Смеситель для приготовления сухой смеси

Полезная модель относится к области строительных и огнеупорных материалов, а именно к технологическому оборудованию для производства огнезащитных и футеровочных плит и блоков из вспученного вермикулита и силикатного вяжущего (жидкого стекла).
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 сухой смеси на основе вспученного вермикулита из его пространства невозможно откачать воздух и подать в него углекислый газ. Кроме того, конструкция указанного смесителя не предусматривает трубку для откачивания воздуха и подачи углекислого газа в пространство смесительного барабана.
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: смесительный барабан не герметичен, поэтому при приготовлении сухой смеси на основе вспученного вермикулита из него невозможно откачать воздух и подать в него углекислый газ. Кроме того, конструкция данного смесителя не предусматривает трубку для откачивания воздуха и подачи углекислого газа в смесительный барабан.
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, как и другие гравитационные смесители, 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 теми же недостатками. Смесительный барабан хотя и снабжен насадком, но он не герметичен, поэтому при приготовлении сухой смеси на основе вспученного вермикулита из него невозможно откачать воздух и подать в него углекислый газ. Кроме того, конструкция смесителя-прототипа так же не предусматривает трубку для откачивания воздуха и подачи углекислого газа в смесительный барабан.
Заявляемая полезная модель направлена на создание смесителя для приготовления сухой смеси из вермикулита с газонаполненными щелевидными порами и минерального порошка (каолина, доломитовой муки, и др.), которая является основой формовочной смеси для производства огнезащитных и футеровочных плит и блоков на основе силикатного вяжущего (жидкого стекла).
Технический результат полезной модели заключается в возможности вакууммирования смесительного барабана и последующего его заполнения углекислым газом для дальнейшего приготовления сухой смеси вермикулита с газонаполненными щелевидными порами с минеральным порошком, которая является основой формовочной смеси на основе силикатного вяжущего для производства огнезащитных и футеровочных плит и блоков.
Указанный технический результат достигается тем, что смеситель для приготовления сухой смеси, содержащий смесительный барабан, привод барабана, механизм поворота барабана, раму и насадок, закрепляемый на открытом конце барабана, согласно полезной модели, дополнительно содержит герметичный подшипниковый узел, выполненный в едином корпусе с коллектором, трубку, выведенную в пространство барабана через герметичный подшипниковый узел и соединенную с коллектором, содержащим два патрубка и управляемый обратный клапан, а насадок выполнен герметично закрывающимся.
Вермикулит обладает свойством адсорбировать газы. Благодаря герметичности барабана, обеспечиваемой  герметичным подшипниковым узлом, выполненным в едином корпусе с коллектором и герметичным насадком, и благодаря управляемому обратному клапану, из барабана через первый патрубок откачивают воздух, а затем через второй патрубок заполняют его углекислым газом, что обеспечивает газонаполненение щелевидных пор вспученного вермикулита. В процессе перемешивания вермикулита с газонаполненными щелевидными порами и минерального порошка образуется сухая смесь, которая является основой формовочной смеси для производства огнезащитных и футеровочных плит и блоков.
Далее в полученную смесь добавляют водный раствор силикатного вяжущего и растворенный в воде кремнефтористый натрий, являющийся отвердителем силикатного вяжущего. Компоненты перемешивают (в другом смесителе), полученной смесью заполняют форму, уплотняют ее и выдерживают в течение 8…12 минут при температуре 180…190 °С. За это время полимеризация (твердение) жидкого стекла завершается, чему способствует углекислый газ, адсорбированный вермикулитовыми зернами, ускоряющий твердение смеси.
Использование углекислого газа позволяет уменьшить количество дорогостоящего  кремнефтористого натрия и ускорить процесс формования огнезащитных и футеровочных плит и блоков.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели от прототипа является то, что смеситель для приготовления сухой смеси содержит герметичный подшипниковый узел, выполненный в едином корпусе с коллектором, трубку, выведенную в пространство барабана и соединенную с коллектором, содержащим первый и второй патрубки и управляемый обратный клапан, а насадок выполнен герметичным.
