Способ приготовления цементных растворов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области машиностроения и направлено на разработку способа приготовления цементных растворов и конструкции аппарата для его осуществления. Технический результат - увеличение гомогенности цементного раствора, снижение энергопотребления процесса перемешивания. Способ приготовления цементных растворов включает перемешивание цементного порошка и жидкости затворения в реакционном объеме, ограниченном снизу полуцилиндрической обечайкой, ось которой расположена в горизонтальной плоскости устройства, а сбоку - двумя плоскими стенками, путем выдавливания цементного раствора пульсирующими струями тангенциально ограничивающей его снизу образующей полуцилиндрической обечайки в реакционный объем за счет периодической подачи воздуха через пульсопровод в пульсационную камеру, сообщенную с реакционным объемом, и сброса воздуха из нее. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и направлено на разработку способа приготовления цементных растворов и конструкции аппарата для его осуществления.

Приготовление с высокой производительностью качественных с необходимой плотностью гомогенных цементных растворов является актуальной задачей в различных отраслях промышленности, в частности, строительной, нефтяной, газовой, а также в атомной энергетике при иммобилизации радиоактивных отходов в цементный компаунд.

В основе методов приготовления цементных растворов лежит принцип введения расчетного количества цементного порошка и, при необходимости, других сухих добавок в известный объем жидкости затворения. Процесс введения цементного порошка происходит при перемешивании образующегося цементного раствора. Очевидно, что способ перемешивания в значительной степени определяет энергозатраты на проведение процесса и существенно влияет на гомогенность полученного раствора. С ростом вязкости конечного цементного раствора, особенно при получении растворов высокой плотности, энергетический кпд процесса перемешивания снижается, что, в зависимости от способа перемешивания, может являться причиной невозможности дальнейшего осуществления процесса приготовления цементного раствора из-за недостатка вводимой в реакционный объем энергии для нормального проведения процесса.

Известен способ приготовления цементных растворов, где перемешивание осуществляется путем вращения корпуса смесительного аппарата вокруг горизонтальной оси, в результате чего смешиваемые компоненты и вода перемещаются в вертикальной плоскости по внутренней стенке корпуса снизу вверх, а сверху вниз сбрасываются спиралью съемного стержня [патент РФ № 2118593, МКИ В28С 5/20].

Этот способ реализуется в устройстве [патент РФ № 2118593, МКИ В28С 5/20], содержащем снабженный внешними бандажами горизонтальный корпус в форме тела вращения с загрузочным и разгрузочным торцами, на внутренней поверхности которого установлены по спирали перемешивающие элементы и питатели сухих компонентов и воды. Перемешивающие элементы выполнены в виде изогнутого по спирали съемного стержня, заключенного в резиновый или пластиковый шланг, причем угол наклона спирали стержня расположен в пределах 10-80° к вертикали при соотношении диаметра корпуса к его длине в пределах от 1:2 до 1:3,5. Изнутри корпуса по его образующей смонтированы съемные прямые стержни, а выходное отверстие питателя воды расположено внутри корпуса на расстоянии от 0,1 до 0,5 его длины со стороны разгрузочного торца устройства.

Однако данные способ и устройство не обеспечивают гомогенности получаемых растворов при их большой конечной плотности, и, кроме того, требуют больших энергозатрат на вращение загруженного раствором корпуса устройства.

Также известен способ приготовления цементных растворов, где перемешивание осуществляют вращающимися в вертикальной плоскости мешалками [научно-технический журнал "Нефтяное хозяйство", № 8, 1991, М.: Недра, стр.40].

Этот способ реализуется в смесительной установке [научно-технический журнал "Нефтяное хозяйство", № 8, 1991, М.: Недра, стр.40], содержащей резервуар, размещенные в нем мешалки, состоящие из горизонтально расположенных валов с поперечными траверсами, к концам которых прикреплены прерывные ленточные винтовые лопасти. При этом резервуар имеет днище, выполненное по форме и размерам мешалок в виде двух соприкасаемых сферических сегментов, расположенный под ним поддон, образующий с ними, с торцевой стенкой резервуара и торцевой заглушкой перед задней торцевой стенкой герметичную полость. На торцевых стенках резервуара оборудованы опорно-концевые подшипники концов валов мешалок, которые соединены с приводом.

