Кавитаторы конструкция: Гомогенизаторы, кавитаторы | ИННОТОПЛИВО

Гомогенизаторы, кавитаторы | ИННОТОПЛИВО

Назначение

Кавитаторы представляют собой устройства для высокоинтенсивной обработки жидкого топлива — нефти, мазута, топливных суспензий. Обработка жидкостей в кавитаторах приводит к образованию кавитационных пузырьков (каверн), внутри которых в момент схлопывания формируется давление до 100МПа. Благодаря столь высокому давлению внутри жидкости формируются ультразвуковые волны, которые приводят к образованию в углеводородном сырье «активированных» частиц: ионов и радикалов. В результате образования «активированных» частиц снижается вязкость углеводородного топлива, происходит микроизмельчение твёрдых включений, обрабатываемая жидкость тщательно перемешивается.

Учитывая все проявления кавитации, кавитационные аппараты применяются для следующих целей:

• снижение вязкости нефти и нефтепродуктов — мазута, дизельного топлива и др.
• гомогенизация обводнённого топлива — частицы воды равномерно смешиваются с нефтью/мазутом, образуя стабильную эффективно сжигаемую водотопливную эмульсию
• топливоподготовка жидкого топлива перед сжиганием — за счёт мелкодиспергированных частиц и снижения вязкости процесс горения существенно улучшается
• другие применения.

Типы кавитаторов

Механические кавитаторы бывают двух типов — роторные и статические (проточные). Наша компания производит и поставляет оба типа кавитаторов.

• Кавитаторы роторного типа, Роторно-Импульсные Аппараты РИА, в большинстве случаев применяются там, где возможно обеспечить циркуляцию жидкости. Практика показала, что наилучший эффект от достигается через 3…5 циклов обработки в РИА.
• Статические кавитаторы в большинстве случаев позволяют ограничиться одним циклом обработки и, следовательно, могут быть включены в линию.

Роторно-импулсьный аппарат

Роторно-импульсный аппарат (РИА) является кавитатором роторного типа и предназначен для обработки проходящих через него жидкостей, паст и суспензий. Эффект кавитации в РИА образуется за счёт прохождения жидкости под давлением через ротор и статор, у которых имеются прорези (отверстия). Из-за быстрого чередования моментов совпадения и несовпадения отверстий в роторе и статоре, в жидкости чередуются моменты высокого и низкого давления.

РИА также может быть использован как самостоятельное оборудование для обработки таких систем, как жидкость — жидкость, жидкость — твердое тело. Основная функция, выполняемая РИА, — гомогенизация проходящей через него жидкости, эмульсии или суспензии. Топливо, прошедшее через РИА, становится однородным (гомогенным), что улучшает процесс его горения.

РИА выпускаются в стандартной комплектации в модификациях РИА-150-ВУТ, РИА-200-ВУТ, РИА-250-ВУТ. В зависимости от решаемой задачи, комплектация РИА и используемые материалы могут быть изменены по требованию Заказчика.

Технические характеристики стандартных роторных импульсных аппаратов:

Параметр	РИА-150-ВУТ	РИА-200-ВУТ	РИА-250-ВУТ
Диаметр ротора, мм	150	200	250
Количество каналов в роторе, статоре	18	24	36
Ширина каналов ротора, статора, мм	2 — 3	2 — 3	3
Производительность, м3/ч (на воде)	3 — 5	5 — 10	25 — 30
Мощность электродвигателя, кВт	2,0 — 3,0	5,0 — 7,5	15-18,5
Частота вращения, об/мин	3000	3000	3000
Напряжение, В	380	380	380

Возможно индивидуальное исполнение из нержавеющих материалов, с дополнительными устройствами КИПиА, обвязкой и т.д.

 

Статический реактор / Трубчатый кавитатор

Назначение

Статические (гидродинамические) кавитаторы применяются для интенсификации процессов приготовления различных композиций в химической, нефтехимической, пищевой, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности.

Принцип работы таких смесителей-кавитаторов основан на нестационарности потоков жидкости и на активных гидродинамических эффектах воздействия на обрабатываемые вещества. Статические гидродинамические кавитаторы предназначены для структурных преобразований жидкости с целью изменения ее физико-химических параметров, интенсификации массообменных и гидромеханических процессов. Обработка жидкости в кавитаторе осуществляется за счет импульсного многофакторного воздействия: вихреобразования, микромасштабных пульсаций давления, интенсивной кавитации, ударных волн и нелинейных гидроакустических эффектов. Кавитатор осуществляет преобразование энергии низкой концентрации в энергию высокой локальной концентрации в неустойчивых точках структуры вещества. Пространственная и временная концентрация энергии позволяет получить большую мощность импульсного энергетического воздействия, совершить энергетическую накачку, высвободить внутреннюю энергию вещества, инициировать многочисленные квантовые, каталитические, цепные, самопроизвольные, лавинообразные и другие энергонасыщенные процессы.

Особенности гидродинамического (проточного) кавитатора

Конструкции гидродинамических кавитаторов обеспечивают многократную перестройку поля скоростей и изменение направления линий тока потока жидкости и смешиваемых компонентов.  В отличие от РИА статические кавитаторы рассчитаны на работу с жидкостями определённой вязкости, поэтому разрабатываются под индивидуальную среду обработки.

 

Статические гидродинамические кавитаторы имеют небольшие габариты при высокой производительности. Отличительные особенности данного типа оборудования высокая интенсификация процессов, возможность реализации значительных величин деформаций и напряжений сдвига, интенсивное гидродинамическое и кавитационное воздействие. Благодаря своим свойствам статический реактор обеспечивает высокое качество смешения компонентов, интенсификацию диффузионных процессов, простоту и надежность аппаратурного оформления. Экономическая эффективность применения гидродинамических кавитаторов обусловлена низкой металлоемкостью оборудования, невысокими трудозатратами по обслуживанию и эксплуатации по сравнению с емкостной перемешивающей аппаратурой.

Входное давление для жидкоости, поступающей в обработку в статический кавитатор, составляет обычно не менее 12-15бар, что нужно учитывать при проектировании систем. Благодаря высокому давлению в большинстве случаев необходимый эффект обработки достигается за счёт одного прохода через кавитатор (реактор).

 

ПРИМЕР ЛИНИЙ ТОКА ЖИДКОСТИ ДЛЯ СТАТИЧЕСКОГО ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО СМЕСИТЕЛЯ

 

Статические гидродинамические кавитаторы обладают следующими преимуществами:

• простота конструкции и легкость изготовления рабочих органов;
• отсутствие движущихся деталей и уплотняемых подвижных соединений;
• отсутствие застойных зон;
• легкость обслуживания;
• высокая прочность и герметичность;
• возможность работы при больших давлениях и температурах в смешиваемых жидкостях;
• возможность работы со взрыво- пожароопасными и токсичными жидкостями;
• высокая производительность при малом рабочем объеме зоны смешения;
• устойчивость работы, возможность использования для разнообразных процессов;
• возможность использования для обработки жидкостей широкого диапазона вязкостей.

Принцип действия и конструкция

 

Схема гидродинамического кавиатора: (а),  конструкция (б) и схемы  установки (в, г) смесительных элементов.

Винтовые элементы на поверхности центральной трубы

Эффективными элементами статических кавитаторов являются перегородки с отверстием (отверстиями). Перегородка может быть выполнена в форме диска, в котором имеются несколько каналов для прохождения жидкости (рис. 3). Каналы равномерно распределены на рабочей поверхности диска и могут иметь различную форму и различный размер.

 
Перегородки с каналами различной форм

Кавитационный теплогенератор: применение, механизм, конструкции

Кавитационный теплогенератор – это тепловой насос, гидродинамический преобразователь энергии движения жидкости в нагрев калориферов.

