойств жидкостей,раскольматации технологических добычных и инжекторных скважин и т.д. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности теплогенерации и молекулярной деструкции растворенных в жидкой фазе веществ, в том числе эмульсий и суспензий,интенсификация процессов тепломассообменных процессов за счет комбинирования кавитациоиной и струйной технологии обработки жидкости при которой усиливаются акустические эффекты и кумулятивность гидроударных волн. Кавитационно-струйное устройство для теплогенерации и активации жидкости, содержащее кавитационную камеру, включающую плавно сужающийся участок - конфузор 1, цилиндрический участок 2, диффузор 3 и активный элемент 4,отличающееся тем, что к диффузорной части кавитационной камеры закреплена струйная камера,выполненная в форме трубки Вентури и состоящая из конфузора 8, проточной части 9 и диффузора 10,в проточной части которого находится активный элемент 14, закрепленный в конфузорной части с помощью крыльчатки 13. Изобретение относится к кавитационноструйным технологиям для разогрева жидкости в гидросистемах различного назначения, а также может быть использовано в качестве смесителей различных жидкостей, дисперсий, разрушения молекулярных связей в сложных жидкостях,деструкции химических связей, изменения физикохимических свойств жидкостей, раскольматации технологических добычных и инжекторных скважин и т.д. Известен теплогенератор, имеющий корпус с циклоном-ускорителем потока жидкости в нижней части корпуса, тормозное устройство в верхней части корпуса, выпускной патрубок, соединенный с циклоном с помощью перепускного патрубка,причем соединения выполнено на торце циклона соосно ему, корпус теплогенератора имеет коническую форму, причем циклон и входное отверстие корпуса выполнены с одинаковым радиусом, а диаметр выходного отверстия корпуса меньше диаметра входного отверстия на 25, торец циклоны выполнен в виде конуса и тормозное устройство выполнено в виде конуса (2231716, МКИ 24 3/02). Недостаток этого теплогенератора - сложная конструкция и невысокая термодинамическая эффективность преобразования энергии. Известен теплогенератор для нагревания жидкости, содержащий корпус с отводящим трубопроводом, два сужающе-расширяющихся кавитационных насадка, сужающе-расширяющаяся части каждого из которых соединены цилиндрическим каналом, кавитационные насадки установлены осесимметрично и оппозитно расширяющимися частями в корпусе с возможностью осевого перемещения ( 2298741,МПК 24 3/00). Недостаток создание двухстороннего противоположного потока жидкости и отвод его через третий трубопровод, что усложняет конструкцию и увеличивает габариты. Известен способ обработки воды и водных растворов (патент России 2240984, 02 1/66, от 27.11.2004), включающий корректировкуводы многократным поочередным снижением давления высоконапорной жидкости при ее рециркуляции до величины, при которой происходит ее кавитация, с последующим повышением давления до величины,при которой кавитация прекращается. Для повышения процесса кавитации, создаваемого соплом Вентури или в центре закругленного жидкостного потока, он может быть усилен ультразвуком или электрическим плазменным разрядом. Недостатками известного решения являются необходимость предварительного нагрева исходной жидкости до 90 С, что связано с большими энергозатратами. Известно устройство кавитатора (аналог),содержащий полый цилиндрический корпус переменного сечения,включающий плавно сужающийся участок - конфузор, цилиндирический участок и диффузор, активный элемент, состоящий из двух частей и имеющий тангенциальные каналы 2 и сквозные отверстия, при этом одна из частей активного элемента расположена в цилиндрическом участке корпуса, а другая часть в виде усеченного обратного конуса - в диффузоре (Инновац. Патент РК 23206, Е 21 В 37/08). Недостатком устройства является низкая теплогенерация устройства. Задачей изобретения является расширение области применения гидродинамического кавитационного устройства путем совмещения его со струйным аппаратом, предусматривающим эжекцию кислорода в водоструйных поток с целью изменения физико-химических свойств обрабатываемой жидкости(,окислительновосстановительный потенциал, электропроводность) и увеличения температуры. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности теплогенерации и молекулярной деструкции растворенных в жидкой фазе веществ, в том числе эмульсий и суспензий,интенсификация процессов тепломассообменных процессов за счет комбинирования кавитационной и струйной технологии обработки жидкости, при которой усиливаются акустические эффекты и кумулятивность гидроударных волн. Указанный технический результат достигается в конструкции кавитационно-струйного устройства,содержащей кавитационную камеру (камера А),включающую плавно сужающийся участок конфузор, цилиндрический участок и диффузор,активный элемент. Отличием является то, что к диффузорной части кавитационной камеры с помощью резбового соединения крепится струйная камера (камера Б), выполненная в форме трубки Вентури, состоящая из конфузора 8, проточной части 9 и диффузора 10, в проточной части которого находится активный элемент 14, крепящийся в конфузорой части с помощью крыльчатки 13. Длина активного элемента 14 струйной камеры Б,выполненного в виде спиральной ленты из нержавеющей стали, изменяется от 10 до 25 мм, а угол завихрения спиральной ленты может изменяться от 15 до 45. Кавитационно-струйное устройство в диффузорной части струйной камеры Б содержит патрубок 12 для всасывания газа из воздуха или баллона. Сущность изобретения заключается в следующем. В предлагаемой конструкции после диффузорной части кавитатора устанавливается струйная камера. Это обеспечивает создание избыточного градиента давления после выхода потока жидкости из диффузорной части кавитатора с последующим его завихрением в полой части струйного аппарата, выполненного в виде трубки Вентури за счет активного элемента, выполненного в виде спиральной ленты из нержавеющей стали. Технологическая жидкость подается из центробежного насоса в конфузор и далее проходит через активный элемент с последующим переходом в диффузор, где за счет кавитации создается гидромониторная струя жидкости высокого давления, которая на выходе из диффузора переводит ее в струйную камеру, состоящего из конфузора,поточной камеры,снабженной активным элементом, выполненным в виде спиральной ленты с последующим расширением в диффузорной части. Создание кавитационного потока жидкости в первой кавитационной камере и последующее его закручивание во второй струйной камере приводит к заметному росту температуры жидкости до 50 С от начальной его температуры,при этом происходит интенсификация процессов деструкции растворенных в ней веществ на молекулярном уровне с образованием газообразных продуктов разрушения молекул растворителя и растворенного вещества. На фигуре 1 схематически изображено заявляемое устройство (вид сбоку). На фиг.1 изображено кавитационно-струйное устройство в продольном разрезе, которое представляет собой совмещенное устройство,состоящее из двух камер (камера А - кавитатор,камера Б - струйная камера). Камера А содержит полый цилиндрический корпус переменного сечения, включающий плавно сужающийся участок- конфузор 1, цилиндрический участок 2 и диффузор 3, активный элемент 4 для дополнительного ускорения потока жидкости, посредством шнековых или тангенциально-направленных каналов 5 и имеет одно сквозное отверстие 6. Активный элемент 4 установлен внутри корпуса и закреплен на входной части конфузора и выполнен в виде полой трубки с расширяющимся выходным сечением, диаметркоторого меньше диаметравыходной части диффузора 3 в 4-4,7 раза, а отношение расстояния сквозного участка между активным элементом и цилиндрическим участком 2 к выходной части диффузора 3 составляет не менее 4,5. Активный элемент 4 с тангенциально направленными шнеками на поверхности и внутренней полостью диаметром 4 мм крепится в корпусе кавитатора с помощью крыльчатки 7(фиг.1) и может быть стационарным или вращающимся. Угол раскрытия диффузора 3 может изменяться от 7 до 30, угол сужения конфузора 1 составляет 30, а длина цилиндрического (1) участка 2 может изменяться от 25 мм до 100 мм. Струйная