диспергатор примесей в текучей среде

Формула изобретения

Диспергатор примесей в текучей среде, содержащий устройство для воздействия на поток текучей среды, установленное в трубопроводе, отличающийся тем, что устройство для воздействия на поток текучей среды установлено в разрыв трубопровода, торцы разрыва трубопровода выполнены с фланцами, а устройство для воздействия на поток текучей среды выполнено в виде двух ободов, установленных последовательно по ходу потока текучей среды, первый обод со стороны внутренней поверхности выполнен с лопаточным венцом для закрутки потока текучей среды, а второй обод выполнен со стороны внутренней поверхности с ригелями, на которых консольно закреплены вдоль потока текучей среды резонансные пластины, обращенные свободным концом в сторону первого обода, при этом второй обод установлен в расточке цилиндрической проставки, последняя выполнена с фланцами по краям, первый обод зафиксирован на трубопроводе между фланцем трубопровода и фланцем проставки со стороны входа потока текучей среды в диспергатор, второй обод зафиксирован в расточке фланцем трубопровода при его соединении с фланцем проставки, внутренний диаметр проставки и ободов равен внутреннему диаметру трубопровода в месте установки диспергатора, толщина лопаточного венца первого обода составляет от 0,8 до 1,0 толщины второго обода, а расстояние между ободами составляет от 2 до 3 внутренних диаметров проставки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к средствам воздействия на поток текучей среды при транспортировании жидкостей по трубопроводам и может быть использовано в машиностроении, химической, нефтяной и других отраслях промышленности.

Известен диспергатор примесей в текучей среде - многощелевой гидродинамический вибратор, содержащий корпус, в котором установлены направляющий аппарат и резонансные пластины, консольная часть которых обращена к направляющему аппарату (Неволин В.Г. Использование низкочастотных гидродинамических вибраторов при подготовке нефтепромысловых сточных вод. Пермь: ПермНИПИнефть, 1999, с. 13-14), направляющий аппарат выполнен в виде мембраны с соплами, а резонансные пластины установлены на перфорированной мембране. Многощелевой гидродинамический вибратор устанавливают на трубопроводе таким образом, чтобы поток загрязненной текучей среды набегал на резонансные пластины, которые создают низкочастотное акустическое поле. При движении загрязненной текучей среды происходит эмульгирование жидких примесей и диспергирование твердых примесей.

Такое устройство обеспечивает создание низкочастотного акустического поля при относительно низких скоростях движения текучей среды.

Однако данное устройство не обеспечивает эффективного диспергирования примесей в текучей среде и их эмульгирования, что объясняется отсутствием устойчивого кавитационного режима и возникновением неуправляемой коагуляции вместо диспергирования. Кроме того, такое устройство создает значительное местное сопротивление движению текучей среды, проходящей через вибратор, и, как следствие, значительную энергоемкость процесса обработки текучей среды, при этом конструкция имеет высокую материалоемкость.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является диспергатор примесей в текучей среде, содержащий устройство для воздействия на поток текучей среды, установленное в трубопроводе и выполненное в виде последовательно установленных колец, внутренняя поверхность которых выполнена конической в виде винтообразно расположенных пластин с сужающимся по ходу движения потока сечением (см., например, SU 1241007 A1, F 17 D 1/20, 30.06.1986).

При движении текучей среды образуется сильно турбулизованный поток текучей среды с перемещением потока к центру трубопровода, что позволяет интенсивно перемешивать поток текучей среды.

Однако такое устройство также не обеспечивает эффективного диспергирования примесей в текучей среде и их эмульгирования, что объясняется отсутствием устойчивого кавитационного режима и обработкой потока текучей среды только в локальных зонах отрыва жидкости от внутренней поверхности колец, что существенно снижает эффективность диспергирования твердых примесей и эмульгирования жидких примесей.

Задачей изобретения является повышение эффективности диспергирования примесей в текучей среде и эмульгирования жидких примесей за счет обеспечения устойчивых кавитационных режимов течения суспензий и эмульсий для снижения их вязкости, а также снижение энергоемкости процесса и металлоемкости конструкции.

Поставленная задача решается за счет того, что диспергатор примесей в текучей среде содержит устройство для воздействия на поток текучей среды, которое установлено в трубопроводе в его разрыв, торцы разрыва трубопровода выполнены с фланцами, а устройство для воздействия на поток текучей среды выполнено в виде двух ободов, установленных последовательно по ходу потока текучей среды, первый обод со стороны внутренней поверхности выполнен с лопаточным венцом для закрутки потока текучей среды, а второй обод выполнен со стороны внутренней поверхности с ригелями, на которых консольно закреплены вдоль потока текучей среды резонансные пластины, обращенные свободным концом в сторону первого обода, при этом второй обод установлен в расточке цилиндрической проставки, последняя выполнена с фланцами по краям, первый обод зафиксирован на трубопроводе между фланцем трубопровода и фланцем проставки со стороны входа потока текучей среды в диспергатор, второй обод зафиксирован в расточке фланцем трубопровода при его соединении с фланцем проставки, внутренний диаметр проставки и ободов равен внутреннему диаметру трубопровода в месте установки диспергатора, толщина лопаточного венца первого обода составляет от 0,8 до 1,0 толщины второго обода, а расстояние между ободами составляет от 2 до 3 внутренних диаметров проставки.

