Система для нанесения двухкомпонентных реакционных смесей на зернистый сыпучий материал транспортных сооружений

Техническое решение относится к транспортному строительству, а именно к мобильной системе для укрепления покрытий и оснований сооружений, в частности различных конструкций транспортных сооружений, например, балластных призм железнодорожного пути, конструкций дорожных оснований и покрытий, откосов земляного полотна, укрепленных обочин, конусов мостовых сооружений, промышленных и строительных площадок, водоотводных канав, береговых линий, русел водоемов от размыва, при благоустройстве и строительстве объектов гидротехнического, гражданского и промышленного строительства и т.п.
Увеличение срока службы транспортных сооружений достигается повышением эксплуатационных показателей оснований и покрытий, одним из которых является прочность конструкций.
Наиболее перспективной технологией увеличения прочности конструкций транспортных сооружений является технология нанесения вяжущих составов в виде многокомпонентной реакционной смеси.
Под многокомпонентными реакционными смесями понимается смесь из не менее двух компонентов, которые реагируют между собой.
В рамках настоящего технического решения предпочтительно использование полиуретановой двухкомпонентной смеси, получаемой при смешении основы и отвердителя, в нужных пропорциях. В качестве основы выступают соединения гидроксильных, а роль отвердителя играют вещества изоциановой группы групп. В результате смешивания компонентов происходит процесс полимеризации, а образовавшийся в итоге полимер имеет структуру и характеристики полиуретана.
Под прочностными характеристиками получаемой конструкции транспортных сооружений понимается модуль упругости и деформации стандартного образца или конструкции, адгезионные свойства, устойчивость по отношению к эррозионным процессам и общая устойчивость конструкции (противодействие оползням) транспортных сооружений, коэффициент усадки вяжущего материала, динамические характеристики, например, собственная частота колебаний конструкции и/или стандартного образца.
Широко известны способы повышения эксплуатационных показателей транспортных сооружений с использованием различных технологий пропитки оснований и покрытий связующим составом на основе многокомпонентных реакционных смесей (например, патент РФ №2447220, МПК Е01В 1/00, Е01В 27/18, опубл. 10.04.2012 г., патент US №2014300015, МПК Е01В 1/00, опубл. 09.10.2014 г.).
Основной недостаток известных технических решений - использование сложных индивидуальных конструкций для определенного способа нанесения реакционной смеси.
Известно устройство для нанесения двухкомпонентной текучей среды на подложку, включающее в себя несущую раму с размещенными на ней двумя контейнерами с компонентами смеси. Каждый из контейнеров снабжен выходным отверстием, которые через систему шлангов связаны с насосами. Выход с каждого насоса соединен каналом для текучей среды с аккумулятором и коллектором. Аккумулятор представляет собой устройство накопления энергии, в котором несжимаемая жидкость удерживается под давлением внешнего источника. Выходные отверстия коллектора соединены с аппликаторными блоками (соплами). Коллектор позволяет каждому аппликаторному блоку принимать поток жидкости из каждого контейнера отдельно (см. патент US №2012156371, МПК B05D 5/10, опубл. 21.06.2012 г.).
Недостатком известного решения является значительная вариативность показателей исходных компонентов из-за их сегрегации и неравномерного охлаждения, а также выходных показателей реакционной смеси на выходе. Это приводит к значительной изменчивости выходных показателей качества прореагировавшей полиуретановой смеси.
Известна система для укрепления балластной призмы железнодорожного пути, включающая средства для пропитки верхнего щебеночного слоя жидким полимерным связующим на основе полиуретана, при этом система размещена на подвижной железнодорожной платформе и включает, по крайней мере, одну накопительную емкость, заполненную жидким связующим, выход указанной емкости соединен через управляемый вентиль, дозатор и приемный коллектор, размещенный на вертикальной стойке поворотного кронштейна, с входом разбрызгивающего устройства, выполненного в виде консольно расположенного перфорированного трубопровода, состоящего из двух шарнирно связанных частей для изменения расстояния до щебеночного слоя балластной призмы. Накопительные емкости снабжены средствами для подачи в ее верхнюю часть осушенного воздуха под избыточным давлением для увеличения расхода связующего, в качестве которого используется полиуретановый эластомерный материал плотностью 1,09 г/см3. Указанные средства включают воздушный компрессор, осушитель воздуха и управляемые вентили, выходы которых соединены с емкостями (см. патент РФ №108455, МПК Е01В 27/12, опубл. 20.09.2011 г.).
