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 выполнено в виде двух ободов, установленных последовательно по ходу потока текучей среды в разрыв трубопровода, торцы которого выполнены с фланцами, первый обод выполнен с лопаточным венцом для закрутки потока текучей среды, а второй обод содержит центральный обтекатель и неподвижно установленные между обтекателем и ободом лопатки вентиляторного типа, при этом между ободами установлена цилиндрическая проставка с фланцами по торцам и ободы зафиксированы на трубопроводе между фланцами трубопровода и проставки, а внутренний диаметр проставки и ободов равен внутреннему диаметру трубопровода в месте установки устройства для воздействия на поток текучей среды.

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.

Известно устройство для диспергирования примесей в текучей среде - многощелевой гидродинамический вибратор (Неволин В.Г. Использование низкочастотных гидродинамических вибраторов при подготовке нефтепромысловых сточных вод, - Пермь, ПермНИПИнефть, 1999, с. 13-14), выполненный в виде цилиндра с фланцами, к торцу которого со стороны входа потока жидкости прикреплена мембрана с отверстиями в виде сопла, а к другому торцу, через который жидкость выходит, прикреплена перфорированная мембрана с установленными на ней резонансными пластинами, направленными навстречу струям жидкости, вытекающей из каждого сопла первой торцевой мембраны. Многощелевой гидродинамический вибратор устанавливают на трубопроводе таким образом, чтобы поток загрязненной жидкости набегал на резонансные пластины, которые создают низкочастотное акустическое поле. При движении загрязненной жидкости со скоростью, превышающей некоторое критическое значение, возникает так называемая присоединенная кавитация в зоне отрыва потока от резонансных пластин. Кавитационная обработка загрязненной жидкости вызывает устойчивое эмульгирование жидких примесей и диспергирование твердых примесей.

Данное устройство не обеспечивает эффективного диспергирования примесей в текучей среде и их эмульгирования, что объясняется отсутствием устойчивого кавитационного режима; 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 кавитационной обработки текучей среды; при этом конструкция устройства 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 трубы 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.

Поставленная в изобретении задача решается за счет того, что диспергатор примесей в текучей среде содержит устройство для воздействия на поток текучей среды, установленное в трубопроводе, при этом устройство для воздействия на поток текучей среды выполнено в виде двух ободов, установленных последовательно по ходу потока текучей среды в разрыв трубопровода, торцы разрыва трубопровода выполнены с фланцами, первый обод выполнен с лопаточным венцом для закрутки потока текучей среды, а второй по ходу потока среды обод содержит центральный обтекатель и неподвижно установленные между обтекателем и ободом лопатки вентиляторного типа, при этом между ободами установлена цилиндрическая проставка с фланцами по торцам и ободы зафиксированы на трубопроводе между фланцами трубопровода и проставки, а внутренний диаметр проставки и ободов равен внутреннему диаметру трубопровода в месте установки устройства для воздействия на поток текучей среды.

Снабжение устройства ободом, на внутренней поверхности которого расположен лопаточный венец, позволяет получить турбулентный поток текучей среды, который набегает на второй по ходу потока среды обод с лопатками вентиляторного типа.

Выполнение второго обода в виде расположенного по оси корпуса обтекателя и расположенных неподвижно в кольцевом зазоре между обтекателем ободом лопаток вентиляторного типа позволяет при взаимодействии турбулентного потока с обтекателем формировать в потоке текучей среды кавитационные пузырьки или каверны, которые преобразуются в суперкавитационные каверны.

Выполнение устройства для воздействия на поток текучей среды составным, состоящим из двух ободов с лопатками и проставки между ними, позволяет упростить сборку диспергатора и его установку в разрыв трубопровода с помощью фланцевого соединения, а также его чистку, при этом обеспечивается возможность быстрой замены диспергатора в случае необходимости, что позволяет повысить ремонтопригодность и упростить эксплуатацию диспергатора.

Выполнение внутреннего диаметра проставки и ободов равным внутреннему диаметру трубопровода в месте установки диспергатора позволяет максимально сократить гидравлические потери и, за счет этого, повысить эффективность работы диспергатора.

На фиг.1 представлен продольный разрез диспергатора и на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Диспергатор примесей в текучей среде содержит цилиндрическую проставку 1 с фланцами по торцам. Посредством фланцевого соединения с проставкой 1 соединен первый по ходу потока текучей среды обод 2, на внутренней поверхности 3 которого расположен лопаточный венец 4. Далее по ходу потока текучей среды соосно проставке 1 расположен обтекатель 5 с профилированной торцевой поверхностью 6, обращенной к ободу 2 с лопаточным венцом 4, и лопатки 7 вентиляторного типа, неподвижно установленные в кольцевом зазоре 8 между обтекателем 5 и ободом 9. Диспергатор устанавливают в разрыв трубопровода, причем торцы трубопровода в месте его разрыва выполнены с фланцами. Таким образом, трубопровод в месте установки диспергатора разделен на два участка и диспергатор установлен между подводящей трубой 10 и отводящей трубой 11.

Диспергатор примесей в текучей среде работает следующим образом.

Поток загрязненной текучей среды сначала через подводящую трубу 10 поступает в обод 2 с лопаточным венцом 4. Последний закручивает и ускоряет текучую среду, и находящиеся в ней примеси, создавая турбулентный поток текучей среды. Далее турбулентный поток текучей среды с примесями натекает на профилированную поверхность 6 обтекателя 5 и равномерно распределяется между лопатками 7. В процессе взаимодействия с обтекателем 5 происходит отрыв потока от твердой поверхности обтекателя 5. Сплошность потока нарушается, что приводит к образованию первичных полостей (каверн). Около поверхности этих первичных каверн образуется большое количество мелких перемещающихся нестационарных каверн, которые быстро растут до максимального размера у начала первичной (основной) каверны. Основная каверна начинается в точке присоединения потока текучей среды к поверхности обтекателя 5 на некотором расстоянии от линии отрыва потока и простирается далеко за пределы обтекателя 5 до смыкания основного потока с образованием полости, охватывающей весь обтекатель 5. Таким образом, в центральной части потока жидкости формируют суперкавитацию (Р. Кнэпп, Дж. Дейли, Ф. Хэммит. Кавитация. - М. -Мир. -1974. -С. 21). Аналогичные суперкавитационные каверны образуются при обтекании лопаток 7 вентиляторного типа. Наряду с присоединенной суперкавитацией лопатки 7 создают и область вихревой кавитации, где каверны наблюдаются в центре вихрей, образующихся в зонах с большими касательными напряжениями.

Таким образом, формируется устойчивый суперкавитационный режим течения суспензий и эмульсий в проточной части диспергатора, что позволяет повысить эффективность диспергирования и эмульгирования жидких примесей в текучей среде.

В ходе испытаний установили, что обработка в диспергаторе, например сточных вод, обеспечивала устойчивое снижение размеров частиц примесей с 17-32 мкм и более до 1,6-3,2 мкм. Вязкость обработанной жидкости снизилась на 48%.