Смеситель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК ЯО 558 01 Г 5/08 С 05 И 27/00 ОМИТЕТТНРЫТИЯМ БРЕТЕН ИДЕТЕЛЬСТВУ АВТО(56) Авторское свидетельстИ 438432, кл. В 01 Р 5/08,Авторское свидетельствоМ 672739, кл. В 01 Р 5/08,Ф ник о СССР1976,СССР1979Ю ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ ИПРИ ГКНТ СССР(54) СИЕ (57) Изо ратам дл ти приме нефтепер раслях и ретения цесса. В корпус 1 ИТЕЛ рете пер ение раба омыш вляе сост с па ие относится к аппамешивания и может нав неФтехимической,ывающей и других отенности. Целью изобся интенсификация прв смесителя входятрубками 2 и 3 подачи1558448 5 10 15 и отвода смеси. Внутри корпуса 1 спомощью направляющих 5, имеющих аэродинамический профиль, закрепленаступица 6, на которой установленылопатки 7, 8, 9, 10 суперкавитирующего профиля. Лопатки закрепленына валах 11, 12, 13, 14 соответственно. Одним концом валы установленыв ступице 6, другой конец каждогоиз валов через сальники 15 выведеннаружу корпуса 1, где каждый из валовсоединен соответственно с приводами16, 17, 18, 19 углового перемещения.Привод 16 углового перемещения черезинвертор 20, а привод 17 напрямую1 Изобретение относится к аппаратам для перемешивания и может найти применение в нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.Цель изобретения - интенсификация процесса перемешивания.На фиг.1 схематически представлен предлагаемый смеситель и сечение А-А; нафиг.2 - сечение Б-Б на фиг.1. ЗОСмеситель состоит из корпуса 1 с патрубками подачи 2 и отвода 3 смеси, Патрубок 2 подачи смеси соединен с трубопроводом 4. Внутри корпуса 1 с помощью направляющих 5, имеющих 35 аэродинамический профиль, закреплена ступица 6, на которой установлены лопатки 7 - 10 суперкавитирующего профиля. Лопатки 7 - 10 установлены на валах 11 - 14. Одним концом валы 11 - 14 установлены .в ступице 6, другой конец валов 11 - 14 че рез сальники 15 выведены наружу корпуса 1, где вал 11 соединен с приводом 16 углового перемещения, вал 12 соединен с приводом 17 углового перемещения, вал 13 соединен с приводом 18 углового перемещения, вал соединен с приводом 19 углового перемещения, Привод 16 углового переме щения через инвертор 20. а привод 17 углового перемещения напрямую соединены с усилителем 21. Привод 18 углового перемещения через инвертор 22, а привод 19 углового перемещения нап рямую соединены с усилителем 23. Входы усилителей 21 и 23 соединены с выходом сумматора 24, один из вхосоединены с усилителем 21, привод 18через инвертор 22, а привод 9 напрямую соединены с усилителем 23, Входыусилителей соединены с выходами сумматора 24, один из входов которогосоединен с выходом регулятора 25 положения лопаток. Кроме того, в состав устройства входят датчик 26 расхода, регулятор 27 качественного параметра, задатчик 28 и датчик 29величины качественного параметра,пульсатор 30; по сигналам которых регулятор 25 положения лопаток осуществляет управление приводами 16, 1718 и 19. 2 ил. дов которого соединен с выходом регулятора 25 положения лопаток.Один из входов регулятора 25 положения лопаток соединен с выходом датчика 26 расхода, который установлен на трубопроводе 4, а другой вход регулятора 25 соединен с выходом регулятора 27 качественного параметра, снабженного задатчиком 28 величины качественного параметра. Вход регулятора 27 соединен с выходом датчика 29 качественного параметра, который установлен в патрубке 3 отвода смеси. Другой вход сумматора 24 соединенс выходом пульсатора 30, один вход которого соединен с задатчиком 31 начальной частоты пульсаций лопаток 7 - 10, а другой вход пульсатора 30 через преобразователь 32 соединен с датчиком 33 шумов, установленным в патрубке 3 отвода смеси, Кроме того, входы инверторов 20 и 22, управляющие их положением, соединены с выходом блокиратора, 34.Смеситель работает следующим образом.Поток смеси веществ со скоростью 1-2 и/ из трубопровода 4 поступает в патрубок 2 подачи. Величину скорости потока поддерживают постоянной контуром стабилизации расхода смеси (не показано), Патрубок 2 подачивыполнен в виде конфузора, где ско" рость за счет поджатия потока увеличивается до 7 - 10 м/с. С этой скоростью поток поступает в корпус 1 где закреплена ступица 6, на котооой5 15 установлены вал 11 с лопаткой 7, вал 12 с лопаткой 8, вал 13 с лопаткой 9, вал 14 с лопаткой 10.