устройство для перемешивания жидкостей

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ЖИДКОСТЕЙ, содержащее пульсокамеру, элемент сброса газа, соединенный с пульсокамерой, трубопроводы сжатого газа и узел формирования импульсов, включающий корпус, разделенный на четыре камеры, часть из которых образована блоком из двух мембран, закрепленных на общем штоке, площадь первой мембраны больше площади второй мембраны, камера между мембранами связана с атмосферой, камера, образованная под второй мембраной, присоединена к трубопроводу сжатого газа, нижняя камера присоединена к пульсокамере и глухой камере элемента сброса газа, отличающееся тем, что узел формирования импульсов снабжен клапаном, имеющим меньшую площадь, чем площадь второй мембраны, установленным на штоке для крепления мембран и разделяющим нижние камеры в корпусе, устройство снабжено перепускным клапаном, вход которого соединен с камерой, образованной под второй мембраной, а выход - с камерой, образованной с корпусом первой мембраной, ресивером, установленным на входе в перепускной клапан, при этом камера, образованная с корпусом первой мембраной, через малое отверстие сообщена с атмосферой, а шток, на котором закреплены мембраны и клапан, подпружинен для прижатия клапана к седлу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для привода пульсационных аппаратов и может быть использовано для перемешивания жидких сред и суспензий в полости технологического аппарата в химической, гидрометаллургической и других отраслях промышленности.

Известен генератор пневматических импульсов [1] для привода пульсационных аппаратов, содержащий блок формирования импульсов, выполненный в виде одномембранного элемента, глухая камера которого заполнена жидкостью и подключена через гидравлическое сопротивление к емкости опорного давления, а вход проточной камеры соединен с накопительной емкостью, подключенной через первый дроссель к каналу питания, элемент сброса воздуха, камеры которого выполнены с центральным и концентрическими каналами, второй дроссель и входной канал, при этом выход проточной камеры блока формирования импульсов соединен с центральным каналом первой камеры одномембранного элемента сброса воздуха, центральный канал второй камеры подключен к атмосфере, концентрический канал первой камеры соединен через второй дроссель с концентрическим каналом второй камеры и с выходным каналом генератора.

Этот генератор пневматических импульсов обеспечивает перемешивание содержимого технологического аппарата путем воздействия импульсов сжатого газа на жидкость в пульсокамере. Затраты энергии на перемешивание известным устройством достаточно велики, так как настройка частоты колебаний генератора пневматических импульсов производится воздействием на газовую фазу без учета частоты собственных колебаний жидкости в системе аппарат-пульсокамера. При этом энергия сжатого воздуха бесполезно теряется на преодоление инерции движущейся в противофазе жидкости и остановку ее.

Известны устройства для пневматического перемешивания [2] сжатым газом в аппаратах, снабженных барботером или центральной циркуляционной трубой. Газ при этом подают снизу аппарата и перемешивание происходит за счет увеличения газом нижних слоев жидкости кверху, затем жидкость опускается по периферии аппарата вниз. Перемешивание сжатым газом требует значительных затрат энергии и расход сжатого газа на 1 м² свободной поверхности аппарата

составляет 0,8-1 м³/мин, на 1 м² свободной поверхности жидкости в аппарате.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для перемешивания жидкости, снабженное мембранным элементом сброса газа и генератором пневматических импульсов [3] который содержит узел формирования импульсов с блоком из трех мембран, связанных штоком и образующих с корпусом четыре камеры, причем эффективная площадь первой мембраны больше эффективной площади третьей мембраны, эффективная площадь которой больше эффективной площади второй мембраны, глухая камера, образованная корпусом и первой мембраной, через первый дроссель присоединена к трубопроводу сжатого газа, подключенному к пульсокамере, проточная камера между первой и второй мембранами сообщена с атмосферой, проточная камера между второй и третьей мембранами через второй дроссель присоединена к трубопроводу подачи сжатого газа и трубопроводу сжатого газа с введенным в генератор соплом, заслонка которого укреплена на штоке, связанном с эластичным элементом, чувствительным к направлению движения жидкости и расположенным в пульсокамере, сопло проточной камеры между третьей мембраной и корпусом соединено с трубопроводом подачи сжатого газа, причем глухая камера мембранного элемента снабжена пружиной растяжения и подключена к проточной камере между третьей мембраной и корпусом и к трубопроводу сжатого газа, подключенному к пульсокамере.

