Устройство для диспергирования материалов в жидкой среде при воздействии ультразвука

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 У 11 02 ГОСУДАРСТВЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯПРИ ГКНТ СССР КОМИТЕТОТНРЫТИЯМ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ(53) 66,063(088,8) (56) Бронин Ф.А., Че ние заусенцев и дис ковых материалов пр ультразвука. - М.:1978, с. 19-21, 32.П. Удалеование пороействиистроение,новергивозанин6,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСПЕРГИРОВАНИЯМАТЕРИАЛОВ В ЖИДКОЙ СРЕДЕ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ УЛЬТРАЗВУКА(57) Изобретение относится к конструкциям устройств для диспергирования твердых материалов в жидкости привоздействии ультразвука и может бытьиспользовано в химической промышленности для приготовления смесей, суспензий и эмульсий. Цель - повышениесрока службы путем расходования части энергии кавитационных микроударовна фазовые превращения в материале,80145257 излучателя (И). И выполнен из сплава на основе титана с содержанием компонентов в нем, мас.Х: Ы 1,6-3,0; Ча 4,5-5,0; Мо 4,5-5,5. Наружный слой И после нагрева до 820 + 10 С и закаливания в воде имеет антикавитационные свойства и содержит -нестабильную фазу в пределах 60-703. Толщину слоя й определяют по формуле: Й= =(10-20) (,5 ) (с с Б А)/(" Г)1где р - плотность жидкой среды; с , с - скорости звука в жидкой сре-. де и в материале излучателя; Б в коэффициент поверхностного натяжения жидкой среды;- динамическая вяз" кость жидкой среды; Й - предел проч-ности материала излучателя; А - амплитуда колебаний И; 1 - частота колебаний И, Антикавитационный слой, содержащий -нестабильную фазу, спо- С собствует образованию незатухающих ультразвуковых колебаний в И. Часть И без покрытия имеет стабильную структуру горячекатаного состояния, не влияющую на затухание колебаний, 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.Изобретение относится к конструкциям устройств для диспергированиятвердых материалов в жидкости привоздействии ультразвука и может бытьиспользовано в химической и другихотраслях промышленности для приготовления различных смесей, суспенэийи эмульсий.Целью изобретения является повьппе, ние срока службы путем расходованиячасти энергии кавитационных микро, ударов на фаэовые превращения в материале излучателя,На фиг. 1 изображено предлагаемое 15устройство, продольный разрез; нафиг. 2 - график кавитационной стойкости предлагаемого излучателя посравнению с известным,Устройство для диспергирования 20содержит вертикальный корпус 1 с крьппкой 2, ультразвуковой излучатель 3,размещенный в нижней части корпуса1 и выполненный из сплава на основетитана с содержанием компонентов в 25нем, мас,Ж: алюминий 1,6-3,0; ванадий 4,5-5,0; молибден 4,5-5,5,Устройство содержит также преобразователь 4, соединенный с излучателем, и патрубок 5 подвода сжатого 3 Огаза, соединенный с корпусом.Излучатель 3 выполнен с антикавитационным слоем, содержащим -нестабильную фазу в пределах б 0-707. Толщину антикавитационного слоя определяют по формулеЙс, с, Б А) )Я югде о- плотность жидкой среды; с и с -скорости звука в жидкой среде и в материале излучателясоответственно;В - коэффициент поверхностногонатяжения жидкой среды;- дИнамическая вязкость жидкойсреды;Оп - предел прочности материалаизлучателя;А - амплитуда колебаний излучателя;- частота колебаний излучателя.Дпя изготовления излучателя берут сплав укаэанного состава, имеюпптйЭЭ структуру по фаэовому составу твердого раствора , и мартенсит, нагревает его до температуры 82010 С и затем закаливают в воде, В процессе закалки происходит перераспределениефаз в поверхностном антикавитационномзащитном слое, который после закалкисодержит 5 -нестабильную фазу в пределах б 0-07,Устройство работает следующим образом,При открытой крышке 2 в корпус 1вносят смешиваемые компоненты (жидкие и твердые), Крышку 2 закрывают,через патрубок 5 в корпус 1 подаютсжатый газ, обеспечивающий избыточноедавление, и включают преобразователь 4.Ультразвуковые колебания, распространяясь вверх от излучателя 3, проходят через загруженный в корпус 1диспергируемый материал и, дойдя достенок корпуса, отражаются от них иснова возвращаются в зону обработки.В зоне обработки (главным образом уповерхности излучателя) ударные волны, возникающие при эахлопывании кавитационных пузырьков, разрушают частицы твердого материала (порошка).