При работе такого устройства внутрь корпуса через патрубок для подачи жидкости поступает подлежащее обработке топливо, проходит через каналы, образованные лопастями струйного излучателя, и через отверстие в основании корпуса поступает в выходной патрубок. Поток жидкости, проходящий через струйный излучатель, испытывает торможение на его лопастях. При этом возникают колебания давления, происходящие с ультразвуковой частотой. В локальных областях потока минимальное давление оказывается меньше давления насыщенных паров обрабатываемой жидкости и возникает явление кавитации, что обеспечивает высокое качество обработки топлива.
Это устройство позволяет проводить эффективную обработку жидкого топлива, в том числе низкосортных высоковязких его типов, при давлении на выходе из устройства, совпадающем с давлением топливоподачи системы, от 1 до 5 кгс/см2. При более высоких значениях давления топливоподачи, что имеет место, например, при подаче его в котельных установках, создание условий для возникновения кавитации, а, значит, и для качественной обработки топлива, затруднено.
Авторами было установлено, что давление, при котором возникает кавитация в потоке жидкости в таком устройстве, зависит от перепада между давлением в потоке жидкости до струйного излучателя и давлением в потоке жидкости после струйного излучателя. При увеличении давления на выходе из устройства величина этого перепада резко возрастает. Так, при давлении топливоподачи 1.5 кгс/см2 для возникновения кавитации необходимо, чтобы этот перепад составлял 3. 6 кгс/см2, а при давлении топливоподачи 10.20 кгс/см2уже около 100 кгс/см2. Очевидно, что для создания такого перепада давления, а, значит, и для качественной обработки топлива при относительно высоком давлении топливоподачи потребуются такие большие энергетические затраты, которые сведут на нет весь экономический эффект, полученный от обработки топлива.
В основу настоящего изобретения положена задача создания устройства для обработки жидкого топлива кавитацией в системе топливоподачи, которое между ультразвуковым струйным излучателем и патрубком для отвода жидкого топлива было бы выполнено таким образом, чтобы обеспечить кавитацию в потоке жидкости при увеличении давления на выводе из устройства с сохранением относительно небольшого перепада между давлением в потоке жидкости до ультразвукового струйного излучателя и давлением в потоке жидкости после указанного излучателя и тем самым уменьшить энергетические затраты при обработке жидкого топлива, а также повысить качество обработки топлива и тем самым уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу при его сжигании.
Поставленная задача решается тем, что устройство для обработки жидкого топлива кавитацией в системе топливоподачи, содержащее корпус с патрубками для подачи и отвода жидкого топлива, и ультразвуковой струйный излучатель для создания пульсаций давления в потоке жидкого топлива, в соответствии с изобретением снабжено камерой с переменным диаметром сечения, расположенной за струйным излучателем по ходу потока жидкого топлива, содержащей сужающуюся и расширяющуюся части, при этом минимальный диаметр камеры определяется соотношением
где
do минимальный диаметр камеры, м;
К= 5.10 расчетный коэффициент, учитывающий физические свойства жидкого топлива;
Q заранее заданный расход жидкого топлива, проходящего через систему топливоподачи, м3,c;
P2 заранее заданная величина давления в потоке жидкого топлива на выходе из указанной камеры, Па;
Pc давление в потоке жидкого топлива, при котором при заданном перепаде между давлением в этом потоке перед струйным излучателем и давлением в этом потоке в сужающейся части камеры после струйного излучателя возникает кавитация в потоке топлива в расширяющейся части камеры, Па.
После прохождения потоков жидкого топлива через ультразвуковой излучатель в этом потоке, так же, как это имеет место в известном устройстве, описанном выше, возникают пульсации давления, происходящие с ультразвуковой частотой. При прохождении пульсирующим потоком сужающейся части камеры скорость потока возрастает, а среднее давление падает. Среднее давление в потоке достигает наименьшего значения в самой узкой части камеры, и при минимальных значениях пульсирующего давления в потоке возникают кавитационные полости. При прохождении потоком расширяющейся части камеры скорость этого потока замедляется, а давление возрастает. В результате кавитационные полости схлопываются и происходит гомогенизация и эмульгирование жидкого топлива.
Благодаря тому, что минимальный диаметр камеры определяется в соответствии с найденной авторами зависимостью, указанной выше и учитывающей физические свойства жидкого топлива, характеристики системы топливоподачи, а также найденную авторами зависимость между перепадом между давлением в потоке жидкого топлива до струйного излучателя и давлением в этом потоке после струйного излучателя в сужающейся части камеры и давлением в потоке, при котором возникает кавитация, последняя возникает при относительно небольшом значении указанного перепада и относительно большом значении давления на выходе из камеры.