Ультразвуковий змішувач-активатор полімерних суспензій

Реферат: UA 76665 U UA 76665 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до будівельної, електротехнічної, харчової, лакофарбової та іншої техніки, зокрема для активації та змішування твердих частинок з рідиною. Відома установка для активації цементної суспензії (Патент України №4438, Кл. В28С 5/46, опубл. в Бюл. №6-1, 1994 p.), яка забезпечена лійками, кожна з яких розміщена під мембраною і змонтована на ємності з допомогою кільця і прокладки, розміщеної паралельно осі ємності, тягою з кульковими кранами, один з яких розміщений у кришці ємності, а кожен з наступних - у днищі мембрани тарілчастої форми з перфорованим відгином, причому кожен перетворювач розміщений на днищі мембрани. Недоліками установки є: - складність конструкції установки; ненадійність роботи клапанової системи; - недостатня продуктивність установки із-за значної довжини шляху переміщення суспензії; - значні затрати електроенергії при наявності кількох магнітострикційних перетворювачів. Відомий диспергатор-змішувач (Патент України №4437, Кл. В28С 5/46, опубл. Бюл. №6-1, 1994 p.), який забезпечений збуджувачем коливань, розміщеним на верхній мембрані і з'єднаним через ковпак з підпружиненою перфорованою чашкою, закріпленою на кришці ємності, а концентратор ультразвукових коливань виконаний секційно, кожна секція розміщена між мембранами однакового діаметра і кривизни. При цьому торець концентратора має випуклу поверхню, з'єднану з робочою поверхнею нижньої мембрани, встановленою з допомогою пружини в ємності. Кожна секція концентратора виконана мінімально з одним виступом, розміщеним в центральному отворі відповідної мембрани, причому довжина виступу не перевищує половини довжини отвору. Недоліками диспергатора-змішувача є: - недостатня якість змішування складових суспензій; недостатнє ультразвукове поле для виникнення кавітації, знижує якісний показник диспергування твердих частинок в рідині. Відомий також диспергатор-змішувач (Патент України №14203, Кл. В28С 5/46, опубл. в Бюл. №22, 1997 p.), який забезпечений додатковими випромінювачами, ємність виконана у формі зрізаного конуса, розміщеного великою основою на амортизаторах і має на боковій поверхні кільцеві кронштейни, на яких через пружні прокладки розміщені випромінювачі, виконані у вигляді кільцевих п'єзокерамічних перетворювачів, а диски закріплені на вертикальному валу приводу співвісно ємності, причому діаметр кожного диска, розміщеного під відповідним кільцевим перетворювачем, менше діаметра останнього. Недоліками диспергатора-змішувача є: - низька продуктивність установки із-за значної довжини шляху переміщення суспензії; - відсутність кавітації, що знижує якість диспергування твердих частинок та змішування їх з рідиною; - складність конструкції із-за наявності рухомого вузла. Відомий також "Диспергатор-змішувач" (Патент України №16847, Кл. В28С 5/46, опубл. в Бюл. №4, 1997 p., який утримує установлену на амортизаторах герметичну ємність, в якій розміщений вал, забезпечений шківом концентрично завантажувальному патрубку, мембрана виконана з тороподібною поверхнею у верхній частині, закріплена до внутрішніх сторін кришки та циліндричної ємності з допомогою кільцевих амортизуючих прокладок і кронштейнів, причому віддзеркалювач розміщений на внутрішній поверхні мембрани, магнітострикційний перетворювач закріплений на її нижній поверхні, отвори в мембрані розміщені по периметру перетворювача, а вал виконаний пустотним з перфорацією над ротором. Недоліками пристрою є: - недостатня активація дисперсних сумішей; - складність конструкції із-за наявності пустотного вала та ротора, які обертаються; - низька продуктивність із-за значної затримки суспензії в тороподібній мембрані і повільним видаленням активованої суспензії. Відомий також "Ультразвуковий активатор-змішувач" (Патент України №44649, Кл. В28С 