Устройство для аэрации строительных растворов

 

Изобретение относится к производству строительных материалов. Для повышения надежности работы устройства и получения технической пены с повышенной стойкостью устройство имеет два цилиндрических корпуса, верхний является пеногенератором, а нижний - стержневым смесителем. Пеногенератор имеет пенообразующие элементы, выполненные в виде цилиндрического пакета, собранного из тонких упругих проволок, расположенных параллельно оси вала, с образованием зазоров между их торцами и поверхностью капиллярного диска размером 0,1-0,3 мм, а капиллярный диск имеет капилляры 0,01-0,1 мм. Стержневой смеситель имеет ротор с крыльчаткой и смесительными стержнями, расположенными параллельно валу. Цилиндрические корпуса соединены между собой с одной стороны патрубком выдачи пены с установленной в нем сеткой, ячейки которой составляют 0,1-0,3 мм, а с другой стороны с воздуховодами соединены их подшипниковые узлы. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к оборудованию для аэрации строительных растворов, и может найти применение на строящихся объектах промышленного и гражданского назначения.

Известно устройство для насыщения газом жидкости, в котором для диспергации в жидкости газа в виде пузырьков размером 0,1-0,3 мм используется насадка из пористой керамической пластины. Для уменьшения процесса коалесценции (слияния мелких пузырьков газа в более крупные) за керамической пластиной размещены турбулизаторы и решетки (Авторское свидетельство SU 117077A кл. B 01 F 5/00; B 01 F 3/04, 1984 г, Бюл. N 37).

Однако в связи с тем, что эта система работает в пассивном режиме, в отрыве от поверхности керамической пластины, процесс коалесценции устранить не представляется возможным; для удаления крупных пузырьков газа в известном устройстве имеется разделительная камера, вместе с которой длина этого устройства составляет 8 м и представляет собой металлоемкую конструкцию. Вместе с тем, несмотря на значительные габариты и металлоемкость, данное устройство не позволяет решить задачу по насыщению жидкости газом без сброса его излишков в атмосферу, в связи с чем оно не может работать в условиях закрытой системы.

Наиболее близким аналогом по отношению к заявляемому изобретению является устройство для аэрации строительного раствора, в цилиндрическом корпусе которого расположен фильтр, а выше его вал с пенообразующими и перемешивающими лопастями, между которыми размещена перегородка в виде диска, установленного с зазором "а" между диском и цилиндрическим корпусом и разделяющим корпус на камеры "А" и "Б" (патенты Российской Федерации N 2077421 кл. B 28 C 5/38, 1997 г. Бюл. N 11).

Однако производственная проверка известного аналога выявила следующие его недостатки: 1. Наличие зазора "а" между диском и цилиндрическим корпусом сопровождалось попаданием растворной смеси из камеры "А" в камеру "Б", что вызывало абразивное разрушение фильтра.

2. Использование в качестве фильтра шлифовальных и заточных кругов с неконтролируемой структурой пористости приводило к образованию в составе пены и аэрированного раствора пузырьков размером до 3-5 мм, в связи с чем стойкость пены составляла не более 40 мин.

3. Применение в качестве пенообразующих лопастей радиально расположенных плоских элементов и стержней не устранило процесс коалесценции на поверхности фильтра и на самих лопастях, в результате в структуре пены и аэрированного раствора возникло значительное количество воздушных пузырьков размером до 3,0 мм, что снижает стойкость пены и аэрированного раствора.

Настоящим изобретением решается задача обеспечения надежности работы устройства при высокой часовой и удельной производительности, а также получения высокодисперсных и высокостойких пен.

С этой целью в заявляемом изобретении помимо признаков, сходных с признаками, присущими ближайшему аналогу (прототипу): это - наличие цилиндрического корпуса, расположенного в нем перемешивающего органа и пенообразующих элементов, диска и разгрузочного устройства, имеются новые отличительные от прототипа признаки, обеспечивающие новизну и полезность устройства для аэрации строительных растворов, за счет выполнения в устройстве второго цилиндрического корпуса, расположенного отдельно от первого так, что верхний корпус представляет собой пеногенератор, а нижний - стержневой смеситель. В полости стержневого смесителя установлен ротор с крыльчаткой и смесительными стержнями, расположенными параллельно валу, а пенообразующие элементы расположены в полости пеногенератора и выполнены в виде цилиндрического пакета, собранного из тонких упругих проволок, расположенных параллельно оси вала, при этом проволоки образуют зазоры размером 0,1-0,3 мм между их торцами и поверхностью капиллярного диска, который имеет капилляры размером 0,01-0,1 мм. Цилиндрические корпуса пеногенератора и стержневого смесителя соединены между собой посредством патрубка выдачи пены с установленной в нем сеткой с ячейками размером 0,14-0,3 мм, а подшипниковые узлы корпусов пеногенератора и стержневого смесителя соединены между собой и с полостью под капиллярным диском с помощью воздуховодов с источником сжатого воздуха. Патрубок выдачи пены соединен с внешним коаксиальным цилиндром, внутри которого расположен внутренний коаксиальный цилиндр для подачи строительного раствора. Разгрузочное устройство выполнено в виде патрубка выдачи аэрированного раствора и расположено в нижней части стержневого смесителя.