Основными недостатками этого способа перемешивания и реализующей его смесительной установки является присущая всем механическим мешалкам недостаточная степень перемешивания компонентов приготавливаемых растворов, обусловленная образованием застойных зон. Это приводит к выпадению из раствора частиц цемента на днище резервуара, которые наслаиваются и уплотняются на высоту зазора 20-50 мм между днищем и лопастями мешалок, что также делает невозможным получение гомогенных высоковязких растворов.

Наиболее близким способом к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ пульсационного перемешивания в плоских вертикальных слоях жидкости, выбранный в качестве прототипа [Пульсационная техника. Под общей ред. С.М.Карпачевой. М.: Энергоатомиздат, 1983, стр.43-49].

Недостатком этого способа является невозможность приготовления цементных растворов высокой плотности, обладающих высокой конечной вязкостью, из-за недостатка вводимой в реакционный объем энергии для проведения процесса, а также наличие застойных зон, что обуславливает недостаточную степень перемешивания компонентов при приготовлении гомогенного цементного раствора нормальной плотности.

Наиболее близким устройством к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является выбранное в качестве прототипа устройство, содержащее реакционную зону, пульсационную камеру и сопловой аппарат, соединенный с пульсационной камерой и расположенный асимметрично относительно реакционной зоны [Пульсационная техника. Под общей ред. С.М.Карпачевой. М.: Энергоатомиздат, 1983, стр.43-49].

При подаче пневматического импульса в пульсационную камеру жидкость выдавливают из нее через сопловой аппарат в виде струи, вовлекая в движение прилегающие слои жидкости в реакционной зоне и передавая энергию пневматического импульса в объем реакционной массы. При сбросе давления воздуха из пульсационной камеры в нее через сопловой аппарат затекает свежая порция жидкости из реакционной зоны. Генерирование импульсов определенной частоты позволяет создать интенсивную циркуляцию жидкости по объему в виде макровихря.

Недостатком этого устройства является невозможность приготовления цементных растворов высокой плотности, обладающих высокой конечной вязкостью, из-за недостатка вводимой в реакционный объем энергии для проведения процесса, а также наличие застойных зон, что обуславливает недостаточную степень перемешивания компонентов при приготовлении гомогенного цементного раствора нормальной плотности.

Задачей, на решение которой направлен предлагаемый способ, является разработка способа приготовления гомогенных цементных растворов высокой плотности при одновременном снижении энергопотребления процесса перемешивания.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое устройство, является разработка устройства приготовления гомогенных цементных растворов высокой плотности при одновременном снижении энергопотребления процесса перемешивания.

Для решения поставленной задачи способ приготовления цементного раствора характеризуется тем, что смешивают цементный порошок и жидкость затворения в устройстве с днищем, выполненным в виде полуцилиндрической обечайки, ось которой расположена в горизонтальной плоскости, причем смешивание осуществляют пульсирующими струями самого раствора, направленными тангенциально днищу.

Для решения поставленной задачи устройство для приготовления цементного раствора содержит корпус, выполненный в виде днища и боковых стенок, пульсационные камеры с соплам, а также узел загрузки реагентов и выгрузки цементного раствора, причем днище корпуса выполнено в виде полуцилиндрической обечайки, ось которой расположена в горизонтальной плоскости, верхняя часть корпуса снабжена отбойником в виде цилиндрической поверхности, ось которой расположена в горизонтальной плоскости, а сопла выполнены в виде щелей, сформированных у днища.

В частном варианте нижнее сопло сформировано между днищем и цилиндрической поверхностью обечайки.

В другом частном варианте устройство снабжено двумя соплами, причем второе выполнено в виде щели, сформированной между цилиндрической поверхностью обечайки нижнего сопла и цилиндрической поверхностью обечайки второго сопла.

В другом частном варианте сопла сообщены с корпусом в разных местах днища.

