RU2248250C1

RU2248250C1 - Hydrodynamic corrector of streams of liquids

Info

Publication number: RU2248250C1
Application number: RU2004105873/28A
Authority: RU
Inventors: А.В. Изотов (RU); А.В. Изотов; В.М. Кожаринов (RU); В.М. Кожаринов
Original assignee: Изотов Александр Васильевич; Кожаринов Владимир Мирович
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2004-03-01
Publication date: 2005-03-20

Abstract

FIELD: chemical and petroleum refining industry; production of devices for a dispersion, homogenization and mixing of streams of liquids.

SUBSTANCE: the invention is dealt with devices for a dispersion, homogenizations and mixings of streams of liquids and may be used for intensification of technological processes in petroleum refining industry, chemical and other industries and also for homogenized treatment of heavy petroleum kinds of fuel used in industries and heat power engineering. The hydrodynamic corrector of streams of liquids contains a body 1 with an inlet branch-pipe 2 and an outlet branch-pipe 3. Inside the body 1 there are: a distributor 4 made in the form of a disk with holes 5 and installed with a capability to overlap a working chamber of the body 1 and a tool to provide a speed-up of the treated stream made in the form of a disk 7 with a through conical hole. The distributor 4 has a dome 8. Inside the hydrodynamic corrector in the zone of the outlet branch-pipe 3 there are an emitter 9 with crescent blades 10 and a disk 11 with a through hole installed in the zone of the outlet branch-pipe with a capability to form a cylindrical chamber 12. The distributor 4 with the dome 8 and the disk are located from each other with a capability of formation of a ring channel 13. The emitter 9 dressed on 11 disk 7 are located in respect to each other with a capability to form a ring-shaped channel 13. The emitter 9 is fixed on the disk 11 with a capability to form a zone of mixings 20. Through the inlet branch-pipe 2 the treated stream of a liquid is directed inside the body 1 and through holes 5 of the distributor 4 is directed into the ring-shaped channel 13. Due to contraction of the passing cross-section of the ring-shaped channel the speed of the stream increases and the pressure drops. At the channel outlet the stream runs onto a deflector 14. At the expense of it in the ring-shaped groove 16 a toroidal vortex cavitation zone is formed. Then the stream is rejected into the chamber 6. Then moving in the chamber 6 the stream falls in a conical hole of a booster. Because of a contraction of the passing cross-sections the speed of the stream increases and pressure drops. The stream of liquid coming out of the hole of disk runs onto the deflecting surface 18 of the emitter 9 made in the form of a spherical pit and being deflected from it forms a toroidal vortex cavitation zone again. After that the stream is thrown out into the chamber 19 and moving through it falls through blade-shape vanes into a zone of mixing 20 and then at an acute angle - onto walls of vanes 10, due to that transformation of the treated stream energy into the energy of acoustical oscillations of a broad spectrum is ensured. Under action of the acoustic oscillations in the stream a zone of an acoustic cavitation is formed. In this connection the stream from a cylindrical hole of the disk falls into the chamber. In the chamber the braking of the stream takes place and due to that the final treatment of the stream is ensured, that is appearance of the cavitation bubbles into the outlet branch-pipe 3 is prevented. The technical result is an increase of a degree of dispersion and homogenization of a treated stream.

EFFECT: the invention ensures an increased degree of a dispersion and homogenization of a treated stream.

3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для диспергирования, гомогенизации и перемешивания потоков жидкостей и может быть использовано для интенсификации различных технологических процессов в нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности, а также для гомогенизационной обработки тяжелых нефтяных видов топлива, используемых в промышленности и теплоэнергетике.The invention relates to devices for dispersion, homogenization and mixing of fluid flows and can be used to intensify various technological processes in the oil refining, chemical and other industries, as well as for the homogenization processing of heavy petroleum fuels used in industry and power engineering.

Известен ультразвуковой смеситель, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода, цилиндрическую камеру с излучателями, выполненными в виде последовательно установленных по спирали Архимеда лопаток, образующих каналы (авторское свидетельство СССР №316482, В 06 В 1/20, 1971 г.).A known ultrasonic mixer containing a housing with inlet and outlet nozzles, a cylindrical chamber with emitters made in the form of vanes forming channels sequentially mounted in a spiral of Archimedes (USSR author's certificate No. 316482, 06 V 1/20, 1971).