камера Б, выполненная в виде трубки Вентури, состоящая из конфузора 8, проточной части 9 и диффузора 10 крепится к кавитационной камере А с помощью резьбового соединения 11. Угол сжатия конфузора 8 и расширения диффузора 10 может меняться от 20 до 30. Диффузор 10 содержит патрубок 12 с выходом в диффузор по направлению течения потока жидкости для эжекции технического кислорода из воздуха или любого другого газа из баллона. В проточной части 9 струйной камеры Б через крыльчатку 13 крепится активный элемент 14,выполненный в виде спиральной ленты из нержавеющей стали. Длина активного элемента 14 в проточной части струйной камеры Б может изменяться от 10 до 25 мм, угол завихрения спиральной ленты может изменяться от 15 до 45, число витков на спиральной ленте может изменяться от трех и выше. Устройство работает следующим образом. Технологическая жидкость (например, вода или водные растворы неорганических или органических веществ) с помощью центробежного насоса поступает в кавитационную камеру А. Жидкость проходит через конфузор 1 и через цилиндрический участок 2 направляется в диффузор 3, обтекая активный элемент 4, при этом образуется суперкаверна, при смыкании которой создается зона схлопывающихся микропузырьков, образуя паражидкостную смесь, которая далее переходит в струйную камеру Б, где создается повышенное завихрение потока в активном элементе 14,выполненного в виде спиральной ленты в проточной части 9 трубки Вентури, с ростом количества пузырьков. При выходе из диффузора 10 происходит схлопывание микропузырьков с образованием жидкой фазы,при которой выделяется большое количество теплоты в виде пара с температурой на 55 С выше от температуры начала обработки жидкости (11 С) в течении 15 минут, сопровождаемое изменением физикохимических характеристик системы, таких как ,окислительно-восстановительный потенциал,электропроводность. Для более активного протекания процессов деструкции молекул растворителя и растворенных в ней веществ через патрубок 12, расположенный в диффузоре 10 струйной камеры Б можно осуществлять подачу технического кислорода из воздуха или любого другого газа из баллона. Применение предлагаемого гидродинамического кавитационно-струйного устройства, создающего знакопеременные перепады давления с образованием зон кавитации и с последующим их движением в режиме завихрения в струйной камере,предусматривающая эжекторную подачу газообразных веществ, в частности, кислорода, через патрубок, встроенный в диффузорную часть струйную часть струйного аппарата позволяет увеличить теплотворную способность среды, а также интенсифицировать физикохимические процессы за счет протекания деструкции растворенного в жидкости вещества на молекулярном уровне и образование новых соединений в жидкой или паровой фазе. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Кавитационно-струйное устройство для теплогенерации и активации жидкости, содержащее кавитационную камеру, включающую плавно сужающийся участок - конфузор 1, цилиндрический участок 2, диффузор 3 и активный элемент 4,отличающееся тем, что к диффузорной части кавитационной камеры закреплена струйная камера,выполненная в форме трубки Вентури и состоящая из конфузора 8, проточной части 9 и диффузора 10,в проточной части струйной камеры находится активный элемент 14, закрепленный в конфузорной части с помощью крыльчатки 13. 3 2. Кавитационно-струйное устройство по п. 1,отличающееся тем, что активный элемент 14 в проточной части 9 струйной камеры выполнен в виде спиральной ленты из нержавеющей стали. 3. Кавитационно-струйное устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что число витков активного элемента 14 может изменяться от трех и выше. 4. Кавитационно-струйное устройство по любому из п.п. 1-3, отличающееся тем, что длина активного элемента 14, в виде спиральной ленты,может изменяться от 10 до 25 мм, а угол завихрения спиральной ленты может изменяться от 15 до 45. 5. Кавитационно-струйное устройство по любому из п.п. 1-4, отличающееся тем, что к диффузору 10 струйной камеры закреплен патрубок 12 для всасывания газа из воздуха или баллона.