Кавитация

На первый взгляд, тема кавитационных теплогенераторов представляется фантастичной и вычеркнута из Википедии, но по детальному изучению оказалась любопытной. Тем интереснее становился вопрос, чем дальше авторы углублялись в изучение. Книга Фоминского о дармовых источниках энергии начинается с описания глобальной экологической катастрофы конца XX века. Среди общеизвестных фактов о вреде двигателей внутреннего сгорания, невероятных сведений о ценности кавитационных теплогенераторов выдвигаются гипотезы об изменении режима дыхания лесов планеты и… об остановке тёплого течения Гольфстрим. В 2003 году книжка читалась как сборник фантастики. Напомним, сейчас Европа обеспокоена остановкой Гольфстрима, становится ясным, что автор сумел предсказать будущее на 10 лет вперёд.

Это наталкивает на мысль, что идея кавитационных теплогенераторов не столь утопична, как пытаются представить средства массовой информации. Известно, что КПД термоэлектрических источников составлял доли процента в начале XX века, сегодня это направление считается перспективным. Эффективность первых термопар достигала 3%, что сопоставимо с успехами паровых двигателей начала XIX века. Уже сегодня инженеры (см. скрин) говорят, что КПД кавитационного теплогенератора допустим выше единицы.

Кавитационный теплогенератор – насос. Поток жидкости просто переносит энергию из места в место. Любой кондиционер и холодильник показывают КПД выше 100%, работают по принципу теплового насоса, перекачивая энергию из одной области пространства в другую. Сопоставим с поливом деревьев: энергия электричества не может напитать корни, но стоит к двигателю приделать гребной винт, как потоки воды устремляются, чтобы принести живительную влагу. Принцип действия кавитационного теплогенератора в точности аналогичен.

Тепловой насос считается дорогим типом оборудования. Обычно качает тепло Земных недр или речного потока. Температура в указанных источниках невысока, понижая давление фреона, удаётся добиться забора тепла и доставки в нужное место. Холодильник не вырабатывает мороз непосредственно. Он разряжает фреон, за счёт законов термодинамики тепло переходит на испаритель, оттуда доставляется к радиатору на задней стенке.

Аналогичным образом кавитационные пузырьки образуются в местах, где давление воды ниже точки перехода в иное агрегатное состояние (см. рис.). Как результат, поглощается большое количество энергии. На перевод вещества в иное агрегатное состояние приходится затратить тепло. Которое берётся из окружающей воды, а та – перекачивает с корпуса кавитационного теплогенератора, потом из помещения. На корпусе тепло образуется за счёт нагнетания давления помпой. КПД выше единицы объясняется отбором тепла у окружающей среды. Высок процент использования собственных потерь генератора на нагрев обмоток и трение.

Помощь кавитационного теплогенератора

Климат сегодня сильно меняется из-за работы двигателей внутреннего сгорания. 40% углекислого газа на планете вырабатывается транспортом, значительная часть выбрасывается частными домовладельцами, жгущими топливо для обогрева. Выделяется в атмосферу сонм вредных веществ, нарушаются условия существования жизни на планете. Следовательно, энергия ТЭС не предлагается в качестве альтернативы, приносящей пользу. В силу очевидных причин.

Кавитационные теплогенераторы позволяют решить часть сложностей очевидным способом: перекачивая энергию из части пространства в другую, получится решать насущные потребности человеческой жизнедеятельности. К примеру, генератор может давать тепло и забирать. Ключевое преимущество обогревателей в том, что энергия не исчезает бесследно. Она остаётся теплом на омическом сопротивлении проводов, преодолевает силы трения. Все происходит в районе силовой установки, в конечном итоге теряется паразитными эффектами, неиспользуемыми в силу разрозненности факторов. Кавитационный генератор позволит собрать потерянные крохи простым методом: примется откачивать тепло из очага его образования:

1. Обмотки двигателя.
2. Поверхности трения.

Уже за счёт фактора КПД установки повысится: тепловые потери греют место, откуда перекачивается тепло. Это безусловный плюс. Остальное возьмётся из воздуха. Стоит вдуматься:

• Холодильник летом греет кухню, КПД падает.
• Кондиционер забирает жару с мороза или выкачивает холод с подсолнечной стороны здания.

А кавитационный теплогенератор способен собственные потери утилизировать с пользой. Обязан быть признан перспективным. Сложность – как получить побольше пузырьков из механического движения. Этому уже сегодня посвящены десятки, если не сотни патентов, к примеру, RU 2313036. Несложно догадаться, что для перекачивания тепло нужно откуда-то взять. Это правильная постановка вопроса, из-за упущения смысла происходящего люди не хотят верить, что кавитационный генератор – реальность: «Как теплотехник, скажу – это бред. Энергия из ниоткуда не возникает. Затрачивать меньше электроэнергии и получать больше тепловой позволяет тепловой насос.» (форум okolotok.ru)

Если профессионалу непонятно, что речь идёт о своеобразном тепловом насосе, что знает широкая публика про кавитационный теплогенератор… Установим, кому окажется полезен кавитационный теплогенератор. Доведённую до совершенства конструкцию допустимо применять:

1. Для отбора энергии сточных вод.
2. Охлаждения цехов с одновременным обогревом рабочих мест.
3. Обогрева помещений без использования нефти, газа, мазута, угля, дров и пр.

Механизм кавитации

Образование пузырьков возможно в движущемся потоке. Там, где резко снижено давление. К подобным местам относят гребные лопасти судов, переходники трубопроводов с разным диаметром (см. рис.). Собственно, конструкции кавитационных генераторов делят на роторные и трубчатые. Обе приводятся в движение электричеством, но принцип действия различается. Винт и труба показаны на скринах для иллюстрации сказанного.

Для объяснения происходящего нужно взглянуть на график агрегатных состояний. Там показаны твёрдое тело (solid), жидкость (liquid) и пар в виде областей для некой температуры (по горизонтали) и давления (по вертикали). Пунктирами обозначены линии:

1. По горизонтали – нормальное атмосферное давление.
2. По вертикали – точки таяния льда и кипения воды.

Видно, что в нормальных условиях пар образуется при температуре 100 градусов, при падении давления вполовину точка кипения смещается до нуля градусов Цельсия. Эффект хорошо знаком альпинистам, знающим – на высоте невозможно сварить мясо. Вода закипает уже при 70-80 градусах Цельсия.

Гребной винт судна образует пузырьки при нормальной температуре воды. Кавитация оказывает пагубное влияние. На рисунке видно, что уже через пару лет эксплуатации поверхность покрывается выщербинами. Кавитация затратна для гидравлических систем.

Образовавшийся пузырёк не лопается за счёт силы натяжения воды и двигается в область с большим давлением, уносясь потоком. Постепенно в передней части образуется вмятина, форма меняется с шаровидной, становясь похожей на эритроцит. Постепенно стенки смыкаются, получается тор (баранка). Образовавшиеся течения создают крутящий момент, фигура пытается вывернуться наизнанку. В результате колба лопается, остаётся некий сгусток турбулентностей (см. рис.). При переходе пара в иное агрегатное состояние выделяется поглощённая ранее энергия. На этом транспорт тепла заканчивается.

Разговор о вечных двигателях: научные небылицы

Виктор Шаубергер

Австрийский физик Виктор Шаубергер в бытность лесником разработал любопытную систему сплава брёвен. По внешнему виду напоминала изгибы натуральных рек, а не прямую линию. Двигаясь по столь своеобразной траектории, дерево быстрее достигало места назначения. Шаубергер пояснял это снижением сил гидравлического трения.

Ходят слухи, что Шаубергер заинтересовался вихревым движением жидкости. Австрийские любители пива на соревнованиях раскручивали бутылку, чтобы придать вращательное движение напитку. Пиво быстрее залетало в брюхо, хитрец выигрывал. Шаубергер самостоятельно повторил трюк и убедился в эффективности.

Не нужно путать описанный случай с вихрем сточной воды, всегда закручивающейся в одном направлении. Сила Кориолиса обусловлена вращением Земли и замечена, как считается, Джованни Баттиста Риччоли и Франческо Мариа Гримальди в 1651 году. Явление объяснено и описано в 1835 году Гаспаром-Густавом Кориолисом. В начальный момент времени за счёт случайного движения потока воды происходит отдаление от центра воронки, траектория закручивается по спирали. За счёт давления воды процесс набирает силу, образуется конусовидное углубление на поверхности.

