пеногенератор

Формула изобретения

1. Пеногенератор, включающий корпус с каналом для подачи в него пенообразователя и патрубком для выпуска готовой пены, с расположенной в корпусе приводной полой осью, внутреннее пространство которой сообщается с атмосферой, а с внешней стороны полой оси, к ее боковой поверхности, прикреплены лопатки и привод оси расположен за пределами корпуса, отличающийся тем, что он дополнительно имеет отверстия в боковой поверхности полой оси, расположенные в зоне крепления лопаток, а также имеет канал подачи в полую ось воздуха с ее торца, кроме того, дополнительно имеет рабочий орган, выполненный в виде фигуры вращения, содержащей два плоских параллельных соосных основания с центральными отверстиями, криволинейную боковую поверхность, выполненную из пеногенерирующей сетки, причем полая ось пеногенератора проходит через отверстия в основаниях, а лопатки расположены внутри рабочего органа.

2. Пеногенератор по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит неподвижную трубу, один конец которой примыкает к открытому концу полой оси пеногенератора, а второй конец выходит за пределы корпуса пеногенератора, имеет торцевую заглушку и отверстия в боковой поверхности, перекрываемые отрезком трубы большего диаметра, имеющей продольную щель или отверстия в боковой поверхности.

3. Пеногенератор по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит вентиль, обеспечивающий дозированную подачу воздуха в полую перфорированную ось пеногенератора.

4. Пеногенератор по п.1, отличающийся тем, что образующая боковой поверхности рабочего органа имеет кривизну с выпуклостью, обращенной либо к оси пеногенератора, либо к стенке корпуса и в частном случае имеет нулевую кривизну.

5. Пеногенератор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что основания и боковая поверхность рабочего органа установлены с возможностью свободного вращения вокруг оси пеногенератора и могут вращаться только за счет движения воздуха, создаваемого лопатками, прикрепленными к оси.

6. Пеногенератор по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что дополнительно содержит камеру диспергирования, заполненную диспергирующим материалом, тина стружки или путаной проволоки, расположенную внутри корпуса между рабочим органом и патрубком для выпуска готовой пены, при этом объем камеры диспергирования ограничен стенкой корпуса пеногенератора и решетками, удерживающими диспергирующий материал, в частном случае роль решеток выполняют пеногенерирующие сетки.

7. Пеногенератор по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что дополнительно содержит емкость для рабочего раствора пенообразователя, снабженную вентилем, примыкающим к патрубку подачи пенообразователя и обеспечивающим дозированный его расход.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для приготовления технической пены, преимущественно в промышленности строительных материалов, но может быть использовано и в других областях - в горной и нефтегазодобывающей промышленности и пр.

Обычно в пеногенераторах используется принцип эжекции: либо подаваемый под давлением раствор пенообразователя засасывает воздух и образует пену, либо сжатый воздух вовлекает (эжектирует) раствор пенообразователя и также образует пену.

В первом случае пеногененартор неработоспособен, если нет насоса, во втором - если нет компрессора.

Известно устройство для приготовления технической пены, включающее каналы подачи сжатого воздуха и пенообразователя, а также пеногенерирующие сетки, камеру диспергирования, заполненную стружкой, и выпускной патрубок (пенопровод) [1].

Известен пеногенератор, включающий каналы подачи сжатого воздуха и пенообразователя, а также пеногенерирующие сетки и выпускной патрубок [2].

Недостаток двух приведенных аналогов в том, что они неработоспособны без источника сжатого воздуха (компрессора), который не фигурирует в качестве существенного признака ни в ограничительной, ни в отличительной частях формулы изобретения; привлечение же для работы пеногенератора отдельного агрегата увеличивает расход материальных, трудовых и энергетических ресурсов.

Известен пеногенератор, включающий корпус в виде диффузора, распылитель и пакет сеток [3]; его недостаток в том, что требуется гидравлический насос, струя из которого эжектирует воздух, необходимый для получения пены.

Наиболее близким аналогом, прототипом является пеногенератор, описанный в патенте РФ 2033921 (4). Он, как и предложенное техническое решение, относится к области строительных материалов, имеет такое же назначение (производство пенобетона) и характеризуется максимальным количеством существенных признаков, совпадающих с предложенным решением, кроме того, он не требует наличия таких сложных отдельных агрегатов, как поршневой или центробежный гидравлический насос и компрессор.

Прототип включает в себя корпус с каналом для подачи в него пенообразователя и патрубком для выпуска готовой пены, в корпусе расположена приводная полая ось, внутреннее пространство которой сообщается с атмосферой, а с внешней стороны полой оси, к ее боковой поверхности прикреплены лопатки, которые в тексте описания названы гомогенизирующими элементами, причем привод оси расположен за пределами корпуса.

