устройство для очистки жидкости от частиц

Формула изобретения

Устройство для очистки жидкости от частиц, содержащее замкнутую емкость для жидкости с частицами, и вибратор, имеющий подвижную и неподвижную части, отличающееся тем, что часть стенки емкости выполнена с возможностью ее деформации, и подвижная часть вибратора соединена с недеформируемой частью стенки емкости, а неподвижная часть вибратора соединена с деформируемой частью стенки емкости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для получения очищенной от частиц жидкости и может быть использовано в различных областях техники.

Преимущественная область использования - получение очищенных от частиц расплавов и растворов при создании высококачественных оптических материалов в невесомости.

Известно устройство для очистки жидкости от газовых пузырей, включающее емкость для жидкости с газовыми пузырями и вибратор, имеющий подвижную и малоподвижную части [1].

Часто получение материалов связано с образованием жидкости и последующим ее отверждением. Качество созданных так материалов в значительной степени зависит от очищенности исходной жидкости от нежелательных частиц. В постоянном поле силы тяжести находящиеся в жидкости частицы, более плотные чем жидкость, тонут, а менее плотные чем жидкость, всплывают. Это приводит к получению очищенной от частиц жидкости. В невесомости находящиеся в жидкости частицы могут длительное время не приближаться к границе области, занимаемой жидкостью с частицами. Ввиду этого в невесомости для очистки жидкости от частиц необходимо принятие специальных мер.

Задача изобретения -получение очищенной от частиц жидкости, например очищенного от газовых пузырей раствора или расплава, характеризующейся повышенным качеством очистки, в невесомости. При этом учитывается то обстоятельство, что при обтекании жидкостью различных, имеющих различные параметры частиц, последние движутся по-разному.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства для очистки жидкости от частиц; на фиг. 2,а-д - фазы работы этого устройства.

Устройство содержит замкнутую емкость 1 для жидкости с частицами и вибратор, включающий подвижную часть 2 и неподвижную часть 3. При работе вибратора его подвижная часть совершает колебательные перемещения относительно его неподвижной части (эти перемещения показаны стрелками). Стенка емкости имеет деформируемую часть 4 и недеформируемую часть 5. Вибратор и стенка емкости соединены друг с другом, причем подвижная часть 2 вибратора соединена с недеформируемой частью 5 стенки емкости, а неподвижная часть 3 вибратора соединена с деформируемой частью 4 стенки емкости. Осуществляющие эти соединения элементы в значительной мере произвольны. С недеформируемой частью стенки вибратор соединен, например, одним или несколькими стержнями. Единственное требование к этому соединению состоит в том, чтобы при работе вибратора емкость, как целое, совершала колебания. С деформируемой частью стенки вибратор также соединен, например, одним или несколькими стержнями. Единственное требование к этому соединению состоит в том, чтобы при колебаниях емкости это соединение препятствовало удалению деформируемой части стенки емкости от неподвижной части вибратора. Работоспособность устройства не зависит от типа вибратора, он может быть, например, механическим или электромагнитным.

Устройство работает следующим образом.

Емкость заполнена жидкостью с частицами. Вибратор благодаря соединению его подвижной части с недеформируемой частью стенки емкости колеблет емкость, как целое, движет ее от себя и к себе, при этом объем емкости изменяется вследствие соединения деформируемой части стенки емкости с неподвижной частью вибратора. Вначале емкость удаляется от вибратора, ее объем при этом увеличивается (фиг. 2,а). Наибольший объем достигается при наибольшем удалении емкости от вибратора (фиг. 2,б). Затем емкость приближается к вибратору, ее объем при этом уменьшается (фиг. 2,в). Наименьший объем достигается при наименьшем удалении емкости от вибратора (фиг. 2,г). Дальше все повторяется (фиг. 2,д).

Таким образом, осуществляются колебания емкости с одновременными увеличениями и уменьшениями объема емкости. Вследствие этого заполняющая емкость жидкость с частицами колеблется как целое и при этом сжимается и разжимается. Из-за сжатий и разжатий каждая частица в жидкости, перемещаясь в одну и в противоположную сторону, имеет различные размеры и обтекает жидкостью по-разному. Ввиду этого расстояния, на которые перемещается каждая частица в одну и в противоположную сторону, не совпадают друг с другом и частица совершает преимущественно однонаправленное перемещение. Такое перемещение каждой частицы продолжается до тех пор, пока она не отодвинется к границе емкости. В результате вследствие работы устройства получается очищенная от частиц жидкость, характеризующаяся повышенным качеством очистки.

Демонстрация работоспособности устройства в обычных условиях, в отсутствии невесомости, затрудняется тем, что частицы, плотность которых отлична от плотности жидкости, всплывают или оседают. Для частиц, плотность которых значительно отличается от плотности жидкости, работоспособность устройства может быть продемонстрирована только в течение относительно небольшого промежутка времени (времени всплывания или оседания частиц). В течение более продолжительного времени работоспособность устройства может быть продемонстрирована для модельных частиц, плотность которых близка к плотности жидкости. Для демонстрации работоспособности устройства была изготовлена экспериментальная установка. Стенка емкости, входящей в состав устройства, имела деформируемую часть, сделанную из резины, и недеформируемую часть, сделанную из металла и оргстекла. Колебательные перемещения и изменения объема емкости осуществлялись с частотой около 5 Гц.

Пример 1. Жидкость - глицерин; частица - воздушный пузырь диаметром около 3 мм. Пузырь, находясь вначале у дна сосуда, всплывает. В результате работы устройства пузырь, всплывая, за время около 10 с перемещается в горизонтальном направлении на расстояние около 7 мм. Таким образом, в невесомости пузырь вследствие работы устройства удаляется из слоя жидкости толщиной 10 см за время около 2 мин.

Пример 2. Жидкость - вода; частица - модельная частица, представляющая собой резиновый воздушный шарик диаметром около 5 мм. Средняя плотность частицы близка к плотности жидкости, ввиду чего она при работе устройства в среднем не всплывает и не оседает. В результате работы устройства частица перемещается в горизонтальном направлении на расстояние 24 см за время около 5 с. Таким образом, частица вследствие работы устройства удаляется из слоя жидкости толщиной 10 см за время около 2 с.

Устройство позволит получать очищенную от частиц жидкость, например очищенный от газовых пузырей раствор или расплав, характеризующуюся повышенным качеством очистки, в невесомости.