Виктор Шаубергер ориентировочно 10 мая 1930 года получил патент Австрии за номером 117749 на турбину специфичной конструкции в виде заостряющегося бура. По словам учёного, в 1921 году на её основе сделан генератор, снабжавший энергией целую ферму. Шаубергер утверждал, что КПД устройства близок к 1000% (три нуля).

1. Вода закручивалась по спирали на входе в патрубок.
2. На входе стояла упомянутая турбина.
3. Направляющие спирали совпадали с формой потока, в результате осуществлялась максимально эффективная передача энергии.

Все прочее о Викторе Шаубергере сводится к научной фантастике. Утверждали что он изобрёл двигатель Репульсион, приводивший в движение летающую тарелку, защищавшую Берлин в период Второй мировой войны. По окончании боевых действий комиссовался и отказался делиться собственными открытиями, способными принести большой вред миру на Земле. Его история, как две капли воды, напоминает случившееся с Николой Теслой.

Считается, что Шаубергер собрал первый кавитационный теплогенератор. Имеется фото, где он стоит рядом с этой «печью». В одном из последних писем утверждал, что открыл новые субстанции, делающие возможными невероятные вещи. К примеру, очистку воды. Одновременно утверждая, что его воззрения поколеблют основы религии и науки, предрекал победу «русским». Сегодня сложно судить, насколько оставался приближен к реалиям учёный за полгода до смерти.

Ричард Клем и вихревой двигатель

Ричард Клем (Richard Clem) по собственным словам на исходе 1972 года испытывал асфальтный насос. Его насторожило странное поведение машины после выключения. Начав эксперименты с горячим маслом, Ричард быстро пришёл к выводу, что налицо нечто вроде вечного двигателя. Специфичной формы ротор из конуса, прорезанного спиральными каналами, снабжён разбегающимися форсунками. Раскрученный до некоторый скорости, сохранял движение, успевая приводить в действие масляный насос.

Уроженец Далласа задумал пробный пробег в 600 миль (1000 км) до Эль Пасо, потом решился опубликовать изобретение, но доехал только до Абилена, свалив неудачу на слабый вал. В заметках по этому поводу говорится, что конус требовалось раскрутить до некоторой скорости, а масло нагреть до 150 градусов Цельсия, чтобы все заработало. Устройство демонстрировало среднюю мощность в 350 лошадиных сил при массе 200 фунтов (90 кг).

Насос работал на давление 300 – 500 фунтов на квадратный дюйм (20 – 30 атм.), и чем выше оказывалась плотность масла, тем резвее крутился конус. Ричард вскоре умер, а наработки изъяты. Патент под номером US3697190 на асфальтный насос легко найти в интернете, но Клем на него не ссылался. Нет гарантий, что «работоспособная» версия не изъята ранее из документации бюро. Энтузиасты и сегодня строят двигатели Клема и демонстрируют принцип действия на Ютубе.

 

Разумеется, это лишь подобие конструкции, изделие неспособно для себя создавать свободную энергию. Клем говорил, что первый двигатель ни на что не годился, пришлось обойти 15 компаний в поисках финансирования. Мотор работает на масле для жарки, температуры в 300 градусов не выдерживает автомобильное. По заявлениям репортёров, аккумулятор на 12 В считается единственным видимым со стороны источником питания устройства.

Двигатель занесли в кавитационные по простой причине: периодически уже горячее масло требовалось охлаждать через теплообменник. Следовательно, внутри нечто совершало работу. Подумав, исследователи отнесли это на эффект кавитации у входа в насос и внутри распределительной системы трубок. Подчеркнем: «Ни один двигатель Ричарда Клема, изготовленных сегодня, не работоспособен».

Несмотря на это, Российское Энергетическое Агентство в базе данных опубликовало информацию (energy.csti.yar.ru/documents/view/3720031515) с оговоркой, что конструкция двигателя (им) напоминает турбину Николы Теслы.

Конструкции кавитационных теплогенераторов

Ссылки на то, что разработки по кавитационным двигателям засекречены, не выдерживают критики. Многие устройства действуют с КПД выше 1, если речь о перекачке тепла. Следовательно, сверхсекретного в этом нет. Конструкторы изготавливают образцы вполне работоспособных кавитационных теплогенераторов. Нельзя сказать, что КПД высок, но определённый потенциал у конструкции присутствует.

Роторные

Центрифуга Григгса считается достойным примером роторных кавитационных теплогенераторов. В устройство закачивается вода, ось начинает вращаться, приводимая в движение электродвигателем. Безусловный плюс конструкции  – единственный привод служит насосом в системе отопления и нагревателем жидкой фазы. На поверхности рабочего цилиндра прорезано множество неглубоких отверстий круглой формы, где жидкость образует турбулентности. Нагрев происходит за счёт сил трения в приповерхностном слое и кавитации.

Трубчатые

На скрине из видео показана сборка кавитационного обогревателя с продольным расположением трубок. Конструкция описана в патенте RU 2313036. Помпой нагнетается давление во входной камере, жидкость устремляется сквозь конструкцию из трубок. На входе (см. рис.) образуются пузырьки за счет кавитации по описанной выше схеме. Выходя на той стороне, попадают во вторую камеру с высоким давлением, лопаются и отдают тепло.

На входе перед системой узких трубок давление жидкости повышается помпой, температура в этом месте увеличена. Указанная энергия и забирается образовавшимися пузырьками с паром для обогрева помещений. Как оговорено выше, такой тепловой насос способен на КПД более 100%, о чем заявляет автор конструкции. Каждый убедится самостоятельно, посмотрев видео на Ютуб (название канала – на скрине).

Ультразвуковые

В 2013 году опубликован патент WO2013102247 A1. После полугодового рассмотрения комиссия бюро отдала исключительные права на ультразвуковой кавитационный теплогенератор Иоэлю Дотте Эхарту Рубему. Смысл задумки в преобразовании электрического тока кварцевой пластиной. Колебания звуковой частоты подаются на вход, и устройство начинает создавать вибрации. В обратной фазе волны образуются участки разряжения, где за счёт кавитации образуются пузырьки.

Для достижения максимального эффекта рабочая камера кавитационного теплогенератора выполнена в виде резонатора на ультразвуковую частоту. Полученные пузырьки немедленно уносятся потоком через узкие трубки. Это нужно для получения разряжения, дабы пузырьки в кавитационном теплогенераторе не сомкнулись немедленно, тут же отдав энергию обратно.

Несложно догадаться, что потери минимальные, а трение отсутствует вовсе, поэтому КПД ультразвукового кавитационного теплогенератора шикарный. Учёный говорит, что перекачка тепла возможна с выигрышем в 2,5 раза. Это пока меньше полученного Виктором Шаубергером, но заставит задуматься. Устройство предположительно возможно использовать и для охлаждения помещений.

По ходу текста автор подробно объясняет механизм переотражения волны в кавитационном теплогенераторе, суть которого несущественна в рамках обзора.

Астраханские инженеры предложили новый способ обеззараживания речной воды

Технология, которую предложили разработчики, основана на кавитации, процессе, когда в разгоняемой до сверхвысоких скоростей воде происходят микровзрывы — тем самым уничтожается большая часть бактерий.

Идея создания водоочистной установки родилась восемь лет назад у трех друзей-инженеров: Леонида Славина, Александра Щучкина и Василия Куприянова. Тогда они вместе разрабатывали модель проточного гидродинамического кавитатора для повышения качества топлива.

— Проблема чистой воды в регионе стоит очень остро, особенно в отдаленных селах, куда тянуть центральный водопровод долго и дорого, — рассказал Леонид Славин. — Люди просто качают из ближайшей реки техническую воду. И мы решили использовать нашу модель кавитатора для обеззараживания и очистки воды.

Кавитатор — это устройство, которое, пропуская различные виды жидкости, создает резкий перепад давления, что позволяет при микровзрывах измельчать на молекулярном уровне все примеси, уничтожать бактерии и обеспечивать идеальное перемешивание.

