ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ГЕТЕРОГЕННЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ СМЕСЕЙ
PROCESS MODULE FOR PREPARATION OF HETEROGENEOUS COMPOSITE MIXTURES

Изобретение относится к смесительному оборудованию для приготовления композиционных смесей с гетерогенными компонентами при производстве механоактивированных композиционных смесей с анизотропными фибронаполнителями, используемыми в 3D-технологиях, и может быть использовано для изготовления строительных и архитектурно-строительных изделий.
Известен смеситель для сыпучих материалов [патент РФ на полезную модель №180118, МПК A23N 17/00, A01K 5/00, B01F 3/18, B01F 7/04, B01F 7/08, дата публикации 04.06.2018, бюл. №16], содержащий камеру основного смешивания, приводного вала с крепящимися на нем двумя последовательно установленными рабочими органами активного смешивания, первый рабочий орган представляет собой закрепленную штифтом на приводном валу сменную лопастную мешалку в виде втулки с закрепленным на ней Г-образными лопастями, выполненными из прутка круглого сечения диаметром 4…10 мм, в количестве от 4 до 10, и повернутыми относительно оси вращения на угол β=5…15°, передний свободный край которых крепится к плоским вертикальным стойкам-чистикам, установленными радиально на втулке под углом ϕ=5…15° относительно торцевой стенки смесительной камеры, а второй рабочий орган представляет собой сменный двухзаходный спиралевидный конвейер, крепящийся на приводном валу в виде втулки, фиксируемый на валу штифтом, установленный непосредственно за первым рабочим органом с Г-образными лопастями, после спиралевидного конвейера расположен выгрузной лоток.
Недостатком известного решения является сложность конструкции, отсутствие возможности смешения волокнистых материалов с малой насыпной массой и других малосыпучих материалов.
Известен смеситель сухих сыпучих и влажных рассыпных кормов [патент РФ на изобретение №2655351, МПК B01F 7/08, дата публикации 25.05.2018, бюл. №15], содержащий бункер, установленный на раме, загрузочное окно и выгрузочный патрубок, выгрузочный шнек, заслонку, рабочий орган, электродвигатель, редуктор и пульт управления. Рабочий орган смесителя состоит из вала, внутреннего и внешнего ленточных шнеков, скребков, выполненных в виде лопаток и крепящихся к валу с помощью стержней.
Недостатком известного решения является низкое качество смешивания по мокрому способу приготовления смеси, образование застойных зон.
Наиболее близким из известных решений, по технической сущности, является технологический модуль для смешения техногенных волокнистых материалов [патент РФ на изобретение №2624306, МПК B01F 7/04, B01F 7/18, B01F 13/10, дата публикации 03.07.2017, бюл. №19]. Технологический модуль включает последовательно установленные вертикальный и горизонтальный смесители с лопастями. Лопасти вертикального смесителя выполнены двухзаходными в виде геликоидальных поверхностей однонаправленного захода в сторону выгрузки материала, лопасти горизонтального смесителя - в загрузочной и выгрузочной зоне выполнены однозаходными винтовыми однонаправленными в сторону выгрузки материала, между ними установлены противоположно направленные двухзаходные винтовые лопасти.
С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: вертикальный и горизонтальный смесители с лопастями.
Недостатками прототипа являются низкая турбулизация материально-воздушных потоков в вертикальном смесителе и отсутствие возможности их регулирования. Отсутствие возможности реализации внутреннего рециклинга гомогенизируемых композиционных смесей как по сухому, полусухому, так и по мокрому способам приготовления смеси. Невозможность смешения в горизонтальном смесителе в ограниченных локальных зонах с использованием компонентов различной гранулометрии и дисперсности, а также анизотропных фибронаполнителей.
Изобретение направлено на расширение технологических возможностей модуля за счет возможности смешения компонентов различной дисперсности и гранулометрии с фибронаполнителями при сухом, полусухом или мокром способах приготовления смеси.
1
в
2
кор
3
Это достигается тем, что технологический модуль для приготовления гетерогенных композиционных смесей состоит из последовательно установленных вертикального и горизонтального смесителей с лопастями. Лопасти вертикального смесителя выполнены двухзаходными винтовыми, в виде геликоидальных поверхностей однонаправленного захода, смещенными относительно друг друга на угол ϕ=90°, с закрепленными на радиально расположенных стержнях жалюзи с углом поворота α=10-45°. Горизонтальный смеситель разделен конусообразными вставками на три камеры. В первой камере установлена однозаходная винтовая лопасть со сплошной рабочей поверхностью. Во второй камере горизонтального смесителя установлены попарно и противоположно направленные двухзаходные геликоидальные лопасти со стержневой рабочей поверхностью и смещенные друг относительно друга на угол ϕ=90°. В третьей камере последовательно установлены однонаправленные в сторону выгрузки материала двухзаходные лопасти со сплошной ленточной рабочей поверхностью высотой h=(0.5-0.8)rи смещенные относительно друг друга на угол ϕ=45°.
Для осуществления полусухого и мокрого способов приготовления смеси через питающие патрубки для подачи добавок и жидкости, установленные в третьей камере горизонтального смесителя, подаются необходимые объемы жидких добавок и жидкости.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид технологического модуля, фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, фиг. 3 - вид Б на фиг. 2, фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1, фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 1.