Известный ультразвуковой смеситель не обеспечивает требуемого качества перемешивания, диспергирования и гомогенизации обрабатываемых потоков, т.к. обрабатываемый поток подвергается одноразовому кавитационному воздействию.The known ultrasonic mixer does not provide the required quality of mixing, dispersion and homogenization of the processed flows, because the processed stream is exposed to a one-time cavitation effect.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков присущих изобретению, является гидродинамический излучатель, содержащий приемную камеру, первую резонирующую зону, вибрирующий клапан, вторую резонирующую зону и камеру для выхода обрабатываемого потока (авторское свидетельство СССР №147050, В 06 В 1/20, 1960 г.).The closest technical solution for the totality of the essential features inherent in the invention is a hydrodynamic emitter containing a receiving chamber, a first resonating zone, a vibrating valve, a second resonating zone and a chamber for the output of the processed stream (USSR copyright certificate No. 147050, 06 V 1/20, 1960 g.).

Известное устройство также не обеспечивает требуемого качества диспергирования и перемешивания, за счет отсутствия перемешивающего воздействия на поток, небольшой ресурс работы устройства, из-за быстрого износа виброклапана, помимо этого, известное устройство не позволяет обрабатывать потоки, подаваемые под большим давлением.The known device also does not provide the required quality of dispersion and mixing, due to the absence of a mixing effect on the flow, the small resource of the device, due to the rapid wear of the vibrovalve, in addition, the known device does not allow to process flows supplied under high pressure.

Сущность изобретения как технического решения заключается в обеспечении многоступенчатого кавитационного, акустического и перемешивающего воздействия на обрабатываемый поток, что позволяет увеличить степень диспергирования и гомогенизации обрабатываемого потока, подаваемого под различным давлением (как под небольшим, так и под большим давлением.The essence of the invention as a technical solution is to provide a multi-stage cavitation, acoustic and mixing effect on the processed stream, which allows to increase the degree of dispersion and homogenization of the treated stream supplied under various pressures (both under low and high pressure).

Поставленная техническая задача решается тем, что гидродинамический корректор потоков жидкостей, содержащий корпус с рабочей камерой и с входным и выходным патрубками и средства обеспечения ускорения потока, каждое из которых выполнено в виде диска со сквозным коническим отверстием и установлено с возможностью перекрытия рабочей камеры корпуса, отличающийся тем, что он содержит распределитель потока с отверстиями и средство обеспечения перемешивания потока в виде излучателя, при этом распределитель выполнен с цилиндрическим обтекателем и отражателем и установлен в зоне входного патрубка с возможностью перекрытия рабочей камеры корпуса и образования между цилиндрической поверхностью обтекателя и поверхностью конического отверстия одного из дисков кольцевого канала, а излучатель выполнен с серповидными лопатками, имеющими форму части Архимедовой спирали, и с отражательной поверхностью, и установлен на одном из дисков в зоне выходного патрубка, с возможностью образования камеры перемешивания потока, помимо этого отверстия распределителя расположены с возможностью обеспечения направления обрабатываемого потока в кольцевой канал.The stated technical problem is solved in that the hydrodynamic corrector of fluid flows, comprising a housing with a working chamber and with inlet and outlet nozzles and means for accelerating the flow, each of which is made in the form of a disk with a through conical hole and installed with the possibility of overlapping the working chamber of the housing, characterized the fact that it contains a flow distributor with holes and means for ensuring mixing of the flow in the form of a radiator, while the distributor is made with a cylindrical streamline and with a reflector and installed in the area of the inlet pipe with the possibility of overlapping the working chamber of the housing and the formation between the cylindrical surface of the fairing and the surface of the conical hole of one of the disks of the annular channel, and the emitter is made with crescent-shaped vanes having the form of a part of the Archimedean spiral and with a reflective surface, and mounted on one of the disks in the area of the outlet pipe, with the possibility of forming a chamber for mixing the flow, in addition to this, the distributor holes are located with Strongly provide processed flow direction in the annular channel.

