Змішувач – активатор

Змішувач-активатор, що містить установлену на амортизаторах ємкість з кришками, мембрани, магнітострикційний перетворювач, прокладки з пружного матеріалу, упори і патрубки для вводу і виводу суспензії з запірно-роздавальною арматурою, який відрізняється тим, що він оснащений горизонтально розміщеною і з'єднаною з корпусом ємкості за допомогою прокладки і упорів рамою, мембрани розміщеної концентрично відносно одна від одної і симетрично відносно вертикальної осі ємкості виконані з зовнішньою і внутрішньою поверхнями в вигляді з'єднаних циліндричної і площинної поверхонь, причому зовнішня мембрана жорстко закріплена до рами і за допомогою торцевих кільцевих прокладок вільно розміщена на упорах, жорстко закріплених до кришок, при цьому мембрана з'єднана площинною зовнішньою поверхнею з внутрішньою площинною поверхнею зовнішньої мембрани з зазором відносно кришок і виконана з повздовжно розміщеними прорізями, а перетворювач установлений симетрично внутрішній осі ємкості і жорстко закріплений на ЗОВНІШНІЙ ПЛОЩИНІ поверхні зовнішньої мембрани Винахід відноситься до області будівельної, харчової та хімічної техніки, зокрема до установок для диспергування і змішування мінеральних речовин Відомий пристрій для активації цементу, утримуючий установлену на основі за допомогою амортизаторів раму з вібраторами, герметичну ємність з розміщеним в ній трубопроводом і гідродинамічним випромінювачем, патрубками для вводу та виводу цементної суспензії і подачі надлишкового тиску (а с СРСР № 643346, М Кп і В28С5/46, надр Б В №3, 1979) Відомий пристрій для активації цементної суспензії, установленої на основу, з допомогою амортизаторів раму з вібраторами, всередині якого розміщена на амортизаторах ємність, виконані в вигляді розміщених один під одним воронкоподібних секцій, днище кожної з яких з'єднано з трубопроводом, а його гідродинамічний випромінювач установлений з зазором відносно нижче лежачої сторони секції Ємкість забезпечена також патрубками для вводу і виводу цементної суспензії і забезпечення надлишкового тиску (а с СРСР № 874378, М К л 3 В28С5/46, надр Б В № 39, 1981) Недоліком цих винаходів є те, що вони призначені для диспергування мінеральних речовин при наявності значного надлишкового тиску, необхідного для забезпечення роботи гідродинамічних випромінювачів і значної витрати води у процесі одержання ультразвукових коливань Відома установка для активації цементної суспензії, котра утримує ємкість на амортизаторах, забезпечену фігурними секціями, з'єднаними між собою і утворюючими герметичний об'єм, підключений до вакуумнасосу, з установленими в HIM почергово горизонтально по центру магнітострикційними перетворювачами з мембранами і п'єзокерамічними випромінювачами з тефлоновими трубками, розміщеними під ними паралельно нахилених стінок фігурних секцій (ас СРСР № 1065214, М Кл 3 В28С5/46, надр Б В № 1, 1984) Недоліками цієї установки є - недостатня ступінь диспергування і перемішування суміші, - значна трудомісткість у виготовлені ємності (фігурні секції), - низька продуктивність із-за великої подовженості переміщення суспензії, - значні затрати електроенергії Відомий теж пристрій для активації цементної суспензії по а с СРСР № 1175720, М К п 4 В28С5/46, надр Б В № 32 за 1985 р , який забезпечений закріпленими в днищі магнітострикційним перетворювачем з паралельно валам випромінюючою пластиною, причому вали виконані різношвидкісними, один із яких, високошвидкісний, виконаний з закріпленими на ньому дисками Які чергуються з шайбами, а низькошвидкісний - в вигляді пустотілого барабану з кільцевими канавками для входу дисків швидкісного вала О со 42320 Недоліком пристрою є - недостатня ступінь диспергування твердих частинок та їх перемішування, - відсутність умов для одержання найбільш потужного диспергатора твердих частинок - явища кавітації В якості прототипу прийнята установка для активації цементної суспензії по а с СРСР № 1451027, М Кл В26С5/46, надр в Б В № 2 за 1989 р, котра забезпечена воронками, кожна з яких розміщена під мембраною змонтованою на ємкості з допомогою кільця і прокладки, розміщеної паралельно осі ємкості, а кожний із послідовних - в днищі мембрани, виповненої тарільчатої форми з перфорованою відбортковою, причому кожний перетворювач розміщений на днищі мембрани Ознаками, що збігаються з прототипом в змішувач і-акгиваторі, є ємкість з кришками, яка в винаході розміщена горизонтально на відміну від вертикального розміщення у прототипа, мембрани з магнітострикційними перетворювачами, причому в першому випадку магнітострикційних перетворювачів, вони розміщені під мембранами, а в другому над мембранами, а самі мембрани відрізняються конструктивно і по формі патрубки з запірнороздавального арматурою, які в першому випадку розміщені вертикально на кришці і днищі, а у другому - вертикально на ємкості Недоліком прототипу є - недостатня ступінь диспергування твердих