УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ КОМПОНЕНТОВ ГЕЛЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИТА
DEVICE FOR MIXING COMPONENTS OF GEL ELECTROLYTE

Изобретение относится к устройствам для перемешивания и используется при приготовлении электролита в виде геля, применяемого для заправки свинцово-кислотных аккумуляторов.
Известно устройство для перемешивания твердых и жидких компонентов (патент RU 2 283 170 С1), содержащее емкость, смонтированную на подставке рамы, и мешалку с приводом, которая установлена на стойке рамы и жестко не связана с емкостью. Вал мешалки проходит в емкость через центральное отверстие в крышке. Система управления позволяет изменять обороты мешалки и обеспечивает задаваемые режимы смешивания.
Устройство является простым и надежным, однако оно не обеспечивает эффективное перемешивание приготавливаемой смеси. В известном устройстве используется только одна мешалка и, соответственно, имеется только один привод с одним типом рабочих лопастей, который, даже при наличии регулятора частоты, не обеспечивает одновременно смешивание при введении компонентов (на низких оборотах мешалки) и дисперсионное распределение смеси (на высоких оборотах мешалки). Более того, при низких оборотах мешалки потеря мощности на приводе высокооборотной мешалки может достигать 75% в зависимости от заданной нагрузки, что неприемлемо при приготовлении (смешивании компонентов) геля для заправки аккумуляторов. Другой недостаток устройства обусловлен неравномерным перемешиванием компонентов смеси: сухих наполнителей и раствора серной кислоты в объеме мешалки, что снижает электропроводность электролита и его текучесть, а это, в свою очередь, затрудняет пропитку электролитом пористых деталей аккумулятора и снижает электрическую емкость последнего.
Известно устройство для перемешивания (авт. св. SU 1792731 А1 - ближайший аналог, БИ №5, 1993 г.), содержащее емкость с расположенным внутри диффузором, снабженным мешалкой пропеллерного типа. Приводной вал мешалки проходит в диффузор через центр верхней крышки емкости. В верхней части диффузора имеются отверстия для всасывания раствора, что обеспечивает хорошее перемешивание раствора с сухим наполнителем.
Недостаток известного устройства состоит в том, что введение сухих гелеобразующих компонентов в раствор затруднено. Это обусловлено тем, что размеры отверстий в диффузоре ограничены и не обеспечивают свободное беспрепятственное проникновение (истечение) сухого наполнителя в раствор. В результате, в случае приготовления гелевого электролита для аккумуляторов, не достигается эффективное перемешивание раствора серной кислоты с загустителями и компонентами, улучшающими электропроводность электролита и, как следствие, ухудшается пропитка электролитом пористых элементов аккумуляторов и снижается электрическая емкость самого аккумулятора.
Задачей предлагаемого изобретения является достижение равномерного распределения сухих компонентов в объеме электролита и улучшение его текучести в пространстве аккумулятора за счет оптимизации режима перемешивания компонентов электролита путем применения мешалок с различными скоростями вращения и конфигурацией рабочих лопастей.
Техническая задача решается путем создания устройства для перемешивания жидкого вещества и твердого вещества, содержащего бак, в котором расположена высокооборотная лопастная мешалка, отличающегося тем, что в бак дополнительно под углом устанавливают низкооборотную мешалку. Применение двух конструктивно отличающихся между собой мешалок позволяет улучшить электропроводность электролита и повысить степень пропитки электролитом пористых элементов аккумулятора, а значит и электрическую емкость самого аккумулятора.
Устройство предназначено для приготовления электролита в виде геля и последующей его заправки в аккумуляторы. Схема заявляемого устройства представлена на фиг. 1. Устройство включает бак 1, размещенный внутри опорной конструкции 8. В верхней части бака вертикально установлена высокооборотная мешалка 2 с приводом 3, под углом к ней расположена низкооборотная шнековая мешалка 4 с приводом 6. В верхней части бака также размещено окно 5 для подачи сухих компонентов электролита. Внутри бака смонтирован теплообменник 7. Вверху бака установлен патрубок для подачи раствора серной кислоты, а внизу бака - патрубок для отвода гелевого электролита.
Важной особенностью устройства является особая конфигурация рабочих лопастей мешалок. На низкоборотной мешалке 4 лопасти выполнены в виде шнекового винта и подобраны таким образом, чтобы обеспечить эффективное внедрение сухих компонентов в раствор серной кислоты, а конфигурация лопастей высокооборотной мешалки 2 позволяет обеспечить максимально быстрое растворение загустителя в растворе кислоты за счет того, что лопасти имеют выборку специальной формы. Форма лопастей высокооборотной мешалки приведена на фиг. 2.