Допустимо, обтекатель выполнить со средством турбулизации потока в виде кольцевого паза, расположенного в зоне сопряжения обтекателя с отражателем.It is permissible that the fairing be made with means for turbulizing the flow in the form of an annular groove located in the interface between the fairing and the reflector.

Целесообразно отражательную поверхность излучателя выполнить в виде выемки сферической формы.It is advisable to perform the reflective surface of the emitter in the form of a notch of a spherical shape.

Оптимально отражательную поверхность распределителя выполнить в виде выемки конической формы.The optimally reflective surface of the distributor is made in the form of a recess in a conical shape.

На фиг.1 изображен продольный разрез гидродинамического корректора. На фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.Figure 1 shows a longitudinal section of a hydrodynamic corrector. Figure 2 is a section aa in figure 1.

Гидродинамический корректор потоков жидкостей содержит корпус 1 с входным патрубком 2 и выходным патрубком 3 соответственно для подвода и отвода обрабатываемого потока. Внутри корпуса 1 установлены распределитель 4, выполненный в виде диска с отверстиями 5 и установленный с возможностью перекрытия рабочей камеры 6 корпуса 1, и средства обеспечения ускорения обрабатываемого потока в виде диска 7 со сквозным коническим отверстием. Распределитель 4 выполнен с обтекателем 8.The hydrodynamic corrector of fluid flows comprises a housing 1 with an inlet pipe 2 and an outlet pipe 3, respectively, for supplying and discharging the processed stream. Inside the housing 1, a distributor 4 is installed, made in the form of a disk with holes 5 and installed with the possibility of overlapping the working chamber 6 of the housing 1, and means for accelerating the processed flow in the form of a disk 7 with a through conical hole. The distributor 4 is made with a fairing 8.

Внутри гидродинамического корректора, в зоне выходного патрубка 3, расположены излучатель 9 с серповидными лопатками 10, имеющими форму части Архимедовой спирали, который расположен на диске 11, выполненном со сквозным отверстием и установленным с возможностью перекрытия рабочей камеры 6 корпуса 1 и образования цилиндрической камеры 12.Inside the hydrodynamic corrector, in the area of the outlet pipe 3, there are emitter 9 with crescent-shaped blades 10, which are in the form of a part of the Archimedean spiral, which is located on the disk 11, made with a through hole and installed with the possibility of overlapping the working chamber 6 of the housing 1 and the formation of a cylindrical chamber 12.

Распределитель 4 с обтекателем 8 и диск 7 расположены друг относительно друга с возможностью образования кольцевого канала 13. Между ускорителем 7 и излучателем 9 расположено средство обеспечения ускорения потока, которое также выполнено в виде диска 14 со сквозным коническим отверстием, установленным с возможностью перекрытия рабочей камеры 6 корпуса 1, при этом его коническое отверстие расположено с возможностью обеспечения направления обрабатываемого потока на отражательную поверхность излучателя 9.A distributor 4 with a cowl 8 and a disk 7 are located relative to each other with the possibility of forming an annular channel 13. Between the accelerator 7 and the emitter 9 there is a means of accelerating the flow, which is also made in the form of a disk 14 with a through conical hole installed with the possibility of overlapping the working chamber 6 case 1, while its conical hole is located with the possibility of ensuring the direction of the processed stream on the reflective surface of the emitter 9.

Обтекатель 8 с отражателем 15 можно снабдить средством турбулизации потока, выполненным в виде кольцевого паза 16.Fairing 8 with a reflector 15 can be equipped with a means of turbulent flow, made in the form of an annular groove 16.

Отражательная поверхность 17 распределителя может быть выполнена в виде конической выемки.The reflective surface 17 of the distributor can be made in the form of a conical recess.

Отражательная поверхность 18 излучателя 9 может быть выполнена в виде сферической выемки.The reflective surface 18 of the emitter 9 can be made in the form of a spherical recess.