Недостатком известного технического решения также является низкое качество получаемой смеси ввиду отсутствия в устройстве элементов, поддерживающих стабильное состояния компонентов смеси при их хранении в контейнерах и перемещении в разбрызгивающее устройство.
Кроме того, жесткое закрепление смесительной головки относительно установки не позволяет осуществлять работы на труднодоступных участках, удаленных от места расположения оборудования на рельсовом пути (в том числе на откосах земляного полотна).
Известно устройство для нанесения многокомпонентных смол на пористый гранулированный материал, подлежащий уплотнению, содержащее: а) отдельные линии подачи для компонентов, находящихся под относительно высоким давлением; b) смесительную камеру, причем указанные питающие линии соединены с указанной смесительной камерой; с) распылительное сопло вентилятора для относительно низкого давления, упомянутое сопло вентилятора, соединенное с указанной камерой смешивания; d) отдельные линии сжатого воздуха, ведущие к каждой линии подачи для компонентов; и е) обратные клапаны, предусмотренные для каждой линии подачи для компонентов и для каждой линии сжатого воздуха (см. патент US №5372844, МПК А01К 27/00; В05В 7/04; D07B 1/14; Е01В 1/00; Е01В 19/00; Е01В 2/00, опубл.).
Перемешивание компонентов смеси в смесительной камере выходного сопла непосредственно перед разгрузкой недостаточно эффективно для получения гомогенной смеси.
Кроме того, поскольку каждый компонент реакционно-способной смеси представляет собой смесь определенных ингредиентов, то перемешивание в смесительной камере после подачи в нее обоих компонентов реакционной смеси приводит к тому, что в реакцию первоначально вступают более активные ингредиенты компонентов, затем - менее активные, что не позволяет прогнозировать качество процесса нанесения реакционно-способной смеси на зернистый материал транспортных сооружений.
При использовании вентилятора в распылительном сопле реакционно-способная смесь наносится в виде тонкой завесы из мелких капелек, что ограничивает использование в смеси более широкого спектра ингредиентов.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является система дозирования пены, включающая в себя первый резервуар для хранения первого компонента, второй резервуар для хранения второго компонента, источник давления газа, сообщающийся с первым и вторым резервуарами для повышения давления первого и вторых резервуаров и устройства для дозирования пены, состоящего из дозирующей головки, первой подающей части для подачи первого компонента в раздаточную головку, второй подающей части для подачи второго компонента в раздаточную головку, участка подачи газа для подачи газа в раздаточную головку и участка подачи очищающей жидкости для подачи очищающей жидкости в раздаточную головку (см. патент US №2010069517, МПК C08J 9/10, опубл.).
Недостатком данного изобретения является то, что техническим решением не предусмотрена предварительная подготовка компонентов перед смешиванием. В результате из-за неоптимальной вязкости и неоднородности компонентов реакционная смесь может иметь характеристики, отличные от оптимальных.
Задачей настоящего технического решения является повышение качества приготовления двухкомпонентных реакционных смесей и ее подачи на сыпучий зернистый материал транспортных сооружений.
Техническим результатом, достигаемым в результате решения поставленной задачи, является получение постоянных, не зависящих от внешних факторов, и однородных характеристик среды компонентов для реакционной смеси на всех этапах ее приготовления и подачи на сыпучий зернистый материал транспортных сооружений.
Поставленная задача достигается тем, что в системе для нанесения двухкомпонентных реакционных смесей на зернистый сыпучий материал транспортных сооружений, содержащей два резервуара для раздельного хранения среды компонентов, устройство подачи сжатой газо-воздушной смеси и устройство распределения реакционной смеси, снабженной камерой смешения сред компонентов, при этом каждый из резервуаров и устройство подачи сжатой газо-воздушной смеси соединены посредством раздельных каналов подачи среды компонентов с камерой смешения устройства распределения реакционной смеси, согласно полезной модели, каждый резервуар для раздельного хранения среды компонентов и каналы подачи среды компонентов в камеру смешения устройства распределения реакционной смеси снабжены нагревательными элементами, распределенными по внешнему периметру резервуаров хранения и каналов перемещения среды компонентов, по крайней мере, один резервуар хранения компонентов снабжен устройством перемешивания компонентов, а канал подачи сжатой газо-воздушной снабжен устройством ее очистки и осушения, расположенным на канале перемещения сжатой газо-воздушной смеси.