1
в
Технологический модуль для приготовления гетерогенных композиционных смесей состоит из вертикального смесителя 1 с загрузочными отверстиями 2 и 3 для подачи дисперсных материалов, отверстием 4 для подачи фибронаполнителя. Вертикальный смеситель 1 имеет двухзаходные винтовые лопасти 5, выполненные в виде геликоидальных поверхностей однонаправленного захода, смещенными относительно друг друга на угол ϕ=90°. На винтовых лопастях 5 закреплены, например, при помощи резьбового соединения, на радиально расположенных стержнях жалюзи 6 с углом поворота α=10-45°. Лопасти 5 жестко закреплены, например, с помощью болтового соединения, на вертикальном валу 7. В нижней части вертикального смесителя 1 имеется разгрузочное отверстие 8.
Под вертикальным смесителем 1 установлен горизонтальный смеситель 9 с загрузочным отверстием 10. Вертикальный 1 и горизонтальный 9 смесители соединены между собой патрубком 11. Патрубок 11 прикреплен, например, при помощи болтового соединения к разгрузочному отверстию 8 вертикального смесителя 1 и к загрузочному отверстию 10 горизонтального смесителя 9. Корпус горизонтального смесителя 9 разделен на три камеры. Камеры горизонтального смесителя 9 ограничиваются между собой и разгрузочным отверстием 12 конусообразными вставками 13. В корпусе первой камеры горизонтального смесителя 9 выполнен питающий патрубок 14.
2
кор
3
кор
Горизонтальный смеситель 9 включает горизонтальный вал 15, на котором в первой камере, жестко закреплены, например, при помощи сварочного соединения, однозаходная винтовая лопасть 16 со сплошной рабочей поверхностью. Во второй камере на валу 15 жестко закреплены, например, с помощью болтового соединения, попарно и противоположно направленные двухзаходные геликоидальные лопасти 17 со стержневой рабочей поверхностью. Лопасти 17 смещены друг относительно друга на угол ϕ=90°. В третьей камере на валу 15 жестко закреплены, например, с помощью болтового соединения, однонаправленные в сторону выгрузки материала двухзаходные лопасти 18 со сплошной ленточной рабочей поверхностью высотой h=(0.5-0.8)r и углом поворота лопастей по ходу движения материала на угол ϕ=45°, где r - радиус корпуса горизонтального смесителя 9. В корпусе третьей камеры смесителя 9 установлены питающие патрубки 19, 20, 21 для подачи добавок и жидкости.
Технологический модуль для приготовления гетерогенных композиционных смесей работает следующим образом. Через загрузочные отверстия 2 и 3 в вертикальный смеситель 1 поступают высокодисперсные материалы, например цемент и предварительно механоактивированный кремнезем. Одновременно через отверстие 4 поступает фибронаполнитель, например базальтовая фибра. Вращающиеся на вертикальном валу 7 двухзаходные винтовые лопасти 5 за счет различной конфигурации установленных жалюзи 6 создают повышенную степень турбулизации материально-воздушных потоков определенных конфигураций, вследствие чего высокодисперсные материалы распушивают подаваемый фибронаполнитель и происходит высокоскоростное качественное смешение высокодисперсных материалов с фибронаполнителем.
Под действием силы тяжести получаемая смесь опускается в нижнюю часть вертикального смесителя 1, где под действием центробежных сил через разгрузочное отверстие 8 попадает в патрубок 11.
2
Затем из патрубка 11 через загрузочное отверстие 10 полученная смесь подается в горизонтальный смеситель 9. Через питающий патрубок 14 в первую камеру горизонтального смесителя 9 подается наполнитель, например кремнезем. Вращающаяся на горизонтальном валу 15 винтовая лопасть 16 обеспечивает подачу смеси во вторую камеру горизонтального смесителя 9. Установленные в смесителе 9 конусообразные вставки 13 увеличивают время нахождения смеси в камерах, что повышает качество смешения, и создают, таким образом, локальные зоны смешения. Во второй камере, установленные попарно и противоположно направленные двухзаходные геликоидальные лопасти 17 со стержневой рабочей поверхностью и смещенные друг относительно друга на угол ϕ=90° создают интенсивные внутренние рециркуляционные потоки смеси. За счет естественного подпора смеси со стороны двухзаходных винтовых лопастей 17 происходит равномерное движение смеси в сторону третьей камеры. Через питающие патрубки 19, 20 и 21 подаются добавки, например суперпластификатор и модификатор, а также жидкость, например вода. За счет подачи сухих или жидких добавок осуществляется смешение по сухому, полусухому или мокрому способам приготовления смеси.
кор
3
Двухзаходные лопасти 18 со сплошной ленточной рабочей поверхностью и высотой h=(0.4-0.7)r осуществляют затворение полученной композиционной смеси, добавок и жидкости. За счет ленточной поверхности определенной высоты и угла поворота лопастей по ходу движения материала на угол ϕ=45° возникает интенсивное гравитационное перемешивание смеси. Затем материал через разгрузочное отверстие 12 поступает в зону формования или на другие технологические операции.
Предложенное изобретение за счет организации локальных зон смешения с возможностью регулирования материально-воздушных потоков и повышения степени турбулизации в вертикальном смесителе обеспечивает повышение качества смешения компонентов различной дисперсности и гранулометрии с фибронаполнителями при сухом, полусухом или мокром способам приготовления смеси. Это расширяет технологические возможности модуля для приготовления гетерогенных композиционных смесей.