ВИХРЕВОЙ ПЕНОГЕНЕРАТОР
VORTEX FOAM GENERATOR

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для приготовления технической пены преимущественно в технологии производства пенобетона.
Известно устройство для приготовления строительной пены (RU 2211141), предназначенное для приготовления строительной пены в производстве пеноматериалов содержащее рабочую камеру в виде трубы с выходным патрубком и сетками, с уложенной между последними насыпной насадкой из массообменных тел, соединенной с выходной стороной камеры предварительного смешения, имеющей с входной стороны патрубки для подачи раствора пенообразователя и сжатого воздуха. Насадка в рабочей камере расположена непрерывным слоем. Массообменные тела в указанной насадке выполнены в виде сопел, имеющих осесимметричные формы сопла Лаваля, или конфузора, сопряженного с цилиндром. Камера предварительного смешения имеет форму цилиндра с соосно расположенным в ее входном конце патрубком для подачи сжатого воздуха. Входной патрубок для подачи раствора пенообразователя выполнен в виде эжектора и расположен в средней части указанной камеры. Недостатками известного устройства являются высокое гидравлическое сопротивление насадки, расположенной в рабочей камере непрерывным слоем, а также отсутствие возможности оперативного регулирования кратности пены.
Известен пеногенератор для производства пенобетона (RU 73819) содержащий емкость для раствора пенообразователя с отверстием для ввода воздуха, камеру смешивания воздуха и пенообразователя, камеру эмульгирования пены, патрубки ввода воздуха и раствора пенообразователя в камеру смешивания. Патрубок ввода пенообразователя оснащен смонтированным на входе в камеру смешивания диском с калиброванным отверстием, а патрубок ввода воздуха оснащен игольчатым вентилем.
Недостатком известного пеногенератора является сложность регулировки параметров пены, заключающейся в необходимости менять диск с калиброванным отверстием и материал в камере эмульгирования.
Известно устройство для генерирования пены (RU 2297260), включающее диспергатор, емкость с жидким пенообразующим веществом, насос, трубопроводы, регулирующие клапаны и патрубки, согласно изобретению диспергатор включает корпус и установленный соосно с ним обтекатель, выполненный с возможностью регулирования его положения относительно корпуса при помощи регулировочного механизма, причем корпус выполнен в виде трубы Вентури, состоящей из цилиндроконического конфузора, горловины и диффузора, содержит установленное соосно с корпусом сопло, снабженное патрубком ввода газа, и снабжен подводящими патрубками подачи жидкого пенообразующего вещества, каждый из которых выполнен в виде колена и установлен с возможностью поворота вокруг своей оси, а сопло выполнено с возможностью осевого перемещения относительно корпуса и подключено к линии всасывания газа. Недостатком известного устройства являются: сложность конструкции - большое число деталей требующих высокой точности изготовления; наличие специального насоса для подачи пенообразователя; большое количество регулировок - пять точек (положение обтекателя, осевое положение воздушного сопла, угол поворота патрубка подвода пенообразователя, два регулирующих клапана), что затрудняет настройку пеногенератора на пену с конкретными параметрами. Кроме того, осевая подача воздуха за счет эжекции кардинально снижает эффективность работы пеногенератора, затрудняет процесс перемешивания фаз не позволяет обеспечить равномерность характеристик образующейся пены т.к. условия взаимодействия жидкой и газообразной фаз различны и зависят от расположения конкретной точки взаимодействия по отношению к оси горловины конфузора. В разных точках поперечного сечения конфузора линейная скорость вращения пенообразователя различна. Следовательно, и взаимодействия фаз осуществляются с разными скоростями, что делает невозможным получение однородной пены.
Известен малогабаритный пеногенератор эжекционного типа (RU 2419473), содержащий корпус с размещенным на выходе его пакетом сеток и соосно к нему расположенный распылитель рабочего раствора пенообразователя, изготовленный в виде полого корпуса, при этом со стороны, обращенной к пакету сеток, на корпусе выполнено распыляющее отверстие, а с другой стороны смонтирован штуцер, а между ними во внутренней камере полого корпуса заключена вставка, соосная распыляющему отверстию и входному отверстию штуцера, отличающийся тем, что вставка выполнена с четырьмя отверстиями в виде сквозных боковых прорезей, имеющих суммарную площадь отверстий, равную 0,5-0,9 площади входного отверстия штуцера, и равномерно расположенных по наружной поверхности вставки со смещением по шагу, равному 1/4 длины цилиндрической части внутренней поверхности вставки, и последовательным поворотом каждой прорези относительно предыдущей на 90°, причем прорези выполнены по касательной к внутренней поверхности вставки несквозного отверстия, во внутреннем несквозном отверстии вставки со стороны штуцера дополнительно установлен предзавихритель, на наружной цилиндрической поверхности которого выполнены косые каналы глубиной на 1/4 диаметра предзавихрителя и суммарной площадью косых отверстий, равной 0,5-0,9 площади входного отверстия штуцера, при этом вставка и предзавихритель выполнены с возможностью осевого перемещения, а сама вставка имеет дополнительную возможность фиксации своего положения относительно распыляющего отверстия, а предзавихритель имеет дополнительную возможность фиксации своего положения относительно несквозного отверстия вставки. Недостаток указанного устройства в том, что оно предназначено для испытаний пенообразователей в лабораторных условиях и не применимо для изготовления пены при производстве пенобетона. Кроме того, несмотря на то, что пенообразователю довольно сложным путем придается вращательное движение в вихревой камере, пена все-таки образуется на пакете сеток после захвата воздуха за счет эжекции, и устройству присущи все недостатки, свойственные пеногенераторам с образованием пены на сетках - неравномерность характеристик пены в разных точках сеток, большое сопротивление потоку, изменение свойств пены лишь за счет смены пакета сеток и т.д.