В другом частном варианте пульсационные камеры смонтированы непосредственно на корпусе.

В другом частном варианте корпус размещен с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси.

Технический результат достигается тем, что введение цементного порошка в раствор проводят в условиях его интенсивной турбулизации по всему реакционному объему корпуса за счет придания реагентам вращательного движения вдоль горизонтальной оси реакционного объема корпуса. Ввод энергии на перемешивание осуществляют пульсирующими струями раствора, направленными тангенциально к оси вращательного движения реакционной массы, в двух и более точках цилиндрической образующей, ограничивающей реакционный объем в его нижней части.

На чертеже приведен продольный разрез устройства для приготовления цементного раствора.

Устройство для приготовления цементного раствора состоит из плоского корпуса, в котором протекает процесс приготовления цементного раствора, выполненного в виде днища 1 и боковых стенок 2, пульсационных камер 3 и 4, генерирующих возвратно-поступательное движение, сопел 5 и 6, преобразующих возвратно-поступательное движение в пульсационных камерах в пульсирующие струи раствора в реакционной зоне 7, узла загрузки реагентов и выгрузки готового цементного раствора 8. Пульсационные камеры сверху закрыты крышкой, в которую вварены пульсопроводы 9 и 10, обеспечивающие подвод пульсационного воздуха к пульсационным камерам. На внутренней стенке реакционной зоны в верхней ее части закреплен отбойник 11, предотвращающий образование застойной зоны в верхней части реакционной зоны. Реакционная зона 7 образована днищем 1, боковыми стенками 2, отбойником 11 и цилиндрическими поверхностями 12 и 13 обечаек сопел, направленных тангенциально днищу корпуса.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

После предварительного заполнения устройства, выполненного в виде днища 1 и боковых стенок 2, через узел загрузки реагентов 8 известным объемом жидкости затворения начинают процесс ее перемешивания в реакционной зоне 7 с одновременным дозированием в жидкость через узел загрузки небольших порций цементного порошка.

Перемешивание реагентов в устройстве происходит за счет периодической подачи сжатого воздуха через пульсопроводы 9 и 10 попеременно в пульсационные камеры 3 и 4 и последующего сброса воздуха из них в сбросной коллектор. При подаче воздуха в пульсационные камеры раствор из них с большой скоростью выдавливается в реакционную зону 7 через щели сопел 5 и 6, нижнее из которых выполнено в виде щели, сформированной между днищем и цилиндрической поверхностью 12 обечайки, направленной тангенциально к днищу корпуса, а второе выполнено в виде щели, сформированной между цилиндрической поверхностью 12 обечайки нижнего сопла и цилиндрической поверхностью 13 обечайки второго сопла, направленной также тангенциально к днищу корпуса.

Реагенты в реакционной зоне приводятся во вращательное движение. Отбойник 11 предотвращает образование застойной зоны в верхней части реакционной зоны. При сбросе воздуха реагенты из реакционной зоны медленно заполняют пульсационные камеры через сопла. По мере дозирования цементного порошка реакционная зона устройства заполняется цементным раствором с возрастающей плотностью и вязкостью. В этих условиях для поддержания необходимой для нормального течения процесса интенсивности перемешивания увеличивают ввод энергии на перемешивание соответствующим увеличением длительности импульса подачи сжатого воздуха в пульсационные камеры. По окончании дозирования расчетного количества цементного порошка в реакционную зону устройства приготовленный раствор некоторое время перемешивают для улучшения его гомогенности, после чего сливают в транспортную тару через узел выгрузки готового цементного раствора 8, наклоняя устройство вокруг горизонтальной оси 14 на угол, необходимый для его полного опорожнения. После возврата в исходное состояние устройство вновь готово к повторению цикла приготовления следующей порции цементного раствора.

Использование предлагаемого изобретения позволяет получать цементные растворы высокой плотности и гомогенности при отсутствии застойных зон в реакционном объеме и снижении энергопотребления.