— Мы разработали модель проточного гидродинамического кавитатора именно для очищения воды, — рассказал Славин.

Свою технологию исследователи опробовали в бассейне с осетровыми на рыбозаводе в селе Икряном. Воду, насыщенную микроорганизмами, пропустили через кавитатор. Но выяснилось, что уничтожились не все бактерии, а 90 процентов. Поэтому изобретатели установили второй модуль, в котором разместили электроды. Налили туда воды, добавили обычную поваренную соль и запустили процесс электролиза. Образовавшиеся в результате окислители подаются на вход кавитатора, в результате чего, кроме полного обеззараживания воды, происходит окисление содержащихся в ней примесей, включая металлы и органику. Они перешли в нерастворимое состояние и в таком виде вывелись из воды через третий модуль, фильтрующий аппарат.

— Получилась компактная водоочистная установка, способная переработать до 1,5 тысячи кубометров воды в сутки, что вполне подходит для села или небольшого городского микрорайона, — отметил Леонид Славин. — А если поставить несколько таких установок, то можно довести производительность до 10 000 кубометров в сутки, что уже достаточно для небольшого городка или районного центра.

Астраханцы оформили патент и подали заявку в «Сколково», попав затем в число резидентов фонда. На свои дальнейшие исследования они получили мини-грант.

Наталья Коротченко

Источник: «Российская газета»

Инженеры вуза модернизировали электротехнологический комплекс автономного теплоснабжения

24.01.2018

---

Смоделированная установка проста в обслуживании и безопасна для окружающей среды

Ученые из УрФУ (входит в СоюзМаш России) и Карагандинского государственного технического университета (КарГТУ) смоделировали работу электротехнологического комплекса для автономного теплоснабжения (ЭКАТ) и предложили способ его усовершенствования. Полученная установка, размеры которой составляют от 0,8×1×1 м до 1,5×2×2,5 м, может использоваться в автономных системах отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования воздуха. Она не загрязняет окружающую среду, проста в обслуживании и позволяет потребителям самостоятельно задавать режим работы. Результаты исследования опубликованы в журнале Energy Procedia.

«Это один из возможных перспективных вариантов децентрализованного теплоснабжения на основе нетрадиционных источников энергии», — добавил один из авторов работы, профессор КарГТУ Иосиф Брейдо.

ЭКАТ преобразует электроэнергию сначала в механическую (давление жидкости под действием насосов), затем в энергию движущейся жидкости и, наконец, в тепловую. Авторы статьи сосредоточили свое внимание на этапе преобразования механической энергии в тепловую. Для того чтобы иметь возможность рассчитывать различные параметры работы такой системы, необходимо проводить множество измерений: температуры, давления, скорости движения жидкости. Математическая модель позволяет упростить и удешевить эту работу. Адекватность модели ученые проверили в процессе экспериментальных исследований электротехнологического комплекса.

Конструктивные узлы ЭКАТ предназначены для обеспечения циркуляции рабочей жидкости (воды) в замкнутом теплогенерирующем контуре. При этом в трубном реакторе в конструктивном элементе «Кавитатор» создается эффект кавитации (образования и схлопывания пузырьков газа в потоке жидкости), и, как следствие, наблюдается наибольший прирост температуры рабочей жидкости в контуре установки. Конструкция «Кавитатора» является ноу-хау исследователей и защищена патентами. Моделирование показало, что от 80 до 90 % потребляемой ЭКАТ электроэнергии переходит в тепловую.

На основе опытных измерений ученые составили 3D-модели движения рабочей жидкости внутри установки. Такие модели позволяют найти пограничные условия для решения физических и математических задач. При визуализации потоков жидкости использовались стандартные физические модели движения газов и жидкостей и сложные вычисления, касающиеся изменения температуры и переноса энергии. Модели позволяли задавать различные параметры: температуру, давление, скорость потока, свойства жидкости, начальную температуру установки. Сравнение рассчитанных показателей с результатами экспериментов подтвердило точность программы и ее пригодность для изучения движения жидкости и проектирования оборудования.

«Также в процессе экспериментальных исследований была поставлена и решена задача по оценке влияния скорости вращения частотно-регулируемого электропривода насосного агрегата как на эксплуатационные характеристики ЭКАТ, так и на энергозатраты при получении тепловой энергии, достаточной для комфортного автономного теплоснабжения и горячего водоснабжения жилых и офисных помещений», — рассказал соавтор работы, профессор кафедры электропривода УрФУ Анатолий Зюзев.

Полученные результаты позволили ученым предложить изменения конструкции ЭКАТа, которые сделают его более эффективным. В первую очередь эти усовершенствования касаются «Кавитатора» и вихревой трубы. Так, например, изменение размера лопастей «Турбины», расположенной перед «Кавитатором», с шести до восьми сантиметров позволяет добиться значительного увеличения интенсивности кавитации и, следовательно, повышения температуры.

Топливный кавитатор

Изобретение относится к жидкостным распылительным устройствам эжекционного типа и может быть использовано в энергетике при сжигании жидкого топлива, в водоснабжении при удалении двухвалентного железа из подземных вод, в системах аэрации для окисления бытовых сточных и близких к ним по составу вод, в кондиционировании при насыщении влагой обрабатываемого воздуха, при охлаждении воды в контурах оборотного водоснабжения, в противопожарной технике. В топливном кавитаторе корпус выполнен как одно целое. Зона подачи топлива выполнена из трех частей: обратного усеченного конуса, цилиндрической части и конической части. Зона кавитации выполнена в виде частей: канала, цилиндрических частей, усеченного конуса и зоны отвода топлива с цилиндрической частью. Благодаря обработке с использованием кавитации топливо становиться мелкодисперсионным, температура возгорания смеси падает и позволяет сжигать все поступившее топливо. При сжигании всего впрыскиваемого топлива возрастает мощность автомобиля, в разы уменьшается содержание вредных веществ в выхлопных газах автомобиля, уменьшение расхода топлива до 30%. Топливный кавитатор прост в изготовлении и легко монтируется в топливную систему автомобиля. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к жидкостным распылительным устройствам эжекционного типа и может быть использовано в энергетике при сжигании жидкого топлива, в водоснабжении при удалении двухвалентного железа из подземных вод, в системах аэрации для окисления бытовых сточных и близких к ним по составу вод, в кондиционировании при насыщении влагой обрабатываемого воздуха, при охлаждении воды в контурах оборотного водоснабжения, в противопожарной технике.

Известно устройство для обработки жидкого топлива кавитацией, которое содержит цилиндрический корпус с патрубками подачи и удаления жидкого топлива. В корпусе размещен ультразвуковой струйный излучатель. Излучатель выполнен в виде двух спиралей Архимеда, лопасти которых имеют противоположные направления и расположены один между другим. Устройство дополнительно снабжено камерой переменного сечения, расположенной за струйным излучателем. (см. патент РФ на ИЗ №2075619 по кл. МПК F02M 27/07, 1997).

Недостатком указанного устройства является сложность конструкции и высокая стоимость его изготовления.

Известен также распылитель для улучшения смесеобразования, состоящий из корпуса с последовательно выполненными входным каналом, тороидальной камерой и выходным клапаном. Входной клапан сообщен с форсункой, размещенной в проточном канале. Камера обеспечивает создание резонансного режима движения вихревого потока и увеличение интенсивности кавитации (см. заявка на ИЗ №94027355 по кл. МПК F02M 61/10, 1996).

Указанный распылитель предназначен для смешения топлива с воздухом.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для диспергирования жидкости, состоящее из корпуса со ступенчатыми зонами: зоной подачи топлива и зоной кавитации. Зона подачи топлива выполнена в виде полого усеченного конуса, переходящего в цилиндрическую часть. Зона кавитации выполнена с кавитационным стержнем и со ступенчатой частью в виде профилированных колец нарастающего диаметра (см. патент РФ на ИЗ №2159684 по кл. МПК B05B 1/00, B05B 1/30, B05B 1/32, 2000).

Указанная конструкция сложная при изготовлении.