Новая конструкция устройства для аэрации строительных растворов в новой взаимосвязи ее узлов, представляющих собой два сообщающихся цилиндрических корпуса с пеногенератором и стержневым смесителем, обеспечивают надежность при непрерывном режиме работы устройства. Выполнение зазоров между торцами пакета проволок и поверхностью капиллярного диска размером 0,1-0,3 мм обеспечивает равномерное распределение по поверхности капиллярного диска тонкого слоя пенообразователя и снятие пузырьков с поверхности капиллярного диска размером не более 0,3 мм. Выполнение капилляров размером 0,01-0,1 мм в капиллярном диске обеспечивает получение воздушных пузырьков пенообразователя размером 0,1-0,3 мм. Выполнение в патрубке выдачи пены сетки с ячейками 0,1-0,3 мм обеспечивает надежную защиту пеногенератора от проникновения твердых частиц растворной смеси при внештатной ситуации.

Таким образом, проведенные исследования за предшествующий уровень техники в области производства строительных материалов не выявили решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками предлагаемого к патентованию изобретения, в связи с чем устройство для аэрации строительных растворов соответствует критерию "новизны".

Анализируя описанные выше аналоги, можно констатировать, что в них отсутствуют отличительные признаки, изложенные в формуле предлагаемого изобретения, в связи с чем устройство для аэрации строительных растворов соответствует критерию "изобретательского уровня".

На чертеже схематично показано устройство в общем виде.

Устройство включает два отдельных друг от друга цилиндрических корпуса, верхний цилиндрический корпус представляет собой пеногенератор 3, который установлен над нижним, вторым, цилиндрическим корпусом, являющимся стержневым смесителем 12 турбулентного типа. В корпусе пеногенератора 3 расположен подшипниковый узел 4 с подшипниками 23 и уплотнительными манжетами 24 и валом 2, к которому прикреплен ротор 5 с цилиндрическим пакетом 6, собранным из тонких упругих проволок, установленных с зазором 0,1-0,3 мм над поверхностью капиллярного диска 7, между их торцами, под диском 7 размещена полость 20 для сжатого воздуха, которая через одну из ветвей воздуховода 19 соединена с источником подачи сжатого воздуха, например, компрессором (на чертеже условно не показан); через полость 20 и капиллярный диск 7 проходит штуцер 22 для подачи раствора пенообразователя, капиллярный диск имеет капилляры размеры которых составляют 0,01-0,1 мм; в верхней части пеногенератора 3 установлен патрубок 9 с сеткой 8, имеющей ячейки размером 0,1-0,3 мм. Подшипниковый узел 4 соединен с помощью одной из ветвей воздуховода 19 с источником подачи сжатого воздуха. В корпусе стержневого смесителя 12 размещен подшипниковый узел 13 с валом 11, на котором установлен ротор 14 с крыльчаткой 16, со смесительными стержнями 15, расположенными параллельно валу 11, с помощью которого ротор 14 соединен с электродвигателем 10, в торце корпуса смесителя 12 имеются два коаксиальных цилиндра: внешний цилиндр 17 предназначен для подачи пены и соединен с патрубком 9, а внутри внешнего цилиндра 17 расположен внутренний цилиндр 21, предназначенный для подачи строительного раствора. Корпус подшипникового узла 13 соединен одной из ветвей воздуховода 19 с источником подачи сжатого воздуха; в нижней части корпуса стержневого смесителя 12 установлен патрубок 18 для выдачи аэрированного раствора. Цилиндрические корпуса пеногенератора 3 и смесителя 12 соединены между собой посредством патрубка выдачи пены 9, а их подшипниковые узлы 4 и 13 соединены между собой и с полостью под капиллярным диском 20 с помощью воздуховодов 19 с источником сжатого воздуха (на чертеже условно не показано).

