RU2397015C1 - Device for cavitation grinding, activation, disinfection of substance - Google Patents
Device for cavitation grinding, activation, disinfection of substance Download PDFInfo
- Publication number
- RU2397015C1 RU2397015C1 RU2009110945/15A RU2009110945A RU2397015C1 RU 2397015 C1 RU2397015 C1 RU 2397015C1 RU 2009110945/15 A RU2009110945/15 A RU 2009110945/15A RU 2009110945 A RU2009110945 A RU 2009110945A RU 2397015 C1 RU2397015 C1 RU 2397015C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cavitation
- gas
- liquid
- substance
- cavitation chamber
- Prior art date
Links
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 238000000227 grinding Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 230000004913 activation Effects 0.000 title claims abstract description 16
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 56
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 7
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 48
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 21
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 16
- 238000001994 activation Methods 0.000 abstract description 13
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 10
- 230000035939 shock Effects 0.000 abstract description 9
- 238000005474 detonation Methods 0.000 abstract description 7
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 abstract 1
- 238000010892 electric spark Methods 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 11
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 10
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 10
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 6
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 244000309464 bull Species 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000000249 desinfective effect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 208000008035 Back Pain Diseases 0.000 description 1
- 208000008930 Low Back Pain Diseases 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000009172 bursting Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Apparatus For Disinfection Or Sterilisation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам измельчения частиц различных веществ, размещенных в жидкой среде, а так же может быть использовано для активации этих веществ или для их дезинфекции. Возможно использование предложенного способа для попутного получения тепла при проведении операций по измельчению или активации или дезинфекции веществ.The invention relates to methods for grinding particles of various substances placed in a liquid medium, and can also be used to activate these substances or to disinfect them. You can use the proposed method for the associated heat during operations for grinding or activation or disinfection of substances.
Известен способ измельчения, активации или дезинфекции веществ, построенный на электрогидравлическом эффекте [1]. По этому способу вещество размещают в жидкость, далее многократно простреливают жидкость электрическим разрядом. При этом при периодическом электрическом пробое жидкости возникают электрогидравлические удары, которые воздействуют на обрабатываемое вещество, размельчая его, активируя его (увеличивая его поверхность), дезинфицируя его. На основе этого способа Л.А.Юткиным сделан ряд изобретений, нашедших применение в промышленности в период 1956 -: - 1986 г.г.A known method of grinding, activation or disinfection of substances, built on the electro-hydraulic effect [1]. According to this method, the substance is placed in a liquid, then the liquid is repeatedly shot through by an electric discharge. In this case, during periodic electrical breakdown of the liquid, electro-hydraulic shocks occur that affect the substance being processed, grinding it, activating it (increasing its surface), and disinfecting it. Based on this method, L.A. Yutkin made a number of inventions that were used in industry in the period 1956 -: - 1986.
Основным недостатком данного способа является его высокая электроопасность и низкая энергоэффективность. По этому способу подводимую к обрабатываемому веществу энергию электрогидравлического удара первоначально накапливают в электрическом конденсаторе, имеющем напряжение порядка 20 тысяч Вольт и емкость порядка 1 мкФ (10-6 фарад). При этом цикл заряда высоковольтного конденсатора составляет несколько секунд, а его разряд протекает за время порядка 1 микросекунды (10-6 секунды). То есть общая энергия заряженного конденсатора в цикле составляет порядка 200 Джоулей. Измельчитель Юткина, имеющий цикл заряда высоковольтного конденсатора 10 секунд, способен обеспечивать подвод энергии к обрабатываемому веществу не более 20 Джоулей в секунду (20 Ватт). При этом в момент разряда высоковольтного конденсатора в нем возникают огромные импульсные токи, которые в конечном итоге и приводят к его физическому разрушению. Обеспечить высокий уровень электробезопасности подобного оборудования крайне сложно из-за работы высоковольтного конденсатора в критическом режиме. Отмеченные выше недостатки электрогидравлических измельчителей Юткина не позволили их широко применять на практике, известно только их применение для дробления кимберлитовой породы для последующего извлечения из нее сохраняющихся из-за своей уникальной твердости алмазов.The main disadvantage of this method is its high electrical hazard and low energy efficiency. According to this method, the energy of electro-hydraulic shock supplied to the processed substance is initially accumulated in an electric capacitor having a voltage of about 20 thousand volts and a capacitance of about 1 μF (10 -6 farads). In this case, the charge cycle of the high-voltage capacitor is several seconds, and its discharge occurs over a time of the order of 1 microsecond (10 -6 seconds). That is, the total energy of the charged capacitor in the cycle is about 200 Joules. The Yutkin chopper, having a charge cycle of a high voltage capacitor for 10 seconds, is able to provide energy supply to the processed substance not more than 20 Joules per second (20 Watts). In this case, at the time of the discharge of the high-voltage capacitor, huge pulse currents arise in it, which ultimately lead to its physical destruction. It is extremely difficult to ensure a high level of electrical safety of such equipment due to the operation of a high-voltage capacitor in critical mode. The drawbacks of the Yutkin electro-hydraulic grinders noted above did not allow them to be widely applied in practice, only their application for crushing kimberlite rock for subsequent extraction of diamonds that are preserved because of their unique hardness is known.
Отмеченные выше недостатки устраняются кавитационными измельчителями, например, «Измельчитель конусно-кавитационный» [2], который позволяет передавать значительную механическую энергию обрабатываемому веществу механически размалывая его между двумя конусами. При этом происходит домалывание вещества за счет кавитации, возникающей на выемках поверхностей конусов, вращающихся со значительными угловыми скоростями.The disadvantages noted above are eliminated by cavitation grinders, for example, “Cone-cavitation grinder” [2], which allows you to transfer significant mechanical energy to the processed substance by mechanically grinding it between two cones. In this case, the substance is crushed due to cavitation that occurs on the recesses of the surfaces of the cones rotating with significant angular velocities.
