СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИСТИРОЛ-СИЛИКАТНЫХ МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ГРАНУЛ

Полезная модель относится к области строительных материалов, а именно к технологическому оборудованию для получения полистирол-силикатных гранул для теплоизоляции строительных конструкций.
Известен гравитационный смеситель для приготовления бетонных смесей [Строительные машины. Справочник в двух томах. Том 1. Машины для строительства промышленных, гражданских сооружений и дорог / А.В. Раннев, В.Ф. Корелин, А.В. Жаворонков и др.; Под. общ. ред. Э.Н. Кузина. - 5-е изд. Перераб. – М.: Машиностроение, 1991. - 496 с. (стр. 315)], содержащий смесительный барабан, редуктор, приводной двигатель, механизм поворота барабана, раму и ходовую часть.
Общими признаками заявляемой полезной модели с аналогом являются смесительный барабан, редуктор, приводной двигатель, механизм поворота барабана и рама.
Указанный смеситель обладает следующими недостатками. Его смесительный барабан не является герметичным, поэтому при приготовлении полистирол-силикатных минерализованных гранул из его пространства невозможно откачать воздух и подать в него углекислый газ. Кроме того, конструкция указанного смесителя не предусматривает шнекового устройства для подачи вспененных полистирольных гранул предварительно покрытых силикатным вяжущим (жидким стеклом) в пространство смесительного барабана при одновременном их перемешивании с минеральным порошком.
Известен так же гравитационный смеситель для приготовления бетонных смесей [Строительные машины. Справочник в двух томах. Том 1. Машины для строительства промышленных, гражданских сооружений и дорог / А.В. Раннев, В.Ф. Корелин, А.В. Жаворонков и др.; Под. общ. ред. Э.Н. Кузина. - 5-е изд. Перераб. – М.: Машиностроение, 1991. - 496 с. (стр. 315…318)], содержащий смесительный барабан, механизм опрокидывания барабана, приводы смесительного барабана и механизма его опрокидывания, раму, вододозировочную систему, электрооборудование и пульт управления.
Общими признаками заявляемой полезной модели с аналогом являются смесительный барабан, механизм опрокидывания барабана, привод смесительного барабана, рама, электрооборудование и пульт управления.
Указанный смеситель обладает теми же недостатками, а именно: его смесительный барабан не является герметичным, поэтому при приготовлении полистирол-силикатных минерализованных гранул из его пространства невозможно откачать воздух и подать в него углекислый газ. Кроме того, конструкция указанного смесителя не предусматривает шнекового устройства для подачи вспененных полистирольных гранул предварительно покрытых силикатным вяжущим (жидким стеклом) в пространство смесительного барабана при одновременном их перемешивании с минеральным порошком.
За прототип принят смеситель для приготовления сухих полистирол-вермикулитовых смесей [Нижегородов А.И. Производство и применение полистирол-вермикулитовых строительных смесей // Строительные материалы. - 2015. - №7. С. 41-45], содержащий смесительный барабан, привод барабана, механизм поворота барабана, раму и конический насадок, закрепленный на открытом конце барабана.
Общими признаками заявляемой полезной модели с рассмотренным прототипом являются смесительный барабан, привод барабана, механизм поворота барабана, рама и насадок, закрепленный на открытом конце барабана.
Прототип обладает такими же недостатками. В конструкции указанного смесителя не предусмотрено шнековое устройство для подачи вспененных полистирольных гранул предварительно покрытых силикатным вяжущим (жидким стеклом) в пространство смесительного барабана при одновременном их перемешивании с минеральным порошком. Кроме того, смесительный барабан хотя и снабжен насадком, но он не герметичен, и при получении полистирол-силикатных минерализованных гранул из его пространства невозможно откачать воздух и подать туда углекислый газ для быстрого затвердевания силикатного вяжущего.
Задача заявляемой полезной модели заключается в создании смесителя для получения полистирол-силикатных минерализованных гранул из гранул вспененного полистирола, силикатного вяжущего (жидкого стекла) и минерального порошка (золы-уноса, каолина, доломитовой муки и др.).