Гидродинамический корректор потоков жидкостей работает следующим образом.The hydrodynamic corrector of fluid flows works as follows.

Обрабатываемый поток жидкости через входной патрубок 2 подается внутрь корпуса 1 и через отверстия 5 распределителя 4 направляется в кольцевой канал 13, образованный цилиндрической поверхностью обтекателя 8 и конической поверхностью диска 7.The processed fluid flow through the inlet pipe 2 is fed into the housing 1 and through the holes 5 of the distributor 4 is directed into the annular channel 13 formed by the cylindrical surface of the fairing 8 and the conical surface of the disk 7.

За счет сужения проходного сечения кольцевого канала 13 скорость потока возрастает, а давление падает. На выходе из канала поток натекает на отражатель 15. За счет этого в пазе 16 формируется торроидальная кавитационная зона. В кавитационной зоне возникают мощные гидродинамические возмущения в виде сильных импульсов сжатия (микроударных волн) и микропотоков, возникающих из-за пульсации кавитационных пузырьков. Кроме того, при схлопывании пузырьков возникают сильные возмущения слоев обрабатываемой среды, распространяющиеся в виде акустических колебаний сложного спектрального состава. Из паза 16 поток выбрасывается в камеру 6, затем, перемещаясь в камере 6, поток попадает в коническое отверстие диска 14. Из-за сужения проходного сечения скорость потока возрастает, а давление падает. Поток жидкости, выходящий из отверстия диска 13, натекает на отражательную поверхность 18 излучателя 9, выполненную в виде выемки сферической формы, отражаясь от нее, формируется торроидальная кавитационная зона. После чего поток выбрасывается в камеру 19 и, перемещаясь по ней, попадает через межлопаточные каналы в зону 20 перемешивания, а затем под острым углом - на стенки лопаток 10, за счет чего обеспечивается преобразование энергии обрабатываемого потока в энергию акустических колебаний широкого спектра. Под действием акустических колебаний в потоке возникает зона акустической кавитации. В связи с этим из цилиндрического отверстия 21 диска 11 поток попадает в камеру 12, где и происходит схлопывание образовавшихся кавитационных пузырьков. В камере 12 происходит торможение потока, за счет чего обеспечивается окончательная обработка потока, т.е. предотвращается попадание кавитационных пузырьков в выходной патрубок 3.Due to the narrowing of the passage section of the annular channel 13, the flow rate increases and the pressure drops. At the outlet of the channel, the flow flows onto the reflector 15. Due to this, a torroid cavitation zone is formed in the groove 16. Powerful hydrodynamic disturbances arise in the cavitation zone in the form of strong compression pulses (micro shock waves) and microflows arising due to the pulsation of cavitation bubbles. In addition, when the bubbles collapse, strong perturbations of the layers of the processed medium arise, propagating in the form of acoustic vibrations of complex spectral composition. From the groove 16, the flow is ejected into the chamber 6, then, moving in the chamber 6, the flow enters the conical hole of the disk 14. Due to the narrowing of the passage section, the flow velocity increases and the pressure drops. The fluid flow exiting from the hole of the disk 13 flows onto the reflective surface 18 of the emitter 9, made in the form of a notch of a spherical shape, reflecting from it, a torroid cavitation zone is formed. After that, the stream is ejected into the chamber 19 and, moving along it, enters through the interscapular channels into the mixing zone 20, and then at an acute angle - onto the walls of the blades 10, due to which the energy of the processed stream is converted into the energy of acoustic waves of a wide spectrum. Under the influence of acoustic vibrations, a zone of acoustic cavitation arises in the flow. In this regard, from a cylindrical hole 21 of the disk 11, the flow enters the chamber 12, where the formed cavitation bubbles collapse. In the chamber 12, the flow is decelerated, thereby ensuring the final processing of the flow, i.e. Cavitation bubbles are prevented from entering the outlet pipe 3.

Выполнение кольцевого паза в зоне сопряжения обтекателя 8 с отражателем 15 позволяет создать дополнительную зону кавитационной обработки.The implementation of the annular groove in the interface between the fairing 8 and the reflector 15 allows you to create an additional zone of cavitation treatment.