Основным недостатком устройства [2] является то, что оно не может осуществлять помол обрабатываемого вещества даже до микронных размеров. Обработанное таким измельчителем вещество имеет низкий уровень активированности (недостаточно большую поверхность помолотого вещества), дезинфекцию обрабатываемого вещества подобные устройства осуществлять не могут, так как размеры вирусов много меньше размеров частиц вещества на выходе устройств этого типа и кавитационные эффекты возникают не во всем объеме обрабатываемой пульпы кавитационной камеры, а только в малой части ее объема.The main disadvantage of the device [2] is that it cannot grind the processed substance even to micron sizes. The substance treated with such a grinder has a low level of activity (the surface of the ground substance is not large enough), such devices cannot disinfect the processed substance, since the size of viruses is much smaller than the particle size of the substance at the output of devices of this type and cavitation effects do not occur in the entire volume of cavitation pulp being processed cameras, but only in a small part of its volume.
Осуществить более высокий уровень помола удается в кавитационных устройствах, использующих ультразвук [3]. В «Кавитационном реакторе» [3] может быть осуществлена дезинтеграция вещества, размещенного в жидкую среду до частиц крайне малых размеров (десятки и сотни нанометров), что обеспечивает высокий уровень его активации (значительную площадь его поверхности) и полную дезинфекцию. Устройства типа [3] электробезопасны и долговечны в сравнении с измельчителями Юткина [1], однако они, так же как и измельчители Юткина, не способны быстро осуществлять помол вещества из-за их низкой энергоэффективности. Излучатели ультразвука, находящиеся в резонансе (именно резонанс или стоячая волна используется в [3] для интенсификации процессов) не способны быть проводниками значительной энергии. Крайне большие амплитуды колебаний в точках резонанса (в пучностях стоячей волны) как раз и свидетельствуют о том, что энергия хорошо накапливается устройством [3], но плохо передается обрабатываемому веществу.A higher level of grinding can be achieved in cavitation devices using ultrasound [3]. In the “Cavitation Reactor” [3], disintegration of a substance placed in a liquid medium to extremely small particles (tens and hundreds of nanometers) can be carried out, which ensures a high level of its activation (a significant area of its surface) and complete disinfection. Devices of the type [3] are electrically safe and durable in comparison with the Yutkin choppers [1], however, they, like the Yutkin choppers, are not able to quickly grind the substance due to their low energy efficiency. Ultrasound emitters located in resonance (namely, resonance or a standing wave used in [3] to intensify processes) are not able to be conductors of significant energy. Extremely large oscillation amplitudes at the resonance points (at the antinodes of the standing wave) just indicate that the energy is well accumulated by the device [3], but poorly transmitted to the processed substance.
Наиболее близким к предложенному способу является способ [4], по которому создают поток воды по замкнутому контуру с помощью вращающихся элементов кавитационно-вихревого теплогенератора (эти вращающиеся элементы создают дополнительный насосный эффект). По способу [4] предложено усиливать кавитационно-тепловой эффект за счет введения газовых потоков (потока кислорода и потока водорода), получаемых без их разделения и без их дополнительного смешивания электролизом воды, используемой в самом кавитационном теплогенераторе.Closest to the proposed method is the method [4], in which a water flow is created in a closed loop using rotating elements of a cavitation-vortex heat generator (these rotating elements create an additional pumping effect). According to the method [4], it was proposed to enhance the cavitation-thermal effect due to the introduction of gas streams (oxygen stream and hydrogen stream) obtained without separation and without additional mixing by electrolysis of water used in the cavitation heat generator itself.
Основным недостатком способа [4] является то, что он не предназначен для измельчения веществ их активации или их дезинфекции. Кроме того, эффективность кавитационных процессов в устройствах, выполненных по способу [4], низка. Кавитационные процессы в устройствах по способу [4] основную часть энергии получают от механического вращения элементов кавитатора. Известно, что только незначительная часть механической энергии вращения элементов кавитатора преобразуется в энергию кавитации, большая часть механической энергии вращения элементов кавитатора не переводится в энергию кавитационных процессов. У насосов, работающих в нормальном режиме, вообще не возникает кавитационных процессов, то есть они вообще не осуществляют даже частичное перераспределение механической энергии потока жидкости в ее кавитационную составляющую. На сегодняшний день нет достоверных методик для оценки коэффициента перевода механической энергии вращающихся элементов кавитаторов (насосов) или потока жидкости в вихревых кавитаторах, не имеющих вращающихся элементов.The main disadvantage of the method [4] is that it is not intended for grinding substances for their activation or their disinfection. In addition, the efficiency of cavitation processes in devices made by the method of [4] is low. Cavitation processes in devices according to the method [4], the bulk of the energy is obtained from the mechanical rotation of the elements of the cavitator. It is known that only a small part of the mechanical energy of rotation of the elements of the cavitator is converted into energy of cavitation, most of the mechanical energy of rotation of the elements of the cavitator is not converted into the energy of cavitation processes. For pumps operating in normal mode, cavitation processes do not occur at all, that is, they generally do not even carry out a partial redistribution of the mechanical energy of the fluid flow into its cavitation component. To date, there are no reliable methods for assessing the mechanical energy transfer coefficient of rotating cavitator elements (pumps) or fluid flow in vortex cavitators that do not have rotating elements.