частинок, - складність збирання і розбирання в умовах експлуатації із-за складності конструкції Задачею винаходу є інтенсифікація процесу активації і змішувач суспензії, удосконалення конструкції і експлуатації установки, зниження енергомісткості Задача досягається тим, що змішувачактиватор забезпечений горизонтально розміщеною і з'єднаною з корпусом ємкості, за допомогою прокладки і упорів рамою, мембрани розміщені концентрично відносно одна одної і симетрично відносно вертикальної осі ємкості, виконані з зовнішньою і внутрішньою поверхнями в вигляді з'єднаної циліндричної і площинної поверхонь, причому зовнішня мембрана жорстко закріплена до рами і за допомогою торцевих кільцевих прокладок вільно розміщена на упорах, жорстко закріплених до кришок, при цьому внутрішня мембрана з'єднана площинною зовнішньою поверхнею з внутрішньою площинною поверхнею зовнішньої мембрани з зазором відносно кришок і виконана з повздовжно розміщеними прорізями, а перетворювач установлений симетрично внутрішній осі ємкості і жорстко закріплений на ЗОВНІШНІЙ ПЛОЩИННІЙ поверхні зовнішньої мембрани Конструктивне рішення змішувача-активатора, утримуючого установлену на амортизаторах ємкість з кришками магнітострикційний перетворювач, прокладки із амортизаційного матеріалу, упори і патрубки для вводу і виводу суспензії з запірно-роздавальною арматурою забезпечує ряд переваг пропонованого винаходу по зрівнянні з відомими аналогами і прототипом Ознака забезпечений рамою, горизонтально установленою на прокладці із пружного матеріалу вільно лежачої на опорах Таке конструктивне рішення спрощує установку рами, мембран і магнітостриктору в збірці і видаленню їх, заміну в процесі експлуатації і проведенні ремонтних робіт Фіксування мембран забезпечується упорами і прокладками на кришках при їх установленні В процесі експлуатації досить знімати і установлювати одну кришку Амортизаційні прокладки ізолюють мембрани від ємкості від кришок, чим забезпечуються мінімальні витрати потужності ультразвукових пристроїв і техніка безпеки Простота конструкції забезпечує надійність в роботі і просте обслуговування в процесі експлуатації Ознака до якої жорстко і симетрично закріплена основна мембрана, яка має циліндричну форму, зафіксована і герметизована по торцях Таке конструктивне рішення дозволило різко знизити габаритні розміри по висоті і виключити розсіювання ультразвукового поля, як це має місце при наявності мембран тарільчатої форми В той же час, зовнішня сторона запропонованої форми основної мембрани (при заповненні рідиною полості між мембраною і внутрішньою стінкою ємкості) виконує і цю роль Мембрана циліндричної форми працює як концентратор ультразвукового поля за рахунок сходження хвильових фронтів циліндричної форми - фокусування звуку В цьому процесі має місце концентрація енергії ультразвукової хвилі, котра досягає максимальної величини в фокусі, співпадаючому звичайно з центром кривизни сходячего хвильового фронту При цьому здійснюється фокусування звукового тиску, коливальної швидкості частинок і інтенсивності звуку Враховуючи різницю чергової мембрани, зовнішня сторона якої ці хвилі приймає і випромінює власне ультразвукове поле, то процеси фокусування, відбивання і доповнення звукового тиску інтенсивність звуку значно зростає Для одержання особливо високих інтенсивностей дм ультразвука на речовину або рідину випромінюючим елементом повинна бути циліндрична полость зі спеціального сплаву з малим погашенням ультразвука, яка коливається на частоті резонансу по товщині Вона збуджується магнітострикційним перетворювачем, забезпечуючим ту ж резонансну частоту Зовнішня сторона основної мембрани, виконаної в вигляді циліндричної форми, працює так як концентратор, так як вона має перемінний розріз і приєднана до випромінювача більш широким кінцем Таким чином, і на останній стадії обробки рідини або суспензії має місце додаткова дія від збільшення амплітуди коливального зміщення частинок зовнішньої сторони циліндричної полості в результаті зменшення її поперечного розрізу в залежності з законом збереження КІЛЬКОСТІ руху В результаті прийнятого конструктивного рішення, при малих енергетичних затратах (1 магнітостриктор) забезпечується підвищення якості активації або збільшується продуктивність установки 42320 Ознака основна мембрана, яка має циліндричну форму, до горизонтальної площини якої жорстко і симетрично прикріплені зверху - магнітострикційний перетворювач, а знизу - мембрана меншого поперечного розрізу, такої ж форми Будучи жорстко з'єднаною з основною мембраною і магнітостриктором, ця мембрана є також концентратором ультразвукових хвиль, випромінюючих зовнішньою і внутрішньою сторонами При цьому вона працює на резонансній частоті коливань по товщині радіальних коливань і, як відомо, забезпечує концентрацію енергії в зоні центру кривизни внутрішньої поверхні циліндричної полості Крім цього, в даному і попередньому ознаках при проходженні