Устройство для формирования многокомпонентной кавитирующей струи жидкости

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ КАВИТИРУЮЩЕЙ СТРУИ ЖИДКОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Авторы Качанов Игорь Владимирович Веременюк Валентин Валентинович Мойса Анатолий Степанович Филипчик Алексей Вячеславович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) 1. Устройство для формирования многокомпонентной кавитирующей струи жидкости содержит корпус, выполненный с внутренней поверхностью в виде поверхности вращения, включающей конфузор, соединенный с ним цилиндрический участок, дополнительную ступень обработки и диффузор, отличающееся тем, что конфузор выполнен с оптимальным углом конусности опт, определяемым по формуле где- коэффициент потерь на гидравлическое трение 11- степень сужения конфузора 221 - площадь входного сечения конфузора 2 - площадь выходного сечения конфузора 1 - радиус входного отверстия конфузора 2 - радиус выходного отверстия конфузора. 68332010.12.30 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в конфузоре и соединенном с ним цилиндрическом участке установлена втулка на основе бентонита.(56) 1. Цяпко Н.Ф., Чапка Гидроотбойка угля на подземных работах. - . Госгортехиздат, 1960. 2. Патент 2034640 1, МПК 01 5/00, 2005. 3. Качанов И.В., Мойса А.В., Филипчик А.В. Расчет оптимального угла конусности конфузора // Агропанорама. - 2006. -5. - С. 7-10. 4. Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика. Основы механики жидкости. - . Стройиздат, 1975. 5. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. - . Недра, 1982. 6. Башта и др. Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы. . Машиностроение, 1970. 7. Патент 2335346 С 2, МПК 05 1/34, 2008. Предлагаемая полезная модель относится к гидродинамической очистке и упрочнению поверхностного слоя металла, может быть использована для очистки подводных сооружений, например внешних поверхностей судов, находящихся на плаву, от ржавчины,обрастаний и различных наслоений. Известно устройство 1, рис. 43 - насадка Волжского В и Подолянко .И., включающее подводящий канал, входной канал, разгонный канал в виде конуса и выходной канал. В выходном канале установлен циркуляционный насос для снижения сопротивления выходящего потока жидкости, формирующего струю 7. Недостатком известного устройства является то, что циркуляционный насос устанавливают после разгонного канала. В обычных насадках жидкость после разгонного канала попадает в короткий выходной канал и через него истекает в воздушную среду, а ее сопротивление значительно ниже, чем сопротивление жидкости в более длинном циркуляционном насосе. Поэтому установка циркуляционного насоса в выходном канале снижает компактность и дальнобойность формируемой струи. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению(прототипом) является гидрокавитационный генератор 2. Указанный генератор содержит корпус, выполненный с внутренней поверхностью в виде поверхности вращения, включающей конфузор. С конфузором соединен цилиндрический участок с дополнительной ступенью обработки, выполненной между цилиндрическим участком и диффузором. Образующая дополнительной ступени обработки имеет профиль, отличный от профиля образующей цилиндрического участка. Недостатками указанного способа являются недостаточно высокая эффективность и качество очистки, которые снижаются при выполнении конфузора без учета оптимального угла конусности и недостаточного использования динамического давления струи. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности и качества очистки металлической поверхности путем формирования более компактной струи жидкости и увеличения ее динамического давления. Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве для формирования многокомпонентной кавитирующей струи жидкости, содержащем корпус, выполненный с внутренней поверхностью в виде поверхности вращения, включающей конфузор, соединенный с ним цилиндрический участок, дополнительную ступень обработки и диффузор,конфузор выполнен с оптимальным углом конусности опт, определяемым по формуле где- коэффициент потерь на гидравлическое трение 2 11- степень сужения конфузора 221 - площадь входного сечения конфузора 2 - площадь выходного сечения конфузора 1 - радиус входного отверстия конфузора 2 - радиус выходного отверстия конфузора. Кроме того, в конфузоре и соединенном с ним цилиндрическом участке установлена втулка на основе бентонита. На фиг. 1 схематически представлено устройство для формирования многокомпонентной кавитирующей струи жидкости, состоящее из корпуса 1, выполненного с внутренней поверхностью в виде поверхности вращения, включающей конфузор 2. С конфузором соединен цилиндрический участок 3 с дополнительной ступенью обработки 