СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF PREPARING CONCRETE MIXTURES AND INSTALLATION FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к смесителям и предназначено для применения в строительной индустрии для приготовления бетонных смесей, таких как пенобетона и полистиролбе-тона, а также иных мелкозернистых бетонных смесей и их подачи к месту назначения.
Известен передвижной смеситель СБ-113 (К.М. Королев, Передвижные бетоно-растворосмесители и бетононасосные установки, Москва, «Высшая школа», 1986). Смеситель предназначен для приготовления бетонных смесей и строительных растворов. Установка включает смонтированную на тележке вертикально установленную чашу с электроприводом. В чаше помещен ротор с лопастями. Смеситель снабжен разгрузочным устройством и пультом управления. На роторе концентрично закреплен нижний конец вертикального вала, на котором с целью повышения производительности установки и улучшения качества смешивания установлены лопатки. Второй конец вала не закреплен. Ротор, вращаясь против часовой стрелки, отбрасывает смесь лопастями к стенкам чаши, откуда смесь поднимается по спирали и затем под действием силы тяжести возвращается к ротору и вновь вовлекается в движение.
Недостаток смесителя подобной конструкции заключается в том, что для увеличения ее вместимости и производительности чашу нельзя делать длинномерной (с высокими бортами). Связано это с тем, что увеличение высоты бортов влечет за собой увеличение длины вертикального вала с лопатками, а увеличение длины вала в свою очередь приводит к увеличению осевых биений и дисбалансу всего смесителя. Чтобы уменьшить биения, придется увеличить диаметр вала и заключить ее верхний конец в подшипниковую систему. Производительность установки можно повысить и другим путем - повышением числа оборотов ротора (в существующих установках оно составляет максимум 300 об/мин) или же изменением соотношения вода/цемент, то есть, уменьшением вязкости смеси за счет увеличения количества воды в единице объема. При этом увеличится подвижность бетонной смеси и сократится цикл приготовления одного замеса. Но из литературы известно (Ю.М. Баженов, Технология бетона, Москва, 2002 г.), что повышение подвижности смеси одним лишь увеличением содержания в ней воды (водопотребности) при неизменности составляющих материалов и их соотношения может нарушить связность, вызвать отделение воды и расслоение смеси. Отделившаяся вода как наиболее легкий компонент в бетоне поднимается вверх, размещается на открытой верхней поверхности уложенной бетонной смеси и, насыщая этот верхний слой, делает его наиболее рыхлым и слабым местом в конструкции. Каждый лишний процент воды, сверх обеспечивающей водопотребности цемента снижает прочность бетонной смеси на 1-3%, а морозостойкость на 5-15%.
На этом же принципе работы основана конструкция виброгазобетоносмесителя типа СМС-40Б (В.И. Большаков, Производство изделий из ячеистого бетона по резательной технологии, Днепропетровск, «Пороги», 2003). В корпусе смесителя расположен ротор и вертикальный вал с перемешивающими лопатками. Один конец вала соединен с приводом, а второй конец вала безопорный. Смесителю присущи те же недостатки, что и смесителю СБ-113.
Известна установка для приготовления пенобетона аэрированием (патент RU 2252868), по сути представляющая собой баросмеситель. Установка включает в себя смонтированный на колесах длинномерный корпус, установленный под углом к горизонту. Корпус снабжен загрузочным люком и штуцером подачи сжатого воздуха. На дне корпуса помещен ротор с лопастями, приводимый в действие электроприводом, а также разгрузочный патрубок с вентилем. Управление установкой осуществляется с пульта управления, на котором установлена контрольно-измерительная аппаратура. Конструкция снабжена системой подачи сжатого воздуха и водопитания. На дне баросмесителя вокруг его ротора в пазу размещен эластичный элемент с обратимой деформацией (шланг), в котором сделаны микроотверстия. Через микроотверстия в полость баросмесителя подается сжатый воздух для аэрирования раствора.
Недостаток установки заключается в том, что с ее помощью можно приготовить только пенобетон и строительные растворы, но нельзя приготовить бетонные смеси (например, с щебенкой), т.к ротор, размещенный на дне длинномерного корпуса смесителя, не способен обеспечить циркулирование (перемешивание) тяжелой бетонной смеси по всему его объему.
