Костюк Н.О., Гордєєв А.І.

Хмельницький національний університет

ВІБРАЦІЙНА МАШИНА ДЛЯ ЗНЕЗАРАЖУВАННЯ ВОДНИХ СЕРЕДОВИЩ

На теперишній час створено напрямок безреагетного знезаражування водних середовищ та різноманітне обладнання і машини для знезаражування водних середовищ, з використанням фізико-механічних ефектів, що супроводжують гідродинамічну кавітацію, та які використовуються в харчовій, хімічній і інших галузях промисловості [1,2,3].

Особливістю кавітаційного впливу на воду полягає в тому, що високий ступінь знезаражування води від яєць і личинок паразитів досягається за рахунок їхнього механічного розриву ударними хвилями, а також для руйнування бактерій і вірусів термобаричний вплив підсилюється локальною електромагнітною дією, коли наведені електричні потенціали пробивають їхні мембрани й оболонки. До недоліків обладнання [1] можна віднести те, що гідродинамічна кавітація характеризується незначною інтенсивністю утворення кавітаційних бульбашок, а отже, і низькою ефективністю. Крім того, неодмінними складовими пристроїв для збурення гідродинамічної кавітації є обертові лопаті, їх привод руху та перетворюючі механізми. Потреба у приводі обертових рухів не тільки зумовлює значну енергозатратність гідродинамічного способу збурення кавітації, а і суттєво понижує надійність та довговічність реалізуючого його обладнання. Недоліками пристрою [2] є недостатня інтенсивність кавітаційної дії на середовище і обмежені технологічні властивості. Такі недоліки пояснюються тим, що при взаємодії кавітаційних полів, які виникають за кожним з отворів кавітатора, відбувається їх взаємне послаблення, енергетичний потенціал зменшується. Це ускладнює обробку тих технологічних середовищ, для яких потрібно "жорстке" та узгоджене сплескування пухирців. Відомий кавітаційний пристрій [3], що містить корпус з циліндричною ємністю, в яку встановлено на штокові поршень з ущільненнями, в якому є наскрізні отвори. Шток з'єднаний шатуном з ексцентриковим вібратором, вал якого з'єднаний муфтою із приводом. Недоліками зазначеного пристрою є виникнення горизонтальних коливань від інерційних зусиль незрівноваженої маси шатуна при обертанні ексцентрикового вібратора, що призводить до горизонтальних коливань штока, та шкідливо впливають на роботу пари шток-втулка, що призводить до її прискоренного зношування.

З метою покращення динамічних характеристик машини та підвищення довговічності її роботи в нєю введено на упорах пружні елементи, які розташовані між підшипниковим корпусом шатуна та упорними щеками, закріплених на планці та пластині.

Вібраційна машина для знезаражування водних середовищ (рис.1, рис2, рис.3) містить корпус 1, на якому на стійках 2 встановлено плиту 3. На фланці 4 встановлено електродвигун 5, а також підшипникову опору 6 в якій встановлено вал 7, з'єднаний з електродвигуном 5 муфтою 8, На валу 7 встановлено ексцентрик 9 у підшипниковому корпусі шатуна 10, який з'єднано зі штоком 11 пальцем 12. На штокові 11 встановлено поршень 13 з отворами 14, які мають гострі крайки, та він має можливість зворотнопоступального руху в корпусі 15, закріпленому на кришці 16. На штокові 11 також встановлено гумовий відбійник 17. Поршень 13 входить у циліндр 18, який з низу закрито кришкою 19, яка мае отвір 20 під кран для заливання водного середовища 21. Циліндр 18 закріплено стійками 22 до корпуса 1. До підшипникової опори 6 болтами приєднано планку 23 до якої і одночасно до плити 3 болтами прикріплено дві упорних щеки 24. Між упорними щеками 24 та підшипниковим корпусом шатуна 10 за допомогою пальців 25 встановлено дві пружини 26.

Працює машина наступним чином: попередньо через відкритий кран та отвір 20 заливають в циліндр 18 водне середовище 21. Кран закривається. Після вмикання електродвигуна 5 ексцентрик 9 починає обертатися у підшипниковому корпусі шатуна 10 і приводить у зворотно-поступальний рух шток 11 та поршень 13, крізь отвори 14 з гострими крайками багаторазово проходить водне середовище 21. Для того, щоб водне середовище 21 не

Рис. 1 – Проекції загального вигляду машини
Рис. 2 – Перетин за А-А	Рис. 3 – Просторова 3-D модель вібраційної машини

розбризкувалась, на штокові 11 встановлено гумовий відбійник 17. При проходженні водного середовища 21крізь отвори 14 з гострими крайками у поршні 13 періодично утворюється кавітаційні порожнини, тобто, виникає гідрокавітація. При ході поршня 13 уверх створюється пониження тиску у нижній порожнині циліндра 18 і виникають кавітаційні пухирці, які при ході поршня 13 униз сплескуються і створюють кавітаційні ефекти: розрив та послаблення водневих зв'язків між молекулами та руйнування оболонок бактерій і вірусів, а також вібраційні коливання створюють гемолітичний розрив ковалентних зв’язків у молекулі води та сприяють утворенню радикальних частинок Н⁺, ОН^¯, О^¯, які мають підвищену окислювальну здібність, що додатково впливає на знезаражування водного середовища.

Досліди, проведені на моделі установки, показали збільшення рН з 6,9 до рН 7,9, зниження сил поверхневого натягу, підвищення окислювальної здатності водного середовища на 70%, зменшення у 2,2 рази біологічної потреби кисню для бродіння біологічних часток, а ефективність знезаражування води отриманої на зразках показали зниження росту кількості колоній від 63 шт. до 3 шт.

Введення в конструкцію вібраційної машини для знезаражування водних середовищ на упорах пружних елементів, які розташовані між підшипниковим корпусом шатуна та упорними щеками, закріплених на планці та пластині знизили вплив інерційних зусиль незрівноваженої маси шатуна при обертанні ексцентрикового вібратора та підвищили працездатність пари шток-втулка.

Запропонована конструкція вібраційної машини для знезаражування водних середовищ може застосовуватися для безреагентного знезаражування оброблюваних середовищ і не призводить до насичення їх хімічними реагентами.

Література:

1. Вітенько Т.М. Гідродинамічна кавітація у масообмїнних, хімічних і біологічних процесах: монографія / Т.М. Вітенько. - Тернопіль, в-во ТДТУ ім. І. Пулюя, 2009.-224 с. (стор. 56, рис. 1.24).

2. Патент України N852136 кл. В01Р5/00. опубл. 16.12.2002, Бюл. №12.

3. Патент на корисну модель №94358 України, МПК В01F 5/00. 4. Вібраційний кавітатор поршневого типа для активації рідини та її знезаражування /Сілін Р.С., Гордєєв А.І., Копицяк О.А. (Україна); заявник і патентовласник Хмельницький нац. ун-т. – u 2014 05860; Заяв. 30.05.2014. Опубл.10.11.2014. Бюл. № 21 – 4 с