Кавитационный эффект в устройствах, выполненных по способу [4], в сравнении с другими аналогичными устройствами, действительно усиливается, но усиление это не значительно. Усиление связано с дополнительным насыщением кавитирующей жидкости газом (кислородом и водородом) и частичным сгоранием выработанного кислорода и водорода при кавитационных эффектах. В устройстве [4] усиление кавитации за счет энергии сгорания водорода и кислорода при схлопывании пузырьков их смеси незначительно. Всю энергию электролиза воды устройства, выполненные по способу [4], перевести в энергию кавитации неспособны. Именно по этой причине устройство, выполненное в соответствии с фигурой - 1 описания [4], имеет канал - 16 отвода избыточной части смеси кислорода и водорода из зоны электролиза и подвода этой избыточной части смеси в камеру сгорания - 17 двигателя внутреннего сгорания - 18.The cavitation effect in devices made by the method [4], in comparison with other similar devices, is really enhanced, but the gain is not significant. The amplification is associated with additional saturation of the cavitating liquid with gas (oxygen and hydrogen) and partial combustion of the generated oxygen and hydrogen during cavitation effects. In the device [4], cavitation enhancement due to the energy of combustion of hydrogen and oxygen during the collapse of the bubbles of their mixture is negligible. All the energy of water electrolysis of the device, made by the method [4], cannot be converted into cavitation energy. It is for this reason that the device, made in accordance with figure 1 of the description [4], has a channel 16 for removing the excess part of the mixture of oxygen and hydrogen from the electrolysis zone and supplying this excess part of the mixture to the combustion chamber 17 of the internal combustion engine 18.
Технической задачей предлагаемого изобретение является повышение эффективности процессов кавитационного измельчения, активации или дезинфекции обрабатываемого вещества за счет более интенсивного подвода энергии кавитации к обрабатываемому веществу. Подзадачей является гораздо более полный перевод в энергию кавитационных процессов химической энергии сгорания, подводимой к устройствам смеси газов. Дополнительной побочной целью предложенного способа является повышение эффекта тепловыделения за счет кавитации в расчете на единицу массы кавитационного нагревателя при одновременном снижении его энергопотребления.The technical task of the invention is to increase the efficiency of the processes of cavitation grinding, activation or disinfection of the processed substance due to a more intensive supply of cavitation energy to the processed substance. The subtask is a much more complete conversion into the energy of cavitation processes of the chemical energy of combustion supplied to the gas mixture devices. An additional secondary goal of the proposed method is to increase the effect of heat due to cavitation per unit mass of the cavitation heater while reducing its energy consumption.
Поставленная цель достигается за счет того, что предложено для кавитационного измельчения, активации, дезинфекции вещества вводить его в жидкую среду (воду, масла, спирты, углеводороды или другие жидкости) и организовывать движение жидкости по замкнутому циклу. При этом движение жидкости предложено осуществлять циркуляционным насосом малой мощности, который не способен воспроизвести эффект кавитации в движущейся жидкости. Для появления кавитационного эффекта измельчения твердого вещества или кавитационного эффекта смешивания двух не смешиваемых жидкостей предложено вводить в движущуюся по замкнутому контуру жидкость пузырьки газовой смеси, состоящие из газа-топлива и газа-окислителя в пропорции оптимальной для их сгорания. Далее предложено организовывать синхронное схлопывание пузырьков газовой смеси, одним из известных способов, приводящих к детонации реакции взрывного сгорания, введенных в жидкость пузырьков газовой смеси. Например, может быть использован удар внешнего давления (любой внешний удар) или скачек внутреннего давления в жидкости при ее простреливании искровым электроразрядом (внутренний удар).This goal is achieved due to the fact that it is proposed for cavitation grinding, activation, disinfection of a substance to introduce it into a liquid medium (water, oils, alcohols, hydrocarbons or other liquids) and organize the movement of the liquid in a closed cycle. In this case, it is proposed to carry out the movement of the liquid by a low-power circulation pump, which is not able to reproduce the effect of cavitation in a moving liquid. For the appearance of the cavitation effect of grinding a solid substance or the cavitation effect of mixing two immiscible liquids, it is proposed to introduce gas mixture bubbles consisting of a fuel gas and an oxidizing gas in a proportion optimal for their combustion into a liquid moving in a closed circuit. It is further proposed to organize a synchronous collapse of the gas mixture bubbles, one of the known methods leading to the detonation of the explosive combustion reaction introduced into the liquid of the gas mixture bubbles. For example, an external pressure shock (any external shock) or a jump in the internal pressure in a liquid when it is shot by a spark electric discharge (internal shock) can be used.