Наиболее близким аналогом является баросмеситель для приготовления пенобетона, бетонных смесей и строительных растворов (патент RU 2348520, опубл.: 10.03.2009.), включающий смонтированный на колесах корпус, установленный под углом к горизонту, ротор с лопастями, электропривод, пульт управления, систему подачи сжатого воздуха и водопитания, штуцер подачи сжатого воздуха, разгрузочный патрубок, эластичный элемент с обратимой деформацией с микроотверстиями, отличающийся тем, что над ротором соосно установлен разделитель потоков, прикрепленный к корпусу укосинами и представляющий собой тонкостенное тело вращения, а между разделителем потоков и ротором соосно установлена обечайка с лопатками, прикрепленная к ротору. В прототипе описана установка для приготовления бетонных смесей, включающая смонтированный на колесах бак смесителя, в верхней зоне которого расположен загрузочный люк, двигатель, ротор с лопастями, установленными на валу, пульт управления, систему подачи сжатого воздуха и водопитания, штуцер подачи сжатого воздуха, разгрузочный патрубок.
Прототип также описывает способ приготовления бетонных смесей, характеризующийся использованием бака смесителя, внутри которого обеспечивается возможность формирования повышенного атмосферного давления, системой подачи сжатого воздуха и водопитания, причем у основания бака расположен ротор с лопастями, установленными на валу, вращение которого задают с помощью двигателя, а в процессе приготовления смеси загружают требуемое количество воды и пенообразователя, запускают привод смесителя, загружают требуемое количество песка и цемента, закрывают люк и обеспечивают давление внутри бака смесителя, ведут перемешивание смеси до готовности, затем останавливают привод смесителя и выгружают смесь через дисковый затвор по трубопроводу до места укладки смеси.
Технической проблемой прототипа и других известных аналогов являются следующие. При использовании известных смесителей приготавливается раствор - пенобетон и полистиролбетон недостаточно высокой однородности по объему, либо для достижения таких показателей требуется много времени на замешивание.
Время перемешивания смеси зависит от плотности приготавливаемого раствора (пенобетона или полистиролбетона).
При перемешивании раствора в смесителе легкие фракции - пена образованная пенообразователем и гранулы полистирола оседают на краях, что не обеспечивает равномерное упорядоченное перемешивание смеси с образованием "мертвых зон" внутри смесителя.
Все известные смесители сложны в разборке и ремонте. Замена и извлечение лопастей, вала двигателя, сопряжены с необходимостью полного извлечения самого двигателя. В известных смесителях двигатель расположен у основания бака смесителя, что влияет на снижение его срока службы за счет резких нагрузок на вал двигателя и вибраций.
Задачей изобретения является устранение указанных технических проблем.
Технический результат изобретения заключается в том, что:
- при использовании смесителя приготавливается раствор - пенобетон и полистиролбетон;
- время перемешивания смеси не зависит от плотности приготавливаемого раствора (пенобетона или полистиролбетона);
- при перемешивании раствора обеспечивается равномерное упорядоченное перемешивание смеси, без "мертвых зон" внутри смесителя;
- достигается простота и доступность замены лопастей и вала двигателя без извлечения самого двигателя;
- обеспечивается повышенный срок службы двигателя.
Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен способ приготовления бетонных смесей, характеризующийся использованием бака смесителя, внутри которого обеспечивается возможность формирования повышенного атмосферного давления, системой подачи сжатого воздуха и водопитания, причем у основания бака расположен ротор с лопастями, установленными на валу, вращение которого задают с помощью двигателя, а в процессе приготовления смеси загружают требуемое количество воды и пенообразователя, запускают привод смесителя, загружают требуемое количество песка и цемента, закрывают люк и обеспечивают давление внутри бака смесителя 1,5-16 атмосфер, ведут перемешивание смеси до готовности, затем останавливают привод смесителя и выгружают смесь через дисковый затвор по трубопроводу до места укладки смеси, отличающийся тем, что вращение смеси осуществляют с помощью двигателя, вал которого и вал вращения ротора с лопастями располагают не на одной оси и связывают вал вращения ротора и вал двигателя клиноременной передачей, а верхнюю часть вала ротора помещают внутри втулки так, чтобы длина корпуса вала составляла не менее 1/3 длины втулки, где последнюю жестко фиксируют к корпусу бака смесителя.
Дополнительно, при приготовлении полистиролбетона засыпают гранулы полистирола по верхний край горловины смесителя.
Предпочтительно, двигатель располагают снаружи бака смесителя и закрепляют к корпусу бака смесителя.
Предпочтительно, обеспечивают давление внутри бака смесителя не менее 1,5 атмосфер.