Кроме того, система дополнительно снабжена установленными на каждом канале перемещения среды компонентов из резервуаров в камеру смешения устройства распределения реакционной смеси, узлами дозированной подачи среды компонентов, каждый из которых включает насосы и расходомеры.
При этом система снабжена блоком автоматического регулирования, включающего модуль настройки температуры (по одному на каждый резервуар и один для каналов подачи), сигнализаторы уровня заполнения баков, частотные преобразователи (для дозирования компонентов), блок управления расходомерами, стабилизатор напряжения, и немеханические кинематические связи их согласования (без пневматики).
Заявляемая совокупность признаков позволяет повысить качество приготовления смеси для нанесения многокомпонентных смол на сыпучий зернистый материал транспортных сооружений, за счет получения постоянных и однородных характеристик среды компонентов реакционной смеси на всех этапах ее приготовления и подачи на зернистый сыпучий материал транспортных сооружений.
Поставленная задача достигается за счет синергетического эффекта от комплексного использования в системе элементов нагрева среды компонентов смеси в резервуарах их хранения и на каналах их перемещения, устройства перемешивания компонентов смеси на участке их хранения и устройства осушения и очистки газо-воздушной смеси.
Это объясняется тем, что прочностные характеристики получаемой конструкции транспортных сооружений напрямую зависят от физико-механических и химических свойств используемых составов компонентов реакционной смеси.
Одной из наиболее важных характеристик реакционной смеси является ее вязкость, влияющая на скорость химического процесса взаимодействия компонентов.
При этом температура смешиваемых компонентов является регулирующим фактором для достижения оптимальной вязкости при различных условиях распределения реакционной смеси и при использовании конкретного материала ее компонентов.
Нагрев резервуаров хранения среды компонентов позволяет устранить теплопотери через стенки резервуара, обеспечивая сохранение постоянной температуры среды компонентов реакционной смеси по мере убывания ее объема на участках хранения и перемещения, не зависимо от внешних факторов (температуры, влажности воздуха, наличия прямых солнечных лучей и т.п.), что способствует получению стабильного значения вязкости на всех этапах технологического процесса в зависимости от условий распределения реакционной смеси и от использования конкретного материала ее компонентов.
Кроме того, нагрев среды компонентов до определенного значения позволяет прогнозировать получаемое значение вязкости реакционной смеси, и как следствие время полимеризации и физико-механические свойства готовой конструкции.
Перемешивание среды компонентов реакционной смеси в резервуаре их хранения до смешивания позволяет осуществить равномерное распределение физико-механических характеристик среды компонентов по всему ее объему, получить ее равномерную консистенцию и предотвратить ее расслаивание.
Устройство осушения и очистки газо-воздушной смеси способствует исключению ее загрязнения и попадания влаги в камеру смешения компонентов устройства распределения реакционной смеси, что предотвращает вспенивание реакционной смеси при ее нанесении на зернистый материал транспортных сооружений и, в конечном счете, увеличивает прочностные характеристики транспортных сооружений.
Кроме того, узлы дозированной подачи среды компонентов позволяют осуществить посредством насосов перемещение среды компонентов с задаваемой производительностью и в заданном соотношении, а посредством расходомеров - точное дозирование среды каждого компонента для получения реакционной смеси, что обеспечивает достижение заданных ее свойств при различных условиях нанесения на объект обработки.
Сигнализаторы (световые или звуковые) вместе с расположенным в резервуарах датчиком служат для оповещения при опустошении одного из баков для предотвращения нанесения одного компонента вместо смеси.
Наличие блока автоматического регулирования позволяет осуществить настройку и контроль температуры нагрева рабочих сред (компонентов), уровня заполнения резервуаров, дозирования компонентов, что также способствует повышению качества приготовления реакционной смеси. Стабилизатор напряжения обеспечивает подачу компонентов с постоянным давлением и расходом не зависимо от характеристик электрического тока в сети (от генератора).
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена общая схема заявляемой системы, на фиг. 2 - схема примера реализации системы (условно), на фиг. 3 - общий вид примера реализации системы.