Выполнение отражательной поверхности излучателя 9 в виде выемки сферической формы также позволяет создать дополнительную зону кавитационной обработки.The implementation of the reflective surface of the emitter 9 in the form of a recess of a spherical shape also allows you to create an additional zone of cavitation treatment.

Выполнение отражательной поверхности распределителя 4 в виде выемки конической формы позволяет снизить потери на сопротивление при прохождении обрабатываемого потока в кольцевой канал.The implementation of the reflective surface of the distributor 4 in the form of a conical-shaped recess allows to reduce resistance losses during the passage of the treated stream into the annular channel.

Таким образом, при прохождении через гидродинамический корректор потоков жидкостей, обрабатываемый поток неоднократно подвергается кавитационному воздействию и воздействию акустических колебаний широкого спектра частот. За счет этого обеспечивается высокое качество однородности обрабатываемого потока, а также тонкое измельчение твердых, жидких и смолянистых тел и корректировка, т.е. дает возможность объединению простых молекул или ионов в более сложные, не изменяя при этом природы вещества. Кроме того, увеличивается срок службы топливных фильтров и насосов.Thus, when passing through a hydrodynamic corrector of fluid flows, the processed stream is repeatedly exposed to cavitation and acoustic vibrations of a wide range of frequencies. This ensures a high quality uniformity of the processed stream, as well as fine grinding of solid, liquid and resinous bodies and adjustment, i.e. makes it possible to combine simple molecules or ions into more complex ones without changing the nature of the substance. In addition, the service life of fuel filters and pumps is extended.

Теплотехнические испытания предложенного гидродинамического корректора при обработке мазута показали, что благодаря уменьшению размера капель и времени их пребывания в топке снижаются потери от химического недожога топлива. Мелкое распыление смолистых соединений и равномерное их распределение в мазуте обеспечивает более полное сгорание частиц углерода и тяжелых углеводородов без копоти и саже выделения, что позволяет уменьшить потери тепла от механического недожога топлива и увеличивает лучеиспускательную способность факела.Thermotechnical tests of the proposed hydrodynamic corrector during the processing of fuel oil showed that due to the reduction in droplet size and time spent in the furnace, losses from chemical underburning of fuel are reduced. The fine spraying of resinous compounds and their uniform distribution in fuel oil provides a more complete combustion of carbon particles and heavy hydrocarbons without soot and soot, which allows to reduce heat loss from mechanical underburning of fuel and increases the radiation capacity of the torch.

На основании проведенных испытаний можно утверждать, что предлагаемый гидротехнический корректор потоков жидкостей можно эффективно использовать для гомогенизационной обработки тяжелых видов нефтяного топлива, с целью улучшения их эксплуатационных качеств. А также, для интенсификации технологических процессов в нефтеперерабатывающей, химической, лакокрасочной и других областях промышленности.Based on the tests, it can be argued that the proposed hydraulic corrector for fluid flows can be effectively used for homogenizing processing of heavy types of petroleum fuel, in order to improve their performance. And also, for the intensification of technological processes in the oil refining, chemical, paint and varnish and other industries.

Claims

Hydrodynamic corrector of fluid flows, comprising a housing with a working chamber and with inlet and outlet nozzles and means for accelerating the flow, each of which is made in the form of a disk with a through conical hole and is installed with the possibility of overlapping the working chamber of the housing, characterized in that it contains a flow distributor with holes and means for ensuring mixing of the flow in the form of an emitter, the distributor being made with a cylindrical cowl and a reflector and installed in the zone of the inlet felling with the possibility of overlapping the working chamber of the housing and the formation between the cylindrical surface of the fairing and the surface of the conical hole of one of the disks of the annular channel, and the emitter is made with crescent-shaped vanes, having the form of a part of the Archimedean spiral, and with a reflective surface, and mounted on one of the disks in the exit zone nozzle, with the possibility of forming a chamber for mixing the flow, in addition, the dispenser holes are arranged with the possibility of providing the direction of the processed sweat and in the annular channel, and in the zone interface fairing with reflector means configured turbulence flow as an annular groove.