Техническая задача, решаемая данным изобретением, — упрощение конструкции устройства для кавитации топлива, повышение КПД и экономичности двигателя, снижение вредных примесей за счет интенсификации процесса кавитации, а также упрощение монтажа в топливную систему автомобиля.

Поставленная задача решается тем, что топливный кавитатор, состоящий из корпуса, выполненного как единое целое с зонами: зоной подачи топлива с усеченным конусом, переходящим в цилиндрическую часть, зоной кавитации, выполненной с каналом и со ступенчатой частью с элементами переменного диаметра и зоной отвода с цилиндрической частью с диаметром d₄. Причем зона подачи топлива выполнена из трех частей: обратного усеченного конуса, цилиндрической части с диаметром d₃ и конической части с диаметром в основании d₂ и с внутренним диаметром сопла d₁, а зона кавитации выполнена в виде частей: канала с внутренним диаметром d₁, цилиндрических частей с диметрами d₅ и d₆, усеченного конуса.

Кроме того, соотношение размеров в зоне подачи топлива выбрано d₁:d₂:d₃=1:10:16.

А соотношение размеров в зоне кавитации выбрано d₁:d₄:d₅:d₆=1:7:16:10. Кроме того, соотношение длины частей устройства выбрано l₁:l₂:l₃:l₄:l₅:l₆=.8:26:9:17:14:9, где l₁ — длина канала, l₂ — длина конической части зоны подачи топлива, l₃ — длина цилиндрической части зоны подачи топлива, l₄ — длина усеченного конуса зоны кавитации, l₅, l₆ — длина цилиндрических частей зоны кавитации.

Новым в данном техническом решении является то, что корпус выполнен как одно целое. Зона подачи топлива выполнена из трех частей: обратного усеченного конуса, цилиндрической с диаметром d₃ и конической с диаметром в основании d₂ и с внутренним диаметром сопла d₁. Зона кавитации выполнена в виде частей: канала с внутренним диаметром d₁, цилиндрических частей с диметрами d₅ и d₆, усеченного конуса. Зона отвода топлива выполнена в виде цилиндрической части с диаметром d₄.

Кроме того, соотношение размеров в зоне подачи топлива выбрано d₁:d₂:d₃=1:10:16.

А соотношение размеров в зоне кавитации выбрано d₁:d₄:d₅:d₆=1:7:16:10. Кроме того, соотношение длины частей устройства выбрано l₁:l₂:l₃:l₄:l₅:l₆=.8:26:9:17:14:9, где l₁ — длина канала, l₂ — длина конической части зоны подачи топлива, l₃ — длина цилиндрической части зоны подачи топлива, l₄ — длина усеченного конуса зоны кавитации, l₅, l₆ — длина цилиндрических частей зоны кавитации.

Предлагаемое техническое решение имеет существенные признаки, которые в совокупности влияют на достигнутый результат. Благодаря выбранной конструкции и точно подобранной внутренней геометрии при входящем давлении от 0,2-0,25 мПа возникает эффект кавитации и топливо становиться мелко дисперсионным, температура возгорания смеси падает и позволяет сжигать все поступившее топливо, что повышает мощность двигателя, позволяет получить экономию топлива и уменьшить выброс вредных газов в 2-3 раза. Благодаря обработке с использованием кавитации топливо становиться мелкодисперсионным, температура возгорания смеси падает и позволяет сжигать все поступившее топливо. При сжигании всего впрыскиваемого топлива возрастает мощность автомобиля, в разы уменьшается содержание вредных веществ в выхлопных газах автомобиля, уменьшается расход топлива до 30%.

Кавитация сопровождается и частичным разрушением самих молекул с образованием свободных радикалов, которые еще больше инициируют процессы сгорания. Таким образом, облегченный фракционный состав (при том же типе воздушного потока) не только облегчает зимний пуск ДВС, но делает сгорание топлива равномерным и экономичным. Моторное топливо, обогащенное свободными радикалами, частично поглощает конденсат из бака, что не просто приводит к его удалению (это как спирт в бак залить), но и насыщает топливо дополнительным водородом и кислородам. В результате улучшается теплотворная способность топлива, обеспечивается еще более полное сгорание тяжелых углеводородов, что очищает топливную систему. Содержащиеся в топливе высокодисперсные частицы водной фазы при его прогреве в цилиндре превращаются в паровые пузырьки, мгновенно дробящие топливные капли на мельчайшие частицы, которые быстрее прогреваются и интенсивнее взаимодействуют вначале с кислородом, образующимся в результате диссоциации воды, воспламеняются, и, перемешиваясь с кислородом воздушного заряда, ускоренно сгорают. Механическое разрушение в топливе твердых частиц приводит к снижению загрязнения продуктами сгорания топлива цилиндро-поршневой группы и выпускных клапанов.

Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 показано предлагаемое устройство, на фиг.2 — соотношение размеров геометрии устройства.

Топливный кавитатор состоит из корпуса 1, выполненного как одно целое, со ступенчатыми зонами: зоной подачи топлива 2 и зоной кавитации 3. Зона подачи топлива 2 выполнена в виде полого усеченного конуса 4, переходящего в цилиндрическую часть 5, а зона кавитации 3 выполнена ступенчатой с каналом 4 и со ступенчатой частью с элементами нарастающего диаметра. Зона подачи топлива 2 выполнена из трех частей: обратного усеченного конуса 4, цилиндрической части 5 с диаметром d₃ и конической части 6 с диаметром в основании d₂ и с внутренним диаметром d₁ сопла 7. Зона кавитации выполнена с: каналом 4 с внутренним диаметром d₁, цилиндрических частей 8 и 9 с диметрами d₅ и d₆, усеченного конуса 10, переходящей в зоны отвода топлива с цилиндрической частью 11 с диаметром d₄. Для подсоединения к топливной системе автомобиля выполнен штуцер 12.

На чертеже показано: l₁ — длина канала, l₂ — длина конической части зоны подачи топлива, l₃ — длина цилиндрической части зоны подачи топлива, l₄ — длина усеченного конуса зоны кавитации, l₅, l₆ — длина цилиндрических частей зоны кавитации.

Предложенное устройство работает следующим образом.

Монтаж устройства производится прямо в топливную систему автомобиля непосредственно перед впрыском топлива, после бензонасоса; в случае отсутствия нагнетающего насоса (дизельные двигатели) в топливную систему дополнительно устанавливается проточный насос с пресостатом для регулировки давления. Настройки или иных манипуляций не требует и можно сразу использовать автомобиль.

Соотношение размеров топливного кавитатора выбрано в результате испытаний. Соотношение размеров в зоне подачи топлива: d₁:d₂:d₃=1:10:16, соотношение размеров в зоне кавитации выбрано d₁:d₄:d₅:d₆=1:7:16:10, соотношение длины частей устройства — l₁:l₂:l₃:l₄:l₅:l₆=.8:26:9:17:14:9.

Пример осуществления решения.

Минимальные требования для топливной системы автомобиля:

— диаметр топливного шланга от 4 до 8 мм

— давление насоса от 250 кПа (2.5 бар)

При увеличении диаметра топливного шланга необходимо увеличение давления насоса, чтобы скорость движения топлива на входе системы была не менее 30 м/с.

Расчет кавитации производился по формуле

x=2(P-Ps)/u*(V*V),

где

P — гидростатическое давление набегающего потока, Па; — давление насоса

Ps — давление насыщенных паров жидкости при определенной температуре окружающей среды, Па;

u — плотность среды, кг/м³;

V — скорость потока на входе в систему, м/с.

В зависимости от величины x можно различают четыре вида потоков: докавитационный — сплошной (однофазный) поток при x>1, кавитационный — (двухфазный) поток при х~1, пленочный — с устойчивым отделением кавитационной полости от остального сплошного потока (пленочная кавитация) при x<1, суперкавитационный — при x<<1.