Также заявлена установка для приготовления бетонных смесей, включающая смонтированный на колесах бак смесителя, в верхней зоне которого расположен загрузочный люк, двигатель, ротор с лопастями, установленными на валу, пульт управления, систему подачи сжатого воздуха и водопитания, штуцер подачи сжатого воздуха, разгрузочный патрубок, отличающаяся тем, что вал вращения двигателя и вал вращения ротора с лопастями расположены не на одной оси и связаны через шкивы клиноременной передачей, причем двигатель расположен снаружи бака смесителя и закреплен к корпусу бака смесителя, а верхняя часть вала ротора помещена внутри втулки, которая закреплена к корпусу бака смесителя, где длина втулки составляет не менее 1/3 длины самого вала.
Допустимо, что люк расположен под углом, относительно плоскости горизонта. Допустимо, что верхняя и/или нижняя части корпуса бака смесителя выполнены в форме усеченного конуса.
Допустимо, что с целью снижения нагрузки на колеса, последние зафиксированы через трапециевидные профили, закрепленные к наклонной части корпуса бака смесителя. Допустимо, что внутри бака смесителя у его основания размещены гидродинамические крылья, выполненные в виде пластин, расположенных под уклоном относительно плоскости стенок, к которым они закреплены.
Допустимо, что гидродинамические крылья установлены под углом в пределах 40°-55°.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 показано устройство смесителя в разрезе.
На Фиг. 2 показана часть внутреннего пространства бака смесителя в зоне ротора с лопастями.
На Фиг. 3 показано колесо смесителя (из Фиг. 1 элемент А) крупным планом.
На чертежах: 1 - Гидродинамический бак смесителя. 2 - Втулка (корпус вала ротора). 3 - Вал ротора. 4 - Шкив вала ротора. 5 - Шкив вала двигателя. 6 - Лопасти. 7 - Гидродинамические крылья. 8 - Загрузочный люк с системой уплотнения. 9 - Система фиксации люка (струбцины). 10 - Электродвигатель с платформой. 11 - Патрубок выгруженного отверстия с дисковым затвором. 12 - Устройство подачи воды с шаровым краном. 13 - Устройство подачи воздуха с манометром. 14 - Опорная платформа двигателя. 15 - Электрический щит управления. 16 - Ремень привода. 17 - Упорнорадиальный подшипник (система защиты подшипников корпуса вала ротора). 18 - Колесо. 19 - Металлический кожух. 20 - Узел соединения платформы двигателя и втулки (корпуса вала ротора). 21 - Основание бака смесителя изнутри. 22 - трапециевидный профиль. 23 - Узел крепления колеса. 24 - Ось колеса.
Осуществление изобретения
Изобретение реализуется способом приготовления бетонных смесей, характеризующимся использованием бака смесителя, внутри которого обеспечивается возможность формирования повышенного атмосферного давления, системой подачи сжатого воздуха и водопитания, причем у основания бака расположен ротор с лопастями, установленными на валу. Вращение вала задают с помощью двигателя.
В процессе приготовления смеси загружают требуемое количество воды и пенообразователя, запускают привод смесителя, загружают требуемое количество песка и цемента, закрывают люк и обеспечивают давление внутри бака смесителя, ведут перемешивание смеси до готовности, затем останавливают привод смесителя и выгружают смесь через дисковый затвор по трубопроводу до места укладки смеси.
Дополнительно, при приготовлении полистиролбетона засыпают гранулы полистирола по верхний край горловины смесителя.
Новым является то, что вращение смеси осуществляют с помощью двигателя, вал которого и вал вращения ротора с лопастями располагают не на одной оси и связывают вал вращения ротора и вал двигателя клиноременной передачей, а верхнюю часть вала ротора помещают внутри втулки так, чтобы длина корпуса вала составляла не менее 1/3 длины втулки, где последнюю жестко фиксируют к корпусу бака смесителя. Предпочтительно, двигатель располагают снаружи бака смесителя и закрепляют к корпусу бака смесителя.
Давление внутри бака смесителя желательно обеспечивать не менее 1,5 атмосфер. Способ может быть реализован, например, посредством установки (см. Фиг. 1) для приготовления бетонных смесей, включающей смонтированный на колесах 18 бак 1 смесителя, в верхней зоне которого расположен загрузочный люк 8, также включающий двигатель 10, ротор с лопастями 6, установленными на валу ротора 3, пульт управления, систему подачи сжатого воздуха и водопитания, штуцер подачи сжатого воздуха, разгрузочный патрубок 11.