1. Способ приготовления цементных растворов, характеризующийся тем, что перемешивают цементный порошок и жидкость затворения в реакционном объеме, ограниченном снизу полуцилиндрической обечайкой, ось которой расположена в горизонтальной плоскости устройства, а сбоку - двумя плоскими стенками, путем выдавливания цементного раствора пульсирующими струями тангенциально ограничивающей его снизу образующей полуцилиндрической обечайки в реакционный объем за счет периодической подачи воздуха через пульсопровод в пульсационную камеру, сообщенную с реакционным объемом, и сброса воздуха из нее.

2. Устройство для приготовления цементных растворов, включающее корпус, выполненный в виде днища и боковых стенок, а также узел загрузки реагентов и выгрузки цементного раствора, отличающееся тем, что содержит смонтированные в корпусе пульсационные камеры с пульсопроводами, генерирующими возвратно-поступательное движение, и сопла, причем днище выполнено в виде полуцилиндрической обечайки, ось которой расположена в горизонтальной плоскости устройства, а сопла, из которых выдавливаются тангенциально вводимые в реакционный объем перемешивающие струи цементного раствора, выполнены в виде щелей, сформированных у днища в реакционном объеме, нижнее из которых сформировано между днищем корпуса и цилиндрической поверхностью обечайки нижнего сопла, а верхнее - между цилидрической поверхностью нижнего сопла и цилиндрической поверхностью верхнего сопла.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что корпус выполнен с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству для приготовления растворов и бетонных смесей. .

Изобретение относится к устройствам для приготовления бетонных смесей. .

Изобретение относится к смесителям непрерывного действия для смешивания сыпучих материалов (например, щебня) с вязкими материалами (например, битумная эмульсия), в частности к горизонтальным барабанным смесителям, и может найти применение в строительстве, горнодобывающей, химической, металлургической, фармацевтической, пищевой и в других отраслях промышленности.

Изобретение относится к оборудованию для проведения процессов, связанных с перемешиванием сыпучих материалов и вязких жидкостей, может применятся в химической, пищевой и фармацевтической промышленности.

Изобретение относится к устройствам для смещения и механоактивации сырьевых смесей в технологии производства строительных и других материалов. .

Изобретение относится к устройствам для приготовления сырьевых смесей в производстве строительных, огнеупорных и химических материалов. .

Изобретение относится к устройствам для перемешивания строительных материалов и позволяет интенсифицировать процесс смешивания. .

Изобретение относится к производству строительных материалов

Изобретение относится к устройствам для приготовления бетонных смесей

Изобретение относится к устройствам для приготовления бетонных смесей

Изобретение относится к устройствам для приготовления растворов и бетонных смесей

Изобретение относится к устройствам для приготовления растворов и бетонных смесей

Изобретение относится к устройствам для приготовления растворов и бетонных смесей

Изобретение относится к устройствам для приготовления растворов и бетонных смесей