4, выполненной между цилиндрическим участком и диффузором 5, также установлена втулка 6 на основе бентонита. Образующая дополнительной ступени обработки имеет профиль, отличный от профиля образующей цилиндрического участка. На фиг. 2 представлена расчетная схема конфузора. На фиг. 3 представлена зависимость оптимального угла конусности опт от степени сужения конфузорапри постоянном коэффициенте трения 1 - при 0,015 20,025. На фиг. 4 представлена зависимость оптимального угла конусности опт от коэффициента тренияпри постоянной степени сужения конфузора 1 - при 2 2 -4. В работе 3 приводится решение вариационной задачи по минимизации потерь напора в потоке жидкости, проходящем через конфузор. Очевидно, что минимизировать потери можно за счет использования оптимального угла конусности конфузора опт. При расчете конфузора (фиг. 2), в соответствии с рекомендациями 4, 5, 6, полную потерю напорабудем рассматривать как сумму двух слагаемых(1)трп.с,где тр - потери напора на трение п.с - потери напора на сужение. Потерю напора на трение рассчитаем следующим образом. Рассмотрим круглый конфузор с прямолинейной образующей и с углом конусностипри вершине (фиг. 2). Так как радиус сечения и скорость движения жидкости являются величинами переменными вдоль конфузора, то следует взять элементарный отрезок конфузора длинойвдоль образующей и для него выразить элементарную потерю напора на трение по основной формуле 2 тр,(2) 2 2 где- коэффициент потерь на гидравлическое трение- значение средней скорости в произвольно взятом сечении радиуса . Из треугольника(фиг. 2) следует 2 На основании уравнения постоянства расхода можно записать(4)22,2 где 2 - скорости на выходе из конфузора. Подставив выражения (3), (4) в формулу для тр и выполнив интегрирование по длине образующей вдоль всего конфузора, считая при этом коэффициентпостоянным,получим 12 тр 12 ,(5)22 82 2 где 11- степень сужения конфузора 22- угол конусности конфузора. При расчете потерь напора на сужение используем зависимость 2 п.сп.с 2 ,2 где п.с - коэффициент постепенного сужения. На основании рекомендаций, приведенных в работе 4,По графической зависимости, полученной А.Д.Альтшулем и А.И.Калицуном, коэффициента кп.с от угла конусности 4, используя метод наименьших квадратов, выражение (1) с учетом формулы (5) запишем в следующем виде 2 2 Для определения оптимального угла конусности опт, при котором потери напора(0180) и 1- коэффициент сжатия струи (на основании данных 60,57 Нетрудно проверить, что значение опт является точкой минимума для . Результаты расчета опт по формуле (9) для различных условий течения приведены на фиг. 3, 4. Анализ приведенных на фиг. 3 данных показывает, что при изменении степени сужения конфузораот 2 до 8 и коэффициента тренияот 0,015 до 0,025 оптимальный угол конусности принимает значения от 40,3 до 41,9. Для значений степени сужения конфузора 2-4 и коэффициента трения 0,01-0,04 оптимальный угол конусности опт находится в пределах от 39,5 до 43,9 (фиг. 4). 2 68332010.12.30 Использование втулки на основе бентонита усилит силовое воздействие за счет придания упруго-пластичных свойств рабочей жидкости, а также позволяет увеличить срок службы обработанного металлического изделия за счет повышения поверхностно-прочностных показателей (микротвердость, предел прочности, плотность дислокаций) материала. Существующая в водной среде между частицами бентонитов связь усиливается по мере удаления воды и значительного их сближения. При полном удалении воды (искусственное высушивание) наступает довольно прочная связь, которая обеспечивает сильное сцепление или склеивание частиц бентонитов как между собой, так и с частицами тех материалов, с которыми они соприкасаются. При этом частицы бентонитов, благодаря их чешуйчатому строению, ориентируются по плоскостям, образуя достаточно прочную связь. Использование во втулке высокомолекулярного полимера-полиакриламида дает возможность повысить компактность струи и увеличить силовое воздействие. Рабочая жидкость приобретает способность к более быстрому проникновению в новые, возникающие в процессе очистки микропоры, тем самым облегчая и ускоряя отделение отложений от очищаемой поверхности. За счет использования во втулке кальцинированной соды происходит процесс обезжиривания обрабатываемой поверхности, а также за счет гидролиза происходит подщелачивание воды по реакции 2 323. Развитие этого процесса препятствует восстановлению растворенного в воде кислорода, т.е. замедляет протекание реакции 2442. ускоряет реакцию 222. В результате уменьшается скорость коррозии железа на поверхности изделий, т.к. ио 2 ны 3 повышают коррозийную устойчивость за счет образования поверхностного пассивирующего покрытия. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5