Эффективность разрушающего действия ультразвука на твердые частицы в водной среде существенно зависит от целого ряда факторов: свойств жидкости, в которой проводится обработка, температуры среды, интенсивности и частоты ультразвука, продолжительности обработки, от твердости, однородности и пористости измельчаемых частиц, их химической стойкости и др. Этим объясняется избирательность разрушающего действия ультразвука применительно к отдельным материалам при ультразвуковой обработке суспензий их включающих.
Наиболее эффективно диспергирующее действие ультразвука проявляется при низких частотах порядка 18-22 Кгц. Это объясняется тем, что в низкочастотных ультразвуковых полях кавитация возникает при значительно меньших интенсивностях. Разрушению твердых частиц в водных суспензиях способствуют также ускорения, возникающие под действием ультразвука: звуковая волна, обтекая твердую частицу, вызывает в различных точках ее разные по величине и знаку ускорения, что приводит к возникновению сил, стремящихся разорвать частицу.
Ультразвук можно использовать для измельчения однородных и неоднородных материалов. Этим методом удается расщеплять волокна асбеста, измельчать до коллоидного состояния слюду, гипс, гематит, серу, графит и уголь. Кавитационную прочность материалов измеряли в широком диапазоне частот и интенсивностей ультразвука. Было установлено, что кавитационная прочность материала зависит от его хрупкости, спайности, химического состава, крупности и от параметров его ультразвуковой обработки.
Проведенные расчеты показали, что при использовании комбинированного метода для диспергирования некоторых трудно измельчаемых материалов в 2-3 раза сокращается время их обработки, и уменьшаются в 1,5-2 раза энергетические расходы. В некоторых случаях для интенсификации процесса диспергирования полезно совмещать их ультразвуковую обработку с низкочастотной. Наблюдался процесс расщепления асбестовых волокон в ультразвуковом поле с дополнительным наложением на него колебаний частотой 1-2 гц и амплитудой, которая без ультразвука не вызывала видимых деформаций асбестового волокна.
Одним из наиболее перспективных способов измельчения материалов - их ультразвуковая обработка под повышенным статическим давлением. С помощью этого метода удается повысить скорость разрушения материалов во много раз. Было подсчитано, что при амплитуде колебаний излучателя 6 мкм и статическим давлении 5 атмосфер степень кавитационного разрушения материалов повышается в 20 раз, а при амплитуде колебаний излучамикрон и давлении 15 атмосфер - более чем в 200 раз по сравнению кавитационным разрушением при нормальном давлении. Так с помощью ультразвука под повышенным статическим давлением измельчали в водной среде частицы двуокиси титана. Кавитационное разрушение частиц достигало максимума при статическом давлении 3 атмосферы и температуре суспензии 60 градусов Цельсия. В этом случае размер полученных частиц не превышал 1 микрон, а содержание фракции 0,5-0,7 микрон было не менее 50%.
Исследовалось влияние повышенного статического давления (4-5 атмосфер) на степень дисперсности материалов. Объектом изучения служили водные суспензии измельченных хрома, окиси алюминия, окиси магния, дисульфида кадмия, двуокиси циркония и некоторых других материалов. Наиболее высокая дисперсность была получена при ультразвуковой обработке окиси алюминия.
В результате ультразвукового диспергирования обычное содержание мелких фракций значительно возрастает по сравнению с исходным. В суспензии отсутствуют частицы крупнее 0,30-0,35 микрон, которые в исходном продукте составляют основную фракцию. Одновременно с этим в полученной суспензии появляется около 20% частиц размером 0,15 микрон, тогда как в исходном материале частицы такого размера отсутствовали, или содержались в очень малом количестве.
4.2.4.Производство гидродинамических нагревателей
Сегодня, в странах СНГ производится не менее полудюжины различных типов аппаратов, основанных на гидродинамическом способе нагрева жидкостей. Называются такие нагреватели по-разному: “ЮСМАР” у из Молдовы, "УТ" и "АКР" у компании "ЮрЛе и КО" из Белоруссии, “Гравитон” у создателей из России, “ТЕК” у “ТЕКМАШа” из Украины и т. д., так что важное и весьма перспективное для малой энергетики направление устойчиво развивается.
4.2.4.1. Группа компаний «ТЕКМАШ»
В группу компаний «ТЕКМАШ» входят 9 предприятий, работающих в Украине, России, Беларуси и Китае.