Изобретение относится к устройствам для приготовления растворов и бетонных смесей. Для расширения технологических возможностей и сокращения габаритов в бетоносмесителе, содержащем упруго установленный на основании и имеющий привод корпус, копус выполнен спиральной формы с многогранной винтовой поверхностью по его внутреннему и наружному периметру из секций, смонтированных из двух подсекций, изготовленных из полос, согнутых в одну сторону по прямым линиям сгиба, размещенным под углом к кромкам полос, и свернутых в кольцо с попеременным образованием по длине полосы разных по размерам равносторонних, равнобедренных и разносторонних треугольников. Стороны треугольников отличаются друг от друга на одну и ту же линейную величину, кратную целому числу Δ. С двух сторон самого большого равностороннего треугольника своими самыми большими сторонами размещены два одинаковых разносторонних треугольника, стороны которых меньше стороны большого равностороннего треугольника на одну и ту же линейную величину Δ, кратную целому числу, и к средней стороне одного из которых с одной стороны полосы прикреплен меньший равносторонний треугольник, все стороны которого меньше стороны самого большого равностороннего треугольника на одну и ту же линейную величину Δ, кратную двум. Ко второй стороне меньшего равностороннего треугольника прикреплен своим основанием равнобедренный треугольник, боковые стороны которого меньше его основания на линейную величину Δ и соответственно меньше стороны самого большого равностороннего треугольника на линейную величину, кратную трем Δ, и к боковой стороне которого прикреплен равнобедренный треугольник, основание которого меньше его боковой стороны на величину Δ и соответственно меньше стороны самого большого равностороннего треугольника на величину 4Δ. С противоположной стороны полосы ко второму разностороннему треугольнику к средней стороне прикреплен своей боковой стороной равнобедренный треугольник, основание которого меньше его боковой стороны на величину Δ и соответственно меньше стороны самого большого равностороннего треугольника на величину 3Δ, и к основанию которого прикреплен своей боковой стороной равнобедренный треугольник, основание которого меньше его боковой стороны на величину Δ и соответственно меньше сторон самого большого равностороннего треугольника на величину 4Δ. После сгиба полосы по линиям сгиба в кольцо концы полос, линейная величина которых меньше на 4Δ стороны самого большого равностороннего треугольника, соединяют с образованием подсекций, у которых с одной стороны образовано отверстие в виде квадрата, сторона которого меньше стороны самого большого равностороннего треугольника полосы на величину 3Δ, а с другой стороны образовано отверстие в виде равнобедренной трапеции, большое основание которой равно стороне самого большого равностороннего треугольник, а малое основание меньше большого основания на величину 3Δ, а боковые стороны меньше большого основания на величину 2Δ. Подсекции соединяют отверстиями в виде трапеций с образованием секций с входными и выходными отверстиями в виде квадратов, стороны которых равны друг другу, и эти отверстия расположены под углом, величина которого определяет спиральную форму рабочей камеры. Секции соединяют в рабочую камеру с поворотом относительно друг друга поочередно, попеременно поворачивают на 90° каждую последующую секцию относительно предыдущей по часовой стрелке, а затем следующую секцию присоединяют с поворотом в обратном направлении тоже на 90°.15 ил.

Для расширения технологических возможностей в стержневом бетоносмесителе, содержащем имеющий привод вращения барабан и рабочий орган, выполненный в виде не связанных между собой стержней-катков, рабочий орган изготовлен в виде многозаходной винтовой поверхности с винтовыми канавками внутри и снаружи стержней-катков под острым углом к оси их вращения в виде карманов криволинейной формы с центрами кривизны карманов криволинейной формы винтовой поверхности, расположенными попеременно снаружи и внутри поперечного сечения стержней катков, смонтированных из одной свернутой в цилиндрические витки, соединенные друг с другом по продольным кромкам, ленты одинаковой ширины, согнутой волнообразно по размещенным под острым углом к ее продольным кромкам линиям сгиба, с образованием по наружной и внутренней поверхностям направленных в одну сторону под острым углом к оси вращения стержней-катков винтовых поверхностей в виде карманов криволинейной формы по наружной и внутренней поверхностям, которые по периметру стержней-катков могут быть различными не только по форме, но и размерам, при этом расстояние между линиями сгиба равно сумме длин периметров геометрических фигур карманов внутренней и наружной поверхностей, причем пустотелые винтовые поверхности стержней-катков заполнены внутри металлом или бетоном. 7 ил.

Изобретение относится к устройствам для приготовления бетонных смесей. Для расширения технологических возможностей в бетоносмесителе, содержащем имеющий привод вращения барабан, барабан изготовлен с образованием по внутреннему периметру направленных навстречу друг другу трех и более ломаных правых и левых винтовых линий, а также внутренних трех и более винтовых канавок с одинаковым шагом из секций, смонтированных из двух подсекций, выполненных из трех и более поочередно соединенных между собой боковыми сторонам равнобедренных трапеций и равнобедренных треугольников, основания которых в подсекции расположены в разные стороны, при этом секции соединены между собой большими основаниями трапеций, а подсекции соединены в секцию так, что основания равнобедренных треугольников одной подсекции присоединены к верхнему основанию равнобедренных трапеций второй подсекции, а основания равнобедренных треугольников второй подсекции присоединены к верхнему основанию равнобедренных трапеций первой подсекции. 5 ил.
Наверх