СТЕНД ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРОСФЕР

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к установкам для высокотемпературной обработки порошковых материалов и может использоваться, например, для исследования процессов образования полых микросфер из широкого класса материалов.
6
19
10
Известна установка для получения стеклянных микросфер (пат. Великобритания №2206575, МПК С 03 В /, публ. 11.01.1989), состоящая из вертикальной высокотемпературной электрической печи, устройства загрузки шихты и сборника микросфер. Печь имеет переменное сечение по высоте (диаметр печи увеличивается к основанию). Приемное устройство выполнено в виде каскадной камеры, предназначенной для разделения микросфер по плотности. Стеклянная шихта из загрузочного устройства подается в высокотемпературную печь и под действием гравитации проходит вдоль нее, при этом шихта нагревается и превращается в стеклянные микросферы.
Недостатком известного устройства является невозможность получения очень легких полых микросфер, поскольку под воздействием неконтролируемых конвективных потоков микросферы могут неопределенное время находиться в горячей зоне печи, оседать на стенках или агломерировать между собой.
Известна также установка для получения микросфер (Сб. Лазерные термоядерные мишени и сверхпрочные микробаллоны. - М.: Наука, 1992., Труды ФИАН т.220, стр.10), содержащая вертикальную трубчатую высокотемпературную печь с вакуумными затворами на входе и выходе, устройство загрузки
шихты и сборник микросфер. Между печью и сборником микросфер установлен холодильник. Установка содержит источник газа с редуктором и вакуумный насос, соединенный с печью через сборник микросфер. Между устройствами загрузки шихты и вакуумным затвором, а также между сборником микросфер и вакуумным насосом установлены датчики давления. В этой установке микросферы образуются при прохождении шихты под действием сил гравитации через высокотемпературную печь. Наличие вакуумной системы и газовой системы позволяет создавать в печи контролируемую по составу газа и давлению атмосферу (вакуум или инертная среда), что расширяет возможности в получении микросфер. Например, имеется возможность влиять на геометрические параметры микросфер, изменяя состав газа и его давление.
Однако, в данной установке тоже могут возникать неконтролируемые конвективные потоки, которые приводят к неопределенному времени нахождения микросфер в горячей зоне, их агломерации и осаждению микросфер на внутренней поверхности установки, а, в конечном итоге, к ухудшению качества микросфер и снижению производительности.
Задачей полезной модели является расширение возможности установки по изготовлению микросфер с различными качественными показателями по дисперсному составу и плотности, а также увеличение производительности установки.
Технический результат заключается в создании сопутствующего движению микросфер газового потока заданного состава, давления и скорости, который обеспечивает следующие эффекты:
- устраняет конвективные потоки и обеспечивает движение газодисперсного потока в заданном направлении;
- обеспечивает транспорт исходных частиц, а впоследствии микросфер по рабочему пространству установки;
- препятствует образованию агломератов микросфер в рабочем пространстве установки.
3
3
Заявляемый стенд позволяет получать микросферы из стекла, полимеров, керамики и других материалов дисперсностью от 20 до 1500 мкм, с плотностью от 0,03 7 см до 1,27 см, при этом производительность стенда составляет до 17 мин.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном стенде для получения микросфер, содержащем вертикальную трубчатую высокотемпературную печь с вакуумными затворами на входе и выходе, устройство загрузки шихты, сборник микросфер, холодильник, установленный между печью и сборником микросфер, источник газа и вакуумный насос, соединенный с печью через сборник микросфер, а также датчики давления, установленные в магистралях, соединяющих источник газа с печью и вакуумный насос с печью, согласно изобретению стенд дополнительно содержит элементы для создания в печи непрерывного газового потока и регулирования его скорости при заданном составе и давлении газовой среды, при этом один установлен между источником газа и печью, а другой - между сборником микросфер и вакуумным насосом.
Сборник микросфер с вакуумным насосом соединен двумя параллельными магистралями с разной пропускной способностью, в одной из которых установлен второй элемент для регулирования скорости газового потока.
Элементы регулирования скорости газового потока могут быть выполнены в виде ротаметра и вентиля.
Стенд снабжен электромагнитным клапаном, установленным перед вакуумным насосом, и предохранительным клапаном, установленным между устройством загрузки и вакуумным затвором.
