УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СМЕСИ ЖИДКОГО И ТВЕРДЫХ КОМПОНЕНТОВ
DEVICE AND METHOD FOR PREPARATION OF MIXTURE OF LIQUID AND SOLID COMPONENTS

Группа изобретений относится к технологии получения смесей и может быть использована в строительстве для производства бетонных смесей, в угольной энергетике, а также в других отраслях, где используются смеси жидких и твердых компонентов.
При производстве смесей, в частности бетонных смесей, наиболее важной задачей являются обеспечение высокой равномерности перемешивания компонентов, а также высокой производительности смешивания.
Из уровня техники известно устройство (см. патент РФ на полезную модель № 57199, В28С 7/06, 10.10.2006) для приготовления строительных смесей, в частности бетонных смесей, содержащее блоки загрузки и подачи материалов с дозировочно-питающими ленточными устройствами, блок приема отдозированных материалов, транспортно-подъемный блок, смесительный блок, блок дозирования воды и химических добавок, блок дозирования цемента, блок загрузки воды, блоки загрузки химических добавок, блоки загрузки цемента соответствующих марок, причем элементы блоков установлены на вертикальных стойках. При реализации способа с помощью данного устройства твердые и жидкие компоненты из соответствующих блоков поступают в смесительный блок, где происходит приготовление строительной смеси.
Указанный аналог не обеспечивает достаточной равномерности перемешивании компонентов получаемой смеси.
Задачей изобретения является устранение недостатков аналогов.
Технический результат изобретения заключается в повышении равномерности распределения компонентов смеси, а также производительности процесса смешивания.
Указанный технический результат достигается в заявляемой конструкции устройства для получения активированной суспензии за счет того, что оно содержит последовательно установленные узел смешивания твердых сыпучих компонентов, включающий ленточный транспортер и расположенные над ним по меньшей мере два бункера для твердых компонентов с ленточными затворами-питателями, снабженными конвейерными весами и установленными с возможностью подачи компонентов на ленточный транспортер; вертикальную камеру орошения, размещенную на выходе ленточного транспортера ниже его уровня и снабженную в верхней части по меньшей мере двумя наклонными пластинами, закрепленными на корпусе камеры оппозитно на разных уровнях, а в нижней части - форсункой для горизонтальной подачи в камеру жидкого компонента или суспензии, при этом корпус камеры орошения установлен на пружинных подвесах и соединен с вибровозбудителем; и проточный смеситель, соединенный с выходом камеры орошения.
Кроме того, указанный технический результат достигается в частных вариантах реализации устройства за счет того, что:
- смеситель выполнен в виде наклонного гравитационно-механического смесителя, снабженного цилиндрическим корпусом и расположенными в корпусе смесительными лопатками, при этом корпус и лопатки установлены с возможностью разнонаправленного вращения,
- смеситель выполнен в виде вертикального или наклонного планетарного смесителя, содержащего смесительные камеры, установленные с возможностью вращения относительно собственной оси, а также общей для камер оси вращения,
- форсунка для подачи жидкого компонента соединена с насосом через расходомер.
Указанный технический результат достигается при реализации заявляемого способа получения суспензии за счет того, что он включает предварительное смешивание твердых сыпучих компонентов путем их дозированной равномерной подачи на движущуюся конвейерную ленту узла смешивания; дополнительное перемешивание твердых компонентов путем подачи смеси на наклонные пластины, установленные в камере орошения; смешивание твердых компонентов с жидким путем горизонтальной подачи в нижнюю часть камеры орошения жидкого компонента через форсунку с одновременной вертикальной подачей в нее твердых компонентов; окончательное перемешивание смеси в проточном смесителе.
Заявленное устройство представляет собой технологическую линию для непрерывного процесса получения смеси компонентов, обеспечивающую высокую производительность процесса смешивания.
Использование дозаторов, содержащих бункеры для сыпучих компонентов и ленточные затворы-питатели с конвейерными весами в сочетании с ленточным транспортером, позволяет осуществлять равномерную подачу требуемого количеств каждого из твердых компонентов с их одновременным смешиванием, при этом в каждой точке транспортера материалы находятся в требуемом соотношении.