Пусть в некоторый момент времени угол еС установки лопаток 7 - 10 равен нулю, т.е, лопатки 7 и 8, а также лопатки 9 и 10 попарно параллельны друг другу, а биссектрисы углов при вершине лопаток параллельны оси корпуса 1, При обтекании лопаток скорость потока возрастает, а давление понижается и при достижении давлением жидкости величины давления ее насыщенных паров на задних кромках лопаток 7 - 10 нацинают образовываться кавитационный микропузырьки, заполненные газом и паром, Они сливаются в обширную полость, представляющую собой каверну. В хвостовой части кавитационной каверны, т.е.в зоне повышенного давления, происходит схлопывание кавитационных пузырьков с образованием кумулятивных микроструй со скоростями порядка 1 О м/с и ударными давлениями 1 О -10 кгс/см. Иикроструи оказывают интенсивное размалывающее и перемешиваюцее воздействие на обрабатываемую смесь. Одновременно при схлопывании кавитационных пузырьков возникают шумы, в цастности, в результате колебаний объема пузырька, что приводит к пульсации акустического давления, При малых радиусах кавитационного пузырька скорость движения его стенки становится сравнимой со скростью звука в жидкости, Причем, скорость движения стенки пузырька будетгде К - текущее знацение радиуса пузырька;- время от начала уменьшенияпузырька,Возникающие кавитационные шумы воспринимаются датчиком 33 шумовшумомером.Поток жидкости, подвергнутый кавитационной обработке, поступает в диффузор, где скорость потока уменьшается до величины 1-2 и/с, энергети" чески выгодной для дальнейшей транспортировки смеси. Для оценки степени воздействия на смесь кавитационной обработки выбран качественный584486 параметр - вязкость смеси, которая обратно пропорциональна величине коллоидной стабильности, а в качестве датчика 29 качественного параметра взят вискозиметр.Величина расхода смеси веществ, протекаюцих через трубопровод 4, измеряется датчиком 26 расхода, выходной сигнал которого поступает на один из входов регулятора 25 положения лопаток.Величина вязкости контролируется датчиком 29, выходной сигнал которого поступает на вход регулятора 27 качественного параметра, например, ПР 3.21, снабженного задатчиком 28 качественного параметра. В регуляторе 27 происходит непрерывное сравнение 20 сигнала текуцего значения вязкости от датцика 29 и сигнала величины задания от датчика 28. По величине рассогласования между этими сигналамирегулятор 27 вырабатывает выходнойсигнал, поступающий на другой входрегулятора 25, где происходит сравнение. соотношения сигналов от датчика26 и регулятора 27 с заданной величиной, устанавливаемой встроенным задатчиком внутри регулятора 25, В ка 25 30 честве регулятора 25 взят регуляторсоотношения ПР 3.33. Пропорциональносоотношению сигналов от датчика 26и регулятора 27 регулятор 25 вырабатывает управляющее воздействие,которое поступает церез сумматор 24сигналов на входы функциональных усилителей 21 и 23, Усилители 21 и 23представляют собой двухканальные мно жительные устройства (например,сдвоенные приборы ПФ 1.3.9) с раздельной регулировкой коэффициентаумножения по каждому каналу. Выходной сигнал усилителя 21 поступает на 45 привод 17 углового перемещения и навход инвертора 20, На другой входинвертора 20, управляющий его положением (" Включен" или "Выключен" ),поступает управляющий сигнал от блокиратора 34. По команде "0" блокиратора 34 инвертор 20 выключен и выходной сигнал усилителя 21 беэ изменения знака своей величины поступаетна привод 16 углового перемещения.В этом случае приводы 16 и 17 работа"ют синфазно. Выходной сигнал усилителя 23 поступает на привод 19 угло"вого перемещения напрямую, а на привод 18 углового перемещения - черезинвертор 22. На вход инвертора 22., управляющий его положением, поступа" ет сигнал от блокиратора 34. Причем по команде "0" блокиратора 34 инвер"5 тор 22 выключен и выходной сигнал усилителя 23 без изменения знака своей величины поступает на привод 18 углового перемещения, т,е, приводы 18 и 19 также работают синфазно. 