Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для приготовления поризованной смеси

Изобретение относится к кавитационным смесителям, предназначенным для проведения различных тепло- и массообменных процессов в жидких и газообразных средах для малотоннажных производств химической технологии, строительных материалов, в которых требуется создание однородного поля концентраций и температур во всем объеме перемешиваемой среды при рациональных затратах мощности.

Известен кавитационный смеситель (авторское свидетельство СССР №1426628, 1986, В01F 7/16), включающий смесительную емкость, приводной вал с закрепленными на нем радиальными кронштейнами, на концах которых установлены лопасти в виде тел вращения с соплами, лопасти ориентированы по направлению вращения приводного вала. Основным недостатком такого кавитационного смесителя является то, что он достаточно сложен в конструктивном исполнении.

Известен струйный аппарат (авторское свидетельство СССР №386651, 1973, В01F 5/04), включающий полую смесительную емкость в виде торообразной камеры с соплами, внутренний объем торообразной камеры соединен через одно из сопел с источником газа. Основным недостатком данного перемешивающего устройства является низкая эффективность перемешивания.

Наиболее близкими к предлагаемому изобретению являются способ приготовления поризованной строительной смеси и устройство для его осуществления (варианты) (патент РФ №2081099 С1, 1998, прототип), включающее смесительную емкость, вертикальный приводной вал с закрепленными на нем радиальными кронштейнами, на концах которых установлены полые клиновидные лопасти с соплами, лопасти ориентированы острием по направлению вращения приводного вала, внутренние полости лопастей соединены с источником газа. К основным недостаткам (и достоинствам) данного устройства можно отнести то, что оно предназначено и эффективно только для непрерывного производства легких пористых бетонов большой единичной мощности. Для создания гибких быстро переналаживаемых производств с широкой номенклатурой продуктов использование устройства не является целесообразным.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, повышение эффективности процессов перемешивания и диспергирования жидких материалов для производств малой тоннажности.

Решение указанной задачи достигается тем, что клиновидные лопасти изготовлены из полых конусов с соплами в виде диффузоров, сопла размещены в основаниях полых конусов, снаружи конусов в головной их части коаксиально установлены цилиндрические направляющие, цилиндрические направляющие выполнены диаметром, меньшим, чем диаметр оснований конусов, внутренние полости конусов соединены с источником газа с помощью полых радиальных кронштейнов и полого вертикального приводного вала. В устройстве по п. 1 стенки цилиндрических направляющих могут быть изготовлены в головной части лопастей сплошными, в задней части перфорированными. В устройстве по п. 1, 2 перфорированные части цилиндрических направляющих могут быть выполнены из витых цилиндрических пружин или из многовитковых цилиндрических волновых пружин.

В устройстве для приготовления поризованной смеси по п. 1 к задним частям цилиндрических направляющих могут быть соосно присоединены полые торообразные камеры, по периметру торообразных камер со стороны наружных поверхностей полых конусов выполнены кольцевые отверстия конической формы, внутренние объемы торообразных камер соединены через полые радиальные кронштейны с источником газа.

На фиг. 1 изображено устройство для приготовления поризованной смеси, общий вид; на фиг. 2 - лопасть, изготовленная из полого конуса и цилиндрической направляющей; на фиг. 3 - перфорированная часть цилиндрической направляющей, выполненная из витой цилиндрической пружины; на фиг. 4 - цилиндрическая направляющая с соосно присоединенной полой торообразной камерой.

Заявляемое устройство для приготовления поризованной смеси включает смесительную емкость (не показана), полый вертикальный приводной вал 1 с закрепленными на нем полыми радиальными кронштейнами 2, на концах которых установлены лопасти с соплами, изготовленные из полых конусов 3 и цилиндрических направляющих 4. Лопасти ориентированы острием по направлению вращения приводного вала. Внутренние полости лопастей соединены с помощью продольных отверстий 5 в кронштейнах 2 и отверстия 6 в приводном вале 1 с источником газа. Сопла выполнены в виде диффузоров (на фиг. 1, 2 сопла образованы внутренними поверхностями полых конусов 3). Цилиндрические направляющие 4 выполнены диаметром, меньшим, чем диаметр оснований конусов. Стенки цилиндрических направляющих 4 могут быть изготовлены полностью сплошными (как на фиг. 1, 2) или в головой части без отверстий, а в задней по ходу движения части перфорированными. Перфорации могут быть изготовлены в виде радиальных отверстий (не показаны), а также из витых цилиндрических пружин 7 (фиг. 3) или из многовитковых цилиндрических волновых пружин (не показаны). К задним частям цилиндрических направляющих 4 могут быть соосно присоединены полые торообразные камеры 8. По периметру торообразных камер 8 со стороны наружных поверхностей полых конусов 3 выполнены кольцевые отверстия 9 конической формы. Внутренние объемы торообразных камер 9 соединены через отверстия 10 в полых радиальных кронштейнах 2 с источником газа.

Устройство для приготовления поризованной смеси работает следующим образом.

Компоненты смеси загружаются в смесительную емкость устройства. При вращении приводного вала 1 лопасти 3 и цилиндрические направляющие 4 подхватывают жидкость. За полыми конусами 3 образуются зоны разряжения, в которые засасывается газ (воздух), поступающий от источника газа через отверстия 5 в кронштейнах 2 и отверстие 6 в приводном вале 1. На выходе из кольцевых зазоров между коническими поверхностями лопастей 3 и внутренними поверхностями цилиндрических направляющих 4 скорость потоков движения жидкости многократно возрастает. Потоки жидкости и газа ударяются между собой и о жидкость, находящуюся вне лопастей устройства. Совокупность таких воздействий (удар, кавитация) на смесь приводит к интенсивному диспергированию и смешению газообразных, жидких и твердых компонентов с образованием гомогенной структуры.

Все варианты конструктивного исполнения устройства работают аналогично и позволяют повысить эффективность процессов перемешивания и диспергирования компонентов как с использованием, так и без использования газообразной фазы, в том числе, когда это возможно, за счет различного конструктивного исполнения цилиндрических направляющих. Предложенные варианты цилиндрических направляющих имеют разные гидравлические сопротивления. Наименьшие гидравлические сопротивления у варианта, выполненного по п. 1, и наибольшие - по п. 5.

Указанные преимущества предлагаемого устройства для приготовления поризованной смеси, по сравнению с известными, обеспечиваются новой совокупностью конструктивных элементов.

Использование лопастей, изготовленных из полых конусов с применением цилиндрических направляющих, позволяет повысить эффективность обработки смеси и ее устойчивое газонасыщение в устройствах малой и средней емкости более чем в три раза даже с использованием жидкостей с кинематической вязкостью более 250 сСт. Это обусловлено более высокими энергией кавитации и удельной площадью сопел по сравнению с прототипом.

Выполнение части цилиндрических направляющих с перфорациями обеспечивает турбулентное течение жидкости начиная с головной части лопастей и расширяет зону активного перемешивания смеси независимо от раскручивания жидкости в смесительной емкости.

Цилиндрические направляющие с полыми торообразными камерами позволяют значительно ускорить газонасыщение смеси из маловязкой жидкости за счет образуемых в камерах кольцевых вихрей.