Новым является то, что вал вращения двигателя 10 и вал вращения ротора 3 с лопастями 6 расположены не на одной оси и связаны через шкивы 4 и 5 клиноременной передачей, причем двигатель 10 расположен снаружи бака 1 смесителя и закреплен к корпусу бака 1 смесителя, а верхняя часть вала ротора 3 помещена внутри втулки 2, которая закреплена к корпусу бака 1 смесителя, где длина втулки 2 (корпуса вала ротора) составляет не менее 1/3 длины самого вала 3.
Когда люк 8 расположен под углом, это обеспечивает удобство загрузки тем, что снижает число брызг в лицо оператора в процессе загрузки.
С целью снижения нагрузки на колеса 18 и облегчение тем самым перемещения смесителя, верхняя и/или нижняя части корпуса бака смесителя выполняются в форме усеченного конуса. При этом, колеса 18 фиксируют на оси 24 узлами крепления 23 через трапециевидные профили 22 (см. Фиг. 3), закрепленные к наклонной части корпуса бака 1 смесителя.
У основания 21 бака 1 смесителя (см. Фиг. 2) могут быть размещены гидродинамические крылья 7, выполненные в виде пластин, расположенных под уклоном относительно плоскости стенок, к которым они закреплены.
Гидродинамический бак 1 смесителя может быть изготовлен из листового металла не менее 5 мм. Дно гидродинамического бака - из листового металла не менее 10 мм. Бак 1 может быть выполнен в форме усеченного конуса внизу с углом 36° и усеченного конуса вверху с углом в 21°, а также установлен на металлическую платформу или колеса 18 (см. Фиг. 3). Внутри бака гидродинамические крылья 7 могут быть установленные под углом в пределах 40°-55°. Данный угол крыльев подобран опытным путем и обеспечивает оптимальное перемешивание.
Корпус вала ротора (втулка 2) изготавливается, например, из цельной трубы диаметром 127 мм. Сам вал ротора 3 изготавливается, например, из стали 40Х с биением вала к - 0,02 мм. Число оборотов на валу достигается не менее 950 об/мин и не более 1100 об/мин. Люк приваривается к верхнему конусу под углом 5-7°.
Система клиноременной передачи вращения от двигателя 10 к валу ротора 3 реализуют через шкивы 4 и 5, соответственно, на которые натягивают ремень 16. Соосность шкивов 4 и 5 обеспечивают в пределах ±1 мм, без перекоса.
Лопасти 6 извлекаются вместе с извлечением вала, что обеспечивает простоту и доступность замены и тех, и других. А сам вал ротора 3 в виду того, что не связан с двигателем 10, легко извлекается после освобождения шкива 5 вала ротора 3 от ремня 16. Длина втулки 2 (корпуса вала ротора) составляет не менее 1/3 длины самого вала. Это важно с той целью, чтобы обеспечить большую надежность работы вала ротора 3, поскольку чем больше длина втулки 2, тем надежнее рычаг стабильного удержания вала ротора 3 внутри втулки 2 без вибраций и нагрузок на подшипники, на которых зафиксирован вал ротора 3.
За счет расположения вала двигателя 10 удаленным от лопастей 6, осуществляющей замес бетонов, обеспечивается повышенный срок службы двигателя, который не зависит от вибраций и нагрузок на вал ротора 3.
Заявленный смеситель относиться к типу турбулентно-конвекционных смесителей, работающий под высоким давлением до 3 атм.
3
Конструкция смесителя позволяет приготавливать как легкие бетоны (пенобетон, поли-стиролбетон) в широком диапазоне плотности от 200 кг/куб.м. до 1200 кг/куб.м., так и мелкозернистые бетонные смеси до 1350 кг/м. Смесь пенообразователя с водой затягивается вниз, а тяжелая смесь цемента и песка поднимается вверх. Предпочтительное рабочее технологичное давление - 1,5-3 атм.
Крепление входного загрузочного люка 8 может быть реализовано посредством струбцин 9, а также специальной системы уплотнения, которая выдерживает давление до 16 атм. Механизм удерживания люка - поворотно-амортизационный. Крепления двигателя 10 к корпусу установки устроено таким образом, чтобы исключить разрывные нагрузки металла и сварочных швов.
Патрубок 11 выгрузного отверстия выполнен снизу бака 1 смесителя и смонтирован таким образом, чтобы обеспечить максимальную выгрузку готового раствора. Перемешивание в смесителе идет упорядочение, вращение вала для приготовления пенобетона - по часовой стрелке, а для приготовления полистиролбетона и тяжелых поризованных смесей - против часовой.