1 пПо команде "1" блокиратора 34 инверторы 20 и 22 включены и изменяют знак величины сигнала, проходящего через них, на противоположный, что приводит к тому, что приводы 16 и 17 а также приводы 18 и 19 работают в противофазе.Пусть в момент времени, когда угол установки лопаток Ы 0, установится некоторая величина расхода 0 1 черер 20 смеситель, после лопаток 7 - 10 образуется кавитационная каверна с от" носительной длиной 1, При этом смесь веществ будет подвергаться кавитационному воздействию с интен сивностью, обеспечивающей заданную величину качественного параметра вязкости, например 1 .В случае, если интенсивность .кавитационного воздействия на смесь З 0 по каким-либо причинам недостаточна, то изменяют величину задания показателя вязкости задатчиком 28. В регуляторе 27 сигналы задатчика 28 и датчика 29 качественного параметра сравниваются и па величине рассогласования между ними регулятор 27 вы" рабатывает выходной сигнал, который поступает на вход регулятора 25. Выходной сигнал регулятора 25, пропор циональный соотношению сигналов датчика 26.и регулятора 27, через сумматор 24 и усилители 21 и 23 поступает на приводы 16 - 19, которые поворачивают лопатки 7 - 10 на угол, про порциональный величине сигнала регулятора 25. При этом коэффициент пропорциональности определяется коэффициентом умножения усилителей 21 и 23; Гсли коэффициенты умножения по каждому каналу усилителей 21 и 23 равны, а инверторы 20 и 22 отключены, и за положительное принять вращение вала привода углового перемеще" ния по часовой стрелке, то лопатки 7 - 10 повернутся следующим образом: лопатка 7 провернется вверх относительно продольной оси корпуса, лопатка 8 - вниз, лопатка 9 " влево отвертикальной оси, лопатка 10 - впра- во. В результате поворота лопаток, т,е, при .условии, что уголоСФ 0, увеличивается загромождение потоку и согласно выражению (1) увеличивается относительная длина кавитационной каверны."Время жизни" кавитационных пузырьков включает три стадии; образование кавитационных пузырьков, их рост и схлопывание с образованием кумулятивных микроструй.В общем виде количество энергии, высвобождаемой при схлопывании кавитационного пузырька, зависит от давления в жидкости вокруг пузырька и размеров кавитационного пузырька(2) Е:1,Ррзоф коэффициент пропорциональности;давление в жидкости вокругпузырька;максимальный радиус пузырькав момент до схлопывания. где 1 с -Анализ выражения (2) показывает, что одним из путей повышения интенсивности кавитационного воздействия является увеличение размеров кавитационного пузырька. Увеличение длины каверны приводит к тому, что кавитационные пузырьки от момента зарождения до момента схлопывания проходят больший путь, при этом увеличиваются и. их размеры, что интенсифицирует кавитационное воздействие. Таким образом, увеличение длины каверны ведет к усилению роста пузырьков.Кроме того, интенсивность кавитационной обработки зависит от количества образующихся кавитационных пузырьков. Одновременный поворот лопаток 7 - 10 на одинаковый угол в положительном либо отрицательном направлении приводит к закручиванию потоков, обтекающих лопатки, с образованием макровихрей, которые, взаимодействуя между собой, приводят к генерированию дополнительного количества кавитационных пузырьков и повышению интенсивности воздействия. Больше всего дополнительных кавитационных пузырьков генерируется именно при однонаправленной закрутке потока.Попарное .соединение приводов угла" вого перемещения с независимыми уси 1558448 10лителями существенно расширяет диапазон изменения интенсивности кавитационного воздействия, так как при этом обеспечивается возможность пово 5 рота пар диаметрально противоположных лопаток на различные углы, что может быть осуществлено настройкой усилителей 21 и 23 на различные коэффициенты умножения. Так как усилители 21 и 23 выполнены двухканальными, то дальнейшее расширение возможностей смесителя состоит в том, что каждый канал настраивается самостоя" тельно, т.е. в пределе все лопатки 15 могут поворачиваться на различные углы.