При расчете по выше приведенной формуле с использованием усредненных показателей характеристик топлива и топливных насосов с использованием предложенного устройства были получены следующие индексы кавитации (число кавитации x):

— бензины всех марок — x=1.07221

— дизельное топливо всех марок без использования дополнительного насоса — х=1.33996

— дизельное топливо всех марок с использованием дополнительного проточного насоса от 5 бар — x=0.47023

При увеличении диаметра топливного шланга необходимо увеличение давления насоса, чтобы скорость движения топлива на входе системы была не менее 30 м/с. Благодаря обработке с использованием кавитации топливо становиться мелкодисперсионным, температура возгорания смеси падает, и позволяет сжигать все поступившее топливо. При сжигании всего впрыскиваемого топлива возрастает мощность автомобиля, в разы уменьшается содержание вредных веществ в выхлопных газах автомобиля, уменьшение расхода топлива до 30%. Ниже приведена таблица с данными по нашим испытаниям.

Предлагаемый топливный кавитатор имеет преимущество перед известными устройствами данного типа:

— не имеет механических движущих частей;

— не подключается к электросети автомобиля;

— работает в любой топливной системе автомобиля при наличии входящего рабочего давления;

— очень просто и быстро устанавливается или демонтируется на любом автомобиле;

— имеет высокие показатели улучшения в работе двигателя.

Благодаря обработке с использованием кавитации топливо становиться мелкодисперсионным, температура возгорания смеси падает и позволяет сжигать все поступившее топливо. При сжигании всего впрыскиваемого топлива возрастает мощность автомобиля, в разы уменьшается содержание вредных веществ в выхлопных газах автомобиля, уменьшение расхода топлива до 30%. Предлагаемое устройство простое в изготовлении и легко монтируется в топливную систему автомобиля.

Таблица
№ п/п	Марка машины	Объем двигателя (L)	Пробег после установки (км)	Процент экономии*	Стиль вождения	Дата установки
1	Mazda 626	2L	1500	12%	Умеренно агрессивно	Март 2010
2	Nissan Tiida	1.6L	3500	10%	Агрессивно	Март 2010
3	ВАЗ 2111	1.5L	2400	31%	Спокойно	Март 2010
4	ВАЗ 2115	1.5L	1200	25%	Агрессивно	Апрель 2010
5	Nissan Almera	1.6L	1300	18%	Умеренно агрессивно	Апрель 2010
* Процент экономии вычислялся путем определения разницы в расходе до установки устройства и после

1. Топливный кавитатор, состоящий из корпуса с зонами: зоной подачи топлива с усеченным конусом, переходящим в цилиндрическую часть, и зоной кавитации, выполненной со ступенчатой частью с элементами переменного диаметра, отличающийся тем, что корпус выполнен как одно целое, причем зона подачи топлива выполнена из трех частей: обратного усеченного конуса, цилиндрической части с диаметром d₃ и конической части с диаметром в основании d₂ и с внутренним диаметром сопла d₁, а зона кавитации выполнена в виде частей: канала с внутренним диаметром d₁, цилиндрических частей с диметрами d₅ и d₆, усеченного конуса и дополнен зоной отвода топлива с цилиндрической частью с диаметром d₄.

2. Топливный кавитатор по п.1, отличающийся тем, что соотношение размеров в зоне подачи топлива выбрано d₁:d₂:d₃=1:10:16.

3. Топливный кавитатор по п.1, отличающийся тем, что соотношение размеров в зоне кавитации выбрано d₁:d₄:d₅:d₆=1:7:16:10.

4. Топливный кавитатор по п.1, отличающийся тем, что соотношение длины частей устройства — l₁:l₂:l₃:l₄:l₅:l₆=8:26:9:17:14:9, где l₁ — длина канала, l₂ — длина конической части зоны подачи топлива, l₃ — длина цилиндрической части зоны подачи топлива, l₄ — длина усеченного конуса зоны кавитации, l₅, l₆ — длина цилиндрических частей зоны кавитации.

кавитатор | metallpromservis

       Основное назначение кавитатора состоит в приготовлении водо-угольного топлива (ВУТ) из водо-угольной суспензии (ВУС) способом механохимической активации сырья.

    Основные параметры:

Производительность — 8м3\час

Объем кавитационной камеры — 1,4литра

Мощность привода — 7.5-13 кВт

Частота вращения вала — 3000об\мин

Габаритные размеры — 865х600х895 мм

Масса изделия — 117кг

​

     Устройство и принцип работы

   Продукты для обработки подаются в рабочую камеру через входной патрубок расположенный непосредственно на корпусе камеры. В камере, за счет определенной геометрии рабочих тел, создаются условия активного возникновения сил кавитации, что способствует созданию условий, в зависимости от задачи: гомогенизация продуктов; глубокая дезинтеграция; синтез новых структур; создание композитов.

   Конструкция рабочего органа кавитатора в процессе работы, кроме того, обеспечивает перекачивание продукта через рабочую камеру в замкнутом цикле.

   При кавитационном воздействии на вещество возникают локальные области концентрации высокого давления, температуры, динамических ударных нагрузок и других физических сил воздействия, создающих дезинтеграцию вещества на молекулярном уровне. Кавитационная обработка, в т.ч, позволяет повысить реологические и седиментационные свойства продукта. Рабочей средой может служить любая жидкость, включая специализированные технологические среды.

   В частности, при обработке углей с использованием в качестве конечной диспергирующей системы кавитационного устройства, из воды генерируется атомарный водород и в системе вода-уголь-водород протекает гидрогенизационный механокрекинг. При этом повышается растворимость органических компонентов угля в воде и водных растворах. При достаточной гомогенизации водо-угольной суспензии (ВУС) ее можно применять как заменитель котельного топлива – водо-угольное топливо (ВУТ). Также ВУТ является ценным химическим сырьем для производства продуктов органического синтеза, в том числе и СЖТ (синтетическое жидкое топливо).

   При этом ВУТ приобретает свойства мезофазной структуры с устойчивыми седиментационными показателями. Точка вспышки у ВУС 650оС смещается до 450 оС – у ВУТ.

Конструкция и кавитационные характеристики гребных винтов встречного вращения

Аннотация

Повышение тягового качества кораблей всегда было одной из основных задач военно-морских архитекторов и морских инженеров. Гребные винты с противоположным вращением (CRP) представляют собой конфигурации движителей, обеспечивающие более высокий КПД по сравнению с обычными одиночными гребными винтами за счет рекуперации энергии вращения в потоке скольжения гребного винта. Применение этого типа движителя на современных кораблях становится еще более привлекательным, учитывая последние разработки в области электрических движителей и повышенное внимание к экономии топлива.Поэтому ожидается, что коды конструкции гребного винта будут включать возможности проектирования CRP. В этой диссертации описаны два метода проектирования CRP в контексте теории подъемной линии, а также процедура прогнозирования кавитационных характеристик обычных гребных винтов и CRP. Все вышеперечисленные методы были реализованы численно и интегрированы в компьютерную программу, разработанную в MATLAB®. Приведены сравнения численных прогнозов эффективности одинарных и противоположно вращающихся гребных винтов, которые подтверждают превосходство последних.Физическое понимание повышенной эффективности CRP также получено путем представления результатов для полей скорости, индуцированных этими конфигурациями движителя. Кроме того, предсказанные модели кавитации, наблюдаемые на обычных и вращающихся в противоположных направлениях гребных винтах, работающих в однородном и неоднородном следе, показывают преимущество CRP в отношении возникновения кавитации.

Описание

Диссертация (Nav. E. и S.M. в области машиностроения) — Массачусетский технологический институт, кафедра.машиностроения, 2010.

Каталогизируется из PDF-версии диссертации.

Включает библиографические ссылки (стр. 87-89).

