УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВСПЕНИВАНИЯ БИТУМА
BITUMEN FOAMING DEVICE

Изобретение предназначено для использования в дорожном строительстве при производстве асфальтобетонных смесей и устройстве дорожного покрытия.
Известно устройство для вспенивания битума в виде центробежной форсунки, представляющее собой цилиндрический теплоизолированный корпус, устройства загрузки, трубопроводы, распылитель. Во внутреннем объеме корпуса расположено приспособление для нагрева битума. Отдельно располагается устройство для нагрева воды, которое сообщается трубопроводами с корпусом и распылителем. Распылитель снабжен полой конической насадкой с выполненными на внутренней поверхности спиралевидными завихрителями [Патент РФ №2461417, 10.11.2010].
Также известно устройство для приготовления технической пены в виде шнековой форсунки, представляющее собой камеру диспергирования в виде усеченного конуса с расположеным внутри вращающимся шнеком. К камере диспергирования присоединена камера смешивания, к которой подводятся патрубки со сжатым воздухом и пенообразующим раствором. К камере диспергирования подводится патрубок для отвода готовой пены, в основании которого установлена удерживающая решетка. [Патент РФ №2461458, 09.06.2011]. Heсмотря на то что областью действия устройства заявлены пенобетоносмесительные установки, устройство может быть использовано и для получения битумной пены.
Обозначенные выше устройства относятся к струйному типу устройств для получения битумной пены. Подобным устройствам присущи определенные недостатки. Для выхода на определенные качественные показатели получаемой битумной пены таким устройствам требуется некоторое время (переходный режим с выпуском некондиционного продукта). Отсюда на производствах с прерывной подачей битумной пены такие устройства малоэффективны.
Также известно устройство для получения пены барботажного типа, представляющее собой емкость заполненную битумом и оснащенное битумоводом в нижней части, а также пеноводом в верхней части. Внутри емкости располагается диспергатор, состоящий из распылителя и сетки. [Першин М.Н. Баринов Е.Н. Кореновский Г.В. «Вспененные битумы в дорожном строительстве». - М.: Транспорт, 1989, 80 с.]. В нижнюю часть емкости под давлением через распылитель подается пенообразователь в результате чего возникает динамический двухфазный слой газа и битума. На поверхности образуется пена, которая отводится вовне по пеноводу. Для повышения однородности и дисперсности битумной пены внутри емкости устанавливается сетка.
К основным недостаткам устройства-аналога следует отнести сложность дозирования малого количества вспенивающего вещества, невозможность получения ограниченного количества пены.
В качестве прототипа выбрано устройство для приготовления вспененного битума на базе пневмосистемы автомобиля. [Технологическое обеспечение качества строительства, методические рекомендации, 2004 г., СИБАДИ]. Устройство содержит битумную емкость, распределительную трубу, гидродинамический смеситель, битумный насос, расходомер воды, обратный клапан, водяной бак, клапан давления.
Из битумной емкости посредством насоса битум попадает в гидродинамический смеситель. Из водяного бака дозированно с помощью расходомера воды в тот же гидродинамический смеситель поступает вода под давлением, нагнетаемым в бак пневмосистемой автомобиля. В смесителе происходит образование пены, которая отводится в распределительную трубу.
Однако подобному устройству присущи некоторые недостатки. Требуется постоянный контроль расходования вспенивающего вещества и становится проблематичным дозировка малых количеств вспенивающего вещества. К тому же остановка устройства будет приводить со временем к засорению смесительной камеры и подводящих каналов.
Задачей изобретения является создание простого и надежного в эксплуатации устройства для получения битумной пены с системой строгого дозирования пены и вспенивающего вещества, с возможностью получения ограниченного количества пены без переходных режимов.
Решение поставленной задачи достигается устройством внутри смесителя мелкопористого цилиндра, соединенного с системой подачи вспенивающей жидкости, циркулирующей по замкнутому контуру.
Предлагаемое устройство вспенивания битума (фигура 1) состоит из смесителя 1, содержащего патрубки ввода 2 и вывода 3 битума. Внутри корпуса смесителя неподвижно установлено диспергирующее устройство 4, выполненное в виде цилиндрического пористого элемента. В качестве диспергирующего устройства может быть использован абразивный инструмент соответствующей формы, применяемый для обдирки металлических изделий. Диспергирующее устройство соединено с системой подачи вспенивающей жидкости (воды) через патрубки 5, 6. Система подачи вспенивающей жидкости образует круговой контур, включающий емкость 7, насос 8 и обратные клапаны 9, 10.
При работе устройства битум подается в корпус смесителя через патрубок 2 при заданном давлении и рабочей температуре. Вспенивающая жидкость из емкости 7 насосом 8 через обратный клапан 9 поступает в диспергирующее устройство 4 под давлением, превышающим давление битума и обеспечивающим необходимый расход жидкости через стенку пористого цилиндра. Просачиваясь через пористую стенку, жидкость срывается потоком битума, испаряется и диспергируется в нем с образованием пены, которая выводится через патрубок 3.
Обратные клапаны 9 и 10 при работе устройства позволяют обеспечить необходимый перепад давления для продавливания через пористую стенку строго нормированного количества вспенивающей жидкости. При остановке устройства обратные клапаны закрываются, обеспечивая заполнение жидкостью объема магистрали между клапанами 9 и 10. Отсеченная в этом объеме жидкость предотвращает просачивание битума в поры диспергатора и исключает его засорение. Предлагаемое устройство позволит получить следующие преимущества.
1. Использование в качестве диспергатора пористого элемента позволяет получить однородную мелкодисперсную пену, которая в процессе смешения позволяет достичь высокой степени однородности смеси.
2. Применение проточной схемы подачи вспенивающей жидкости позволяет решить проблему дозирования малых количеств вспенивающей жидкости. Ее расход определяется пропускной способностью пористого элемента при заданной разности давлений в системах подачи жидкости и битума.
3. Использование обратных клапанов в системе подачи вспенивающей жидкости предотвращает засорение пор цилиндра с его внешней поверхности во время остановки работы устройства. Это достигается за счет того, что при выключении установки объем магистрали между обратными клапанами остается заполненным жидкостью, находящейся под давлением, определяемым жесткостью пружины в клапане. Давление в смесителе равно атмосферному. В этих условиях, уже после прекращения подачи битума, происходит просачивание вспенивающей жидкости через пористый элемент и прочистка пор на его внешней поверхности.
-3
Получаемая в описанном устройстве битумная пена имеет следующие характеристики: кратность - 20-25, дисперсность - (0,3-0,5)10 м и устойчивость (время разрушения половины столба пены) - 60-90 секунд.