ПРИНЦИП РАБОТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ «ТЕКМАШ»
Физическая сущность процесса, происходящего в гидродинамических установках, состоит в следующем. Поток жидкости, подлежащей нагреву, разгоняется насосом и направляется в специальную насадку-смеситель, где скорость его значительно повышается, а давление падает. Одновременно через сопла, расположенные в стенках насадки, в основной поток с большой скоростью внедряются струи той же или другой подмешиваемой жидкости.
В результате соударения потоков в жидкости возникают значительные сдвиговые напряжения, приводящие в условиях пониженного давления к холодному закипанию жидкости (так называемый эффект кавитации). При этом в зоне соударений струй возникают центры парообразования в виде кавитационных микропузырьков, которые уносятся потоком жидкости и растут до размеров в несколько миллиметров.
Попадая в зону расширения потока, где его давление возрастает, пузырьки начинают уменьшаться в размерах и схлопываются. В силу свойств жидкости схлопывание пузырьков происходит асимметрично и сопровождается образованием кумулятивной струйки, ударяющей с большой скоростью в противоположную стенку пузырька. Попадание в зону удара струйки твердых частиц или инородных жидкостей приводит к их активному разрушению (дроблению), так как давление в зоне схлопывания достигает нескольких десятков тысяч атмосфер. Благодаря специально спроектированным формам и размерам насадок, в которых происходит гидроудар, импульс сил давления не передается на стенки насадок, то есть не приводит к разрушению (эрозии) их поверхностей. Массовая обработка жидкости микроударами приводит к ее нагреву, измельчению частиц инородной среды и образованию устойчивых эмульсий и суспензий.
Конструктивно основным узлом гидродинамической нагревательной установки является ее устройство нагрева, поскольку именно здесь происходит процесс преобразования кинетической энергии текущей жидкости в тепловую. Проблема состоит в том, что, с одной стороны, скорость течения жидкости в насадке должна быть достаточно большой чтобы вызвать эффект кавитации, а с другой - чрезмерное количество кавитационных пузырьков приводит к быстрому разрушению самой насадки. На основании разработанной в ТЕКМАШ математической модели кавитационных процессов была создана оптимальная геометрия насадки - в ней кавитационный процесс происходит достаточно интенсивно и при этом кавитационные пузырьки разрушаются вне зоны их взаимодействия с рабочими поверхностями. Только на Украине в различных областях экономики успешно трудятся не менее тысячи гидродинамических нагревателей ТЕК (первые образцы по 7-8 лет), сотни нагревателей ТЕК выпущены и работают в Китае, России и Белоруссии. Наши гидродинамические нагреватели, в полном соответствии с законами классической механики, имеют коэффициент полезного действия 90-94 процента.
ГИДРОТЕРМООЧИСТИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА ТЕК
Гидротермоочистительная установка ТЕК -- экологически чистое многофункциональное технологическое оборудование, представляющее собой теплогенератор нового класса (без нагревательных элементов), предназначенный для очистки технологических систем подачи технических жидкостей и растворов при одновременном их нагревании.
Коэффициент полезного действия установки ТЕК – не ниже 90%
|
Установки ТЕК используются в системах отопления и нагрева воды для технических и бытовых целей (в т. ч. для оборотных систем), в технологических процессах пищевой, молочной, перерабатывающей, химической и угледобывающей промышленности. В соответствии с производственными условиями и требованиями технологических процессов установки применяются для приготовления эмульсий и суспензий, в системах нагрева нефтепродуктов, химических растворов и морской воды.
Установка состоит из емкости, специального смесителя и насоса, которые замкнуты трубопроводом в единую систему. Насос, приводимый в действие электрическим (при необходимости, дизельным) двигателем, подает жидкость в смеситель. Нагревание осуществляется в смесителе за счет выделения тепловой энергии при соударении потоков жидкости.
Гидротермоочистительная установка оснащена блоком автоматического управления, который обеспечивает:
§ контроль и поддержание заданной температуры воды в приборах отопления (верхняя и нижняя граница);
§ защиту электродвигателя от обрыва фаз, сгорания обмоток, колебаний напряжения и тока более 5%, перекоса напряжения по фазам более 10%;
§ аварийное отключение при достижении предельной температуры. Установка монтируется на антивибрационных амортизаторах и подключается с помощью гибких металлорукавов к существующей системе отопления, бойлеру или другой емкости.
Конструкция теплогенерирующего устройства защищена патентами Украины, России и международными заявками на изобретения.
|
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ПРИМЕНЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ
УСТАНОВОК ТЕК В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 |