После окончания обработки готоваясуспензия сливается в специальную таРуВ излучателе 3 при распределениив нем ультразвуковой волны не наблюдается затухания ультразвуковых колебаний, а следовательно, и сниженияамплитуды колебаний, Это происходитпотому, что в данном случае излучатель 3, изготовленный иэ сплава на основе титана, выполнен с наружным антикавитационным слоем, содержащим -нестабильную фазу, Остальная же частьизлучателя имеет стабильную структу-,ру горячекатаного состояния, не влияющую на затухание ультразвуковыхколебаний,Положительный эффект при реализации изобретения достигается тем, чтопри работе излучателя часть энергиикавитационных микроударов, возникающих в жидкости при распространении вней ультразвуковых колебаний, расходуется на фаэовые превращения (распад-нестабильной фазы). Посколькуэнергия кавитационных ударов воздействует на наружный, поверхностныйслой излучателя, то для обеспечениядолговечности излучателя достаточнообеспечить высокую кавитационнуюстойкость его поверхностного наружного слоя, Однако толщина этого слояне должна быть большой, чтобы указан257243-нестабильной фазы в пределах 40503 стойкость излучателя увеличивается 1,3 раза.5Преимуществом изобретения по сравнению с прототипом является значительное (в 1,5 раза) увеличение кавитационной стойкости излучателя. Этоподтверждается тем, что срок службыизлучателя в установке-прототипе составляет 200 ч, а срок службы излучателя в предлагаемом устройстве 300 ч. Формула изобретения15 1. Устройство для диспергированияматериалов в жидкой среде при воздействии ультразвука, содержащее вертикальный корпус с патрубком подвода 20 сжатого газа и крышкой, в нижней части которого размещен соединенный спреобразователем ультразвуковой излучатель, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения срока 25 службы путем расходования части энергии кавитационных микроударов на фазовые превращения в материале излучателя, излучатель выполнен из сплава на основе титана с содержанием 30 компонентов в нем, мас. : алюминий"1,6-3,0; ванадий 4,5-5,0; молибден4,5-5,5 и с антикавитационным защит"ным слоем, содержащим 1 э-неатабильнуюФазу в пределах 60-70 Е,2, Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что толщинуантикавитационного слоя выбирают поформуле ром где Ьтп и1 ш - потери массы в результатецкавитационного разрушения излучателя прототипаи излучателя предлагаемогоустройства соответственно;и 1 ц - время кавитационного воздействия на излучатель прототипа и предлагаемого устройства соответственно,Кавитационная стойкость излучателя прототипа принята за 1,0. Как видно из фиг. 2, кавитационная стойкость излучателя предлагаемого устройства, 50 имеющйго антикавитационный защитный слой с содержанием 60-70 Х 1 Э -нестабильной фазы, в 1,5 раза выше по сравнению с .прототипом, а при содержании где Э, с,и с А ля,3 145ный слой не влиял на затухание ультразвуковых колебаний и, следовательно, не снижал амплитуду ультразвуковых колебаний. Но при этом его толщина не должна быть малой, обеспечиваязащиту неэакаленной части излучателяот кавитационного разрушения. Указанную задачу решает найденное экспери"ментально соотношение, связывающеетолщину антикавитационного слоя с параметрами жидкости, материала излучателя и акустического поля,В таблице даны оптимальные значения толщины поверхностного антикавитационного слоя излучателя для водной среды, рассчитанные по формуле,при наиболее широко применяемых впроизводственной практике значенияхамплитуд колебаний и рабочей частоте. Нри этом значения параметров рав-Э, ,- Эны:=10 кгм; В=72" 10 н м:. с,==1,5 10 м с-;=10 н с м; с,=5 х10 м с ;7 =9 10 нм; Г=2 10" сИспытания излучателей с антикавитационным слоем толщиной, указанной в таблице, показали, что срокслужбы предлагаемого излучателя составляет 280-300 ч вместо 200 ч у известного.Относительная кавитационная стойкость излучателя оценивается парамет - плотность жидкой среды; - скорости звука в жидкой среде и в материале излучателя; - коэффициент поверхностногонатяжения жидкой среды; - динамическая вязкость жидкойсреды;- предел проЧности материала излучателя;- амплитуда колебаний излучателя;- частота колебаний излучате, 1452572 Амплитуда колебаний,мкм Толщина поверхностного антикавитационного слоя, мм 6 10 16 25 13-25 20-40 23-45 28-55 40-80 50-1001452572 О ФХ ЯО Я БО 65 Ю 7 Я 80 О Ф Занеся%еФиг,2Составитель Н,Федорова Редактор И.1 Макова Техред М.Дидык Корректор М,Максимишинец Заказ112/4 Тираж 548 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграФическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4