Технический результат полезной модели заключается в получении быстротвердеющих полистирол-силикатных минерализованных гранул за счет подачи шнековым устройством вспененных, предварительно покрытых силикатным вяжущим полистирольных гранул в пространство смесительного барабана при одновременном их перемешивании с минеральным порошком и дальнейшего вакууммирования смесительного барабана для последующего его заполнения углекислым газом для быстрого затвердевания силикатного вяжущего.
Указанный технический результат достигается тем, что смеситель для получения полистирол-силикатных минерализованных гранул, включающий смесительный барабан, привод барабана, механизм поворота барабана, раму и насадок, закрепленный на открытом конце барабана, согласно полезной модели, дополнительно содержит шнековое устройство, выполненное соосно с барабаном, внутри вала которого пропущена неподвижная трубка, выведенная в пространство барабана, а корпус шнекового устройства соединен с барабаном через герметичный подшипниковый узел и имеет патрубок для откачивания воздуха (вакууммирования) и патрубок для подвода углекислого газа с управляемым обратным клапаном.
Благодаря шнековому устройству, в нижней части корпуса которого продольно выполнен паз, в пространство барабана при вращении шнека подаются вспененные, предварительно покрытые силикатным вяжущим полистирольные гранулы, выпадающие из корпуса шнекового устройства в массив минерального порошка, предварительно засыпанного в пространство барабана через насадок, обеспечивающий герметичное закрытие смесительного барабана. Порошок налипает на покрытые силикатным вяжущим полистирольные гранулы и обволакивает их. По мере перемешивания благодаря управляемому обратному клапану, из барабана через первый патрубок откачивают воздух, а затем через второй патрубок заполняют его пространство углекислым газом. Контакт углекислого газа с силикатным вяжущим обеспечивает быстрое затвердевание последнего с образованием твердой корки из силикатно-минерального материала.
Полистирол-силикатные минерализованные гранулы после их обработки водным раствором кремнефтористого натрия (необратимо отверждающего силикатное вяжущее), высушивания и возгонки вспененного полистирола, преобразуются в полые сферы из силикатно-минерального материала и могут использоваться в качестве засыпного теплоизоляционного материала или наполнителя легких бетонов и растворов.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели от прототипа является то, что смеситель для получения полистирол-силикатных минерализованных гранул содержит шнековое устройство, выполненное соосно с барабаном, внутри его вала пропущена и выведена в пространство барабана трубка, а корпус шнекового устройства имеет в нижней части продольный паз, соединен с барабаном через герметичный подшипниковый узел, имеет патрубки для откачивания воздуха и подвода углекислого газа и управляемый обратный клапан.
Наличие отличительных признаков доказывает соответствие заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».
На чертеже показана схема смесителя для получения полистирол-силикатных минерализованных гранул.
Смеситель для получения полистирол-силикатных минерализованных гранул содержит смесительный барабан 1, радиальные стержни 2, привод барабана 3, механизм поворота барабана относительно оси 4 (на чертеже механизм поворота не показан), раму 5, герметично закрывающийся насадок 6, герметичный подшипниковый узел 7, коллектор 8, соединенный с трубкой 9, выведенной в пространство барабана 1 через герметичный подшипниковый узел 7. Коллектор 8 содержит первый патрубок 10, второй патрубок 11 и управляемый обратный клапан 12. Внутри герметичного подшипникового узла 7 расположено шнековое устройство, включающее вал 13, сплошную винтовую лопасть 14 и корпус 15 с продольной прорезью в нижней части 16. Неподвижная трубка 9, проходящая через вал 13 и герметичный подшипниковый узел 7, присоединена к коллектору 8. К корпусу 15 шнекового устройства в наружной его части присоединен бункер 17 для вспененных и предварительно покрытых силикатным вяжущим полистирольных гранул. Привод вала 13 шнекового устройства осуществляется через клиноременную передачу 18 от мотор-редуктора 19.
Смеситель для получения полистирол-силикатных минерализованных гранул работает следующим образом.