В этом устройстве снижены энергетические затраты на перемешивание жидкости за счет синхронизации по фазе подачи импульсов сжатого газа и частоты собственных колебаний жидкости в пульсокамере. Однако эти энергетические затраты остаются достаточно высокими в связи с тем, что газ по достижении жидкостью в пульсокамере нижнего уровня еще имеет некоторое остаточное давление и энергия теряется при сбросе газа через мембранный элемент сброса газа.

Техническим эффектом изобретения является сокращение энергетических затрат за счет сброса газа через слой жидкости в технологическом аппарате, что позволяет полностью использовать энергию этого газа для перемешивания сначала за счет энергии жидкостных струй, а затем за счет увлечения газом нижних слоев вверх.

Для достижения указанного эффекта в устройстве, содержащем узел формирования импульсов с блоком мембран, образующих с корпусом четыре камеры, связанных общим штоком, трубопроводы сжатого газа, пульсокамеру и элемент сброса газа, соединенный с пульсокамерой, согласно изобретению блок управления снабжен перепускным мембранным клапаном, узел формирования импульсов содержит клапан, закрепленный на общем с мембранами штоке, разделяющий нижние камеры в корпусе и имеющий площадь, меньшую, чем площадь второй мембраны, камера, образованная с корпусом первой мембраной, присоединена к выходу перепускного клапана и через малое отверстие сообщена с атмосферой, камера под второй мембраной присоединена к ресиверу и входу перепускного клапана, камера с клапаном присоединена к пульсокамере и глухой камере элемента сброса воздуха, а шток для скрепления мембран подпружинен для прижатия клапана к седлу.

Наличие приведенных выше признаков позволяет обеспечить сокращение энергетических затрат на перемешивание жидкости в связи с перемешиванием сначала жидкостными струями, а затем за счет увлечения газом, барботирующим через слой жидкости, нижних слоев ее вверх.

Изобретение поясняется чертежом, на котором схематически представлено устройство для перемешивания жидкости.

Перемешивающее устройство содержит узел формирования импульсов 1 сжатого газа, состоящий из камеры 2, мембраны 3, камеры 4, мембраны 5, камеры 6 с седлом 7, клапана 8, камеры 9. Мембраны 3 и 5 и клапан 8 соединены штоком 10 в единый блок, шток 10 взаимодействует с пружиной 11, которая прижимает клапан 8 к седлу 7. Усилие сжатия пружины 11 регулируется гайкой 12. Диаметр мембраны 3 больше диаметра мембраны 5, который больше диаметра клапана 8. Перепускной клапан 13 состоит из патрубка 14, камер 15 и 16, между которыми установлена мембрана 17. В камере 16 расположен прижим 18, который пружиной 19 с усилием, задаваемым регулировочным болтом 20, прижимает мембрану 17 к выходному срезу патрубка 14.

Элемент сброса газа 21 состоит из камер 22 и 23, между которыми закреплена мембрана 24, в камере 23 имеются патрубки 25 и 26, камера 22 снабжена пружиной растяжения 27, прикрепленной к крышке камеры 22 и мембране 24. Пульсокамера 28 с соплами 29 находится в емкости 30 с жидкостью. Пульсокамера 28 посредством пульсопровода 31 присоединена к камере 9 узла формирования импульсов 1 и патрубку 25 элемента сброса газа 21. Сообщены пневмопроводами между собой камера 9 и камера 21, камера 6 и патрубок 14, камеры 15 и 2. Параллельно патрубку 14 к камере 6 присоединен ресивер 32. Подачу сжатого газа осуществляют вентилем 33.