Заявляемый технический эффект по снижению размеров частиц измельченного вещества по предложенному способу достигается тем, что при кавитационном дроблении вещества, возникающем при схлопывании пузырьков газа и взаимном соударении частиц размалываемого вещества, находящегося на периферии пузырьков, возникают большие скорости схлопывания (соударения). Увеличение скорости схлопывания происходит за счет подвода существенно большей энергии кавитации в виде энергии сгорания смеси газов в каждом пузырьке. Кроме того, эффект дополнительно усиливается за счет синхронного схлопывания всех пузырьков газовой смеси. Во всех, ранее известных кавитационных способах (устройствах) аналогах и прототипе отсутствует синхронизация схлопывания всех кавитационных пузырьков. В предложенном способе присутствуют эффекты не только локальных скачков давления при реакции сгорания газа каждого пузырька, но и присутствует общий суммарный скачек давления, обусловленный синхронным схлопыванием всех пузырьков газа. Общий значительный скачек давления несущественен для эффекта измельчения вещества, но позволяет эффективно стерилизовать обрабатываемое вещество и жидкость, обрабатывающую измельчаемое вещество.The claimed technical effect of reducing the particle size of the crushed substance according to the proposed method is achieved by the fact that during cavitation crushing of a substance that occurs during the collapse of gas bubbles and the mutual collision of particles of the milled material located on the periphery of the bubbles, high collapse (collision) velocities occur. An increase in the collapse rate occurs due to the supply of a significantly larger cavitation energy in the form of the energy of combustion of a mixture of gases in each bubble. In addition, the effect is further enhanced by the simultaneous collapse of all bubbles of the gas mixture. In all previously known cavitation methods (devices) analogues and prototype there is no synchronization of the collapse of all cavitation bubbles. In the proposed method, there are not only the effects of local pressure surges during the gas combustion reaction of each bubble, but also there is a general total pressure leap due to the simultaneous collapse of all gas bubbles. The overall significant pressure jump is not significant for the effect of grinding the substance, but it allows you to effectively sterilize the processed substance and the liquid processing the ground substance.
Таким образом, по предложенному способу удается вводить больше энергии в проходящие кавитационные процессы измельчения, активации, дезинфекции, нагревания, минуя стадии ее промежуточного перевода в электрическую энергию (как у аналога [1]), механическую энергию (как у аналога [2] и прототипа [4]) или энергию ультразвуковых стоячих волн в жидкости (как у аналога [3]). По предложенному способу химическая энергия сгорания пузырьков смеси газа-топлива и газа-окислителя практически полностью и синхронно (лавинообразно) в очень короткий интервал времени (несколько микросекунд) преобразуется в энергию кавитационного измельчения, активации, дезинфекции обрабатываемого вещества и в тепловую энергию всей установки. Синхронность кавитационного схлопывания всех пузырьков газа, расположенных по всему объему жидкости кавитационной камеры обеспечивает полную дезинфекцию как этой жидкости, так и обрабатываемого вещества. Подвод к обрабатываемому веществу большей энергии кавитации обеспечивает более тонкое измельчение обрабатываемого вещества за одинаковый интервал времени в сравнении с устройствами прототипами, реализующими способ-прототип. Кроме того, обеспечивается экономия топлива (горючей газовой смеси) при одновременном росте производительности предложенного способа по сравнению со способом-прототипом.Thus, the proposed method manages to introduce more energy into the ongoing cavitation processes of grinding, activation, disinfection, heating, bypassing the stages of its intermediate conversion into electrical energy (as in analogue [1]), mechanical energy (as in analogue [2] and prototype [4]) or the energy of ultrasonic standing waves in a liquid (as in the analogue of [3]). According to the proposed method, the chemical energy of the combustion of bubbles of a mixture of gas-fuel and gas-oxidizer is almost completely and synchronously (avalanche-like) in a very short time interval (several microseconds) is converted into energy of cavitation grinding, activation, disinfection of the processed substance and into the heat energy of the whole installation. The synchronization of the cavitation collapse of all gas bubbles located throughout the entire volume of the liquid in the cavitation chamber ensures complete disinfection of both this liquid and the substance being treated. The approach to the processed substance of greater cavitation energy provides finer grinding of the processed substance for the same time interval in comparison with prototype devices that implement the prototype method. In addition, it provides fuel savings (combustible gas mixture) while increasing the productivity of the proposed method in comparison with the prototype method.
Предложенный способ кавитационного измельчения, кавитационной активации, кавитационной дезинфекции, кавитационного нагревания может быть реализован в виде устройства, описание которого соответствует п.2 формулы изобретения. Устройство состоит из циркуляционного насоса с его приводом, камеры кавитации, фильтра, препятствующего выносу пузырьков газа из кавитационной камеры, замкнутого контура прокачки жидкости, образованного насосом, трубопроводами, фильтром, кавитационной камерой. Трубопроводы замкнутого контура прокачки жидкости подключены к насосу и кавитационной камере таким образом, чтобы в кавитационной камере образовывался вихрь прокачиваемой жидкости, препятствующий оседанию (всплытию) обрабатываемого вещества или расслоению обрабатываемой смеси жидкостей. Кроме того, кавитационная камера подключена к трубопроводу откачки жидкости через заградительный фильтр таким образом, чтобы над входом трубопровода откачки образовывалась полость сбора смеси газов, прошедших через жидкость. В верхней части полости сбора газа камеры кавитации расположена свеча зажигания с двумя электродами, подключенная своим центральным электродом через блок коммутации к высокому напряжению, причем вход управления блока коммутации подключен к блоку задания времени зажигания. Корпус камеры кавитации выполнен из проводящего материала (например, металла) и электрически соединен с корпусом свечи зажигания, а так же заземлен. Источник высокого напряжения так же имеет заземление. Кроме того, к нижней части камеры кавитации подсоединен трубопровод подвода жидкости из замкнутого контура ее циркулирования и трубопровод подачи смеси газа-топлива с газом-окислителем, соединенный через смеситель с источниками газа-топлива и газа-окислителя.The proposed method of cavitation grinding, cavitation activation, cavitation disinfection, cavitation heating can be implemented in the form of a device, the description of which corresponds to
Описанное выше устройство может быть улучшено в соответствии с п.3 формулы изобретения. В этом случае в кавитационную камеру дополнительно введены электроды, причем они установлены так, что зазор между электродами расположен в центре кавитационной камеры, один из этих электродов соединен через блок коммутации с источником высокого напряжения, а другой электрод заземлен через контакт с корпусом камеры кавитации.The device described above can be improved in accordance with claim 3 of the claims. In this case, electrodes are additionally introduced into the cavitation chamber, and they are installed so that the gap between the electrodes is located in the center of the cavitation chamber, one of these electrodes is connected via a switching unit to a high voltage source, and the other electrode is grounded through contact with the housing of the cavitation chamber.