Наклонные плоскости, закрепленные в вертикальной камере орошения, установленной с возможностью вибрации, позволяют, во-первых, обеспечить дополнительное перемешивание твердых компонентов, а во-вторых, реализовать равномерную вертикальную подачу компонентов для последующего смешивания с жидкостью.
Применение форсунки для горизонтальной подачи струи жидкости позволяет повысить равномерность и производительность смешивания твердых и жидкого компонентов (затворения твердых компонентов жидкостью).
Проточный смеситель обеспечивает окончательное перемешивание компонентов смеси с высокой производительностью.
Следует отметить, что все компоненты устройства находятся в технической взаимосвязи друг с другом, т.е. их конструкция и относительное расположение специально подобраны для достижения максимального качества и производительности смешивания. Другими словами, технический результат будет достигаться только за счет применения всей совокупности упомянутых узлов и компонентов устройства и всей совокупности приводимых операций способа. Любое исключение или замена какого-либо элемента устройства, а также включение дополнительных элементов приведет к изменению физики процесса смешивания, что негативно скажется на производительности и/или качестве смешивания.
Изобретение поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 показан первый вариант реализации заявленного устройства,
- на фиг. 2 показано сечение смесителя согласно первому варианту реализации,
- на фиг. 3 показан второй вариант реализации заявленного устройства,
- на фиг. 4 показано сечение смесителя согласно второму варианту реализации.
В общем случае устройство для получения суспензии включает последовательно размещенные узел смешивания (1) твердых компонентов, камеру орошения (2) для смешивания твердых компонентов с жидкостью или суспензией, проточный смеситель (3) для дополнительного перемешивания компонентов полученной смеси и разгрузочный патрубок (4).
Узел смешивания твердых компонентов включает высокоскоростной горизонтальный ленточный транспортер (конвейер) (5) непрерывного действия. Над транспортером (5) размещены по меньшей мере два бункера (6, 7, 8) для твердых сыпучих компонентов с ленточными затворами-питателями (9), снабженными конвейерными весами.
Камера орошения (2) выполнена вертикальной и расположена ниже уровня транспортера (5), при этом ее корпус закреплен на пружинных подвесах (10) с вибровозбудителем (11). В верхней части камеры (2) закреплены по меньшей мере две наклонные пластины (12), размещенные оппозитно на разных уровнях. В нижней части камеры установлена форсунка (13) для горизонтальной подачи в камеру жидкого компонента. Форсунка (13) соединена с насосом (14) через расходомер (15).
Согласно первому варианту реализации изобретения (см. фиг. 1, 2) смеситель (3) представляет собой наклонный гравитационно-механический смеситель. Такой смеситель включает корпус (16), снабженный выступами (лопатками) (17) для перемешивания, и размещенные в корпусе лопатки (18), установленные на валу (19). При этом корпус (16) и вал (19) имеют возможность оппозитного (разнонаправленного) вращения посредством электродвигателей (20) и (21).
Согласно второму варианту реализации (фиг. 3, 4) смеситель (3) представляет собой вертикальный планетарный смеситель непрерывного действия, содержащий загрузочную камеру (22), цилиндрические смесительные камеры (23), установленные на валу (24), приводимом во вращение электродвигателем (25), и разгрузочную камеру (28). При этом смесительные камеры выполнены с возможность планетарного вращения относительно собственной (вертикальной) оси и относительно общей (вертикальной) оси вала (24) (см. фиг. 4).
Заявленный способ реализуется с помощью описанного устройства следующим образом.
Включается привод ленточного транспортера (5), и после выхода ленты на рабочую скорость начинается равномерная подача твердого сыпучего материала из первого бункера (6). Подача из второго бункера (7) начинается в тот момент, когда первая порция материала из бункера (6) оказывается в точке выгрузки материала из бункера (7). По аналогичному алгоритму начинается выгрузка из следующего бункера (8). Подача материалов идет равномерно в заданном весовом соотношении. Вес подаваемых материалов контролируется конвейерными весами и регулируется скоростью движения ленты затворов-питателей (9). В результате в каждой точке движущейся ленты транспортера (5) материалы находятся в необходимом соотношении. Материал из ленточного транспортера (5) падает в камеру орошения (2), где продолжает перемешиваться, падая на наклонные пластины (12), которым посредством вибровозбудителя (11) от корпуса камеры (2) передается вибрация. Ударяясь о пластины (12), материал вертикально падает в нижнюю часть камеры (2). При этом через форсунку (13) в камеру орошения (2) под давлением, согласно рецептуре, в требуемом в единицу времени количестве подается жидкий компонент или подготовленная активированная суспензия (например, цементная суспензия), орошающие падающий материал. Подача жидкой фазы контролируется расходомером (15) и регулируется числом оборотов двигателя насоса (14). Изменяя режим работы вибровозбудителя (11), можно изменять степень воздействия на перемешиваемую смесь.