Перемешивающее устройство работает следующим образом.

Когда вентиль 33 закрыт, клапан 8 пружиной 11 прижат к седлу 7, мембрана 24 пружиной 27 вогнута в камеру 22 элемента сброса газа 21, мембрана 17 прижимом 18 и пружиной 19 прижата к верхнему срезу патрубка 14 и пульсокамера 28 через пульсопровод 31 и патрубки 25 и 26 камеры 23 сообщена с атмосферой, жидкость, находящаяся в камере 30, заполняет при этом через сопла 29 пульсокамеру 28. Когда вентиль 33 открывают, сжатый газ попадает в камеру 6 узла формирования импульсов 1 и еще сильнее прижимает клапан 8 к седлу 7 (так как площадь мембраны 5 больше площади клапана 8). Из камеры 6 сжатый газ поступает в ресивер 32 и патрубок 14 перепускного клапана 13 и давление в камере 6, ресивере 32 и патрубке 14 растет до величины, заданной усилием сжатия пружины 19. Клапан 8 в это время остается прижатым к седлу 7.

Когда давление сжатого газа достигает величины, при которой сила, действующая на мембрану 17 со стороны патрубка 14, превысит силу прижатия мембраны 17 к его верхнему срезу, она прогнется в сторону камеры 16, сжатый газ из камеры 15 будет поступать в камеру 2 и давление в камере 6 и камере 2 сравняется. При этом мембрана 17 будет удерживаться в верхнем положении, так как сжатый газ воздействует уже на всю ее площадь. Так как площадь мембраны 3 больше площади мембраны 5, а камера 4 соединена с атмосферой, то сумма сил, действующих на мембрану 3 и клапан 8 вниз, превысит сумму сил сжатия пружины 11 и действующей на мембрану 5 вверх и, так как мембраны 3, 5 и клапан 8 соединены штоком 10 в единый блок, клапан 8 отойдет от седла 7, сжатый газ из ресивера 32 и камеры 9 устремится в пульсопровод 31 и камеру 22. При этом давление на мембрану 24 превысит силу растяжения пружины 27 и мембрана 24 будет прижата к верхнему срезу патрубка 25, связь пульсопровода 31 с атмосферой прекратится и сжатый газ будет вытеснять жидкость из пульсокамеры 28 через сопла 29 в емкость 30, содержимое которой этими струями перемешивается.

Когда вся жидкость из пульсопровода 28 будет вытеснена, сжатый газ выходит вслед за жидкостью в емкость 30, продолжая перемешивание, пока давление в пульсокамере 28 сравнивается с гидростатическим давлением жидкости на уровне сопел 29. При этом пружина 27 приподнимает мембрану 24 над патрубком 25, пульсопровод 31 соединится с атмосферой, пульсокамера 28 заполняется жидкостью, давление в камерах 6, 15 и 2 понижается и прижим 18 отжимает пружину 17 к патрубку 14, пружина 11 перемещает шток 10 кверху и клапан 8 прижимается к седлу 7. Давление в камере 6 снова возрастает, пока не откроется перепускной клапан 14, и цикл далее повторяется. Количество сжатого газа, поступающее за один цикл в пульсокамеру 28, регулируется подбором объема ресивера 32, давление сжатого газа регулированием степени сжатия пружины 19 болтом 20, частота импульсов степенью открытия вентиля 33, начальная сила прижатия клапана 8 к седлу 7 сжатием пружины 11 гайкой 12.

Использование предлагаемого перемешивающего устройства позволяет снизить расход сжатого газа в 2-4 раза по сравнению с известными устройствами, а следовательно, энергетические затраты на перемешивание за счет последовательного воздействия на содержимое емкости жидкостных струй, а затем восходящего газового потока.