Устройство, реализующее предложенный способ, изображено на чертеже, где использована следующая нумерация элементов:A device that implements the proposed method is shown in the drawing, where the following numbering of elements is used:
1) насос с приводом;1) a pump with a drive;
2) кавитационная камера;2) cavitation chamber;
3) фильтр, препятствующий выносу пузырьков газа из кавитационной камеры-2;3) a filter that prevents the removal of gas bubbles from the cavitation chamber-2;
4) свеча зажигания, заимствованная у двигателей внутреннего сгорания;4) a spark plug borrowed from internal combustion engines;
5) коммутатор высокого напряжения;5) high voltage switch;
6) блок создания высокого напряжения;6) a high voltage generating unit;
7) блок управления, задающий время зажигания;7) a control unit that sets the ignition time;
8) смеситель подводимых газов;8) a mixer of supplied gases;
9) источник газа-топлива (например, водорода);9) a source of fuel gas (for example, hydrogen);
10) источник газа-окислителя (например, кислорода);10) a source of an oxidizing gas (e.g., oxygen);
11) дополнительные электроды: 11а - изолированный электрод, 11б - заземленный электрод.11) additional electrodes: 11a - insulated electrode, 11b - grounded electrode.
Составные элементы предложенного устройства, предназначенного для реализации предложенного способа, соединены между собой следующим образом: вход насоса - 1 подключен к выходу фильтра - 3, через трубопровод. Вход фильтра - 3 подсоединен к верхней левой части сферической камеры кавитации 2, таким образом, что над входом фильтра - 3 из части сферы кавитационной камеры - 2 образуется замкнутая полость для сбора в ней газа. Выход насоса - 1 соединен через трубопровод с правой нижней частью камеры кавитации - 2. Напротив выходного трубопровода насоса - 1 в нижней части камеры кавитации - 2 подключен трубопровод подачи газовой смеси, соединенный со смесителем - 8. Первый вход смесителя - 8 соединен трубопроводом с выходом источника газа-топлива - 9, второй вход смесителя - 8 соединен трубопроводом с выходом источника газа-окислителя - 10.The components of the proposed device, designed to implement the proposed method, are interconnected as follows: the pump inlet - 1 is connected to the outlet of the filter - 3, through the pipeline. The inlet of the filter - 3 is connected to the upper left part of the
В верхней части сферической кавитационной камеры - 2 имеется резьбовое отверстие куда вкручена свеча зажигания - 4. Рядом имеется второе отверстие, куда вкручен изолированный электрод - 11а. Внутренний конец изолированного электрода - 11а расположен в центральной части кавитационной камеры рядом с другим концом другого заземленного электрода - 11б. Расстояние между концами двух электродов - 11а и 11б выбрано равным 20 миллиметрам. Второй конец электрода 11б закреплен сваркой к корпусу кавитационной камеры - 2. Корпус кавитационной камеры - 2 заземлен.In the upper part of the spherical cavitation chamber - 2 there is a threaded hole where the spark plug - 4 is screwed in. Nearby there is a second hole where the insulated electrode - 11a is screwed. The inner end of the insulated electrode - 11a is located in the Central part of the cavitation chamber next to the other end of another grounded electrode - 11b. The distance between the ends of the two
Внешние изолированные концы свечи зажигания - 4 и изолированного электрода - 11а подключены высоковольтными электропроводами к выходам коммутатора высокого напряжения - 5. Входы коммутатора высокого напряжения - 5 подключены высоковольтными электропроводами к выходам блока создания высокого напряжения - 6, который имеет выход заземления, подключенный к заземлению кавитационной камеры - 2.The external insulated ends of the spark plug - 4 and of the insulated electrode - 11a are connected by high-voltage electric wires to the outputs of the high-voltage switch - 5. The inputs of the high-voltage switch - 5 are connected by high-voltage electric wires to the outputs of the high-voltage generating unit - 6, which has a ground output connected to the cavitation ground cameras - 2.
Устройство для реализации способа, соответствующее п.2, формулы изобретения, работает следующим образом: насос - 1 прокачивает жидкость (например, воду) через замкнутый контур, образованный входным трубопроводом насоса - 1, самим насосом - 1, трубой соединения выхода насоса - 1 и камеры кавитации - 2, входным отверстием фильтра - 3 и самим этим фильтром, трубой на выходе фильтра - 3 и входе насоса - 1. При прокачке воды по этому замкнутому контуру в камере кавитации образуется закручивающийся поток, который не способен создать кавитацию, но не дает осесть обрабатываемому веществу (например, песку). Мощности насоса - 1 хватает только на организацию циркуляции взвеси песка в воде, но недостаточно для появления кавитационного эффекта при попадании водной взвеси песка в кавитационную камеру из входного патрубка насоса - 1.The device for implementing the method, corresponding to claim 2, of the claims, works as follows: pump - 1 pumps liquid (for example, water) through a closed circuit formed by the pump inlet pipe - 1, the pump itself - 1, the pipe connecting the pump outlet - 1 and cavitation chamber - 2, the filter inlet - 3 and the filter itself, the pipe at the filter outlet - 3 and the pump inlet - 1. When water is pumped along this closed circuit, a swirling flow forms in the cavitation chamber, which is not able to create cavitation, but does not allow wasp material to be processed (e.g. sand). The power of the pump - 1 is sufficient only for the organization of circulation of a suspension of sand in water, but not enough for a cavitation effect to occur when a water suspension of sand enters the cavitation chamber from the inlet of the pump - 1.