звукової хвилі виникають кавітаційні явища Процес розширення пузирьківзародишів обумовлений рядом ефектів тиском газу і пару в пузирьку, перевищуючим тиск рідини, дифузією газу в нього з рідини, випарювання рідини і збільшення маси пару в пузирьку коагуляцією зародишу Виникаючі в звуковому полі кавітаційні полості інтенсивно пульсують В кавітаційній області виникають значні гідродинамічні обурення у вигляді сильних імпульсів стиснення (мікроударні хвилі) і мікропотоків, народжених пульсуючими пузирьками В результаті цього речовина в кавітаційній області піддається інтенсивним активаційним діям Це проявляється в деструкції поверхні твердих тіл, які знаходяться в області кавітації - кавітаційній ерозії Одночасно виникає турбулентний рух рідини, що забезпечує високу ступінь змішування компонентів суспензії Цей ознак забезпечує якісну сторону винаходу, сприяє зниженню енергетичних ресурсів і зменшенню габаритних розмірів установки Простота форми і кріплення окремих елементів цього вузла забезпечує удосконалення і спрощення конструкції і експлуатації установки Ознака мембрана меншого поперечного розрізу, такої ж форми, з повздовжніми прорізями, торці яких не доходять до кришок ємкості і створюють з ними зазор Наявність зазорів між торцями мембрани меншого поперечного розтину і повздовжні прорізи, при наявності кавітації і концентрації енергії в зоні центру и кривизни, забезпечує інтенсивну циркуляцію рідини або суспензію, а саме забезпечує якісний показник Змішувач активатор складається з циліндричного корпуса 1, установленого на амортизаторах і забезпеченого вхідним патрубком 3 з корковим краном 4 і вихідними патрубками 5 з корковим краном 6, всередині якої паралельно його стінкам з допомогою амортизаційних прокладок 7 і 8 із упругого матеріалу і упорів 9 на внутрішній СТІНЦІ корпусу 1 і 10 на внутрішній стороні бокових кришок 11 і 12, зафіксована рама 13, до якої жорстко закріплена основна мембрана 14, яка має форму циліндра з отворами 15 по периферії горизонтально установленої плоскості 11 сторони 16 - в нижній протилежній випуклій 11 частині, а на цій плоскості 11 стороні утворюючій перегородку 17 жорстко і симетрично вертикальній осі закріплені зверху магнітострикційний перетворювач 18, а знизу - мембрана меншого поперечного розтину 19, такої ж форми, з повздовжніми прорізями 20, торці якої не доходять до кришок 11 і 12 ємкості 1 і створюють з ними зазор Змішувач-активатор працює так При закритому корковому крані 5 по патрубку З при відкритому корковому крані 4 в ємкості 1 подають суспензію І одночасно вмикають генератор ультразвукових коливань (не показаний) підключають до магнітострикційного перетворювача 13, суспензія обмиває і охолоджує його через отвори поступає в полость між мембранами 14 і 19 піддаючись інтенсивній ультразвуковій і кавітаційній дії, і через отвори 16 і прорізи 20 заповнює полость внутрішньою стороною ємності 1 і зовнішньою стороною мембрани 14 і внутрішню полость мембрани 19, де додатково піддається ультразвуковій і кавітаційній обробці до повного ємкості 1 Після активації суспензії на протязі 2-3 хв (визначається дослідним шляхом) частково або повністю відкривають кран 6, який являється регулятором видалення активізованої суспензії, і змішувачактиватор продовжує безпосередню роботу по активації і змішуванню складових суспензії Аналогічним шляхом регулюється кран 4 вхідного патрубку 3, по якому поступає суспензія, підлягаюча активації Після закінчення роботи аналогічним шляхом змішувач-активатор промивається, після чого вимикається ультразвуковий генератор (не показаний) При відновленні роботи змішувача-активатора процеси повторюються Змішувач-активатор випробований в лабораторних умовах, аналогічно випробуванням установки-прототипу по а с № 1451027 в процесі активації портландцементу Ольшанського цементного заводу Результати випробувань показали, що при активації портландцементу на протязі 1,5-2,0 хв низької марочності збільшення його активності підвищується на 5 і 4,3%, а при активації портландцементу підвищеної марочності - ВІДПОВІДНО на 4 і 3,4% по зрівнянню з раніше одержаними даними активації аналогічних цементів на установці, яка є прототипом Фактичне підвищення активності низькомарочних цементів при диспергуванні його на протязі 1,5 і 2,0 хв складає ВІДПОВІДНО 21,2 і 26,9 а при активації цементу підвищеної марочності - 14,5 №19,3% За рахунок зменшення КІЛЬКОСТІ магнітострикційних перетворювачів енергомісткість знизилась в 2,5 3 рази, а габарити по висоті в 2 3 рази Крім цього, має місце додатковий економічний ефект за рахунок забезпечення надійності роботи установки і експлуатаційних затрат 42320 ФІГ. 1 Фіг. 2 ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Киів-133, бульв Лесі Українки, 26 (044)295-81-42, 295-61-97 Підписано до друку Обсяг обл -вид арк 2002 р Формат 60x84 1/8 Тираж 50 прим Зам УкрІНТЕІ, 03680, Киів-39 МСП, вул Горького, 180 (044) 268-25-22