Одновременный поворот всех лопа" ток в положительном либо отрицательном направлении приводит к тому, 20 что возможна лево- или правосторон;няя закрутка потока, Это особенно важно при согласовании работы двух. последовательно установленных смесителей, когда один из них (напри мер, первый по ходу потока) используется в качестве активатора жидкой . среды, а второй - в качестве собственно смесителя.Кроме того; лопатки 7 - 10 уста" ЗО новлены таким образом, что могут совершать вращательное движение вок- .руг своей оси с достижением пульсационно-кавитационного режима течения потока смешиваемых веществ.По команде "1" блокиратора 34 инвертор 20 переходит в состояние "Включен", при этом сигнал управления усилителя 21 проходит на привод 17 углового перемещения напрямую, а на 40 привод 16 углового перемещения - через инвертор 20, где знак величины сигнала управления от усилителя 21 изменяется на противоположный. При одинаковой настройке коэФфициента 45 умножения по обоим каналам усилителя 21 приводы 16 и 17 углового перемещения повернут свои валы 11 и 12 в про" тивоположных направлениях, но на одинаковую величину угла поворота. Если лопатка 7 повернется в положительном направлении, то лопатка 8 - в отрицательном, и наоборот, т.е. лопатки 7 и 8 работают в противофазе.По команде "1" блокиратора 34 имвертор 22 также переходит в состояние "Включен", при этом сигнал управления усилителя 23 проходит на привод 19 углового перемещения напрямую, а на привод углового перемещения 18 через инвертор 22, где знак величины сигнала управления от усилителя 23 изменяется на противоположный. При одинаковой настройке коэффициента умножения по обоим каналам усилителя 23 приводы 18 и 19 углового перемещения повернут свои валы 13 и 15 в противоположных направлениях, но на одинаковую величину угла поворота. Если лопатка 9 повернется в положительном направлении, то лопатка 1 О- в отрицательном, и наоборот, т.е. лопатки 9 и 10 также работают в противофазе.Таким образом, лопатки 7 и 8 одновременно либо опускаются вниз от продольной оси корпуса, либо вверх, а лопатки 8 и 1 О перемещаются либо влево, либо вправо от вертикальной осиВ этом случае продольная ось кавитационной каверны не совпадает с продольной осью корпуса и смещается относительно нее, причем кавитационная каверна, занимающая лишь часть поперечного сечения корпуса, взаимодействует с турбулиэированным потоком в остальной части сечения Это приводит к значительной деформации каверны и интенсивному размыванию хвостовой части каверны, что ведет к генерированию дополнительного количества кавитационных пузырьков.и, следовательно, к интенсификации кавитационного воздействия.Наложение на аналоговый сигнал регулятора 25 дискретной составляющей сигнала пульсатора 30 приводит к колебаниям лопаток 7 " 1 О с конечной частотой Г 1. Величина частоты пульсаций лопаток Г задается с помощью задатчика 31. Возникающие при схлопывании кавитационных пузырьков шумы воспринимаются датчиками 33 и с его выхода сигнал, пропорциональный сум" марному уровню шумов в корпусе 1, преобразуется в пневматический сигнал в преобразователе 32 (например, преобразователь П). Пульсатор 30 изменяет частоту пульсаций выходного сигнала пропорционально сигналу рас" согласования между сигналом задатчика 31 и сигналом преобразователя 32. Далее в сумматоре 24 происходит наложение сигнала пульсатора 30 и сиг-. нала регулятора 25 и выходной сигнал сумматора 24 поступает через усили" тели 2 1 и 23 на входы приводов 16 1558 И 8 1219 углового перемещения, которые приводят лопатки 7 - 10 в колебательный режим. Это ведет к усилению нестационарности каверн, увеличению количества генерируемых кавитационных пузырьков при одновременном увеличении относительной длины каверны, а также к усилению кавитационных шумов.При этом достигается сверхсуммарный эффект, так как колебания лопаток при кавитационном сечении существенно снижают величину гидравлических , потерь и значительно повышают интенсивность кавитационного воздействия.