Для организации кавитационного измельчения песка, его активации, или дезинфекции из источника горючего газа - 9 (например, водорода) по соответствующему трубопроводу поступает водород в смеситель - 8, из источника газа окислителя - 10 поступает окислитель (например, кислород) на второй вход смесителя - 8. Смеситель - 8 настроен таким образом, чтобы осуществлять смешивание водорода и кислорода в пропорции два к одному, образуя тем самым гремучий газ, способный сгорать до воды без газовых остатков. Гремучий газ поступает в виде пузырьков в кавитационную камеру - 2, где смешивается с закрученной пульпой воды и песка. При этом часть гремучего газа поднимается в верхнюю часть кавитационной камеры, образуя там газовый конус над вращающейся пульпой песка. По мере поступления газа в кавитационную камеру газовый конус увеличивается в объеме. При этом пузырьки гремучего газа не могут попасть в насос - 1, так как на входе насоса - 1 расположен фильтр - 3, препятствующий прохождению пузырьков. Объем поступившего газа в кавитационную камеру заранее известен и блок управления - 7 заранее настроен таким образом, чтобы при образовании газового конуса требуемого размера подать высокое напряжение на свечу зажигания - 4, через коммутатор - 5 от блока высокого напряжения - 6.To organize cavitation grinding of sand, its activation, or disinfection from a source of combustible gas - 9 (for example, hydrogen), hydrogen passes into the mixer - 8 through an appropriate pipeline, from the oxidizer gas source - 10 an oxidizer (for example, oxygen) enters the second input of the mixer - 8. The mixer - 8 is configured in such a way as to carry out the mixing of hydrogen and oxygen in a proportion of two to one, thereby forming an explosive gas that can burn to water without gas residues. Explosive gas enters in the form of bubbles in a cavitation chamber - 2, where it mixes with swirling pulp of water and sand. At the same time, part of the detonating gas rises to the upper part of the cavitation chamber, forming a gas cone there above the rotating pulp of sand. As gas enters the cavitation chamber, the gas cone increases in volume. At the same time, the explosive gas bubbles cannot get into the pump - 1, since at the pump inlet - 1 there is a filter - 3, which prevents the passage of bubbles. The volume of incoming gas into the cavitation chamber is known in advance and the control unit - 7 is pre-configured so that when a gas cone of the required size is formed, apply a high voltage to the spark plug - 4, through the switch - 5 from the high voltage unit - 6.
Появление высокого напряжения на центральном электроде свечи зажигания - 4 приводит к появлению на ее разрядных электродах искры. Искра свечи зажигания - 4 воспламеняет конус гремучего газа под ней, который взрывается, обеспечивая скачек давления в кавитационной камере - 2. Скачек давления в кавитационной камере - 2 приводит к детонации всех пузырьков гремучей газовой смеси во всем объеме песчано-водяной пульпы. Каждый из пузырьков расширяется и затем охлопывается, придавая ускорения близлежащим молекулам воды и песчинкам в направлении центра влопывающегося пузырька. Происходит соударение частиц измельчаемого вещества друг о друга и о молекулы воды, это взаимодействие и приводит к эффекту кавитационного измельчения песка до размеров частиц в несколько микрон. Процесс повторяют многократно до нужного измельчения частиц обрабатываемого вещества (песка). При этом процесс измельчения идет интенсивно, но медленно из-за необходимости формировать конус взрывающейся газовой смеси в каждом цикле воздействия на измельчаемое вещество. Процесс измельчения идет автоматически заранее заданное время.The appearance of a high voltage on the central electrode of the spark plug - 4 leads to the appearance of sparks on its discharge electrodes. A spark of a spark plug - 4 ignites a cone of detonating gas underneath, which explodes, providing a pressure surge in the cavitation chamber - 2. A pressure surge in the cavitation chamber - 2 detonates all bubbles of the explosive gas mixture in the entire volume of sand-water pulp. Each of the bubbles expands and then cools, giving acceleration to nearby water molecules and grains of sand in the direction of the center of the bursting bubble. The particles of the crushed substance collide with each other and the water molecule, and this interaction leads to the effect of cavitation grinding of sand to particle sizes of several microns. The process is repeated many times until the desired grinding of particles of the processed substance (sand). At the same time, the grinding process is intensive, but slowly due to the need to form a cone of an explosive gas mixture in each cycle of exposure to the crushed substance. The grinding process is automatically predefined time.