Работа прототипа: в корпус, являющийся камерой смешивания, подают рабочий раствор пенообразователя и включают привод оси; при этом за счет центробежных сил, через зазор между фланцем, прикрепленным к нижнему обрезу полой оси и параллельным ему диском, из полой оси в корпус начинает поступать воздух (система из фланца и параллельного ему диска в описании изобретения названа аэратором); поступающий воздух смешивается с пенообразователем, получающаяся ". . .пена поднимается в корпусе, измельчаясь гомогенизирующим элементом" (лопатками) и удаляется через выпускной патрубок.

Для успешной работы пеногенератора необходимо выполнение двух условий: а) подача достаточного количества воздуха (его расход 900-950 л на 1 м³ пены); б) воздух должен подаваться под определенным напором (технологическая транспортировка пены на 1 м вверх требует напора 900-950 кгс/м²).

Недостатки прототипа: а) воздух, необходимый для получения пены и дальнейшего ее транспортирования в смеситель, поступает в корпус пеногенератора только через узкий зазор между фланцем и параллельным ему диском, т.е. только через аэратор, имеющий ограниченное сечение и соответственно ограниченную производительность; увеличить зазор нельзя, поскольку при этом снизится напор воздуха (в зазоре не предусмотрены лопатки и центробежная сила, создающая напор, образуется только за счет трения воздуха о стенки узкого зазора); таким образом, недостаток прототипа в его ограниченных возможностях по увеличению напора и расхода воздуха; б) в боковой поверхности полой оси нет отверстий, расположенных в зоне крепления к ней лопаток, следовательно, имеющие в прототипе лопатки (гомогенизирующий элемент) не имеют возможности отсасывать из полой оси воздух, увеличивая его напор и расход; в) для поступления воздуха в полую ось, в ее боковой поверхности, за пределами расположения лопаток предусмотрены отверстия, но вращающаяся ось создает центробежную силу, стремящуюся удалить воздух из полости оси, а не засосать его в ось, т.е. предложенное техническое решение направлено на уменьшение, а не на повышение напора и расхода воздуха; г) прототип не содержит элементов, повышающих качество пены - пеногенерирующих сеток и камеры диспергирования. Резюме: недостатки прототипа в его ограниченных технологических возможностях.

Задачей изобретения является получение пены без дополнительного привлечения гидравлического насоса и компрессора, при одновременном устранении перечисленных недостатков прототипа: расширение его технологических возможностей, повышение качества пены - достижение мелкоячеистой ее структуры.

Сущность изобретения: пеногенератор включает в себя корпус с каналом для подачи в него пенообразователя и патрубком для выпуска готовой пены, в корпусе расположена приводная полая ось, пространство которой сообщается с атмосферой, а с внешней стороны полой оси, к ее боковой поверхности прикреплены лопатки и привод оси расположен за пределами корпуса; особенность предложенного пеногенератора в следующем: он дополнительно имеет отверстия в боковой поверхности полой оси, расположенные в зоне крепления лопаток; дополнительно имеется канал подачи в полую ось воздуха с ее торца, а не через отверстия в боковой поверхности; дополнительно имеется рабочий орган, выполненный в виде фигуры вращения, содержащей два плоских параллельных соосных основания с центральными отверстиями, криволинейную боковую поверхность, выполненную из пеногенерирующей сетки, причем полая ось пеногенератора проходит через отверстия в основаниях, а лопатки расположены внутри рабочего органа.

Приведенных ограничительных и отличительных признаков достаточно для выполнения поставленной задачи (работа без привлечения дополнительных агрегатов - гидравлического насоса и компрессора, расширение технологических возможностей пеногенератора за счет повышения напора и расхода подаваемого в корпус воздуха, повышения качества пены. Однако изобретение характеризуется еще и факультативными признаками, существенно повышающими эффективность устройства:

- пеногенератор дополнительно содержит неподвижную трубу, один конец которой примыкает к открытому концу полой оси рабочего органа, а второй конец выходит за пределы корпуса пеногенератора, имеет торцовую заглушку и отверстия в боковой поверхности, перекрываемые отрезком трубы большего диаметра, имеющей продольную щель или отверстия в боковой поверхности;

- пеногенератор дополнительно содержит вентиль, обеспечивающий дозированную подачу воздуха в полую перфорированную ось пеногенератора;

- с целью расширения технологических возможностей пеногенератора в отношении получения полимодальных пен разного фракционного состава, образующая боковой поверхности рабочего органа имеет кривизну с выпуклостью, обращенной либо к оси рабочего органа, либо к стенке корпуса и в частном случае может иметь нулевую кривизну;

- основания и боковая поверхность рабочего органа установлены с возможностью свободного вращения вокруг полой перфорированной оси и могут вращаться только за счет движения воздуха, создаваемого лопатками, прикрепленными к оси;

