Разработка, изготовление и исследование опытных образцов кавитационных машин для реализации процессов финишной обработки оптических изделий и очистки газов и/или технологических жидкостей многократного применения от взвешенных частиц

Одним из наиболее эффективных методов воздействия на жидкие технологические среды с целью интенсификации протекающих в них процессов является применение эффекта кавитации. Кавитация представляет собой средство локальной концентрации энергии за счет гидродинамических процессов сопровождающих пульсации и схлопывание каверн. Применение кавитационных технологий является перспективным для повышения эффективности и производительность труда при реализации многих технологических процессов в пищевой, химической, машиностроительной промышленности, сельском хозяйстве, строительстве, водоснабжении и экологии. Эффектом кавитации называется фундаментальное свойство жидкости, выраженное в виде разрыва ее сплошности с образованием парогазовой полости, вызванное действием внешних сил. До 1940 годов развитие исследований кавитации шло очень медленно в связи с трудностью создания экспериментальных лабораторных установок, обеспечивающих большие скорости движения жидкости. Кавитация рассматривалась только как вредное явление, сопровождаемое шумом, вибрацией, эрозией, падением производительности насосов и несущей способности гребных винтов. В 1970 году Р. Кнэппом, Дж. Дэйли, Ф. Хеммитом эффект кавитации классифицирован по способу механического воздействия на жидкие среды, и выделены, в том числе присоединенная, вибрационная кавитация и вихревая кавитация. В теоретических и практических исследованиях, проведенных творческим коллективом в составе (авторов и исполнителей проекта) А.С. Асаева, А.В. Иванайского, Т.А. Асаевой, в том числе в рамках конкурса «УМНИК», созданы теоретически основы (опубликовано более 80 научных работ) промышленного применения эффекта кавитации для повышения эффективности и стабилизации технологических операций: - финишной обработки оптических изделий с субмикронной шероховатостью поверхности; - финишной обработки внутренних поверхностей малого диаметра: световодов, капилляров и форсунок; - финишной обработки режущего инструмента и деталей машин сложной формы; - термической обработки и мойки деталей точного машиностроения; - очистки и обеззараживания воздуха для промышленных помещений; - диспергирования и смешивания жидкостей. Настоящая работа направлена на создание новых технологий и машин, обеспечивающих их исполнение, с применением уникальных гидродинамических условий, возникающих в кавитирующих технологических средах. Активация динамических параметров гетерогенных сред, основанная на воздействии эффекта кавитации, возможна за счет следующих гидродинамических процессов: - образования кавитационных полостей, которые при турбулентном движении среды, из-за своей низкой плотности с высокой скоростью перемещаются в направлении центров осей вращения, создавая высокоэнергетические течения; - образования в потоке за движущейся каверной турбулентных зон; - возникновения интенсивных полей давления (до 1000 атм.) и волн возмущения, возникающих при пульсации парогазовых каверн; - кинетического воздействия кумулятивных микроструек, возникающих в заключительной стадии схлопывания каверны. В ходе реализации проекта запланирована разработка и организация опытного производства промышленных машин нового класса, использующих эффект кавитации: - машина вихревой кавитации для обработки оптических изделий с субмикронной шероховатостью поверхности; - машина вихревой кавитации для финишной обработки осевого режущего инструмента; - машина вибрационной кавитации для финишной обработки протяжённых внутренних поверхностей малого диаметра; - машина вихревой или вибрационной кавитации для термической обработки и мойки; - машина вихревой кавитации для очистки и обеззараживания газов (механический фильтр); - машина вихревой кавитации для высокоскоростного диспергирования и перемешивания. Направления технологического применения квитанционных машин, обусловлены анализом потребности промышленных предприятий в совершенствовании процессов производства детей машин сложной формы к качеству поверхности, которых предъявляются высокие требования, а также процессов термической обработки, фильтрации и диспергирования. Широкий спектр технологического применения, разрабатываемого оборудования, позволит комплексно решать производственные задачи и поставлять несколько типов кавитационных машин для одного предприятия.