РОТОРНО-ПУЛЬСАЦИОННЫЙ АППАРАТ

Полезная модель применяется для диспергирования, гомогенизации и механохимической активации в жидкой среде композиционных материалов и подачи получаемых смесей и может быть использована при производстве монолитного теплоизоляционного ячеистого бетона с высокими эксплуатационными свойствами для ограждающих конструкций зданий.
Известен роторно-пульсационный аппарат, содержащий в рабочей камере ротор с жестко закрепленными на его диске входными лопатками и выходными лопатками, являющимися выступами последнего ряда зубчатого элемента ротора, и статор, жестко закрепленный на корпусе аппарата, отличающийся тем, что ротор снабжен дополнительными регулируемыми лопатками, установленными на диске ротора с полой ступицей или без нее, имеющими возможность перемещаться между жестко закрепленными лопатками (см. патент №107965 МПК B01F 5/00, 2006). Недостатком является то, что в известном роторно-пульсационном аппарате не обеспечивается регулирование зазора между зубчатыми элементами статора и ротора в зависимости от требуемого модуля помола.
Известен роторно-пульсационный аппарат, содержащий привод и установленный в корпусе ротор и статор, на рабочих поверхностях которых выполнены зубчатые элементы, представляющие собой концентрично расположенные по окружности ряды, состоящие из выступов и впадин (см. патент РФ №2124935, МПК7 В01Г 5/06, B01F 7/10, 1999). Недостатком является то, что известный роторно-пульсационный аппарат не обеспечивает подачу готовой продукции потребителю и требует наличия дополнительного насоса.
Наиболее близким к заявляемой модели по совокупности признаков является регулируемый роторно-пульсационный аппарат, содержащий корпус, внутри которого концентрично размещены статор и ротор, установленный на валу, с рабочими органами, имеющими кольцевые перфорированные выступы, отличающийся тем, что роторно-пульсационный аппарат выполнен с возможностью регулировки технологически обусловленных зазоров между ротором и статором, (см. патент №92 361 МПК B01F 7/00, B01F 5/06, 2008). Недостатком является то, что в известном роторно-пульсационном аппарате зазор между ротором и статором регулируется дистанционными кольцами, устанавливаемыми или в месте крепления статора к корпусу, или в месте упора ротора при посадке его на вал, что вызывает большие неудобства, связанные с необходимостью разборки рабочей камеры аппарата при установке дополнительных колец для осуществления регулировки зазоров.
Задачей полезной модели является повышение эффективности измельчения, механохимической активации, гидратации и гомогенизации компонентов вяжущих композиций, получение однородной микропористой структуры ячеистых бетонных смесей.
Техническим результатом при использовании предлагаемой полезной модели является: получение высокодисперсных вяжущих композиций, управление структурообразованием ячеистых смесей на стадии их механохимической активации, получение теплоизоляционного ячеистого бетона с заданными эксплуатационными свойствами.
Указанные технические результаты достигаются тем, что роторно-пульсационный аппарат, состоящий из корпуса с входным и выходным патрубками, внутри которого коаксиально установлены на валу в рабочей зоне ротор и статор с выступающими элементами, отличающийся тем, что аппарат содержит два статора и расположенный между ними ротор с выступающими элементами в сторону статоров, при этом ротор выполнен составным и состоит из жестко закрепленной на валу части с выступающими элементами и части в виде трапецеидальных вставок с выступающими элементами, выдвигающихся из плоскости вращения ротора под действием центробежных сил инерции с возможностью регулирования зазора между выступающими элементами первого и второго статоров и трапецеидальных вставок, ограничение поворота которых осуществляется фиксаторами вставок с выступающими элементами, установленными в вырезы с пазами жестко закрепленной на валу части, причем выступающие элементы частей ротора входят в пазы выступающих элементов первого и второго статоров. Выступающими элементами могут быть элементы в виде перфорированных колец или зубьев конической формы.
При вращении ротора со скоростью от 1500 до 4500 оборотов в минуту происходит быстрое чередование совмещения и несовмещения прорезей между зубчатыми элементами на статоре и отверстий на кольцах статоров, что влечет за собой синхронное изменение скорости движения обрабатываемой среды через прорези и отверстия, т.е. возникновение пульсирующего с большой частотой жидкостного потока. В результате обрабатываемая среда подвергается воздействию больших напряжений сдвига, возникающих в узких радиальных зазорах между вращающимися и неподвижными выступающими элементами вследствие значительных градиентов скорости, гидравлическим ударам, кавитации, мелкомасштабной пульсации в широком диапазоне частот. Перечисленные факторы в сочетании с интенсивными механохимическими воздействиями в жидкой среде значительно повышают скорость технологических и химических процессов в жидких гомогенных и гетерогенных системах.
Максимальная интенсификация массообмена, растворения, гидратации вяжущих и других подобных процессов достигается в развитом турбулентном потоке при воздействии мелкомасштабной пульсации среды и обработке материала в микрообъемах. Вся подводимая к аппарату энергия, за исключением незначительных потерь в подшипниках и уплотнении, используется для создания высокоимпульсных гидродинамических потоков и обработки материала в небольшой вихревой рабочей камере.