После получения частиц песка в несколько микрон возможно последующее их измельчение за счет другого режима работы устройства, соответствующего п.3 формулы изобретения. Во втором режиме работы блок управлении - 7 не дожидаясь формирования ударного конуса газа периодически подключает высокое напряжение к изолированному электроду - 11а. Между изолированным электродом 11а и заземленным электродом 11б возникает электрический разряд, мощность которого достаточна для детонации небольшого объема газовых пузырьков, находящихся в районе разряда (в центре кавитационной камеры). Взрыв малого числа пузырьков приводит к детонации других еще не взорвавшихся пузырьков газовой смеси. При этом возникает эффект, близкий к эффекту Юткина, но на его поддержание требуется незначительная электрическая мощность, так как электрическая мощность искры расходуется только на детонацию.After obtaining sand particles of several microns, their subsequent grinding is possible due to another mode of operation of the device corresponding to claim 3 of the claims. In the second mode of operation, the control unit - 7 without waiting for the formation of the shock cone of the gas periodically connects a high voltage to the insulated electrode - 11a. An electric discharge occurs between the
Само же кавитационное измельчение, активация, дезинфекция, нагревание поддерживается за счет химической энергии пузырьков гремучего газа. В том случае, если гремучий газ получается электролизом воды (как у прототипа) происходит прямее преобразование энергии электролиза в энергию кавитационных процессов. При первом и втором режимах возбуждения кавитационных процессов происходит полное сгорание введенного в пульпу гремучего газа или почти полное преобразование большей части химической энергии гремучего газа в энергию кавитационного воздействия. Коэффициент преобразования химической энергии газа-топлива и газ-окислителя в энергию кавитации у предложенного устройства, много выше, чем у устройств аналогов и устройства-прототипа.Cavitation grinding, activation, disinfection, heating itself is supported by the chemical energy of explosive gas bubbles. In the event that detonating gas is obtained by electrolysis of water (as in the prototype), the electrolysis energy is converted directly into the energy of cavitation processes. In the first and second modes of excitation of cavitation processes, the explosive gas introduced into the pulp is completely burned or almost the chemical energy of the explosive gas is converted to the energy of cavitation. The conversion coefficient of the chemical energy of the fuel gas and oxidizing gas into cavitation energy of the proposed device is much higher than that of analog devices and the prototype device.
Два описанных выше режима работы устройства существенно отличаются друг от друга по своим механизмам возбуждения кавитации и силе воздействия кавитации на измельчаемое вещество. Первый режим поджигания искрой свечи зажигания ударного газового конуса (режим внешнего детонационного удара) является наиболее жестким, но и самым медленным. Он требует вводить в пульпу много газовой смеси и практически не потребляет энергии от источника высокого напряжения. Второй режим является более мягким, так как требует вводить в пульпу меньше газовой смеси и использует детонацию от внутреннего прострела жидкости искрой. Во втором режиме работы устройство потребляет от источника высокого напряжения значительно больше энергии, так как требуется чаще простреливать жидкость и на каждый прострел жидкости требуется тратить больше энергии, чем на единичный прострел газовой смеси.The two modes of operation of the device described above are significantly different from each other in their cavitation excitation mechanisms and the force of cavitation on the crushed substance. The first mode of ignition of a spark plug of a shock gas cone (external detonation shock mode) is the most severe, but also the slowest. It requires introducing a lot of gas mixture into the pulp and practically does not consume energy from a high voltage source. The second mode is milder, since it requires less gas to be introduced into the pulp and uses detonation from the internal chamber of the liquid with a spark. In the second mode of operation, the device consumes significantly more energy from a high voltage source, since it is more often required to shoot through the liquid and more energy is required to spend more on each lumbago than on a single lumbar of the gas mixture.
Чередуя первый и второй режимы работы устройства, удается получить широкий диапазон кавитационных режимов работы с разнотипными веществами в разных жидкостях. Для каждого вещества, обрабатываемого в конкретной жидкости, подбирается свой режим работы устройства, который затем прошивается в контроллере блока управления - 7. При этом заявленное устройство может выполнять разные функции: измельчение вещества, активацию вещества, дезинфекцию вещества и жидкости или даже функцию нагревания окружающей среды. Так же устройство может работать на разных газовых смесях, таких как кислород-водород, метан-воздух, пропан-воздух, и так далее. Для каждой решаемой задачи подбирается свой оптимальный режим возбуждения кавитации, поддерживаемый далее блоком управления периодом и режимом детонации - 7.By alternating the first and second modes of operation of the device, it is possible to obtain a wide range of cavitation modes of operation with heterogeneous substances in different liquids. For each substance processed in a particular liquid, its own mode of operation of the device is selected, which is then flashed in the controller of the control unit - 7. Moreover, the claimed device can perform different functions: grinding the substance, activating the substance, disinfecting the substance and liquid, or even the function of heating the environment . The device can also work on different gas mixtures, such as oxygen-hydrogen, methane-air, propane-air, and so on. For each problem to be solved, an optimal cavitation excitation mode is selected, which is further supported by the period control unit and the detonation mode — 7.
В целом предложенный способ и устройство для его реализации оказываются значительно более эффективными в сравнении с аналогами и прототипом из-за прямого преобразования химической энергии газовой смеси в кавитационную энергию обработки жидкости и измельчаемого вещества.In General, the proposed method and device for its implementation are much more effective in comparison with analogues and prototype due to the direct conversion of the chemical energy of the gas mixture into the cavitation energy of the processing of the liquid and the crushed substance.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. Юткин Л.А. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности. Л.: Машиностроение, 1986.1. Yutkin L.A. Electro-hydraulic effect and its application in industry. L .: Engineering, 1986.
2. Описание изобретения к патенту RU 2329867 С2, «Измельчитель конусно-кавитационный», В02С 2/10, опубликовано 27.07.2008. Бюл. №21, начало действия патента 23.01.2006, авторы: Свиридов Д.П., Кущин А.А. и др.2. Description of the invention to patent RU 2329867 C2, "Cone-cavitation shredder",
3. Описание изобретения к патенту RU 2286205 С2, «Кавитационный реактор», B01F 11/02, B01J 19/10, опубликовано 27.10.2007. Бюл. №30, приоритет 16.02.2005, автор Шестаков С.Д., патентообладатель Никольский К.Н. (RU).3. Description of the invention to patent RU 2286205 C2, "Cavitation reactor", B01F 11/02, B01J 19/10, published on 10.27.2007. Bull. No.30, priority 02.16.2005, author Shestakov SD, patent holder Nikolsky K.N. (RU).