Тяжелый раствор подымается наверх по стенкам смесителя, а вода с пеной лопастями 6 затягивается вниз.
Лопасти 6 имеют размер пропорционально объему и диаметру смесителя, угол нижнего конуса 36°, имеющую конструкцию пирамиды с 4 гранями.
Внутри гидродинамического бака смесителя 1 на его нижнем усеченном конусе могут быть установлены и закреплены к основанию симметрично по углом 40-55° по отношению к основанию 21 гидродинамические крылья 7, например, высотой 100 мм. Это позволяет максимально гомогенезировать приготавливаемую смесь - пенобетона или полистиролбетона.
Высота корпуса рассчитывается, так чтобы перемешивание было упорядоченным и без брызг. Высокое давление внутри бака 1 необходимо для связки воды, пены и цемента в растворе. За счет высоких оборотов и давления идет повышенная активация цемента. В случае приготовления раствора полистиролбетона на шариках полистирола цементно-песчанным раствор снимает полимерную пленку.
Клиноременная передача выставляется по лазерному уровню, чтобы исключить перекос ремней, тем самым увеличивает надежность смесителя. Усиленный корпус с подшипниками дает дополнительную надежность.
При скорости вращении вала с 950-1100 об./мин и давлении 1,5 атм. пенообразователь преобразовывается в пену на 95%.
При исполнении смесителя на колесах 18, двигатель 10 и привод отбалансированы так, что установку можно катить под наклоном в 15°.
Упорнорадиальный подшипник 17 увеличивает надежность конструкции вала ротора 3 смесителя при попадание камней под лопасти 6. Лопасти 6 обработаны износостойкими электродами Т-590 и отбалансированы.
Смеситель может быть укомплектован электрическим щитом управления 15 электромагнитным пускателем и термозащитой.
Для подачи воды используется патрубок 12 с шаровым краном. Манометр 13 расположен верхней части бака смесителя, что исключает засорение. Платформа 14 двигателя 10 смесителя изготавливается из металла не менее 16-20 мм, что исключает вибрацию и увеличивает надежность. Крепление двигателя 10 к корпусу бака 1 построено так, чтобы исключить разрывные нагрузки металла и швов. Втулка 2 (корпус вала ротора) может быть изготовлен толстостенной трубы, внизу основания вала смонтированы упорные косынки, которые играют роль теплоотводов и исключают перегрев подшипников. Дозатор воды устанавливается непосредственно рядом с установкой, что увеличивает производительность смесителя. Дно 21 гидродинамического бака смесителя может быть изготовлено из износостойкой стали толщиной не менее 10 мм. Угол наклона горловины люка 8 к конусу гидродинамического бака смесителя составляет 5°, что исключает во время работы смесителя попадание брызг на оператора. Выходной патрубок 11 изготовлен в дне гидродинамического бака напротив люка, чтобы максимально выгрузить из смесителя готовый раствор - пенобетона или полистиролбетона.
При использовании заявленного изобретения приготавливается раствор - пенобетон и полистиролбетон очень высокой однородности по объему за короткий промежуток времени - около 4 минут. Время перемешивания смеси не зависит от плотности приготавливаемого раствора (пенобетона или полистиролбетона).
При перемешивании раствора в смесителе конструкция лопастей 6 и гидродинамических крыльев 7 сконструирована таким образом, что легкие фракции - пена образованная пенообразователем и гранулы полистирола, затягиваются сверху вниз к центру нижней части гидродинамического бака смесителя, а тяжелые фракции - цемент и песок - снизу вверх по внутренним стенкам гидродинамического бака смесителя к его центру, тем самым происходит равномерное упорядоченное перемешивание смеси, без "мертвых зон" внутри смесителя.
Смеситель работает в следующем порядке:
1. Загружают требуемое количество воды и пенообразователя.
2. Запускают привод смесителя.
3. Загружают требуемое количество песка и цемента.
4. Дополнительно, при приготовлении полистиролбетона засыпают гранулы полистирола по верхний край горловины смесителя.
5. Закрывают люк 8 и набирают давление не менее 1,5 атм. в гидродинамический бак 1.
6. Перемешивают смесь не менее 4 минут для насыщения смеси воздухом.
7. Останавливают привод смесителя и выгружают смесь через патрубок 11 по трубопроводу до места укладки смеси.