УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВИРОВАННОЙ СУСПЕНЗИИ

Полезная модель относится к технологии получения суспензии с ее одновременной активацией (измельчением твердой фракции) и может быть использована в строительстве, производстве строительных материалов, угольной энергетике, а также других отраслях, где используются суспензии.
Из уровня техники известно устройство для получения активированной суспензии, включающее смесительную камеру, камеру помола, в которой установлен двухроторный измельчитель, и перекачивающий насос (патент РФ №2301707, 27.06.2007). В данном устройстве, выбранном в качестве ближайшего аналога, реализуется циклический процесс измельчения суспензии до получения требуемых параметров твердых частиц.
Недостатком известного устройства является его малая производительность и низкая степень гомогенизации суспензии.
Задачей полезной модели является устранение недостатков аналога.
Технический результат полезной модели заключается в повышении эффективности измельчения твердых частиц суспензии.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для приготовления активированной суспензии включает последовательно соединенные накопительную емкость для смешивания твердого и жидкого компонентов, центробежный насос для разгона полученной смеси, разгонную камеру с соплом и помольную камеру с установленной в ней по меньшей мере одной бронепластиной для измельчения твердого компонента суспензии, при этом помольная камера через отводной патрубок соединена с входом накопительной емкости.
Кроме того, указанный технический результат достигается в частных вариантах реализации полезной модели, за счет того, что:
- в помольной камере установлена одна бронепластина с возможностью изменения ее положения в горизонтальной и/или вертикальной плоскости, а также угла наклона относительно оси сопла разгонной камеры, и ее фиксации в требуемом положении,
- в помольной камере размещено несколько бронепластин, закрепленных на роторе,
- помольная камера снабжена загрузочной горловиной для твердого компонента, при этом ротор с бронепластинами размещен в помольной камере с обеспечением при его вращении первичного размола твердого компонента бронепластинами и измельчения твердого компонента в суспензии, подаваемой из разгонной камеры,
- в корпусе центробежного насоса выполнен разгрузочный патрубок для извлечения активированной суспензии,
- накопительная емкость снабжена загрузочной горловиной,
- накопительная емкость снабжена штуцером для подачи сжатого воздуха.
В отличие от аналогов в заявленном устройстве измельчение твердого компонента осуществляется путем разгона суспензии в разгонной камере и ее соударения с бронепластиной в камере помола. При этом камера помола соединена с накопительной емкостью с образованием замкнутого контура для циклической обработки суспензии до достижения требуемых размеров твердых частиц. В результате повышается эффективность измельчения твердого компонента суспензии, обеспечивается нагрев суспензии, повышается степень гомогенизации смеси.
Полезная модель поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 показан первый вариант реализации заявленного устройства,
на фиг. 2 показан второй вариант реализации заявленного устройства,
на фиг. 3 показаны фотографии под микроскопом суспензий, полученных ручным смешиванием (а), смешиванием с помощью дрели-миксера (б) и с помощью заявленного устройства (в).
Заявленное устройство (фиг. 1, 2) включает следующие последовательно соединенные элементы: накопительную емкость (1) для смешивания твердого и жидкого компонентов, центробежный насос (2) для подачи и разгона полученной смеси, разгонную камеру (3) и помольную камеру (4). При этом помольная камера (4) через отводной патрубок (5) соединена с входом накопительной емкости (1) с образованием замкнутой системы для циклического измельчения твердого компонента (твердых частиц) суспензии до получения требуемых размеров.
Накопительная емкость (1) снабжена загрузочной горловиной (6) с люком для герметичного задраивания, а также штуцером (7) для подачи воздуха для получения избыточного давления в системе. В корпусе насоса выполнен разгрузочный патрубок (8) для выгрузки готовой суспензии.
Разгонная камера (3) выполнена в виде трубчатой полости с соплом на конце, направленным в помольную камеру (4).
В помольной камере (4) установлена по меньшей мере одна бронепластина (9).
В одном варианте реализации (фиг. 1) в камере (4) установлена одна бронепластина (9), имеющая возможность перемещения в вертикальной и/или горизонтальной плоскости, изменения угла наклона относительно оси сопла разгонной камеры и фиксации в требуемом положении. При этом в процессе работы устройства бронепластина (9) неподвижна.
В другом варианте реализации (фиг. 2) устройство содержит несколько бронепластин (9), закрепленных на роторе (10). При этом в данном варианте помольная камера (4) может быть также снабжена дополнительной загрузочной горловиной (11) для твердого компонента с герметичной заслонкой. Ротор (10) с бронепластинами (9) размещен в помольной камере (4) таким образом, что при его вращении будет происходить первичный размол подаваемого через горловину твердого компонента при его столкновении с бронепластинами (9) и последующее измельчение твердого компонента в суспензии, подаваемой из разгонной камеры (3). При этом обеспечится увеличение силы удара струи суспензии о вращающиеся во встречном направлении со значительной линейной скоростью бронепластины (9) ротора (10) вследствие сложения скоростей ротора (10) и струи суспензии. Данный вариант наиболее предпочтителен для размола твердой фракции с размером частиц 6-100 мм. Бронепластина может быть изготовлена из легированной стали либо другого материала с близкими ей свойствами.
