Ультразвуковий активатор полімерних сумішей з нанонаповнювачем

Реферат: UA 84779 U UA 84779 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до харчової, лакофарбової, електротехнічної, будівельної та іншої техніки, зокрема до установок активації та змішування дисперсних сумішей. Відома "Установка для активації цементної суспензії", яка містить герметичну ємність, установлену на основу за допомогою амортизаторів раму з вібраторами, всередині якої розміщена на амортизаторах ємність, виконана у вигляді розміщених одна над одною лійкоподібних секцій, днище кожної з яких з'єднано з трубопроводом, а його гідродинамічний випромінювач установлений з проміжком відносно нижчележачої сторони секції. Ємність також забезпечена трубками для вводу і виводу цементної суспензії і подачі надлишкового тиску (авт. 3 свід. СРСР № 874378, Кл. В28С 5/46, опубл. в Б. В. № 39, 1982 р.). Недоліками цієї установки є: - недостатній ступінь диспергування суміші, наприклад цементної суспензії, із-за довгого шляху переміщення і каскадних переходів від одного випромінювача до іншого; - низька продуктивність з тієї ж причини і недостатньої дії ультразвукового поля на тверді частинки суспензії. Відома також "Установка для активації цементної суспензії" (авт. свід. СРСР № 1451027, Кл. В28С 5/46, опубл. в Б. В. № 2, 1989 p.), яка містить установлену на амортизаторах ємність, з розміщеними послідовно в ній мембранами з магнітострикційними перетворювачами, патрубками для введення і виведення суспензії і штуцером з'єднання з вакуумною системою. Установка забезпечена лійками, кожна з яких розміщена під мембраною і змонтована на ємності за допомогою кільця і прокладки, розміщеної паралельно осі ємності тягою з кульковими клапанами, один з яких розміщений у кришці ємності, а кожний з чергових - в днищі мембрани, виконаної тарілчастої форми з перфорованим відгином, причому кожний перетворювач розміщений на днищі мембрани. Недоліками установки є: - недостатній ступінь змішування складових суспензії тому, що лійки не піддаються дії ультразвукових коливань і практично створюють умови для розшарування суміші (вода з 3 3 щільністю 1 г/см і цемент - 3,1 г/см ); - штуцер приєднаний до вакуумної системи розміщений так, що не сприяє створенню різниці тиску, необхідного для посилення роботи гідродинамічних випромінювачів; - через наявність великої кількості прокладок з пружного матеріалу знижується ступінь надійності установки в роботі, а заміна їх складна, так як потребує повного розбирання установки; - кулькові клапани ускладнюють конструкцію установки; - наявність магнітострикційних перетворювачів викликає значну потребу в електроенергії, ускладнює конструкцію установки і надійність її в роботі. Відомий також патент України № 52964, Кл. В28С 5/46, опубл. в Бюл. № 1 за 2003 р. "Змішувач-активатор", який забезпечений розміщеною співвісно всередині ємності мембраною стаканного типу, установленою між прокладкою з пружного матеріалу, яка лежить на кільцевому упорі з вертикально розміщеними отворами, який жорстко закріплений до внутрішньої стінки ємності знизу, і кільцевою прокладкою з пружного матеріалу, установленою в обмежувачах, жорстко закріплений до нижньої сторони кришки, до днища цієї мембрани, з отворами по периметру, жорстко закріплений магнітострикційний перетворювач, а всередині циліндричної частини мембрани послідовно і жорстко закріплені мембрани конусної форми вгору сферичними вершинами, з гідродинамічними випромінювачами по периметру. Недоліками змішувача-активатора є: - наявність вакуумної системи для забезпечення роботи гідродинамічних випромінювачів, що ускладнює конструкцію установки; - наявність в об'ємі ємкості технологічних порожнин, що обмежує дію кавітації і, відповідно, активацію суспензії; - недостатній ступінь активації дисперсних сумішей. Як найближчий аналог прийнятий "Активатор" за патентом України № 29087 МПК В28С 5/46 (2006.01), що містить установлену на амортизаторах герметичну ємність з розміщеною в ній, на прокладках з пружного матеріалу, мембраною, забезпеченою магнітострикційним перетворювачем і запірнороздавальну арматуру, ємність якого складається з верхньої циліндричної секції з кришкою, забезпеченою центральним верхнім патрубком, і нижньої конусної секції з днищем і центральним вихідним патрубком, між якими на пружних прокладках установлена мембрана з центральним отвором і отворами по периметру, на якій з верхньої сторони центрально закріплена півкульова мембрана вигнутою стороною вгору, з отворами в нижній частині, до якої з нижньої сторони центрально і жорстко закріплений магнітострикційний перетворювач і по її зовнішньому контуру - циліндричний концентратор, а з нижньої сторони 1 UA 84779 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 горизонтальної мембрани аналогічно закріплений півкульовий концентратор вигнутою стороною вниз, із центральним отвором, по контуру якого аналогічно