Наличие отличительных признаков доказывает соответствие заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».
На фиг. 1 показана схема смесителя для приготовления сухой смеси из вермикулита с газонаполненными щелевидными порами и минерального порошка.
Смеситель для приготовления сухой смеси, фиг. 1, содержит смесительный барабан 1, привод барабана 2, механизм поворота барабана относительно оси 3 (на фиг. 1 не показан), раму 4, герметично закрывающийся насадок 5, герметичный подшипниковый узел 6, выполненный в едином корпусе с коллектором 7, трубку 8, выведенную в пространство барабана через герметичный подшипниковый узел 6, соединенную с коллектором 7. Коллектор содержит первый патрубок 9, второй патрубок 10 и управляемый обратный клапан 11. Смесительный барабан 1 с лопастями 12 установлен на поворотной раме 13.
Смеситель для приготовления сухой смеси работает следующим образом. При открытом насадке 5 в барабан 1 с лопастями 12, установленный в горизонтальное положение механизмом поворота барабана относительно оси 3 (на фиг. 1 механизм поворота не показан), загружают вспученный вермикулит и минеральный порошок (например, каолин или доломитовую муку) и герметично закрывают барабан насадком 5. С помощью поворотного механизма устанавливают барабан 1 вместе с поворотной рамой 13 под наклоном к горизонту, запускают привод барабана 2 и начинают перемешивание указанных компонентов. С помощью вакуум-насоса (на фиг. 1 не показан) через первый патрубок 9 откачивают воздух, предварительно нажав на кнопку управляемого обратного клапана 11. При этом подсос воздуха через второй патрубок 10  не происходит, так как он соединен гибким рукавом с баллоном с углекислым газом (на фиг. 1 не показан). Давление воздуха в барабане настраивают на 3…4 % от атмосферного давления (в среднем ~ 3430 Па). Затем через патрубок 10 по гибкому рукаву через коллектор 7 заполняют пространство барабана углекислым газом, доводя его давление до атмосферного. При этом управляемый обратный клапан 11 автоматически закрывается и перетечки углекислого газа из патрубка 10 в патрубок 9 не происходит.
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 ºС 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∙ºК), Т – температура воздуха, 293 ºК. 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 ºС и Р = 101235 Па) составит 0,0084 м. Тогда оставшийся свободный объем в смесителе, равный 0,292 м займет углекислый газ СО, 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 этих условиях происходит процесс дальнейшего перемешивания компонентов смеси.
Так как вермикулит обладает свойством адсорбировать газы, то в процессе перемешивания его щелевидные поры насыщаются углекислым газом. В процессе перемешивания вермикулита с газонаполненными щелевидными порами и минерального порошка образуется сухая смесь, которая является основой формовочной смеси для производства огнезащитных и футеровочных плит и блоков.
Далее в полученную смесь добавляют водный раствор силикатного вяжущего и растворенный в воде кремнефтористый натрий, являющийся отвердителем силикатного вяжущего. Компоненты перемешивают в другом смесителе, полученной смесью заполняют форму, уплотняют ее и выдерживают в течение 8…12 минут при температуре 180…190 °С. За это время полимеризации жидкого стекла завершается, чему способствует углекислый газ, адсорбированный вермикулитовыми зернами, ускоряющий полимеризацию и  твердение смеси.
Наличие герметично закрывающегося насадка смесительного барабана,
герметичного подшипникового узла, трубки, выведенной в пространство барабана, соединенной с коллектором с патрубками и управляемым обратным клапаном,  обеспечивает технический результат полезной модели – возможность вакууммирования смесительного барабана и последующего его заполнения углекислым газом для приготовления сухой смеси вермикулита с газонаполненными щелевидными порами с минеральным порошком, которая является основой формовочной смеси на основе силикатного вяжущего для производства огнезащитных и футеровочных плит и блоков.