3
При этом интенсивность обработки, характеризуемая затратами объемной мощности в рабочем пространстве аппарата, составляет 3-7 МВт/м, что в 2-4 раза выше, чем в традиционных емкостных аппаратах с перемешивающими устройствами.
Уменьшение зазора между движущимися с большой скоростью элементами вставок ротора и неподвижными элементами первого статора способствует интенсификации процессов измельчения и диспергирования компонентов вяжущих композиций, а зона между оборотной стороной ротора и второго статора способствует формированию однородной микропористой структуры ячеистой бетонной смеси.
На фиг. 1 изображен разрез 1 -1 рабочей камеры РПА.
На фиг. 2 изображен общий вид ротора со вставками.
На фиг. 3 изображен разрез 2-2 нижний части вставки в месте ее фиксации на роторе.
На фиг. 4 изображен вид А, отражающий границу вставки и основного ротора.
На фиг. 5 изображен общий вид первого статора РПА.
На фиг. 6 изображен общий вид второго статора РПА.
На фиг. 7 изображен фрагмент ротора без вставок.
На фиг. 8 изображен общий вид вставки с лицевой стороны ротора.
На фиг. 9 изображен общий вид вставки с обратной стороны ротора.
На фиг. 10 изображен общий вид роторно-пульсационного аппарата (РПА) и его рабочей камеры.
На фиг. 11 изображен общий вид опытно-промышленного образца РПА.
Роторно-пульсационный аппарат (фиг. 1-11) содержит два статора, первый 1 и второй 2, с выступающими элементами, ротор 3 с выступающими элементами в сторону статоров 1 и 2. Ротор 3 выполнен составным и состоит из части 4 с выступающими элементами, жестко закрепленной на валу 5 и части в виде трапецеидальных вставок 6 с выступающими элементами, выдвигающихся из плоскости вращения ротора 3 под действием центробежных сил инерции с возможностью регулирования зазора между выступающими элементами первого 1 и второго 2 статоров и трапецеидальных вставок 6, ограничение поворота которых осуществляется фиксаторами 7 вставок 6 с выступающими элементами. Фиксаторы 7 трапецеидальных вставок 6 установлены в вырезы 8 с пазами в жестко закрепленной на валу части 4. Причем выступающие элементы составных частей ротора 3 входят в пазы выступающих элементов первого 1 и второго 2 статоров. Интенсивное движение смеси через аппарат и ее подача на определенное расстояние обеспечивается рабочим колесом 9, расположенным в корпусе 10. Ротор 3 и рабочее колесо 9 насажены на вал 5 и жестко зафиксированы на нем с помощью шпонок. Вставки 6 в нижней части дополнительно зафиксированы с помощью пластины 11.
Обрабатываемая смесь подается в рабочую зону через входной патрубок 12 и выходит после механохимической обработки в патрубок 13. Для обеспечения герметизации рабочей зоны аппарата используется сальниковое уплотнение 14. Роторно-пульсационный аппарат содержит электродвигатель 15 (фиг. 10) с регулируемой частотой вращения от 1500 до 4500 оборотов в минуту.
Предлагаемая модель работает следующим образом. Вяжущая композиция в виде смеси всасывается через входной патрубок 12 и попадает в зону активации и диспергирования между ротором 3 и первым статором 1. Для интенсификации процессов измельчения и механохимической активации скорость вращения ротора 3 меняется от 1500 до 4500 оборотов в минуту, что способствует отклонению вставок 6 для достижения зазоров между выступающими элементами вставок ротора 6 и первого статора 1. Уменьшение зазора между выступающими элементами ротора 3 и первого статора 1 способствует интенсификации измельчения и механохимической активации компонентов вяжущей композиции. Смесь вяжущей композиции и пеноконцентрата, пройдя через зазоры между верхними зубьями ротора 3 попадает в зону между оборотной стороной ротора 3 и вторым статором 2, где идет пенообразование и формирование микропористой структуры ячеистого бетона.
Пример. Предварительно приготовленная смесь состава: портландцемент - 300 кг, вода - 150 кг (В/Ц=0,5), пенообразователь белковый «Ареком-4» - 1 кг, обрабатывалась в роторно-пульсационном аппарате с ротором без подвижных вставок и в РПА с подвижными элементами на роторе в течение от 1 до 3 минут. Полученные результаты, представленные таблице, свидетельствуют об интенсификации измельчения и увеличении удельной поверхности цементных частиц при обработке в РПА с подвижными элементами на роторе в большей степени, чем при обработке смеси в РПА с обычным статором. При этом строительно-технические и теплофизические свойства ячеистых бетонов, полученных с использованием заявляемого РПА, значительно превышают свойства ячеистых бетонов, полученных в РПА с обычным ротором: прочность ячеистого бетона возрастает на 4-15% в зависимости от времени обработки, а коэффициент теплопроводности снижается благодаря формированию микропористой однородной структуры.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемой модели совмещены регулируемые функции, указанные в задаче.