ПЕНОГЕНЕРАТОР
FOAM GENERATOR

Изобретение относится к устройствам для приготовления технической пены.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является известное устройство для приготовления технической пены. Оно выполнено в виде цилиндрической камеры диспергирования, заполненной металлической стружкой, на входе в которую подсоединен распылитель с двумя патрубками: для сжатого воздуха и для пенообразующего раствора. Между входной камерой и камерой диспергирования установлена сетка. На выходе из камеры диспергирования имеется пенопровод [Патент РФ №2461458 - прототип].
Однако известное устройство не обеспечивает заданную кратность пены из-за сравнительно невысоких характеристик распылителя.
Технически достижимый результат - повышение эффективности пенообразования путем интенсификации перемешивания.
Это достигается тем, что в пеногенераторе, содержащем распылитель для подачи сжатого воздуха и пенообразующего раствора, камеру смешивания, камеру диспергирования с наполнителем, решетку и пенопровод на выходе, камера диспергирования выполнена в виде усеченного конуса, расширяющегося по ходу пены, а на входе в нее установлен распылитель с двумя штуцерами: штуцером для сжатого воздуха и штуцером для пенообразователя, при этом камера диспергирования заканчивается обратным усеченным конусом, подсоединенным к камере диспергирования своим большим основанием, имеющим на выходе пенопровод, а в месте перехода обратного конуса в пенопровод установлена удерживающая решетка, при этом по оси камеры диспергирования установлен цилиндрический вкладыш, соединенный с камерой диспергирования посредством удерживающей решетки, причем между стенками камеры диспергирования, внутри нее расположена винтовая перегородка, выполненная в виде конического шнека с углом конусной поверхности, совпадающим с углом конусной поверхности камеры диспергирования, а пространство между стенками камеры диспергирования и винтовой перегородкой заполнено наполнителем из волокнистого упругого материала, например путанной металлической проволокой, пластмассовой стружкой.
На фиг.1 представлена схема пеногенератора, на фиг.2 изображен общий вид распылителя.
Пеногенератор представляет собой камеру диспергирования 1 (фиг.1), выполненную в виде усеченного конуса, расширяющегося по ходу пены. На входе в нее установлен распылитель 2 с двумя штуцерами: штуцером 3 для сжатого воздуха и штуцером 4 для подвода жидкости (пенообразователя). Камера диспергирования 1 заканчивается обратным усеченным конусом 5, подсоединенным к камере диспергирования 1 своим большим основанием, имеющим на выходе выдающий пенопровод 6. В месте перехода обратного конуса 5 в выдающий пенопровод 6 установлена удерживающая решетка 7.
По оси камеры диспергирования 1 установлен цилиндрический вкладыш, соединенный с камерой диспергирования 1 посредством удерживающей решетки 8. Между стенками камеры диспергирования 1, внутри нее расположена винтовая перегородка 9, выполненная в виде конического шнека с углом конусной поверхности, совпадающим с углом конусной поверхности камеры диспергирования 1. Пространство между стенками камеры диспергирования 1 и винтовой перегородкой 9 заполнено наполнителем 10 из волокнистого упругого материала, например путанной металлической проволокой, пластмассовой стружкой.
Распылитель 2 (фиг.2) состоит из корпуса, состоящего из двух соосных связанных между собой цилиндрических втулок: втулки 15 большего диаметра и втулки 14 меньшего диаметра. Внутри втулки 14 меньшего диаметра, соосно ей, расположен шнек 11, жестко связанный с ее внутренней поверхностью, например запрессованный в нее. Внешняя поверхность шнека 11 представляет собой винтовую канавку с правой (или левой) нарезкой. При этом между внутренней поверхностью втулки 14 меньшего диаметра и внешней поверхностью шнека 11 образована винтовая внешняя полость 13, соединенная посредством трубки 22 с источником сжатого воздуха, например компрессором (на чертеже не показано).
Внутри шнека 11 выполнено отверстие 12 с левой (или правой) винтовой нарезкой, соединенное с трубкой 19 для подвода жидкости под давлением.
При этом направление винтовой нарезки отверстия 12, выполненного внутри шнека 11, может быть противоположно направлению внешней винтовой канавки шнека.
Во втулке 15 большего диаметра, соосно ей, расположена фасонная втулка 17, внутренняя поверхность которой образована конической и цилиндрической поверхностями и которая жестко закреплена во втулке 15 большего диаметра, например, посредством резьбового соединения через герметизирующую прокладку 16 с образованием цилиндрической камеры 20, выполняющей функции демпферной емкости для равномерной подачи сжатого воздуха в винтовую внешнюю полость 13.
В цилиндрической полости фасонной втулки 17 расположен свободный конец трубки 19 для подвода жидкости, размещенный в коаксиальном упругом кольце 18, служащем для демпфирования гидравлических ударов в случаях неравномерной подачи жидкости. В торцевой поверхности фасонной втулки 17 выполнены глухие отверстия 21 под ключ.
Шнек 11 распылителя может быть выполнен из твердых материалов: карбида вольфрама, рубина, сапфира. При среднем давлении жидкости, подаваемой через цилиндрическое отверстие в трубке 19 под давлением 6…9 МПа, обеспечивается распыление от 400 до 1000 кг/ч жидкости. Распылитель прост в изготовлении и обслуживании.
Пеногенератор работает следующим образом.
Воздух и пенообразователь дозировано под избыточным давлением подают в форсунку 2 через штуцеры соответственно 3 и 4. При выходе из форсунки 2 пенообразователь распыляется воздухом и поступает в цилиндрический вкладыш, соединенный с камерой диспергирования 1 посредством удерживающей решетки 8, затем полученная смесь воздуха и распыленного пенообразователя в виде крупнопористой пены попадает в камеру диспергирования 1 и проходит через заполненный волокнистым наполнителем 10 винтовой канал, образованный стенками камеры диспергирования 1 и винтовой перегородкой 9. Образовавшаяся смесь в виде пены с крупными ячейками под напором воздуха перемещается через слой волокнистого наполнителя 10. При этом уменьшается дисперсность ячеек пены. Полученная пена через выдающий пенопровод 6 поступает наружу.
Распылитель работает следующим образом.
Жидкость подается по цилиндрическому отверстию трубки 19 в отверстие 12 с винтовой нарезкой, образуя внутренний вращающийся поток жидкости, а подача сжатого воздуха осуществляется в винтовую внешнюю полость 13, образуя внешний вращающийся поток воздуха.
На выходе из распылителя встречаются два вращающихся потока, причем один поток, внутренний - жидкости, совершает вращение в сторону, противоположную внешнему потоку воздуха. При взаимодействии вращающихся потоков на выходе из распылителя происходит дополнительное дробление капель жидкости за счет их соударения в попутных или противоположно вращающихся потоках жидкости и воздуха (внешнего и внутреннего). При этом суммарный мелкодисперсный вращающийся поток на выходе может иметь направление вращения, которое определяется гидравлическим сопротивлением соответственно внешней или внутренней винтовых полостей, а может быть стационарным, в случае противоположного направления вращения потоков и равенства их приведенных массовых скоростей.
При прохождении пены по расширяющейся к выходу камере диспергирования 1 в нее вовлекается оставшийся свободным воздух и к моменту выхода пены из пеногенератора весь воздух оказывается вовлеченным в пену и, следовательно, будет обеспечена заданная кратность пены. Наличие же винтовых каналов в камере диспергирования 1 удлиняет путь пены и интенсифицирует перемешивание пеномассы, что позволяет уменьшить габариты пеногенератора, не уменьшая его производительность.