Устройство для гомогенизации стекломассы

 

I.УСТРСЙЙСТВО ДЛЯ ПЙЮГЕНИЗА 1бШ СТЕКШКАСШ, вкпючаюв ее цшшндрический сосуд с мевалкой с лопастями, по крЬйяеЛ мере один коаксхально установле1шый в нем непод8ихга 1й цилинд рический экранI патрубки поступления н выработки стекломассы, о тл ичающееся тем, что, с целью повышения производительности и улучшения качества стекла по бессвнльности и однородности, лопасти мешалки и/или цилиндрический экран выполнены с вырезами, относительная площадь которых в лопастях мешалки и цилиндрическом экране составляет О,10-0,70,и 0,01-0,5 соответственио. 2. Устройство по п.1, о т л и чающееся тем, что угол образукнцей винтовой поверхности лопастей мешалки с осью мешалки составляет 4590° СО ел J

17 А

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИН

4 (51

В518

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H *а 0 <й М 06%flllhGTRV

ГОСУЩАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЖ (21) 3651065/29-33 (22) 11.07.83 (46) 23.01 ° 85. Бюп.9 3 (72) S.В.Татаринцев, И.N.Áóìèíñêèé и В.С.Щавкия (53) 666.1.031. 15 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

Ф 958332, an.С 03 3 5/18,1980.

2. Авторское свидетельство СССР

В 547394, кл,С 03 В 5/18,1975,. (54) (57) t . УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГОИОГЕНИЗА"

ЦИИ СТЕЮЮИАССЫ, включающее цилиндрический сосуд с мешалкой с лопастями, по крайней мере один коаксиальио установленный s ием неподвижный цилиндрическнй экран, патрубки поступления н выработки стекломассы, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повыиения производительности и улучшения качества стекла по бессвильности и однородности, лопасти мешалки и/или цилиндрический экран выполнены с вырезами, относительная площадь которых в лопастях мешапки и цилиндрическом экране составляет

0,10- 0,70,и. 0 01-0 5 соответственно, 2. Устройство по п.i о т л ичающее с я тем, что угол образующей винтовой поверхности лопастей

) мешалки с.осью мешалки составляет 4590

Вследствие сравнительно высокой вязкости гомогенизируемай стекломассы ее движение в гомогенизаторах является ламинарным. Гомогениэация жидкости в ламинарных потоках осуществляется в результате вытягивания, областей неоднородности в тонкие нитевидные или лечточиые свили с последующим диффузионным выравниванием концентраций, Изменение толщины свили со временем определяется формулой

1 ЗК1

Изобретение относится к .промышленности стройматериалов, конкретно к устройствам для гомогенизации стекломассы, и может быть использовано в ттекловарении для получения высококачественного по бессвильности и однородности стекла.

Известно устройство для гомогенизации стекломассы, включающее систему подвижных и неподвижных цилиндров, 10 обладающее высокой гомогенизирующей способностью вследствие высокой и равномерно распределенной по объему гомогенизатора скорости сдвиговой деформации ()) .

Однако данное устройство имеет низкую производительность в расчете на единицу его веса или объема, обусловленную высокой стационарностью картины тока стекломассы в устройст- щ ве.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для гомогенизации стекломассы, включаю- 25 щее цилиндрический сосуд с мешалкой с лопастями, по крайней мере один коаксиально установленный в нем неподвижный цилиндрический экран, патрубки .поступления и выработки стекломассы (2).

Недостатком известного устройства является малая удельная производительность, обусловленная высокой стационарностью токовой картиныперемешиваемой стекломассы. Повыше нне производительности такого -устройства неизбежно связано со снижением качества получаемого стекла по бес свильности и однородности. 40 . Недостатки устройств для гомогенизацни стекломассы с устойчивой ао времени системой токовых линий стекломассы отчетливо проявляются при рассмотрении гомогенизацни стек- 4 ла.

Н-И0,1

rpe А - толщина свили в момент времени 4; d — начальная толщи а, совпадающая с величиной проекции области неоднородности на нормаль к направлению тока; — продолжительность гомогенизации -1 - — проекция гради ента скорости по 1 ока на нормаль к линии тока.

