инфразвуковые аппараты
ИНФРАЗВУКОВЫЕ АППАРАТЫ (от лат. infra — ниже, под)
машины или устройства, в которых для интенсификации технол. процессов в жидких средах используются низкочастотные акустич. колебания (собственно инфразвуковые частотой до 20 Гц, звуковые частотой до 100 Гц). Колебания создаются непосредственно в обрабатываемой среде с помощью гибких излучателей разл. конфигурации и формы или жестких металлич. поршней, соединенных со стенками технол. емкостей через упругие элементы (напр., резиновые). Это дает возможность разгрузить от колебаний источника стенки И. а., значительно уменьшает их вибрацию и уровень шума в производств. помещениях. В И. а., как и в вибрационных (см. вибрационная техника) и пульсационных anпаратах, возбуждаются колебания с большими амплитудами (от единиц до десятков мм). Однако малое поглощение инфразвука рабочей средой и возможность ее согласования с излучателем колебаний (подбор соответствующих параметров источника) и размерами аппаратов (для обработки заданных объемов жидкости) позволяют распространить возникающие при воздействии инфразвука т. наз. нелинейные волновые эффекты на большие технол. объемы. Благодаря этому И. а. принципиально отличаются от ультразвуковых, в которых жидкости обрабатываются в небольшом объеме. В И. а. реализуются след. физ. эффекты (один или неск. одновременно): кавитация, высокоамплитудное знакопеременное и радиационное (звукового излучения) давления, знакопеременные потоки жидкости, акустич. течения (звуковой ветер), дегазация жидкости и образование в ней множества газовых пузырьков и их равновесных слоев, сдвиг фаз колебаний между взвешенными частицами и жидкостью. Эти эффекты значительно ускоряют окислительно-восстановит., электрохим. и др. реакции, интенсифицируют в 2–4 раза пром. процессы перемешивания, фильтрования, растворения и диспергирования твердых Материалов в жидкостях, разделения, классификации и обезвоживания суспензий, а также очистку деталей и механизмов и т. д. Применение инфразвука позволяет в неск. раз снизить уд. энерго- и металлоемкость и габаритные размеры аппаратов, а также обрабатывать жидкости непосредственно в потоке при транспортировании их по трубопроводам, что исключает установку смесителей и др. устройств. Одна из наиболее распространенных областей применения инфразвука — перемешивание суспензий посредством, напр., т. наз. трубных И. а. Такая машина состоит из одного или неск. последовательно соединенных гидропневматич. излучателей и загрузочного устройства (см. рис.).
Инфразвуковой аппарат для перемешивания суспензий: 1 — мембранный излучатель колебаний; 2 — модулятор сжатого воздуха; 3 — загрузочное устройство; 4 — компрессор.
Модулятор распределяет воздух таким образом, что каждая из двух цилиндрич. резинокордных мембран излучателя колеблется в противофазе с соседней. Жидкость подается внутрь аппарата, где подвергается воздействию мощных низкочастотных колебаний, которые трансформируются в поперечные и продольные колебания частиц жидкости. Например, при подготовке в данном аппарате к флотации минер. пульпы под действием инфразвука происходят мелкодисперсное эмульгирование флотореагентов, предварит. аэрация суспензии вследствие выделения из жидкости микропузырьков воздуха и интенсивное перемешивание пульпо-воздушной смеси. Для ситового разделения и сгущения суспензий из тонкоизмельченных материалов перспективно использование классификаторов-сгустителей. В таком аппарате благодаря непрерывной обработке суспензии инфразвуковыми колебаниями протекают физ. процессы, влияющие на характер движения твердой и жидкой фаз и реологич. свойства среды, а также непрерывно подвергается очистке (регенерируется) классифицирующий элемент. В отсутствие колебаний при движении суспензии через сито на его поверхности образуется плотный слой частиц, что приводит к постепенному закупориванию щелей и быстрому уменьшению скорости фильтрования дисперсионной среды. При включении возбудителя колебаний в щелях сита образуются микропотоки, направления которых знакопсременны по отношению к направлению осн. потока суспензии. На первой стадии, когда направления микропотоков и гл. потока совпадают, возникает перепад давлений, суммирующийся с гидростатич. давлением, что ускоряет фильтрование и разделение фаз. На второй стадии, когда направления микропотоков и осн. потока противоположны, звуковое поле создает обратный импульс давления, под действием которого разрушается фильтрующий слой частиц, и они стряхиваются с поверхности сита, в результате чего последнее регенерируется. Др. вариант классификатора-сгустителя — аппарат с неподвижным, горизонтально расположенным сепарирующим элементом — сеткой (тканой металлической, капроновой, полиуретановой и др.), через которую под постоянным давлением движется восходящий поток суспензии. На сетке поток разделяется на два — проходящий и возвратный, который далее в виде сгущенной суспензии с крупными твердыми частицами удаляется через нижний разгрузочный узел. Классификатор может состоять из неск. аналогичных секций.
Лит.: Римский-Корсаков А. В., Ямщиков B. C., "Вестник АН СССР", 1980, №7, с. 3–11; Акустическая технология обогащения полезных ископаемых, М., 1987.
В. С. Ямщиков