Отличительные признаки заявляемого стенда вместе с ограничительными позволяют создавать в печи газовый поток при заданном давлении и составе газа. Это возможно за счет введения в стенд элементов для регулирования
скорости газового потока, которые установлены между источником газа и печью, а также между сборником микросфер и вакуумным насосом. Перед подачей шихты в печь в ней создается газовая среда заданного состава и давления с использованием вакуумно-газовой системы, включающей вакуумный насос, источник газа и датчики давления. Затем в печи создается непрерывный газовый поток с установленным ранее давлением с использованием элементов регулирования скорости потока, выполненных в виде вентилей и ротаметров. Соединение сборника микросфер с вакуумным насосом параллельными магистралями, с разной пропускной способностью, позволяет использовать одну из них (с большей пропускной способностью) для создания в печи заданного давления, а вторая магистраль, содержащая вентиль и ротаметр, используется для создания непрерывного газового потока совместно с вентилем и ротаметром, установленными между источником газа и печью. Заявляемый стенд позволяет за счет возможности создания в печи разного давления и скорости газового потока получать микросферы из различных материалов расширенного дисперсного состава и плотности. Этот стенд удобен для проведения научно-исследовательских работ в области получения микросфер с различными свойствами.
Полезная модель поясняется рисунком 1, на котором представлена схема заявляемого стенда для получения микросфер, где:
1. - Высокотемпературная печь с трубчатым нагревательным элементом;
2. - Теплоизолятор;
3. - Вакуумные затворы;
4. - Устройство загрузки;
5. - Холодильник;
6. - Сборник микросфер;
7. - Источник газа;
8. - Редуктор;
10 - Датчики давления;
11; 12; 13; 14; - Вентили;
15; 16; 17; - Ротаметры;
18. - Вакуумный насос;
19. - Защитный электромагнитный клапан;
20. - Предохранительный клапан.
Стенд для получения микросфер состоит из вертикальной трубчатой высокотемпературной печи 1 с теплоизолятором 2. На входе и выходе печи 1 установлены вакуумные затворы 3. Загрузка шихты в печь 1 производится загрузочным устройством 4, которое расположено над верхним вакуумным затвором 3. К нижней части печи 1 присоединен холодильник 5 через нижний вакуумный затвор 3. За холодильником 5 установлен сборник микросфер 6. Стенд снабжен газовой и вакуумной системами с элементами регулирования давления и скорости газового потока. Газо-вакуумная система состоит из источника газа 7 с редуктором 8, датчиков давления 9 и 10, вентилей 11, 12, 13, 14 и ротаметров 15, 16, 17 для регулирования и контроля газового потока. Откачка газовой среды из системы осуществляется вакуумным насосом 18. Стенд содержит защитные элементы - электромагнитный клапан 19 и предохранительный клапан 20. Вакуумный насос 18 соединен с печью 1 через сборник микросфер 6 и холодильник 5 двумя параллельными магистралями разной пропускной способности. Магистраль с большей пропускной способностью содержит датчик давления 10 и вентиль 13. Магистраль меньшей пропускной способности содержит ротаметр 17 и вентиль 14.
Заявляемый стенд работает следующим образом. После подключения стенда к системе электроснабжения включается вакуумный насос 18 и открывается электромагнитный клапан 19. Откачка газовой среды из стенда происходит через магистраль с большей пропускной способностью при открытых вакуумных затворах 3, при открытом вентиле 13 и контролируется датчиками давления 9, 10. При достижении необходимого давления в системе
откачка газа прекращается закрытием вентиля 13. После этого производится нагрев печи 1.
Далее стенд заполняется рабочим газом из источника газа 7. Заполнение системы газом производится при открытом редукторе 8 и вентиле 12, давление в системе контролируется датчиками давления 9 и 10. При достижении заданного давления в установке перекрывается вентиль 12. Для создания в системе газового потока одновременно открываются вентили 12 и 14, и с помощью них устанавливают газовый поток в системе, который контролируется ротаметрами 16 и 17 (показания ротаметров должны совпадать). При установлении в системе заданных параметров, необходимых для проведения технологического процесса, в печь 1 из загрузочного устройства 4 подается шихта. Попадая в рабочий газовый поток, шихта проходит высокотемпературную зону печи 1, где шихта преобразуется в микросферы. Технологические параметры системы устанавливают в зависимости от физико-химического состава шихты и требуемых параметров получаемых микросфер. Образовавшиеся микросферы вместе с рабочим газовым потоком попадают в охлаждающую зону, выполненную в виде холодильника 5, где они остывают и жидкая оболочка затвердевает. Далее газовый поток с микросферами попадает в сборник 6, где происходит выделение микросфер из газодисперсного потока. Микросферы остаются в сборнике 6, а газ по магистралям через ротаметр 17 и вентиль 13 удаляется из системы через вакуумный насос 18. В некоторых случаях для работы загрузочного устройства 4 используется газовый поток, подаваемый через вентиль 11, контролируемый ротаметром 15. В случае превышения заданного давления газа в системе срабатывает предохранительный клапан 20. В случае аварийного отключения электропитания срабатывает электромагнитный клапан 19, который препятствует попаданию атмосферного воздуха в систему.
3
3
Заявленный стенд позволяет получать микросферы из различных материалов. Были получены микросферы из различных стекол, полимеров, керамики дисперсностью от 20 до 1500 мкм и плотностью от 0,03 г/см до 1,2 г/см.