Отделение

Массачусетский Институт Технологий. Кафедра машиностроения; Массачусетский Институт Технологий. Кафедра машиностроения

Издатель

Массачусетский технологический институт

методик, механизмов и системного проектирования

Аннотация

В настоящее время сфокусированный ультразвук разрабатывается как неинвазивный метод термической абляции доброкачественных и злокачественных опухолей в нескольких системах органов.Хотя эти методы лечения предназначены для удаления тканей исключительно с помощью термических средств, кавитация, образование и схлопывание пузырьков газа, может происходить. Эти пузырьки могут быть непредсказуемыми по времени и местоположению и часто мешают термической терапии. Таким образом, методы сфокусированного ультразвука пытались избежать пузырей и их эффектов. Однако пузырьки газа in vivo обладают некоторыми потенциально полезными свойствами для терапии. Они значительно усиливают локальное поглощение ультразвука и могут сами по себе вызывать механическое повреждение тканей.Кроме того, пузырьковые облака могут блокировать распространение ультразвуковых волн, обеспечивая средства защиты жизненно важных тканей во время абляции близлежащей патологии. При правильном индуцировании и контроле кавитация в фокусированной ультразвуковой терапии потенциально может быть очень полезной. Первой целью этого исследования является разработка и тестирование ультразвуковых воздействий in vivo, которые вызывают кавитацию в подходящее время и используют их свойства, улучшающие абсорбцию. Кроме того, будут изучены методы мониторинга и контроля индукции кавитации и связанная с ними терапия.Во-вторых, теоретическая модель пузырька и моделирование акустического поля будут использованы для расчета оптимальных полей давления, которые очень точно контролируют место кавитации. Эти модели также будут использоваться для исследования методов снижения акустической мощности, необходимой для создания кавитации, при одновременном предотвращении кавитации вне фокуса. На заключительном этапе исследования будет разработана и испытана многоканальная многочастотная система усилителя ультразвука, способная обеспечить оптимальную экспозицию с помощью крупномасштабных систем с фазированной решеткой.В общей сложности

(продолжение) диссертационное исследование будет обосновывать применение кавитации в ультразвуковой терапии и разрабатывать технологию и методологию для оптимального использования кавитации и мониторинга ее эффектов in vivo.

Описание

Диссертация (Ph. D.) — Отделение медицинских наук и технологий Гарвардского технологического института, февраль 2004 г.

Включает библиографические ссылки (листья 134–151).

Отделение

Гарвардский университет — Отделение медицинских наук и технологий Массачусетского технологического института.; Гарвардский университет — Отделение медицинских наук и технологий Массачусетского технологического института

Издатель

Массачусетский технологический институт

Ключевые слова

Гарвардский университет — Отделение медицинских наук и технологий Массачусетского технологического института.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

История случая

A — Улучшенная гидравлическая конструкция снижает кавитационную эрозию и вибрацию водного насоса

Аннотация

В данном случае представлена ​​история успешного применения хорошо известных инструментов для изменения гидравлической конструкции и прогнозирования кавитационной эрозии.Описание инструментов можно найти во многих публикациях и не будет здесь повторяться. Тем не менее, описывается применение инструментов в сложной полевой ситуации с неблагоприятными гидравлическими граничными условиями и представлено полученное успешное решение. В акведуке Рио-Колорадо-Тихуана (водопровод), который пересекает северную часть Нижней Калифорнии в Мексике, имеется шесть насосных станций. При планировании строительных работ не были должным образом учтены все необходимые гидравлические граничные условия для трубопроводных насосов; я.е., некоторые всасывающие резервуары были построены с относительно небольшой высотой относительно их насосных станций. Следовательно, существующий чистый положительный напор на всасывании (NPSH) для насосов некоторых станций очень низкий и предельный для удовлетворительной работы. Следовательно, рабочие колеса испытывают преждевременный износ (ремонт / замена после менее чем года эксплуатации), вызванный кавитационной эрозией. Строительные изменения трубопровода для увеличения доступного NPSH были непомерно дорогими.Следовательно, чтобы продлить срок службы рабочих колес, заказчик разместил заказ у OEM-производителя на разработку улучшенной гидравлической конструкции с учетом кавитационной эрозии. Поскольку ничего, кроме гидравлического насоса, нельзя было изменить, новая конструкция должна была работать в существующих, далеко не оптимальных условиях трубопровода, и необходимо было найти компромиссы, которые обычно нежелательны для новой компоновки трубопровода. Предварительные испытания должны были проводиться на испытательном стенде, а окончательные испытания проводились совместными усилиями производителя и пользователя опытного образца насоса, установленного и работающего на трубопроводе.Было разработано новое рабочее колесо с немного измененными номинальными условиями потока для адаптации к эффективным условиям завода и более крутым напором — характеристикой производительности, позволяющей избежать биения на кривой. Были внесены изменения в корпус насоса на входных делителях и на концах улитки. Уровень кавитационного шума для оценки скорости эрозии был измерен, как описано Guelich и Pace [1] и Guelich [2]. Была оценена долговечность исходного рабочего колеса по отношению к кавитации. Вероятность 65–70 процентов срока службы 16 000 часов была определена на основе данных новой конфигурации как на испытательном стенде, так и на трубопроводе, что позволило количественно оценить ожидаемый срок службы рабочего колеса.Может быть предоставлена ​​гарантия достижения как минимум удвоенного исходного периода времени для наихудших возможных рабочих условий при максимальном расходе, то есть при работе с одним насосом. Можно было гарантировать более трех лет эксплуатации при проектных условиях станции, а вероятность достижения 4,5 лет оценивалась примерно в 80 процентов. Экстраполированный срок службы был подтвержден пропорциональной скоростью эрозии во время полевого осмотра после почти 3000 часов работы. Уровни вибрации были значительно снижены благодаря новой гидравлической конструкции с шахматным расположением лопаток рабочего колеса.Сравнение вибраций насосов старой и новой конструкции при эксплуатации трубопровода на одной и той же станции показывает явно более высокий запас прочности по механической целостности модернизированных машин. Кроме того, в качестве побочного продукта эффективность была увеличена примерно на два процента, поскольку поток с максимальной эффективностью насоса был скорректирован с учетом эффективного рабочего потока в трубопроводе.

Описание

Лекция
стр. 81

Florjancic, Stefan S .; Клотер, Алан Д.; Чавес, Франсиско Хавьер Лопес (1993). История успеха — Улучшенная гидравлическая конструкция снижает кавитационную эрозию и вибрацию водного насоса. Лаборатории турбомашин, факультет машиностроения, Техасский университет A&M. Доступно в электронном виде по адресу https: / / hdl .handle .net / 1969 .1 / 164211.

Кавитация — Micropump

В 1940-х и 1950-х годах было опубликовано большое количество литературы по теме кавитации.В течение этого периода этому вопросу уделялось большое внимание производителей насосов и гидротурбин. Это привело к увеличению количества исследований и разработок, что привело к повышению скорости насосов и повышению безопасности эксплуатации. Сегодня кавитация по-прежнему очень важна для успешной работы гидравлической системы и хорошей конструкции насоса.

Кавитация — это состояние, которое возникает внутри насоса. Перекачиваемая жидкость испытывает локальный перепад давления, в результате чего части жидкости заполняются паром.Это может показаться сложным, но если вы когда-либо кипятили воду, вы испытали нечто очень похожее на то, что происходит во время кавитации. По мере закипания воды в жидкости образуются паровые полости (пузырьки).

Как известно, жидкость не «всасывается» в насос, а выталкивается. Жидкость, проталкиваемая в насос (доступное давление), компенсирует низкое давление, создаваемое быстрым движением жидкости насосными частями. Следовательно, когда доступное давление уменьшается или местное давление в полости насоса низкое, происходит или увеличивается парообразование (см.рис.1).

Все жидкости образуют паровые полости, когда давление на жидкость снижается до давления пара жидкости при температуре откачки. Эти заполненные паром полости проходят через насос; когда полости достигают областей с относительно высоким давлением, они разрушаются. Кавитационное повреждение вызывается ударными волнами, возникающими при схлопывании паровых полостей рядом с элементами в насосе. Кавитация происходит вдоль неподвижных и подвижных элементов в насосе. Например, впускное отверстие шестеренчатого насоса и сторона низкого давления зуба шестерни — это места, где может возникнуть кавитация.Вся система испытывает падение доступного давления в следующих случаях:

• жидкость должна быть поднята из резервуара
• Система расположена на большой высоте
• резервуар закрыт от атмосферного давления и находится под вакуумом
• температура жидкости относительно высока

Кавитацию можно определить по четырем характеристикам:

1. Шум. Внезапное схлопывание пузырьков пара приводит к шумной работе насоса.
2. Вибрация. В тяжелых случаях кавитация вызывает механическое сотрясение.
3. Производительность. Во время кавитации характеристики давления-потока насоса становятся ниже нормальных.
4. Материальный отказ. Внезапные разрушительные силы схлопывающихся пузырьков достаточно сильны, чтобы вызвать точечную коррозию корпуса или шестерни насоса. Кавитационная точечная коррозия имеет совершенно иной вид, чем коррозия или эрозия.