Если течение жидкости s гомогени" заторе стационарно, скорость утоньшения свили (а следовательно и ско1 рости гомогенизации) быстро уменьшается, Кроме того, при стационарном ламинарном течении не происходит гомогенизацин в направлении, нормальном к линиям тока жидкости.

Для интенсификации процесса гомогенизации наиболее благоприятными являются возмущения процесса в виде периодического изменения направления потоков в трех примерно взаимно ортогональных направлениях. При этом резко увеличивается скорость растягивания и утоньшения свили sa счет увеличения проекции свили на нормаль к линии тока в момент изменения, а гомогениэация происходит во всех направлениях.

Целью изобретения является повышение производительности и улуч = шение качества стекла по бессвильности и однородности, Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для гомогенизации стекломассы, включающем цилинд рический сосуд с мешалкой с лопастями, по крайней мере один коаксиально установленный в нем неподвижный цилиндрический экран, патрубки посту-, . пления и выработки стекломассы, лопасти мешалки и/или цилиндрический экран выполнены с вырезами, относительная площадь которых в лопастях мешалки и цилиндрическом экране составляет 0,10-0,70 и 0,01-0,5 соот" ветственно.

При этом угол образующей винтовой поверхности лопастей мешалки с осью мешалки составляет 45-90О.

В предлагаемом устройстве повышение эффективности гомогениэации по сравнению с известным достигается внесением в основной поток нерегулярных струйных возмущений, осуществляемых с помощью отверстий в мешалке и экранирующем цилиндре, Эти возму3 11357Т щения должны быть достаточно интенсивны, но не должны быть слишком велики, При малой площади отверстий возмущения малы, при слишком большой — остаются одни лишь локальные возмущения, основной же поток, охватывающий весь объем гомогенизатора, резко уменьшен, а вместе с ним уменьшена и способность гомогениэатора к усреднению состава стекло- Ið массы. Точные значения верхней и нижней границ интервала относительных площадей отверстий определяются многимн факторами, главным образом вязкостью и плотностью стекломассы, масштабом неоднородностей в ней, а также размерами единичных отверстий, их распределением по поверхности, типом мешалки н т.д, Опытами на модельных жидкостях с вязкостью от I до 100 П определяют эффективность предпагаемого устройства по сравнению с известным, Эффективность характеризуют отношением времени гомогеншзации при одинаковой скорости вращения мешалки. Геометрические размеры гомогенизаторов совпадают..Исследуют следующие типы предлагаемых гомогенизаторов с ленточными вырезами на экранирующем цилиндре и на мешалке, причем ширина

sbtpesa s 2-10 раз больше толщины стенки цилиндра или лопасти мешалки н с круглыми примерно равномерно распределенными отверстиями диаметром в 210 раз большим толщины стенок цилиндра нли лопасти.

Дяя маловяэкой н тяжелой жидкости, моделирующей поведение маловяэ". кой и тяжелой стекломассы, например, 40 расплавов сверхтяжелых флинтов эффект ускорения гомогениэацни постаточно отчетлив (примерно 1,5 кратный) уже при относительной площади отверстий в экраннрующем цилиндре 45

0,01. С уменьшением ее эффект быст ро спадает. Это определяет нижний предел относительной площади отверстий в цилиндре (0,01). С увеличением относительной площади от- . 50 верстий эффект ускорения сперва возрастает, а потом убывает, При относительной площади отверстий больше 50Х эффект ускорения для маловязких жидкостей практически про-55 падает, особенно для крупномасштабных неоднородностей. Для высоковязкой жидкости (примерно 100 П) 7 4 эффект ускорения гомогенизацин существенен при больших относительными площадях отверстий в экране (не менее IOX гри небольших размерах единичных отверстий ) и с увеличением относительных площадей также сперва возрастает, а затем убывает и практически исчезает при площади отверстий более 50Х. При относительной площади отверстий 50Х в высоковяэкой жидкости эффект еще достаточно отчетлив и составляет около 1,5, Это значение относительной площади выбра. но в качестве верхнего .предела.