Устройство работает следующим образом. Включают электродвигатели 1 и 10 и под капиллярный диск 7 пеногенератора 3 и в полость подшипникового узла 4 подают воздух, сжатый до давления 0,05-0,5 МПа. Затем на поверхность капиллярного диска подают раствор пенообразователя, который под воздействием пакета 6 из упругих тонких проволок распределяется тонким слоем по поверхности капиллярного диска 7, пронизывается воздушными струями через капилляры размером 0,01-0,1 мм и превращается в воздушные пузырьки размером 0,1-0,3 мм, соответствующим размерам зазора между торцами проволок и поверхностью капиллярного диска, под действием интенсивной гидродинамики пузырьки мгновенно снимаются с поверхности диска 7 без коалесценции. Подача воздуха через капиллярный диск 7 и подача пенообразователя на его поверхность создают условия непрерывного образования пены, которая накапливается в корпусе пеногенератора 3, поднимается вверх и через патрубок 9, сетку 8 с ячейками 0,1-0,3 мм подается в кольцевой зазор между коаксиальными цилиндрами 17 и 21. По патрубку 21 синхронно с пеной подается строительный раствор, который срезается тонким слоем и предварительно перемешивается крыльчаткой 16, которая выдает смесь пены со строительным раствором в полость смесителя 12, где с помощью ротора 14 смесительными стержнями 15 производится окончательное перемешивание до получения однородного аэрированного раствора, который затем выдается через патрубок 18. Благодаря подачи сжатого воздуха в подшипниковые узлы 4 и 13 в них поддерживается давление, избыточное по отношению к давлениям рабочих сред в пеногенераторе 3 и стержневом смесителе 12, что обеспечивает разгрузку уплотнительных манжет 24 от воздействия рабочих сред, тем самым повышается надежность уплотнительных манжет 24, подшипников 23 и увеличивается дальность подачи аэрированного раствора примерно до 100 м.

Проверка работы в производственных условиях в ноябре-декабре 1997 г. показала, что пены и аэрированные растворы, приготовленные с помощью данного устройства, обладают высокой степенью дисперсности и стойкости. Максимальный размер воздушных пузырьков в пенах не превышает 0,3 мм, а стойкость пен колеблется в пределах 2-3-х часов. При этом максимальное рабочее давление в полостях пеногенератора и смесителя составляет 0,5 МПа, что обеспечивает подачу аэрированного раствора по горизонтали до 100 м. Производительность устройства при рабочем объеме пеногенератора 4 л и смесителя 6 л составляет от 2,5 до 10,0 м³/час соответственно для аэрированных растворов со средней плотностью от 1400 до 400 кг/м³ или в среднем 600 л аэрированного раствора в час на 1 л рабочего объема рабочего устройства при общей массе пеногенератора и смесителя с электродвигателями 80 кг. Испытания образцов пенобетонов, приготовленных из аэрированных растворов, полученных на данном устройстве, показали, что их фактические коэффициенты теплопроводности в среднем на 23% ниже, чем нормируемые СНиП П-3-79 (см. табл.1), что также подтверждает высокую степень дисперсности и пены и соответственно пенной структуры пенобетона, т.к. известно, что с возрастанием степени дисперсности воздушных пузырьков снижается коэффициент теплопроводности пенобетона.

Таким образом, устройство для аэрации строительных растворов, заявляемое в качестве изобретения, обеспечивает получение высокодисперсных и высокостойких пен, в среднем на 23% снижает коэффициенты теплопроводности пенобетонов по сравнению с нормируемыми СНиП П-3-79, высокую надежность в работе капиллярного диска, сальниковых узлов с подшипниками, увеличивает дальность подачи аэрированного раствора по бетоноводам до 100 м при высокой часовой (2,5-10,0 м³/час) и удельной (600 л/час на 1 л объема) производительностях.

Формула изобретения

1. Устройство для аэрации строительных растворов, включающее цилиндрический корпус, расположенный в нем перемешивающий орган, пенообразующие элементы, диск и разгрузочное устройство, отличающееся тем, что оно снабжено вторым цилиндрическим корпусом, расположенным отдельно от первого, причем верхний корпус представляет собой пеногенератор, а нижний - стержневой смеситель, в полости которого установлен ротор с крыльчаткой и смесительными стержнями, расположенными параллельно валу, а пенообразующие элементы расположены в полости пеногенератора и выполнены в виде цилиндрического пакета, собранного из тонких упругих проволок, расположенных параллельно оси вала, при этом проволока образует зазоры размером 0,1 - 0,3 мм между их торцами и поверхностью капиллярного диска, который имеет капилляры размером 0,01 - 0,1 мм, причем цилиндрические корпуса пеногенератора и смесителя соединены между собой посредством патрубка выдачи пены, с установленной в нем сеткой, имеющей ячейки размером 0,1 - 0,3 мм, а их подшипниковые узлы соединены между собой и с полостью под капиллярным диском с помощью воздуховодов с источником сжатого воздуха.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что патрубок выдачи пены соединен с внешним коаксиальным цилиндром, внутри которого расположен внутренний коаксиальный цилиндр для подачи строительного раствора.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что разгрузочное устройство выполнено в виде патрубка выдачи аэрированного раствора и расположено в нижней части смесителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3