Как показали проведенные исследования выполнение первого обода с лопаточным венцом со стороны внутренней поверхности этого обода позволяет получить турбулентный поток текучей среды, что необходимо для интенсификации процесса кавитации при обтекании резонансных пластин.

Установка резонансных пластин в корпусе посредством ригелей и выполнение внутреннего диаметра проставки и обоих ободов, равным диаметру трубопровода в месте установки диспергатора, позволяет увеличить площадь живого сечения проточной части проставки, а также первого и второго ободов, что приводит к уменьшению местного сопротивления движению текучей среды и снижению материалоемкости диспергатора.

Выполнение диспергатора составным, содержащим два обода, с выполнением первого обода с лопаточным венцом, а второго - с ригелями, на которых установлены консольно резонансные пластины, и установка второго обода в расточке проставки позволяет упростить сборку устройства, его чистку, обеспечивает возможность замены резонансных пластин, повышает ремонтопригодность диспергатора и упрощает его эксплуатацию. На это же направлено закрепление ободов и проставки в разрыве трубопровода с помощью фланцевого соединения. Кроме того, было установлено, что наибольшей эффективности работы диспергатора удалось добиться при толщине лопаточного венца первого обода, составляющей от 0,8 до 1,0 толщины второго обода, и при расстоянии между ободами, составляющем от 2 до 3 внутренних диаметров проставки.

На чертеже представлен продольный разрез диспергатора.

Диспергатор примесей в текучей среде содержит цилиндрическую проставку 1 с фланцами по краям. Со стороны входа в проставку 1 потока текучей среды установлен первый обод 2, на внутренней поверхности которого расположен лопаточный венец 3. В расточке проставки 1 со стороны выхода из нее текучей среды установлен второй обод 4 с выполненными со стороны его внутренней поверхности ригелями 5. На последних консольно закреплены резонансные пластины 6, размещенные вдоль потока текучей среды, при этом свободные концы резонансных пластин обращены к первому ободу 2 с лопаточным венцом 3. Проставка 1 с первым ободом 2 и вторым ободом 4 установлена в разрыв трубопровода, причем торцы разрыва трубопровода выполнены с фланцами 7 и 8. Таким образом, первый обод 2 зафиксирован на трубопроводе между фланцем 7 трубопровода и фланцем проставки 1 со стороны входа потока текучей среды в диспергатор. Второй обод 4 зафиксирован в расточке фланцем 8 трубопровода при его соединении с фланцем проставки 1. Внутренний диаметр D_вн проставки 1 и ободов 2, 4 равен внутреннему диаметру трубопровода в месте установки диспергатора. Толщина L₁ лопаточного венца 3 первого обода 2 составляет от 0,8 до 1,0 толщины L₂ второго обода 4, а расстояние L₃ между ободами 2, 4 составляет от 2 до 3 внутренних диаметров D_вн проставки 1.

Устройство для диспергирования примесей в текучей среде работает следующим образом.

Поток загрязненной текучей среды набегает на лопаточный венец 3, который закручивает и ускоряет текучую среду и находящиеся в ней примеси, создавая турбулентный поток. Закрученный турбулентный поток текучей среды, натекая на резонансные пластины 6, вызывает в них изгибные колебания с частотой fn.

В струе возникают автоколебания с частотой fc. Подобранное расстояние между свободными концами консольно установленных резонансных пластин 6 и лопаточным венцом 3 позволяет обеспечить выполнение условия fnfc, при котором происходит возбуждение наиболее интенсивных колебаний (Неволин В.Г. Использование низкочастотных гидродинамических вибраторов при подготовке нефтепромысловых сточных вод. Пермь: ПермНИПИнефть, 1999, с. 5-6). Обычно резонансные пластины 6 генерируют колебания в интервале частот от 0,05 до 35 кГц. Излучение акустических колебаний происходит в результате колебательного движения консольных резонансных пластин 6. Закрученный турбулентный поток текучей среды, обтекая резонансные платины 6, попадает в зоны отрыва потока, что вызывает значительные перепады давления на свободных поверхностях и внутри потока и, как следствие, приводит к кавитации. При движении текучей среды, загрязненной твердыми и жидкими нерастворимыми примесями, в акустическом поле, создаваемом резонансными пластинами 6, и за счет кавитационного воздействия происходит диспергирование твердых примесей и эмульгирование жидких нерастворимых примесей.

Настоящее изобретение позволяет уменьшить коэффициент местного сопротивления 2,1-2,8 раза.