Устройство работает следующим образом.
Для первого варианта конструкции предварительно бронепластину (9) устанавливают в требуемое положение путем изменения ее положения и угла наклона. Положение бронепластины (9) подбирается в зависимости от характеристик обрабатываемого материала и требуемых выходных параметров суспензии. В накопительную емкость (1) при закрытом патрубке (8) подают жидкий компонент (воду) и включают двигатель центробежного насоса (2). После начала циркуляции через загрузочную горловину (6) в накопительную емкость (1) загружают твердую фракцию (твердый компонент), измельченную до размера 6-8 мм, после чего горловину (6) задраивают. В разгонной камере (3) полученную смесь жидкого и твердого компонентов (суспензию) разгоняют до скорости 170-300 м/с и в помольной камере (4) соударяют с бронепластиной или бронепластинами (9), в результате чего происходит измельчение твердой фракции. Данной скорости струи достаточно для решения большинства задач, но при необходимости этот параметр может быть изменен в любую сторону путем изменения параметров (сечений) разгонной камеры (3) или скорости вращения центробежного насоса. Далее, по отводному патрубку (5) суспензия попадает обратно в накопительную емкость (1). Таким образом, осуществляют циклическую обработку суспензии при ее циркуляции по упомянутому контуру. При этом время обработки определяется достижением заданных параметров суспензии, родом твердой фракции и его начальным гранулометрическим составом. После завершения процесса открывают разгрузочный патрубок (8) и выгружают активированную суспензию для дальнейшего использования в соответствии с технологическим процессом. При необходимости через штуцер (7) во внутреннюю полость емкости (1) подают сжатый воздух для получения избыточного давления в системе. Избыточное давление способствует уменьшению расслаивания струи после выхода ее из разгонной камеры (3) и увеличению силы удара о бронепластину (9). Также избыточное давление упрощает процесс выгрузки готовой суспензии из разгрузочного патрубка (8) и снижает кавитационный порог центробежного насоса. В случае, когда для обработки суспензии необходим кавитационный эффект, используется вакуумный насос. Снижение давления приводит к понижению температуры кипения жидкости и, как следствие, к повышенной кавитации как в центробежном насосе, так и в помольной камере.
В случае второго варианта конструкции (фиг. 2) твердую фракцию загружают через дополнительную горловину (11), при этом происходит первичное измельчение частиц до их попадания в накопительную емкость (1). В остальном процесс работы устройства аналогичен первому варианту.
Далее в качестве примера использования устройства рассмотрена технология приготовления бетонной смеси.
1. По описанной технологии приготавливают суспензию из дозированных в требуемой пропорции воды и вяжущего вещества, способного к гидратации (цемент, граншлак, клинкер с гипсом и пр.). В процессе работы устройства происходит необходимое измельчение вяжущего вещества, активация и гомогенизация до образования однородной суспензии (цементного теста).
2. Цементное тесто подают в бетоносмеситель и замешивают с заполнителями.
В таблице 1 приведены результаты смешивания и их сравнение с технологией ручного смешивания суспензии, а также смешивания при помощи дрели-миксера.
На фиг. 3 показаны фотографии суспензии под микроскопом, полученные ручным смешиванием (а), смешиванием с помощью дрели-миксера (б) и заявленным способом (в). Результаты показывают, что в отличие от традиционных технологий в заявленном способе осуществляется измельчение твердой фракции суспензии, а кроме того, полученная суспензия обладает лучшей степенью гомогенизации.
При получении суспензии с помощью предлагаемого устройства достигается повышение степени активации бетонной смеси, темпов твердения, снижение расхода вяжущего вещества и затрат на приготовление бетонной смеси за счет исключения из технологического процесса тонкого помола клинкера на цементных производствах и хранения непосредственно цемента во влагозащищенных хранилищах до момента использования.
Аналогично процессу приготовления цементного теста готовятся буровые и иные специальные растворы, при приготовлении которых требуются диспергация и гомогенизация.
Предлагаемое устройство может быть использовано:
- при производстве бетонных смесей и изделий из них,
- при производстве ячеистых бетонов,
- для приготовления и утяжеления буровых растворов,
- для приготовления водоугольного и водоторфного топлива.
Таким образом, в заявленном устройстве происходит интенсивное измельчение твердого компонента с активацией и нагревом. Фактически осуществляется тонкий помол твердого компонента совместно с интенсивной гомогенизацией. Регулируя скорость струи суспензии посредством изменения оборотов центробежного насоса, зазора между соплом разгонной камеры и бронепластиной можно с высокой точностью получить требуемые параметры обработки суспензии. Использование ротора для предварительного измельчения крупной фракции позволяет проводить одностадийное приготовление суспензий. Предлагаемое устройство отличается простотой, высокой производительностью и эффективностью, обусловленной отсутствием мелющих тел и быстроизнашивающихся деталей, а также возможностью управления степенью измельчения.