Задача предлагаемого изобретения - создание мобильного устройства генерирования технической пены заданной кратности, обеспечивающего стабильность свойств пены не только от цикла к циклу, но и на протяжении самого цикла получения пены.
Поставленная задача достигается тем, что предлагается вихревой пеногенератор, содержащий компрессор, регуляторы давления, манометры контроля давления, резервуар с пенообразователем, клапаны подачи воздуха и пенообразователя и вихревую камеру, отличающийся тем, что вихревая камера представляет собой набор модулей, соединенных друг с другом известным способом, и содержит по крайней мере один модуль верхней крышки с входными отверстиями для каналов подачи жидкой и газообразной фаз, по крайней мере по одному модулю для разводки жидкой и газообразной фаз по радиальным и тангенциальным каналам вихревой камеры, по крайней мере один разделительный модуль для распределения жидкой и газообразной фаз по радиальному и тангенциальному каналам вихревой камеры, по крайней мере один промежуточный модуль с входными отверстиями, по крайней мере один модуль с тангенциальными и радиальными прорезями, по крайней мере один модуль с выходным отверстием из вихревой камеры.
В предлагаемой конструкции вихревого пеногенератора для образования пены высокой кратности поток пенообразователя (жидкая фаза) подается в вихревую камеру по касательной, а перпендикулярно ей под давлением подается воздух (газовая фаза), что позволяет получить высокую скорость массообмена, большую поверхность соприкосновении жидкой и газовой фаз и длительное время взаимодействия этих фаз в процессе спиралевидного турбулентного движения результирующей струи к выходному отверстию пеногенератора.
Подача обоих фаз осуществляется от одного компрессора, на выходах которого установлены регуляторы давления воздуха, которые обеспечивают заданное давление воздуха как в резервуаре с пенообразователем, так и в канале подачи воздуха в вихревую камеру. За счет изменения давления в радиальном и тангенциальном каналах вихревой камеры изменяется угол результирующей струи в вихревой камере, относительные скорости жидкой и газовой фаз и время их взаимодействия за счет изменения длины траектории результирующей струи до выхода из вихревой камеры. Чем больше угол наклона результирующей струи, тем быстрее смесь покидает вихревую камеру. Таким образом, в предлагаемом вихревом пеногенераторе осуществляется управление непосредственно процессом эмульгирования.
Сущность заявленного пеногенератора поясняется чертежами:
Фиг 1. Устройство вихревого пеногенератора.
Фиг 2. Вихревая камера в разрезе.
Фиг 3. Модуль верхней крышки вихревой камеры.
Фиг 4. Модуль для разводки фаз по радиальным каналам вихревой камеры.
Фиг 5. Модуль для разводки фаз по тангенциальным каналам вихревой камеры.
Фиг 6. Модуль разделительный вихревой камеры.
Фиг 7. Модуль промежуточный вихревой камеры.
Фиг 8. Модуль с тангенциальными и радиальными прорезями вихревой камеры.
Фиг 9. Модуль с выходным отверстием вихревой камеры.
Вихревой пеногенератор (Фиг. 1) состоит из компрессора (не показан), выполненного с возможностью заправки пенообразователем (жидкая фаза) резервуара 1, регуляторов давления воздуха (газообразная фаза) 2, манометров контроля давления 3, клапанов подачи жидкой и газообразной фаз 4, вихревой камеры 5, каналов подачи жидкой и газообразной фаз 6.
Вихревая камера (Фиг. 2) представляет собой набор модулей, соединенных друг с другом известным способом, и содержит по крайней мере один модуль верхней крышки с входными отверстиями для каналов подачи жидкой и газообразной фаз 7, по крайней мере по одному модулю для разводки жидкой и газообразной фаз по радиальным 8 и тангенциальным каналам вихревой камеры 9, по крайней мере один разделительный модуль для распределения жидкой и газообразной фаз по радиальному и тангенциальному каналам вихревой камеры 10, по крайней мере один промежуточный модуль с входными отверстиями 11, по крайней мере один модуль с тангенциальными и радиальными прорезями 12, по крайней мере один модуль с выходным отверстием из вихревой камеры 13.
При подаче в пеногенератор пенообразователя по тангенциальному каналу и воздуха по радиальному струи сталкиваются, образуя результирующую струю, спирально закручивающуюся в полости вихревой камеры. При продвижении струи к выходному отверстию пеногенератора происходит все большее смешение жидкой и газообразной фаз, образуется пена.
Регулирование заданной кратности пены обеспечивается плотностью пенообразователя, скоростями жидкой и газообразной фаз, давлением в каналах подачи жидкой и газообразной фаз в вихревую камеру и конструктивными параметрами вихревой камеры пеногенератора.
Ниже приведены примеры расчетных значений параметров пеногенератора для получения пены заданной кратности.