1
2
1
Позиции на чертежах означают следующее: 1 - резервуар хранения среды компонентов; 2 -, устройство подачи сжатой газо-воздушной смеси; 3 - устройство распределения реакционной смеси; 4 - камера смешения компонентов устройства 3 распределения реакционной смеси; 5 - каналы подачи среды компонентов; 5 - канал подачи сжатой газо-воздушной смеси; 6 - нагревательный элемент; 7 - устройство перемешивания среды компонентов; 8 - устройство очистки и осушения сжатой газо-воздушной смеси; 9 - фильтры очистки среды компонентов от примесей система; 10 - насосы для перемещения среды компонентов из резервуаров 1; 11 - расходомеры подачи среды компонентов смеси; 12 - блок автоматического регулирования работы системы; 13 - модуль настройки температуры (по одному на каждый резервуар 1 и один для каналов подачи среды компонентов 5); 14 - сигнализаторы уровня заполнения резервуаров 1; 15 - частотные преобразователи (для дозирования компонентов); 16 - модуль управления расходомерами; 17 - платформа передвижной мобильной установки; 18 - система дозирования среды компонентов, установленная на платформе 17; 19 - система термостатирования среды компонентов, установленная на платформе 17; 20 - компрессор подачи сжатой газо-воздушной среды; 21 - колеса платформы 17.
Заявляемая система для нанесения двухкомпонентной реакционной смеси на зернистый сыпучий материал в виде, например, щебня, гравия, содержит два резервуара 1 для раздельного хранения сред компонентов, устройство 2 подачи сжатой газовоздушной смеси и устройство 3 распределения реакционной смеси, снабженного камерой 4 смешения компонентов.
1
При этом каждый из резервуаров 1 посредством раздельных каналов 5 подачи среды компонентов, а устройство 2 подачи сжатой газо-воздушной смеси посредством канала 5 г соединены с камерой 4 смешения устройства 3 распределения смеси.
1
1
Резервуары 1 для раздельного хранения среды компонентов и каналы 5 их подачи снабжены нагревательными элементами 6, распределенными по внешнему периметру резервуаров 1 хранения и каналов 5 подачи среды компонентов.
1
Линейный размер участка каналов 5, расположенного перед входом в смесительную камеру 4, определяется эмпирическим путем в зависимости от условий нанесения реакционной смеси (скорость подачи среды компонентов и газо-воздушной смеси, удаленность установки от места нанесения реакционной смеси) и может достигать 25 метров для работы на труднодоступных участках.
1
1
Нагревательные элементы 6 на резервуарах 1 и нагревательные элементы 62 на участках каналов 5 перемещения среды компонентов позволяют обеспечить постоянную температуру среды компонентов реакционной смеси не зависимо от внешних факторов на участках хранения и перемещения по мере убывания их объема, что способствует поддерживанию постоянной вязкости реакционной смеси на протяжении всего времени рабочего цикла ее нанесения на зерновой материал транспортных сооружений.
Значение вязкости определяется эмпирическим путем в зависимости от условий ее распределения и от использования конкретного материала ее компонентов.
По крайней мере, один резервуар 1 хранения компонентов снабжен устройством 7 перемешивания компонентов, обеспечивающим перемешивание среды компонентов реакционной смеси в резервуарах 1 хранения до их смешивания в устройстве 3 распределения смеси на сыпучий зерновой материал, что позволяет осуществить равномерное распределение физико-механических характеристик среды компонентов по всему ее объему, получить равномерную консистенцию и предотвратить расслаивание среды компонентов реакционной смеси и обеспечивает повышение качества получаемой реакционной смеси.
При этом наиболее целесообразно устанавливать устройство 7 перемешивания компонентов на тот резервуар 1, в котором хранится среда компонента двухкомпонентной реакционной смеси, подвергаемая расслаиванию.
В рамках настоящего технического решения двухкомпонентная реакционная смесь представляет собой смесь смолы и отвердителя, где в качестве смолы используют соединения, содержащие, по меньшей мере, два атома водорода, активных в отношении изоцианатов, которые содержат гидроксифункциональное соединение с гидрофобными группами, в присутствии различных добавок (агентов удлинения цепи, катализаторов, наполнителей и др.) а в качестве отвердителя - изоцианаты.
Как правило, в двухкомпонентной реакционной смеси компонентом, подвергаемым расслаиванию, является смола
При необходимости устройство 7 перемешивания компонентов может быть установлено на оба резервуара 1.
2
2
Канал 5 подачи сжатой газо-воздушной смеси снабжен устройством 8 ее очистки и осушения, размещенным на канале 5 ее подачи.
Устройство 8 осушения и очистки газо-воздушной смеси способствует исключению ее загрязнения и попадания влаги в камеру смешения среды компонентов устройства распределения реакционной смеси, предотвращая вспенивание реакционной смеси при ее нанесении на зернистый материал транспортных сооружений.