закріплена верхня секція пустотілого концентратора, до якого з нижньої сторони центрально і жорстко закріплений кульовий концентратор, який складається з верхнього півкульового концентратора з отворами і з нижнього півкульового концентратора з центральним отвором, до якого аналогічно закріплена нижня секція конусного концентратора з жорстко і центрально прикріпленим до її частини кульовим концентратором з аналогічними складовими і отворами, при цьому нижній центральний його отвір співпадає з аналогічним отвором кришки нижньої секції, а кульові концентратори по діаметру збільшуються знизу догори. Недоліками найближчого аналога є: - недостатній ступінь диспергування сумішей; - складність монтажу і демонтажу півкульових мембран; - значна кількість деталей і їх кріплення, що при умовах наявності ультразвукових коливань ускладнює експлуатацію установки; - незначний вплив ультразвукових коливань і, особливо, кавітації на дисперсну суміш у нижній частині установки із-за кріплення магнітострикційного перетворювача ультразвукових хвиль у верхній крайній зоні. Задачею корисної моделі є підвищення якості суспензії і удосконалення конструкції установки. Задача вирішується тим, що ультразвуковий активатор полімерних сумішей з нанонаповнювачем містить вертикально установлену циліндричну ємність з кришкою, забезпеченою центральним вхідним патрубком з корковим краном, та днищем з центральним вихідним патрубком з корковим краном, розміщеним на амортизаторах, над яким між кільцевими герметизуючими і амортизуючими прокладками горизонтально установлена мембрана з центральним отвором та отворами по периферії. З нижньої сторони до мембрани центрально і жорстко закріплена тарілчаста мембрана, яка повернута випуклою стороною вниз і забезпечена отворами по периметру центрально і жорстко закріпленого на ній з верхньої сторони магнітострикційного перетворювача. З верхньої сторони мембрани центрально і жорстко закріплені концентратор стаканного типу, повернутий дном тарілчастої форми вгору, який забезпечений центральним отвором, випукла сторона якого повернута вниз і до його нижньої сторони центрально і жорстко закріплені концентратори стаканного типу, циліндричні стінки яких перфоровані отворами. Загальними ознаками для ультразвукового активатора полімерних сумішей з нанонаповнювачем і найближчого аналога є вертикально установлена на амортизаторах герметична ємність, обладнана запірно-роздавальною арматурою, в якій розміщені один над одним концентратори ультразвукових коливань та магнітострикційний перетворювач. Конструктивні рішення ультразвукового активатора полімерних сумішей з нанонаповнювачем забезпечують у порівнянні з найближчим аналогом ряд суттєвих переваг і відмінностей, основними з яких є: 1. Частково нове сполучення ознак, що указує на наявність суттєвих відмінностей: герметична ємність установлена на амортизаторах днищем; горизонтальна мембрана розміщена між днищем і нижньою стороною ємності. 2. Заміна одних ознак іншими, що теж свідчить про наявність суттєвих відмінностей: напівциліндричні концентратори замінені на концентратори стаканного типу; циліндрична і конусна секції ємності замінені на циліндричну ємність; жорстке і центральне кріплення магнітострикційного перетворювача до нижньої сторони верхнього напівкульового концентратора замінено на аналогічне його кріплення з верхньої сторони нижньої тарілчастої мембрани; півкульові концентратори, які при їх з'єднанні утворюють кульові концентратори і розміщені в межах циліндричного і конусного концентраторів, замінені на концентратори стаканного типу; циліндричний і конусний концентратори жорстко закріплені до горизонтальної мембрани, відповідно зверху і знизу замінені на концентратори стаканного типу, які закріплені з верхньої сторони горизонтальної мембрани і нижньої сторони тарілчастої верхньої мембрани. 3. Введення нових ознак, що теж свідчить про наявність суттєвих відмінностей: нижня тарілчаста мембрана для кріплення магнітострикційного перетворювача; верхня тарілчаста мембрана для кріплення концентраторів стаканного типу. 4. Враховуючи викладене в пп. 1, 2 і 3, конструктивні рішення ультразвукового активатора полімерних сумішей з нанонаповнювачем забезпечують нове взаємоположення ознак та нові типи зв'язків і взаємодії між ознаками. На кресленні приведений ультразвуковий активатор полімерних сумішей з нанонаповнювачем в поперечному перерізі, який містить вертикально установлену циліндричну 2 UA 84779 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ємність 1 з кришкою 2, забезпеченою центральним вхідним патрубком 3 з корковим краном 4, та днищем 5 з центральним вихідним патрубком 6 з корковим краном 7, розміщеним на амортизаторах 8, над яким між кільцевими герметизуючими і амортизуючими прокладками 9 і 10 горизонтально установлена мембрана 11 з центральним отвором 12 та отворами 13 по периферії. З нижньої сторони до мембрани 11 центрально