5/46, опубл. в Бюл. №19 за 2009 p., який містить герметичну ємність, установлену на амортизаторах, мембрану з магнітострикційним перетворювачем, горизонтальну мембрану з концентраторами ультразвукових коливань і запірно-роздавальну арматуру, який відрізняється тим, що утримує вертикальну герметичну ємність, установлену на амортизаторах, яка утворена кришкою з центральним вхідним патрубком, забезпеченим корковим краном, та днищем з вихідним патрубком, обладнаним корковим краном, між якими за допомогою кругових герметизуючих та амортизуючих прокладок установлена горизонтальна мембрана з отворами, за якими жорстко і центрально закріплена випукла мембрана з отворами на рівні верхньої поверхні цієї горизонтальної мембрани, та отворами по периметру аналогічно закріпленого, з нижньої сторони випуклої мембрани, магнітострикційного перетворювача, а з нижньої сторони 1 UA 76665 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 горизонтальної мембрани жорстко і центрально закріплений центральний циліндричний концентратор, перфорований отворами і забезпечений центральним отвором на округленій нижній частині, середній циліндричний концентратор, стінки якого перфоровані отворами, і з отворами, розміщеними на рівні внутрішньої округленої частини чергового концентратора та крайнього циліндричного концентратора з півзакругленою нижньою частиною. Недоліком пристрою є: - складність кільцевих і циліндричної мембран, що ускладнює їх виготовлення і ремонт; - необхідність виготовлення нижньої частини циліндричної ємності у формі півкулі; - низька якість активації та змішування мінеральних складових із-за малопотужного ультразвукового поля і, відповідно, кавітації. Як найближчий аналог вибрано "Ультразвуковий активатор-змішувач" (Патент України №30312, Кл. В28С 5/46, опубл. в Бюл. №4, 2009 p.), який утримує вертикальну циліндричну ємність, установлену на амортизаторах, яка утворена днищем тарілчастої форми з вертикальним ободом, фланцем і центральним вихідним патрубком з корковим краном, нижній кінець якого, з допомогою амортизаційної прокладки, зафіксований у центральному отворі дзвоникоподібної мембрани з отворами у основи, яка по периферії разом з центральною мембраною аналогічної форми з рівномірно збільшеною товщиною центральної частини, забезпечений магнітострикційним перетворювачем жорстко і центрально закріпленим з нижньої її сторони, та отворами по периферії, і тарілчастої мембрани паралельної днищу з центральним отвором, з допомогою кільцевих амортизуючих і герметизуючих прокладок, які обтиснуті фланцями. Недоліками найближчого аналогу є: - недостатня концентрація ультразвукових коливань, випромінюваних мембранами, і відповідно, недостатня ступінь активації і змішування суспензії; - складність виготовлення мембрани з потовщеною центральною частиною. Задачею ультразвукового змішувача-активатора полімерних суспензій є підвищення якості суспензії та удосконалення установки. Задача вирішується тим, що ультразвуковий змішувач-активатор полімерних суспензій утримує конусну герметичну, вертикально установлену ємність, повернуту закругленою частиною вниз, яка установлена з допомогою шайбоподібного кронштейна на амортизаторах і забезпечена центральним вихідним патрубком з корковим краном, на якій горизонтально установлена мембрана між кільцевими герметизуючими прокладками і забезпечена по периферії отворами, а між жорстко і центрально закріпленими з верхньої її сторони магнітострикційним перетворювачем і циліндричним концентратором, отворами та кришкою з центральним вхідним патрубком з корковим краном, а з нижньої сторони мембрани жорстко і центрально закріплені пустотілий конусний концентратор з центральним отвором та додатковими дисковими мембранами, непарні з яких забезпечені відповідно центральними отворами, а парні аналогічно отворами по периферії та перфорований пустотний конусний концентратор з