4. Описание изобретения к патенту RU 2326296 С2, «Способ повышения энергоэффективности гидродинамического теплогенератора», F24J 3/00, опубликовано 10.06.2008. Бюл.№16, автор Бритвин Л.Н., приоритет от 22.02.2006, патентообладатель ООО «НПФ ТГМ» (RU).4. Description of the invention to patent RU 2326296 C2, “Method for improving the energy efficiency of a hydrodynamic heat generator”, F24J 3/00, published June 10, 2008. Bull.№16, author Britvin L.N., priority of 02.22.2006, patent holder of LLC NPF TGM (RU).
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009110945/15A RU2397015C1 (en) | 2009-03-25 | 2009-03-25 | Device for cavitation grinding, activation, disinfection of substance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009110945/15A RU2397015C1 (en) | 2009-03-25 | 2009-03-25 | Device for cavitation grinding, activation, disinfection of substance |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2397015C1 true RU2397015C1 (en) | 2010-08-20 |
Family
ID=46305376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009110945/15A RU2397015C1 (en) | 2009-03-25 | 2009-03-25 | Device for cavitation grinding, activation, disinfection of substance |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2397015C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2551705C2 (en) * | 2013-04-05 | 2015-05-27 | Закрытое акционерное общество "Кондор-Эко" | Fuel preparation for ices |
| RU2747756C1 (en) * | 2020-09-04 | 2021-05-13 | Виталий Николаевич Насонов | Method for processing raw materials and device for its implementation |
| RU216450U1 (en) * | 2022-10-10 | 2023-02-06 | Валентин Алексеевич Голубев | Device for shock-cavitational crushing of a substance |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4085170A (en) * | 1975-04-17 | 1978-04-18 | The Electricity Council | Method and apparatus for increasing contact area in a multi-phase system |
| RU55938U1 (en) * | 2006-03-17 | 2006-08-27 | Ооо "Тэрос-Мифи" | HYDRODYNAMIC CAVITATION LIQUID CONVERTER |
| RU2326296C2 (en) * | 2006-02-22 | 2008-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма ТГМ" ООО "НПФ ТГМ" | Method of energy efficiency improvement in hydrodynamic heat generator |
-
2009
- 2009-03-25 RU RU2009110945/15A patent/RU2397015C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4085170A (en) * | 1975-04-17 | 1978-04-18 | The Electricity Council | Method and apparatus for increasing contact area in a multi-phase system |
| RU2326296C2 (en) * | 2006-02-22 | 2008-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма ТГМ" ООО "НПФ ТГМ" | Method of energy efficiency improvement in hydrodynamic heat generator |
| RU55938U1 (en) * | 2006-03-17 | 2006-08-27 | Ооо "Тэрос-Мифи" | HYDRODYNAMIC CAVITATION LIQUID CONVERTER |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2551705C2 (en) * | 2013-04-05 | 2015-05-27 | Закрытое акционерное общество "Кондор-Эко" | Fuel preparation for ices |
| RU2747756C1 (en) * | 2020-09-04 | 2021-05-13 | Виталий Николаевич Насонов | Method for processing raw materials and device for its implementation |
| RU216450U1 (en) * | 2022-10-10 | 2023-02-06 | Валентин Алексеевич Голубев | Device for shock-cavitational crushing of a substance |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5035363A (en) | Ultrasonic grinding of explosives | |
| EP0637993B1 (en) | Pulsed electrical discharge apparatus for treating liquid | |
| CA2674246C (en) | Oil sands treatment system and process | |
| WO2004004881A1 (en) | Liquid mixing apparatus and method of liquid mixing | |
| US5342586A (en) | Combustion efficiency enhancing apparatus of liquid fuel | |
| RU2397015C1 (en) | Device for cavitation grinding, activation, disinfection of substance | |
| RU2326736C2 (en) | Fragmentation device | |
| US8685211B2 (en) | Oil sands treatment system and process | |
| RU2032107C1 (en) | Method of electrical treating of liquid fuel and activator for liquid fuel | |
| CN110921942A (en) | Swirl-air flotation oil-water separation system based on discharge plasma | |
| Liu et al. | Study on the generation characteristics of dielectric barrier discharge plasmas on water surface | |
| RU2007130763A (en) | METHOD AND DEVICE FOR COLD DESCRIPTION, ACTIVATION AND PURIFICATION OF WATER FROM ANY NATURAL SOURCE | |
| RU2442644C2 (en) | The method of continuous execution of the electrochemical reaction in the subcritical and supercritical fluids and the device for its implementation | |
| KR100457465B1 (en) | A swage treatment device in using ultrasonic wave | |
| TWI621705B (en) | Method and device for manufacturing water-added fuel | |
| RU2636740C1 (en) | Method of producing coal-water slurry and installation for its implementation | |
| RU216450U1 (en) | Device for shock-cavitational crushing of a substance | |
| RU2657389C1 (en) | Method for formation of cavitational zones in flow of non-burning liquid and control of their destruction, and also device for implementation of method | |
| RU87700U1 (en) | TECHNOLOGICAL LINE FOR THE PRODUCTION OF AQUAROGO FUEL AND ITS BURNING | |
| RU2771032C1 (en) | Processing line for the production of finely dispersed coal fuel | |
| RU2806425C1 (en) | Installation for selective disintegration of materials | |
| RU2089294C1 (en) | Device for crushing hard rocks | |
| RU2465521C2 (en) | Method to heat liquid coolant and device for its realisation | |
| RU2802344C1 (en) | Installation for selective disintegration of solid materials | |
| RU2834556C1 (en) | Reagentless water treatment reactor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150326 |