і жорстко закріплена тарілчаста мембрана 14, яка повернута випуклою стороною вниз і забезпечена отворами 15 по периметру центрально і жорстко закріпленого на ній з верхньої сторони магнітострикційного перетворювача 16. З верхньої сторони мембрани 11 центрально і жорстко закріплені концентратор 17 стаканного типу, повернутий дном 18 тарілчастої форми вгору, яке забезпечене центральним отвором 19, випукла сторона якого повернута вниз і до його нижньої сторони центрально і жорстко закріплені концентратори 20, 21 і 22 стаканного типу, циліндричні стінки яких перфоровані отворами 23, 24 і 25. Ультразвуковий активатор полімерних сумішей з нанонаповнювачем працює таким чином. При закритому корковому крані 7, включеному високочастотному генераторові (не показаний), під'єднаному до магнітострикційного перетворювача 16, і при відкритому корковому крані 4 по вхідному патрубку 3 в ємність 1 подають суспензію для активації полімерної суміші її твердої фази. Надходячи на тарілчасте дно 18 концентратора 17, суспензія піддається дії ультразвукового поля, випромінюваного його верхньою поверхнею, а проходячи через центральний отвір 19, який діє як циліндричний концентратор і гідродинамічний випромінювач, суспензія надходить в концентратор стаканного типу 20, де на неї діють ультразвукові поля, випромінювані внутрішніми сторонами концентратора 20 та нижньою стороною тарілчастого дна 18 концентратора. В процесі дії ультразвукових полів в турбулентних потоках рідини виникають явища кавітації, які є найбільш потужними диспергаторами твердої мінеральної фази в рідині і змішувачами продуктів руйнування з нею. Одночасно руйнуючу дію на мінеральні частинки виявляють удари і співудари цих частинок, різні види тертя та механічна ерозія. Дія кавітації і супроводжуючих її факторів значно збільшує питому поверхню твердої мінеральної фази в суспензії, чим відповідно підвищується і активність в подальшому використанні. Проходячи через отвори 23, які діють як отвір 19, суспензія надходить в черговий концентратор 21 стаканного типу, де на неї діють, крім ультразвукових полів, випромінюваних нижньою стороною тарілчастого дна 18 концентратора 17 і внутрішніх сторін концентратора 21 стаканного типу, також ультразвукові поля зовнішніх сторін концентратора 20 і т.д. При проходженні через отвір 12, який діє аналогічно отвору 19, суспензія надходить на корпус магнітострикційного перетворювача, охолоджує його і піддається дії ультразвукових полів, випромінюваних його сторонами, нижньою стороною мембрани 11 та верхньою стороною тарілчастої мембрани 14. Проходячи через отвори 15, які працюють аналогічно отвору 12, суспензія опускається на днище 5 і піддається дії ультразвукового поля нижньої сторони тарілчастої мембрани 14, а потім у міру заповнення ємності 1 - ультразвукових полів мембрани 11 та зовнішньої сторони стінок концентратора 17 стаканного типу, що забезпечує дію кавітації у всьому об'ємі ємності 1. Після заповнення ємності 1 частково або повністю відкривають корковий кран 7 і видаляють активовану суспензію для подальшого використання. Одночасно корковим краном 4 регулюють об'єм суспензії, що надходить в ємність 1 по вхідному патрубку 3, і процес продовжується в безперервному режимі. Після закінчення роботи установка промивається аналогічним чином, після чого виключають високочастотний генератор (не показаний) магнітострикційного перетворювача 16. При відновленні роботи процеси повторюються. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Ультразвуковий активатор полімерних сумішей з нанонаповнювачем, що містить вертикально установлену, на амортизаторах, герметичну ємність, обладнану запірно-роздавальною арматурою, в якій розміщені один над одним концентратори ультразвукових коливань та магнітострикційний перетворювач, який відрізняється тим, що він містить вертикально установлену циліндричну ємність з кришкою, забезпеченою центральним вхідним патрубком з корковим краном, та днищем з центральним вихідним патрубком з корковим краном, розміщеним на амортизаторах, над яким між кільцевими герметизуючими і амортизуючими прокладками горизонтально установлена мембрана з центральним отвором та отворами по периферії, а з нижньої сторони до мембрани центрально і жорстко закріплена тарілчаста 3 UA 84779 U 5 мембрана, яка повернута випуклою стороною вниз і забезпечена отворами по периметру центрально і жорстко закріпленого на ній з верхньої сторони магнітострикційного перетворювача, з верхньої сторони мембрани центрально і жорстко закріплені концентратор стаканного типу, повернутий дном тарілчастої форми вгору, який забезпечений центральним отвором, випукла сторона якого повернута вниз і до його нижньої сторони центрально і жорстко закріплені концентратори стаканного типу, циліндричні стінки яких перфоровані отворами. Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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