Орошенный жидкостью затворения и предварительно перемешанный материал попадает в проточный смеситель (3), где происходит окончательное перемешивание смеси (суспензии).
В случае использования наклонного гравитационно-механического смесителя (фиг. 1) материал под силой собственного веса движется через корпус (16) и перемешивается, сталкиваясь с выступами (17) корпуса и лопатками (18), которые вращаются в противоположных направлениях. Выгрузка готовой смеси осуществляется под силой собственного веса через разгрузочный патрубок (4). Изменением угла наклона смесителя, скорости вращения корпуса (16) смесителя и вала (19) добиваются оптимального режима перемешивания для различных материалов.
Наибольший эффект перемешивания и активации обрабатываемой смеси достигается при использовании планетарного смесителя непрерывного действия проточного типа (согласно второму варианту) (фиг. 3), в котором материал совершает вращения относительно двух осей с обеспечением интенсивного перемешивания и размола. Например, при перемешивании бетонной смеси в таком смесителе щебень и песок выполняют роль соответственно крупных и мелких мелющих тел, вследствие чего происходит дополнительное измельчение и активация цемента, что, в свою очередь, приводит к повышению прочности бетона и экономии цемента. Изменяя скорость подачи компонентов смеси, угол наклона планетарного смесителя и количество оборотов электродвигателей (20) и (21), можно варьировать время и интенсивность обработки смеси.
Пример реализации способа
Для приготовления бетона марки М350 осуществляли следующие операции:
1. Запускали привод ленточного транспортера (5) и разгоняли ленту до рабочей скорости 1,6 м/с.
2. Из бункера (6), наполненного гранитным щебнем фракции 5-20 мм, осуществляли выгрузку через затвор-питатель (9) 41,2 кг щебня ежесекундно. В результате выгрузки на ленте транспортера (5) получался равномерный слой материала высотой около 120 мм.
3. При достижении ленты транспортера (5) со слоем щебня точки выгрузки бункера (7), наполненного карьерным песком с модулем крупности 2,5, производили выгрузку на равномерно распределенный щебень через затвор-питатель (9) 30 кг песка ежесекундно. Песок ложился на слой уже отдозированного щебня, частично заполняя пустоты между зернами щебня. Тем самым обеспечивалось предварительное перемешивание материала.
4. Материал из ленточного транспортера (5) попадал в камеру орошения (2), испытывающую принудительную вибрацию с частотой вынуждающей силы 28 Гц и амплитудой 10 мм. Материал падал по наклонным пластинам (12) в нижнюю часть камеры (2), попадая в зону орошения. Орошение осуществляли при подаче водно-цементной суспензии в объеме 14,25 л/с через форсунку (13) при избыточном давлении 0,05-0,08 МПа.
5. Полученная смесь попадала в проточный гравитационно-механический смеситель (3) (фиг. 1), где осуществлялось интенсивно-силовое перемешивание при частоте вращения корпуса (16) 2 Гц и лопаточного вала (18) - 4 Гц. При этом с помощью частотного преобразователя, который считывал нагрузку с лопаточного вала (18), осуществлялась регулировка частоты оборотов, а также контроль подвижности бетона.
3
В результате производительность смешивания составила 120 м/ч. Полученная смесь обладала высокой гомогенностью.
Таким образом, заявленная группа изобретений обеспечивает повышение производительности смешивания, а также увеличение степени равномерности распределения компонентов в объеме смеси.
Несмотря на то, что заявленная группа изобретений рассмотрена на примере приготовления бетонной смеси, она также может быть использована для приготовления любых других смесей жидкого и твердых компонентов.