- пеногенератор дополнительно содержит съемную камеру диспергирования, заполненную диспергирующим материалом - путанной проволокой, стружкой и т.п. , расположенную внутри корпуса, между рабочим органом и патрубком для выпуска готовой пены, а объем камеры диспергирования ограничен стенкой корпуса пеногенератора и решетками, удерживающими диспергирующий материал, в частном случае роль решеток могут выполнять пеногенерирующие сетки;

На фиг. 1 показан разрез основных деталей пеногенератора, имеющего рабочий орган с вертикальной осью; на фиг.2 показаны детали этого рабочего органа; на фиг.3 - разрез 1-1; на фиг.4 - разрез 2-2. На фиг.5 приведен вертикальный продольный разрез пеногенератора, имеющего рабочий орган с горизонтальной осью; на фиг.6 - вертикальный поперечный разрез того же пеногенератора.

Обозначения: 1 - корпус пеногенератора; 2 - рабочий орган; 3 - камера смешивания; 4 - камера диспергирования, заполненная диспергирующим материалом (стружка, путанная проволока и т.п.); 5 - решетка, удерживающая диспергирующий материал (в частном случае это - пеногенерирующая сетка или пакет сеток); 6 - патрубок для выпуска готовой пены; 7 - неподвижная труба; 8 - отверстие в неподвижной трубе; 9 - отрезок трубы большего диаметра, имеющий продольную щель или отверстия в боковой поверхности; 10 - емкость для рабочего раствора пенообразователя; 11 - вентиль, дозирующий подачу пенообразователя; 12 - патрубок, подающий пенообразователь в камеру смешивания; 13 - привод (электродвигатель); 14 - нижнее основание рабочего органа; 15 - верхнее основание рабочего органа; 16 - боковой поверхность рабочего органа, выполненная из пеногенерирующей сетки или пакета таких сеток; 17 - полая перфорированная ось пеногенератора; 18 - отверстие в полой перфорированной оси; 19 - сальник; 20 - кронштейн, удерживающий сальник и неподвижную трубу; 21 - вал привода; 22 - кронштейн, прикрепляющий электродвигатель к корпусу пеногенератора; 23 - лопатки, прикрепленные к полой перфорированной оси пеногенератора; 24 - рабочий орган с горизонтальной осью.

Работа пеногенератора: в патрубок 12 подают рабочий раствор пенообразователя и включают привод 13; в результате боковая поверхность рабочего органа 16 орошается пенообразователем, а вращение рабочего орган приводит к тому, что имеющийся в нем воздух центробежной силой отбрасывается к боковой поверхности органа, проходит через мельчайшие ячейки пеногенерирующей сетки, из которой выполнена боковая поверхность рабочего органа, и образует пену. Данный процесс может быть усовершенствован за счет факультативных признаков:

а) наличие неподвижной трубы с отверстиями, перекрываемыми отрезком трубы большего диаметра (позиции 7,8,9,) или вентиля, примыкающего к горизонтальной полой оси рабочего органа (17), позволяет регулировать подачу воздуха, т.е. то же расширяет технологические возможности устройства;

б) кривизна образующей боковой поверхности рабочего органа или даже ее наклон к полой оси способствуют тому, что напор воздуха будет неодинаковым в разных зонах боковой поверхности рабочего органа, а результатом этого станет полимодальность пены с заданным фракционным составом, зависящим от знака кривизны и угла наклона касательной в разных зонах боковой поверхности рабочего органа;

в) свободно вращение оснований и боковой поверхности рабочего органа вокруг его оси способствует тому, что пенообразователь не так интенсивно отбрасывается центробежной силой от боковой поверхности рабочего органа, а высокий напор воздуха обеспечивается за счет лопаток, прикрепленных к оси; в результате может быть получена пена повышенной плотности при высокой производительности пеногенератора (также расширение технологических возможностей);

г) наличие камеры диспергирования с удерживающими решетками или пеногенерирующими сетками способствует получению мелкоячеистой структуры пены.

Готовая пена выходит из пеногенератора через выпускной патрубок 6, подается в пенобетономешалку, где смешивается с заранее приготовленным строительным раствором или с сухой смесью вяжущего и заполнителя (так называемая сухая минерализация пены).

Технический результат: получение пены без дополнительного привлечения гидравлического насоса и компрессора, расширение технологических возможностей пеногенератора за счет повышения напора и расхода воздуха, а также качества пены - достижение мелкоячеистой ее структуры.

Источники информации

1. Авт. свид. СССР 1364484, кл. ВD 28 C 5/38.

2. Патент РФ 2021534б кл. E 21 F 5/02.

3. Патент РФ 2122889, кл. 6 В 01 F 3/04.

4. Патент РФ 2033921, кл. 6 В28С 5/38, прототип.