Совершенствование технологических процессов — одна из актуальных задач современной науки. Струйный аппарат, разработанный учеными Южно-Уральского государственного университета, можно применять как в качестве насоса, так и насоса-смесителя, что находит применение в аэрокосмической, машиностроительной, теплоэнергетической, строительной и нефтяной отраслях промышленности.
Проект «Кавитационный эжектор-смеситель» отмечен грантом в конкурсе «Начало большой науки — 2017», который проводится в рамках Проекта 5-100. Сергей Битюцких, старший преподаватель кафедры «Гидравлика и гидропневмосистемы» Политехнического института ЮУрГУ проводит исследования по совершенствованию рабочего процесса насоса-смесителя. Научным руководителем проекта является заведующий кафедрой «Гидравлика и гидропневмосистемы», доктор технических наук, профессор Евгений Спиридонов.
«Мы исследуем рабочий процесс струйного насоса с кавитационными явлениями в его проточной части. Работа струйного аппарата основана на явление эжекции, т. е. способности высокоскоростной струи жидкости инициировать вокруг себя движение окружающей среды и увлекать ее за собой. За счет генерации кавитационных явлений в проточной части аппарата осуществляется более качественное смешение потоков, и в результате мы получаем высокодисперсную смесь», — рассказывает Сергей Юрьевич.
Предложенный метод позволяет осуществлять смешение потоков непрерывно. Кроме того, надежность аппарата достигается за счет простоты конструкции и отсутствия подвижных механических элементов. В связи с этим струйный насос-смеситель может найти широкое распространение в различных отраслях промышленности.
«Технологический процесс приготовления смеси включает несколько этапов: подготовка состава смеси, ее приготовление и последующий транспорт по трубопроводу. Для этого необходимы устройства: дозатор, смеситель, насос. Однако возможно вышеперечисленные функции объединить в одном устройстве — гидроструйном насосе-смесителе, который представляет собой комплексную машину. В результате мы можем получать качественные смеси во многих отраслях промышленности: например, в теплоэнергетике для создания водомазутной смеси в качестве топлива с целью снижения вредных выбросов. Кроме того, в машиностроении необходимо добавление легирующих элементов в масло для получения качественных смазочно-охлаждающих жидкостей, в строительной отрасли — парафиновых паст в бетонную смесь с целью получения водостойкого бетона. Путем дополнительной кавитационной обработки компонентов получается устойчивая высокодисперсная смесь».
Изначально кавитационные явления при работе струйных аппаратов рассматривались как негативные. В данном научном исследовании кавитация генерируется только в струйном пограничном слое и при определенном режиме. Благодаря этому достигается эффект качественного смешения.
«Устройство обладает простотой конструкции и технологичностью изготовления, отсутствием подвижных механических частей и высокой надежностью, малым весом и низкой стоимостью. В связи с этим аппарат уже сейчас представляет определенный интерес для предприятий, — отмечает Сергей Юрьевич. — Например, был разработан и спроектирован струйный насос с повышенными кавитационными качествами для передвижной насосной станции. Работа выполнялась сотрудниками кафедры «Гидравлика и гидропневмосистемы» под руководством Е. К. Спиридонова. Такая станция была изготовлена Челябинским компрессорным заводом».
В настоящее время продолжается исследование работы струйного насоса-смесителя с кавитационными явлениями. По теме исследования опубликованы 2 научные статьи, индексируемые в базе данных Scopus (журнал «Chemical and Petroleum Engineering», материалы конференции «2nd International Conference on Industrial Engineering»). Следующий этап проекта — изучение влияния режимов работы струйного аппарата на качество смешения. Это значит, что исследование будет носить междисциплинарный характер: задачей станет изучение физических особенностей процесса и химического состава потока.