боковими отворами і центральним отвором стінки і закруглена вершина якого паралельні відповідно конусному концентратору та ємності і установленому з проміжками до них. Ознаками ультразвукового змішувача-активатора полімерних суспензій та найближчого аналогу є герметична ємність, вертикально установлена на амортизаторах, забезпечена запірно-роздавальною арматурою, концентратори і мембрана з магнітострикційним перетворювачем. Конструктивне рішення виконання ультразвукового змішувача-активатора полімерних суспензій забезпечує ряд переваг у порівнянні з найближчим аналогом і відомими аналогами, які мають місце за рахунок ряду ознак, забезпечуючи суттєві відмінності, основними з яких є: 1. Частково нове сполучення ознак, що свідчить про наявність суттєвих відмінностей: конусна герметична ємність, установлена на амортизаторах з допомогою кільцевого шайбоподібного кронштейна; горизонтальна мембрана, з верхньої сторони якої жорстко і центрально закріплений магнітострикційний перетворювач. 2. Введення нових ознак, що теж свідчить про наявність суттєвих відмінностей: циліндричний концентратор на верхній стороні горизонтальної мембрани; пустотний конусний концентратор з центральним отвором і дископодібними мембранами, розміщеними в ньому, горизонтально з проміжками, непарні з яких забезпечені центральними отворами, а парні отворами по периферії. 3. Заміна частини ознак новими, що теж указує на наявність суттєвих відмінностей: тарілчаста потовщена в центральній частині мембрана з магнітострикційним перетворювачем, закріпленим центрально з нижньої вигнутої сторони, замінена на круглу плоску горизонтально 2 UA 76665 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 розміщену мембрану з магнітострикційним перетворювачем аналогічно закріпленим з верхньої сторони; тарілчасті мембрани замінені на плоскі мембрани, розміщені всередині пустотного конусного концентратора. 4. Враховуючи викладене в пп. 1, 2 і 3 в конструктивних рішеннях ультразвукового змішувача-активатора полімерних суспензій мають місце нові взаємоположення ознак та нові типи зв'язків і взаємодії між ознаками. На кресленні представлений ультразвуковий змішувач-активатор полімерних суспензій в поперечному перерізі. Ультразвуковий змішувач - активатор полімерних суспензій утримує герметичну, вертикально установлену конусну ємність 1, повернуту закругленою частиною вниз, яка установлена з допомогою шайбоподібного кронштейна 2 на амортизаторах 3 і забезпечена центральним вихідним патрубком 4 з корковим краном 5, на якій горизонтально установлена мембрана 6 між кільцевими герметизуючими прокладками 7 і 8 і забезпечена по периферії отворами 9, а між жорстко і центрально закріпленими з верхньої її сторони магнітострикційним перетворювачем 10 і циліндричним концентратором 11, отворами 12 та кришкою 13 з центральним вхідним патрубком 14 з корковим краном 15. З нижньої сторони мембрани 6 жорстко і центрально закріплені пустотілий конусний концентратор 16 з центральним отвором та додатковими дисковими мембранами, непарні 17, 18 і 19 з яких забезпечені відповідно центральними отворами 20, 21 і 22, а парні 23, 24 і 25 аналогічно отворами 26, 27 і 28 по периферії та перфорований пустотний конусний концентратор 29 з боковими отворами 30 та центральним отвором 31, стінки і закруглена вершина якого паралельні відповідно конусному концентратору 16 та ємності 1 і установленому з проміжками до них. Ультразвуковий змішувач - активатор полімерних суспензій працює таким чином. При закритому корковому крані 5 вхідного патрубка 4, ввімкненому високочастотному генераторі (не показаний) магнітострикційного перетворювача 10 і відкритому корковому крані 15 по вхідному патрубку 14 в ємність 1 подається суспензія для її активації. Активація суспензії полягає в тому, що в процесі диспергування твердої фази суспензії їх питома площина багатократно збільшується, а продукти