Наибольшее проявление сверхсуммарного эффекта происходит при резонансе частоты пульсации каверны и частоты колебаний лопаток, что ведет к увеличению амплитуды колебаний каверны и повышению интенсивности перемешивания. При этом задатчик 31 перестраивают на резонансную частоту, которая и поддерживается постоянной при получении заданной величины 25 качественного параметра обработаннойсмеси.Смеситель был испытан в процессе осернения октола при производствесмазки для гипоидных передач в циркуляционном контуре варочного аппарата с механическим перемешивающимустройством объемом 10 мз, В варочный аппарат загружалось 8000 кг октола и200 кг молотой серы. При работающемпермешивающем устройстве смесь перекачивали по схеме: низ варочногоаппарата - насос - смеситель - верхварочного аппарата, Производительностьперекачивающего насоса 50 мз/ч.Оценкой качества процесса осернения октола являлось содержание свободнойсеры и анализ на коррозиюстальной пружины. Результать 1 испытаний сведены в таблицу. 45В примере Р 1 оценка осуществлялась по прототипу," в примере Р 2угол установки лопастей с=0; в примере Г 3 лопатки попарно синфазны,повернуты в положительном направлении на угол о=30 ; в примере1 то5же, что и в примере 3, но угол Ы ==М; в примере 5 то же, что и впримере 3, но угол с=60," в примереР б лопатки 7 и 10 повернуты в положительном направлении, а лопатки558 и 9 - в отрицательном направлениина угол о =12; в примере Р 7 то же,что и в примере 2, частота пульсации лопаток 10 Гц; в примере В 8 то же, что и примере 1, частота пульсаций 50 Гц, в примере Р 9 то же, что и в примере 1, частота пульсаций 100 Гц.Формула изобретенияСмеситель, содержащий корпус с патрубками подачи компонент и размещенные внутри корпуса первую и вторую лопатки суперкавитирующего проФиля, установленные на ступице, закрепленной в корпусе с помощью направляющих, а также первый и второй приводы углового перемещения, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью интенсификации процесса, в его состав дополнительно введены датчик вязкости, расходомер, датчик шумов, первый и второй задатчики, регулятор положения лопаток и регулятор вязкости, пульсатор, преобразователь, сумматор, первые и вторые усилители и усилители-инверторы, устройство блокировки, а также третьи и четвертые лопатки суперкавитирующего профиля с приводами углового перемещения, при этом первая - четвертая лопатки суперкавитирующего профиля установлены на валах, первые концы которых расположены в ступице, а вторые концы валов кинематически соединены с первь 1 м - четвертым приводами углового перемещения, соответственно установленными на диаметрально противоположных сторонах корпуса, а лопатки суперкавитирующего профиля расположены под углом к продольной оси корпуса и установлены на взаимно перпендикулярным в поперечном сече- . нии корпуса валах, при этом выход датчика шумов через преобразователь соединен с первым входом пульсатора, второй вход которого соединен с выходом первого задатчика, выход датчика вязкости соединен с первым входом регулятора вязкости, второй вход которого соединен с выходом второго задатчика, выход регулятора вязкости соединен с первым входом регулятора положения лопаток, второй вход которого соединен с выходом датчика расхода, выход регулятора положения лопаток соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом пульсатора, выход сумматора соединен через пер13 1558448 14 вый и второй усилители с управляю- третьего и четвертого приводов уг" щими входами первого и второго при- лового перемещения, вторые входы водов углового перемещения, выходы первого и второго усилителей-инверпервого и второго усилителей через торов соединены с первым и вторым первый и второй усилители-инверторы5выходами устройства блокировки соот" соединены с управляющими входами ветственно. Время 1., б/рпроцесса,ч Содержа-ние сво"бодной Анализна коррозию Пример серымас.3 Не выд. 1 Не выд. 7 38,10,5 Б.Б Составитель А.ПрусковцовРедактор Л;Зайцева Техред М.Дидык Корректор А,Обручар Заказ 793 Тираж 514 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретенияМ и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,101,Г 1,5 0,8 0,23 0,01 0.01 0,03 0,03 0,010,01 Выд.То же