При открытом насадке 6 в барабан 1, установленный в горизонтальное положение механизмом поворота барабана относительно оси 4, загружают минеральный порошок и герметично закрывают барабан 1 насадком 6. Не изменяя положение барабана 1, запускают его привод 3. Одновременно, благодаря мотор-редуктору 19 с клиноременной передачей 18, шнековое устройство начинает подавать вспененные, предварительно покрытые силикатным вяжущим полистирольные гранулы из бункера 17 в пространство барабана 1, где они выпадают через продольную прорезь 16 в массив минерального порошка. Минеральный порошок, имеющийся в барабане 1 в избыточном количестве, налипает на покрытые силикатным вяжущим полистирольные гранулы и обволакивает их. По мере перемешивания слипающиеся гранулы разбиваются за счет стержней 2. Далее за счет вакуум-насоса (на чертеже не показан) путем воздействия на управляемый обратный клапан 12 через первый патрубок 10 из барабана 1 откачивают воздух. При этом подсос воздуха через второй патрубок 11 не происходит, так как он соединен гибким рукавом с баллоном с углекислым газом (на чертеже не показан). Давление воздуха в барабане 1 настраивают на 3…4% от атмосферного давления (в среднем ~3430 Па). Затем через патрубок 11 по гибкому рукаву через коллектор 8 и трубку 9 заполняют пространство барабана 1 углекислым газом, доводя его давление до атмосферного. При этом управляемый обратный клапан 12 автоматически закрывается и перетечки углекислого газа из патрубка 11 в патрубок 10 не происходит.
Контакт углекислого газа с силикатным вяжущим обеспечивает быстрое «схватывание» последнего с образованием твердой корки из силикатно-минерального материала.
3
Согласно уравнению состояния идеального газа [Справочник по физике для инженеров и студентов вузов / Б.М. Яворский, А.А. Детлаф. - М.: Наука, 1968. - 940 с.] плотность воздуха при температуре 20°C в смесителе после его откачивания составит, кг/м:
3
3
где Р - давление воздуха в барабане 1 после откачивания, R - универсальная газовая постоянная, 287 Дж/(кг⋅К), Т - температура воздуха, 293 K. Плотность воздуха, оставшегося в барабане 1, составит 3,1% от его плотности при атмосферном давлении (~1,29 кг/м), а его масса при геометрическом объеме смесителя, например, 0,3 м, будет равна ~0,0108 кг.
3
3
3
,
2
Объем, занимаемый такой массой при нормальных условиях (Т=20°C и Р=101235 Па), составит 0,0084 м. Тогда оставшийся свободный объем в смесителе, равный 0,292 м займет углекислый газ CO, а его масса с учетом более высокой плотности при нормальных условиях (1,9 кг/м) составит 0,56 кг. Это больше, чем масса воздуха (0,378 кг), которым был заполнен барабан 1 до его откачивания. Барабан 1 оказывается заполненным углекислым газом с концентрацией, многократно превышающей его концентрацию в воздухе атмосферы. В таких условиях происходит перемешивание полистирольных гранул с минеральным порошком до полного затвердевания силикатного вяжущего и образования сплошной твердой корки из силикатно-минерального материала на поверхности упомянутых гранул.
Полученные полистирол-силикатные минерализованные гранулы подвергаются сушке, обработке водным раствором кремнефтористого натрия, являющегося отвердителем силикатного вяжущего, и подвергаются дальнейшей обработке до получения полых сфер из силикатно-минерального материала.
Наличие в смесителе шнекового устройства с прорезью в нижней части его корпуса и трубки, пропущенной через вал шнекового устройства для откачивания воздуха и подачи в пространство смесительного барабана углекислого газа, обеспечивает технический результат полезной модели - получение быстротвердеющих полистирол-силикатных минерализованных гранул за счет перемешивания предварительно покрытых силикатным вяжущим вспененных полистирольных гранул с минеральным порошком при вакуумировании и последующей обработке углекислым газом для быстрого затвердевания силикатного вяжущего.
Так достигается технический результат полезной модели, заключающийся в получении быстротвердеющих полистирол-силикатных минерализованных гранул за счет подачи шнековым устройством вспененных, предварительно покрытых силикатным вяжущим полистирольных гранул в пространство барабана при одновременном перемешивании с минеральным порошком и их обработке углекислым газом для быстрого затвердевания силикатного вяжущего.