Отверстия в мешалке вызывают ускорение гомогенизацни при их относительной площади 0,1 — 0,7. Наибольший эффект достигается в интервале 0,2-0,5. При относительной площа-. ди меньше 0,1 эффект быстро падает вследствие уменьшения интенсивности струйных течений (особенно для высоковяэкой жидкости) ° HpH Относнтель» ной площади 0,1 для маловязкой лиц кости эффект ускорения достаточно отчетлив и составляет приблизительно 1,5. Это значение относительной площади выбрано в качестве нижнего предела. Прн увеличении относительной площади отверстий в мешалке более 0,7 эффект ускорения гомогенизации при постоянной скорости враще» ния мешалки также быстро спадает (особенно для маловязкнх жидкостей ). .При значении относительной площади отверстий 0,7 эффект ускорения.для высоковязкой жидкости еще достаточно отчетлив и составляет примерно

1,5. Это значение относительной площади выбрано в качестве верхнего предела для мешалки.

При большой относительной площад отверстий в мешалке и цилиндре снимается осевой напор винтовоГ мешалки с лопастями, расположенными нормально к оси. Вследствие этого снижается к усредняющая способность гомогеннзатора, т,е. эффективность по отношению к крупномасштабным неоднородностям состава. Введение наклона лопастей таково, что угол между образующей лопасти и осью мешалки составляет 90-450(90 -1350 при отсчете от положительного направления осн винта ), увеличивает осевой напор мешалки и этим повышает ее эффективность прн большой площади отверстий, В случае наклонного рас11357

3 положения лопастей мешалки и при наличии отверстий в экране особенно

° эффективным приемом для ускорения гомогенизации становится периодическая смена направлений вращения ме- 5 шалки, вызывающая периодическую сме ну преимущественных течений в гомогенизаторе с осевых на радиальные сквозь отверстия в экране, При этом эффект ускорения гомогенизации мо- . 10 жет достигать десятикратного., При более острых - углах наклона, чем 45, эффективность устройства, как показывают опыты, быстро падает, причем в большей степени для высоковязкой жидкости. Причиной этого является замедление течений в области штока между лопастями и снижение осевого напора мешалки. Кроме этого, при сохранении диаметра лопастей 20 резко увеличивается расход материалов на мешалку, Поэтому значение угла наклона 45 выбрано в качестве предельного, нри котором для маловязкой жидкости эффект ускорения еще 25 отчетливо наблюдается (примерно

1,5 кратный ).

На фиг.1 показано устройство, продольный разрез (н лопастях мешалки и в цилийдрическом экране выполнены gp круглые вырезы); на фиг.2 - то же, в лопастях мешалки и в цилиндрическом экране выполнены щелевые вырезы.

Устройство содержит цилиидричес" кнй сосуд 1 с закрепленными в нем экраяирующим цилиндром 2, двухзаход;

17 ную 3/4 — оборотную винтовую мешалку 3 с лопастями.4, с отверстиями 5 в лопастях. В цилиндрическом экране выполнены отверстия 6

Поступающая в устройство через патрубок 7 стекломасса многократно прокручивсется радиально-осевыми циркуляционными потоками мешалки вокруг экранирующего цилиндра и окружными циркуляционными потоками внутри цилиндра. В результате взаимодействия струй, прохОдящих через отверстия, с основным потоком в ием возникают нестационарные возмущения с направлением течения нормальным к основному, благодаря чему гомогениэирующая эффективность устройства возрастает, Скорость враще» . ния мешалки составляет 20 — 150 об/

/мии. Гомогенизированиая стекломасса поступает на выработку через выработочный патрубок 8, Устройство для гомогенизации стекломассы обеснечивает получение высокоодиородного стекла как в ре жиме периодической, так и непрерывной выработки. Ио результатам модел ных иснытамщФ нри равнйх объемам и . одинаковом качестве вырабатываемого стекла производительность предлагаемого устройства для гомогенизации стекломассы превосходит произво» дительность известного в 1,5-2 раза.

При этом вес устройства снижен по сравнению с весом известного на 320Х.

1135717

Составитель Н.Ильиных

Редактор Н,Дауган Техред Л.Коцюбняк Корректор С.Шекмар

Заказ 10237/15 Тирах 457 Подписное

ВНЫ4ПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035,Èîñêâà,Æ"35,Ðàóøcêàÿ наб,,д.4/5 Филиал ППП "Патент", г.уагород, ул, Проектная,4