Для оценки эффективности работы заявляемого устройства применена установка, схема которой приведена на фиг. 3.
Основой гелевого электролита является раствор серной кислоты, в который вводится загуститель и вещества, повышающие его электропроводность. Приготовление геля осуществляется в автоматическом режиме. Оборудованием технологической линии управляет программируемый логический контроллер, смонтированный в электрическом шкафу. Наличие частотно-регулируемых приводов в составе системы управления позволяет адаптировать процесс в зависимости от исходных свойств вводимых веществ. Оборудование технологической линии смонтировано на пространственной раме и включает емкости А, Б, В, Г, установленные на опорные площадки 10 и соединенные между собой трубопроводами. Во всех емкостях установлены теплообменники, обеспечивающие заданные значения температур растворов серной кислоты и гелевого электролита.
Емкость В является основным элементом установки и представляет заявляемое устройство для перемешивания компонентов гелевого электролита, оснащенное высокооборотной мешалкой 2 с приводом 3 и низкооборотной шнековой мешалкой 4 с приводом 6. Процесс, протекающий в емкости Г, препятствует преждевременному загущению готового геля, для чего в емкости размещена мешалка с приводом 9.
Приготовление геля начинается в стационарной емкости А. При охлаждении раствора серной кислоты в емкости А до заданной температуры с панели управления запускают цикл приготовления геля путем открытия клапана между емкостями А и Б. Раствор серной кислоты самотеком перетекает в весовую емкость Б. После слива заданного количества раствора клапан закрывают. Далее открывают клапан между емкостями Б и В, вследствие чего взвешенный раствор серной кислоты перетекает в емкость В. После закрытия клапана в емкость В вводят компоненты, улучшающие электропроводность. В процессе введения компонентов включают привод 6 шнековой низкооборотной мешалки 4. После введения компонентов смесь перемешивают до полного растворения компонентов. Затем через загрузочное окно емкости В вводят загуститель, при этом привод 3 высокооборотной мешалки 2 останавливают, а привод 6 низкооборотной мешалки 4 продолжает работать. После завершения введения загустителя включают привод 3 высокооборотной мешалки, а привод 6 низкооборотной мешалки останавливают. Процесс окончательного перемешивания производится при помощи высокооборотной мешалки 2 в течение нескольких минут до полного равномерного распределения загустителя в растворе.
После завершения окончательного перемешивания привод 3 высокооборотной мешалки 2 останавливают и в цикле возникает пауза для определения параметров готового геля. В случае неудовлетворительных показателей качества готового геля можно либо произвести дополнительное интенсивное перемешивание с помощью
высокооборотной мешалки, либо произвести корректировку рецепта за счет ввода сухих наполнителей с последующим перемешиванием.
Экспериментальные данные по изменению температуры, вязкости и времени приготовления электролита приведены в табл. 1, 2, 3.
Из анализа данных, приведенных в табл. 1-3, можно сделать выводы, что предлагаемое устройство позволяет обеспечить:
- выравнивание температуры в объеме приготавливаемого раствора до заданного значения (например, 10°С) в течение 25 мин., т.е. в 1,6 раза быстрее, чем в прототипе,
- заданную вязкость электролита, достигаемую в течение 15 мин., в то время как в устройстве с одной высокооборотной мешалкой (прототип) для достижения того же результата потребуется 20 мин., а в устройстве с одной низкооборотной мешалкой и того больше-75 мин.,
- сокращение общего времени приготовления электролита со 100 до 60 мин.
Улучшение перечисленных показателей заявляемого устройства свидетельствует о повышении эффективности перемешивания раствора серной кислоты с загустителями и корректирующими компонентами, что способствует увеличению электропроводности электролита и в итоге улучшает степень пропитки пористых деталей аккумуляторов.
Если, при температуре геля, равной 10°С, наблюдается практически 100%-ное заполнение аккумулятора гелем (срок службы аккумулятора - 8 лет), то при температуре геля - 20°С заполнение в среднем не превышает 90% и срок службы аккумулятора сокращается до 7 лет. При приведенных значениях температур (табл. 1) наблюдается строгая корреляция, близкая к линейной, со сроком службы.
Технические решения, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения, не выявлены, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизна».
Заявляемые существенные признаки изобретения, предопределяющие получение вышеописанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «изобретательский уровень».
Поскольку предлагаемое изобретение обеспечивает технический результат, выражающийся в достижении равномерного распределения сухих компонентов в объеме электролита и улучшения его текучести в пространстве аккумулятора, то можно сделать вывод, что изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».