1
Для очистки среды каждого компонента от примесей система дополнительно содержит фильтры 9, установленные на каналах 5 на выходе из резервуаров 1.
1
Система также снабжена установленными на каждом канале 5 перемещения среды компонентов из резервуаров 1 в камеру 4 смешения устройства 3 распределения реакционной смеси, узлами дозированной подачи среды компонентов, каждый из которых включает насосы 10 и расходомеры 11.
Насосы 10 позволяют осуществить перемещение среды каждого компонента из резервуаров 1 с задаваемой производительностью и в заданном соотношении, а расходомеры -
точное дозирование среды каждого компонент, что позволяет достигать требуемых оптимальных свойств получаемой реакционной смеси для использования при различных условиях нанесения на объект обработки.
1
Система снабжена блоком 12 автоматического регулирования работы системы, включающем модуль 13 настройки температуры (по одному на каждый резервуар 1 и один для каналов подачи среды компонентов 5), сигнализаторы 14, частотные преобразователи 15 для управления работой насосов 11, модуль 16 управления расходомерами, стабилизаторы напряжения (на схеме не показаны) и немеханические (без пневматики) кинематические связи их согласования (на схеме не показаны).
Модуль 13 настройки температуры позволяет осуществить автоматическую настройку и контроль температуры нагрева рабочих сред компонентов.
Сигнализаторы 15 управляют уровнем заполнения резервуаров 1, предотвращая нанесение одного компонента, вместо их смести в случае опустошении одного из резервуаров 1.
Частотные преобразователи 15 и модуль 16 осуществляют управление работой насосов 10 и расходомерами 11 для автоматической настройки скорости перемещения каждой среды компонентов, заданного соотношения и точного дозирования среды каждого компонента, что позволяет достигать требуемых оптимальных свойств получаемой реакционной смеси для использования при различных условиях нанесения на объект обработки
Заявляемая система может быть реализована в виде передвижной мобильной установки (фиг. 2, условно), состоящей из платформы 17, в которой размещены резервуары 1 с устройством 7 перемешивания в виде, например, лопастного миксера в каждом для хранения и перемешивания среды компонентов.
1
Резервуары 1 каналами 5 в виде, например, шлангов и труб, соединены с устройством 3 распределения реакционной смеси, в виде, например, пистолета-распылителя.
На платформе 17 также размещены система 18 дозирования и система 19 термостатирования среды компонентов.
При этом система 18 дозирования может быть выполнена, например, в виде частотных преобразователей для двигателей насосов подачи компонентов смеси либо в виде плоской, конусной или сегментной сферической заслонки типа «водяного крана», либо регулятора давления на входе пистолета-распределителя 3 реакционной смеси, а система термостатирования 19 - например, в виде гибких кабелей ТЭН с терморегуляторами.
2
Для подачи в пистолет-распылитель 3 сжатой газо-воздушной среды может использоваться отдельно стоящий компрессор 20, выходной канал 5 (шланг), которого соединен с пистолетом-распылителем 3.
Компрессор 20 снабжен системой очистки, сушки и термостатирования сжатой газо-воздушной смеси (на чертеже не показана).
В качестве устройства очистки и сушки газо-воздушной среды может быть использован, например, циклон, или электрофильтр, или гравитационные, инерционные, центробежные механизмы осаждения или фильтрационные механизмы, а в качестве устройства термостатирования - в виде спирального источника тепла, задатчика и датчика температуры.
Платформа 17 может быть снабжена колесами 21 для перемещения по дороге или установлена на площадке рельсового транспорта (на чертеже не показано) например, ручной или механической железнодорожной дрезины, автодорожной дорожной разметочной ручной.
1
1
В конкретных условиях использования системы предусмотрена промывка установки после использования, заключающаяся в том, что в резервуары 1 заливается, например, пластификатор типа ДОФ, шланги (каналы 5) вставляются обратно в резервуары 1 и запускается насос 10, пластификатор за несколько циклов прокачивается по системе резервуары 1 - каналы 5, промывая их от остатков среды компонентов.
Заявляемое техническое решение может быть реализовано путем использования доступных средств и технологических приемов.
В пределах заявленной совокупности признаков настоящее техническое решение не ограничивается приведенными примерами его выполнения и охватывает любые иные варианты, попадающие в объем прилагаемой формулы для достижения заявленного технического результата.