руйнування твердих частинок якісно змішуються з рідиною. Попадаючи на корпус магнітострикційного перетворювача 10, суспензія охолоджує його поверхнею ультразвукових коливань, а далі ультразвукового поля верхньої сторони горизонтальної мембрани 6 і внутрішньої сторони циліндричного концентратора 11. В турбулентних потоках суспензії під дією ультразвукових полів виникають явища кавітації, які є потужними деструкторами твердої фази в рідині та активними змішувачами продуктів руйнування твердих частинок з рідиною. Дія кавітації посилюється ударами і співударами цих частинок, аналогічними видами їх тертя та механічною ерозією. Пройшовши отвори 12 мембрани 6, які діють як циліндричні концентратори і гідродинамічні випромінювачі, суспензія надходить в пустотний конусний концентратор 16 на першу мембрану 17 і піддається дії ультразвукових полів, випромінюваних верхньою стороною цієї мембрани, внутрішньої сторони конусного концентратора 16 та нижньої сторони горизонтальної мембрани 6. Пройшовши отвір 20 першої непарної мембрани 17, який діє аналогічно отвору 12, на суспензію одночасно діють ультразвукові поля нижньої сторони мембрани 17, верхньої сторони мембрани 23 і внутрішньої сторони концентратора 16 і т.д. Чим нижче опускається суспензія, тим на неї діють більш потужні ультразвукові поля і відповідно має місце більш потужна дія кавітації, так як пустотний конусний концентратор 16 з мембранами 17, 23, 18, 24, 19 і 25, які зменшуються зверху вниз являє собою загальний концентратор ультразвукових коливань. Прийшовши центральний отвір конусного концентратора 16, суспензія піддається дії ультразвукових полів, випромінюваних зовнішньою стороною концентратора 16 і внутрішньою стороною перфорованого концентратора 29, а далі, через отвори 31 і 30 поступово знизу вверх заповнює ємність 1, піддаючись дії ультразвукового поля зовнішньої сторони перфорованого пустотного конусного концентратора 30 і т.д. Після заповнення ємності 1 частково або повністю відкривають корковий кран 5 і по вихідному патрубку видаляють активовану суспензію для її подальшого використання і процес активації продовжується в безперервному режимі. При цьому коркові крани 5 і 15 виконують функції регуляторів видалення суспензії і подачі її в ємність 1. Після закінчення роботи установку промивають аналогічним чином, а далі вимикають високочастотний генератор (не показаний) магнітострикційного перетворювача 10. При відновленні роботи процеси повторюються. 60 3 UA 76665 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 Ультразвуковий змішувач-активатор полімерних суспензій, що містить герметичну ємність, вертикально установлену на амортизаторах, з запірно-роздавальною арматурою, концентраторами і мембраною з магнітострикційним перетворювачем, який відрізняється тим, що він утримує герметичну, вертикально установлену конусну ємність, повернуту закругленою частиною вниз, яка установлена з допомогою шайбоподібного кронштейна на амортизаторах і забезпечена центральним вихідним патрубком з корковим краном, на якій горизонтально установлена мембрана між кільцевими герметизуючими прокладками і забезпечена по периферії отворами, а між жорстко і центрально закріпленими з верхньої її сторони магнітострикційним перетворювачем і циліндричним концентратором, отворами та кришкою з центральним вхідним патрубком з корковим краном, а з нижньої сторони мембрани жорстко і центрально закріплені пустотілий конусний концентратор з центральним отвором та додатковими дисковими мембранами, непарні з яких забезпечені відповідно центральними отворами, а парні аналогічно отворами по периферії та перфорований пустотний конусний концентратор з боковими отворами і центральним отвором, стінки і закруглена вершина якого паралельні відповідно конусному концентратору та ємності і установленому з проміжками до них. Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4