Как писать рельеф?

Для борьбы с кавитацией использовалось множество методов.В больших центробежных насосах или клапанах впуск воздуха во впускное отверстие создает подушку для схлопывающихся пузырьков, а также снижает шум и точечную коррозию, вызванные кавитацией.

Установка аккумулятора (механического устройства, которое накапливает энергию жидкости под давлением) рядом с впускным отверстием поршневого насоса уменьшит эффективную длину впускного трубопровода, создаст давление на впуске и поглотит избыточную энергию (см. Рис. 2).

Точечную коррозию можно уменьшить, изменив твердость материала перекачивающего элемента или нанеся защитное покрытие; однако это не долгосрочное решение проблемы, поскольку точечная коррозия поражает участки с зазубринами, царапинами, трещинами или острыми углами.

Чтобы уменьшить нежелательные характеристики кавитации, необходимо понимание взаимоотношений системы, насоса и жидкости. Для уменьшения кавитации использовались следующие методы, но успех зависит от области применения:

1. Поддерживайте низкую скорость жидкости и устраняйте резкие повороты, ограничения или внезапные расширения водопровода системы.
2. Обеспечьте соответствующее давление на входе насоса, особенно в приложениях с теплыми или горячими жидкостями, густыми вязкими жидкостями, откачанными системами или когда перекачиваемая жидкость летучая.Давление на входе можно увеличить, подняв резервуар, опустив насос, уменьшив потери на трение во входном трубопроводе или охладив жидкость.
3. Установите насос с большей грузоподъемностью.

Решить проблемы кавитации непросто. Системные изменения в шестеренчатых насосах могут быть дорогостоящими, трудоемкими или и того, и другого. На ранних этапах проекта группа разработчиков, состоящая из пользователя и разработчика насоса, должна объединить свои знания, чтобы снизить вероятность кавитации в жидкостной системе.

Кавитация с регулируемым потоком (CFC ™) | Arisdyne

КАК РАБОТАЕТ ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ КАВИТАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ?

Гидродинамическая кавитация может возникать в любой турбулентной жидкости.
Турбулентность создает зону с сильно пониженным давлением жидкости. Жидкость испаряется из-за низкого давления, образуя полость. По краям полости отламываются небольшие количества пара. Они образуют меньшие полости диаметром от 100 нм до 3 мм. Меньшие полости взрываются под действием окружающего их высокого давления.Этот процесс образования и разрушения называется кавитацией.

Кавитация — чрезвычайно мощный процесс.
Условия в схлопывающейся полости могут достигать 5000C и 1000⁰C только в течение наносекунд. Имплозия происходит во время процесса кавитации за миллисекунды, высвобождая огромную энергию в виде ударных волн. Сила этих волн, порождаемых процессом кавитации, равномерно разрушает все на своем пути. Являются ли волны разрушительными или продуктивными, зависит от конструкции Arisdyne и управления зоной кавитации.

Чем гидродинамическая кавитация отличается от ультразвуковой кавитации?
Ультразвуковая кавитация зависит от источника вибрации. Это затрудняет или делает невозможным масштабирование ультразвуковой кавитации и часто создает «горячие точки» в дисперсии / эмульсии. Ограничения по верхнему или нижнему расходу для системы CFC ™ ограничиваются только мощностью насосов для достижения требуемых давлений потока жидкости непрерывно через зону кавитации.

Разве CFC ™ не вызывает более быстрый износ моего оборудования?
Как известно, неконтролируемая кавитация — очень разрушительная сила.Система CFC ™ разработана для создания только контролируемой кавитации. Оптимальные условия процесса также защищают ваше оборудование от ударов. Фактически, системы CFC ™ рассчитаны на более длительный срок службы за счет использования статической или динамической конфигурации. В устройстве нет движущихся частей.

Что, если один из моих реагентов — твердые частицы?
CFC ™ одинаково хорошо работает с твердыми и жидкими реагентами. Твердые частицы дробятся на более мелкие части (от 100 до 3 мкм в диаметре). Меньшие частицы означают лучшую дисперсию и большую площадь поверхности.

Было проведено много исследований по предотвращению кавитации. Его неконтролируемая форма вызывает повреждение систем с турбулентным потоком. Но запатентованная технология гидродинамической кавитации Arisdyne Systems использует ее возможности.

CFC ™ (Кавитация с контролируемым потоком ™) контролирует расположение, размер, плотность и интенсивность имплозий полости. Система откалибрована для обеспечения оптимальных условий процесса. Ударные волны, возникающие в результате взрывов, воздействуют на окружающую технологическую жидкость. Крошечные капли или частицы приводят к образованию высококачественных эмульсий и дисперсий.

Инженеры установили, что кавитация с контролируемым потоком может легко достичь силы сдвига более 100000, что в 8-10 раз больше, чем может быть выполнено простым измельчением.

Разработка числового инструментария для смягчения кавитации в SNS

Агентство: Министерство энергетики

Филиал: N / A

Контракт: DE-FG02-07ER84839

Номер отслеживания агентства: 82371

Количество: 749 958 долларов.00

Фаза: Фаза II

Программа: SBIR

Код темы обращения: 14

Номер запроса: DE-PS02-06ER06-30

Аннотация

Генерация сильной ударной волны в источнике нейтронов расщепления (SNS) может привести к кавитации и значительной эрозии на стенке сосуда, содержащего жидкую ртутную мишень.На основе предварительных численных и экспериментальных работ в различных лабораториях было предложено, что такие стратегии, как введение облака небольших пузырьков газа или слоя газа в ртутную мишень, могут поглощать и отклонять ударные волны и защищать стенки от кавитационной эрозии. Другая стратегия включает уменьшение кавитации за счет новых конструкций, в которых используются преимущества формы и деформации стенок, а также поглощения энергии. Чтобы помочь в разработке таких схем снижения кавитации, в рамках этого проекта будет разработан усовершенствованный пакет численного программного обеспечения, который объединит многомасштабные, многофазные решатели сжимаемой жидкости с решателями динамики конструкции.Этот код будет способен моделировать соответствующие особенности потока, а именно распространение ударной волны через пузырьковые среды, большие деформации границы раздела жидкость / газ, кавитацию, вызванную ударной волной, и деформацию конструкций из-за взаимодействия ударной волны и кавитации / конструкции. На этапе I многофазные коды, адаптированные для изучения этой проблемы, смогли уловить распространение волны высокого давления в пузырьковой среде, а также взаимодействие волны с пузырьками, свободной поверхностью и структурами стенок.Был продемонстрирован потенциальный успех различных мер по уменьшению кавитации (включая проектирование формы стенок, введение воздушного слоя и создание пузырьковой среды). Фаза II будет включать дальнейшие улучшения программного пакета, включая обобщение схем захвата границ раздела для более широких многофазных / материальных потоков, многомасштабную модель кавитации для пузырьковых сред и структурный код для моделирования полного взаимодействия жидкости и конструкции. Затем программный пакет будет утвержден с использованием существующих и проведения эталонных экспериментов в контурах для испытаний ртути SNS.Коммерческие приложения и другие преимущества, как описано лауреатом: В дополнение к приложению SNS, программный пакет должен применяться в нескольких областях: (1) военно-морские приложения, где уменьшение воздействия ударной волны представляет большой интерес для защиты судов и конструкция лопасти пропеллера; (2) химические процессы для повышения производительности барботажных колонных реакторов и многофазных суспензий; и (3) минимально инвазивные медицинские процедуры, в которых используются методы лечения на основе акустической кавитации, такие как ударно-волновая литотрипсия.