RU2211141C1

RU2211141C1 - Device for preparation of building foam

Info

Publication number: RU2211141C1
Application number: RU2002113157/03A
Authority: RU
Inventors: С.А. Зубехин; В.А. Диденко; Б.Э. Юдович
Original assignee: Зубехин Сергей Алексеевич; Диденко Вячеслав Анатольевич; Юдович Борис Эммануилович
Priority date: 2002-05-20
Filing date: 2002-05-20
Publication date: 2003-08-27

Abstract

FIELD: construction, in particular, devices for preparation of building foam in production of foam materials. SUBSTANCE: the device has a working chamber in the form of a pipe with an outlet pipe connection and nets with a filled cap of mass transfer bodies placed between the latters, connected to the outlet side of the chamber of preliminary mixing, having from the inlet side pipe connections for delivery of the solution of foam generator and compressed air. The cap in the working chamber is positioned in a continuous layer. The mass transfer bodies in the mentioned cap are made in the form of nozzles, having axially symmetric forms of the Laval nozzle or contraction conjugate to the cylinder. The chamber of preliminary mixing has the shape of a cylinder with a pipe connection for supply of compressed air coaxially positioned in its inlet end. The inlet pipe connection for supply of foam generator is made in the form of an injector and positioned in the middle part of the mentioned chamber. EFFECT: reduced power consumption for foam generation, maximized foam multiplicity and its homogeneity. 7 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области строительных материалов и изделий, а именно к устройствам для приготовления строительной пены, применяемой в производстве пеноматериалов, а конкретно пенобетона, пеногипса и изделий из этих материалов как конструкционных, так и теплоизоляционных. Для этой цели используют пенообразующее вещество. Пенообразующее вещество, будучи разбавлено водой и перемешано с воздухом, формирует строительную пену. Эту пену перемешивают с водной дисперсией вяжущего, в частности с цементным или гипсовым тестом и при необходимости с мелким заполнителем - песком или другим, в том числе легким материалом - и получают пенобетонную или пеногипсовую смесь. Их заливают в формы или опалубку и изготавливают соответственно изделия или конструкции из пенобетона или пеногипса: блоки, камни, панели, теплоизоляционные плиты, элементы малой архитектуры, объемные элементы ограждающих конструкций и др., а из монолитных пенобетона или пеногипса - также стеновые перегородки, теплоизоляционные слои в ограждающих конструкциях зданий и сооружений, в частности, стенах, перегородках, полах, кровлях и т.п. The invention relates to the field of building materials and products, and in particular to devices for the preparation of building foam used in the production of foams, in particular foam concrete, foam gypsum and products from these materials, both structural and insulating. A foaming agent is used for this purpose. Foaming agent, being diluted with water and mixed with air, forms a building foam. This foam is mixed with an aqueous dispersion of a binder, in particular with cement or gypsum dough and, if necessary, with a fine aggregate - sand or other, including light material - and get a foam-concrete or foam-gypsum mixture. They are poured into molds or formwork and, respectively, products or structures are made of foam concrete or foam gypsum: blocks, stones, panels, heat-insulating plates, elements of small architecture, volumetric elements of enclosing structures, etc., and of monolithic foam concrete or foam gypsum are also wall partitions, heat-insulating layers in the enclosing structures of buildings and structures, in particular, walls, partitions, floors, roofs, etc.

Из уровня техники известно устройство для приготовления строительной пены, содержащее рабочую камеру с пакетом сеток, емкостью с насадкой из волокнистого материала и выходным патрубком, соединенную с камерой предварительного смешения, выполненной с входными патрубками для подачи водного раствора пенообразующего вещества (ниже - пенообразующего раствора) и сжатого воздуха, а также турбиной с лопатками и кольцевой трубкой с соплами для подачи пенообразующего раствора на указанные лопатки. Сжатый воздух подхватывает разделенный лопатками на капли пенообразующий раствор и транспортирует его в капельной форме в рабочую камеру, где на насадке и сетках образуется строительная пена [патент РФ 2122889, 1998], под давлением сжатого воздуха выпускаемая через выходной патрубок. В данном устройстве возможно получать мелкодисперсную пену, пузырьки которой имеют размеры в десятые доли миллиметра. Однако указанному устройству свойственны повышенные энергозатраты, так как помимо привода насоса для подачи в смесительную камеру пенообразующего раствора и привода компрессора для сжатого воздуха требуются дополнительные энергозатраты на привод турбины, а также ограниченный ресурс работы основных узлов: лопатки турбины, особенно при наличии в пенообразующем растворе нерастворимого остатка, а также отдельные сетки, не соприкасающиеся с волокнистой насадкой, быстро изнашиваются. Последнее обстоятельство обуславливает нестационарный режим работы устройства и соответственно непостоянство качества пены. The prior art device for the preparation of construction foam containing a working chamber with a packet of nets, a container with a nozzle of fibrous material and an outlet pipe connected to a pre-mixing chamber made with inlet pipes for supplying an aqueous solution of a foaming substance (below a foaming solution) and compressed air, as well as a turbine with blades and an annular tube with nozzles for supplying a foaming solution to these blades. Compressed air picks up the foaming solution divided by the blades into droplets and transports it in a droplet form into the working chamber, where the construction foam forms on the nozzle and nets [RF patent 2122889, 1998], which is discharged through the outlet pipe under the pressure of compressed air. In this device, it is possible to obtain a fine foam, the bubbles of which have dimensions in tenths of a millimeter. However, the specified device is characterized by increased energy consumption, since in addition to the pump drive, a foaming solution and a compressor drive for compressed air are required to supply the mixing chamber, additional energy costs are required for the turbine drive, as well as the limited service life of the main components: turbine blades, especially if the foam-forming solution is insoluble residue, as well as individual grids that are not in contact with the fiber nozzle, wear out quickly. The latter circumstance determines the unsteady mode of operation of the device and, accordingly, the inconsistency of the quality of the foam.

Известно также устройство для приготовления строительной пены, содержащее рабочую камеру с двумя отделениями и входной цапфой. Первое отделение камеры, заполненное насадкой из мелких насыпных тел, снабжено двумя, пропущенными через входную цапфу, отдельно расположенными входными патрубками с соплами для подачи раствора пенообразователя и сжатого воздуха, находящимися в объеме насадки, а второе отделение сообщается с первым через сито для контроля размера пузырьков пены и снабжено выходным патрубком для выпуска пены [патент Великобритании 2219518, 1989] . Достоинствами устройства являются отсутствие движущихся частей и возможность контроля размеров пузырьков строительной пены с помощью сита. Вместе с тем непосредственное соприкосновение сопел для подачи в рабочую камеру раствора пенообразователя и сжатого воздуха с массообменными телами насадки приводит к забиванию сопел, тем самым исключая стационарность режима работы устройства. Кроме того, наблюдаются частичное гашение пены указанным ситом, а также быстрый износ сита и насадки, обуславливая нестационарный режим работы устройства и, соответственно, непостоянство качества пены. It is also known a device for the preparation of construction foam containing a working chamber with two compartments and an input journal. The first compartment of the chamber, filled with a nozzle from small loose bodies, is equipped with two separately passed inlet nozzles with nozzles for supplying a solution of foaming agent and compressed air located in the volume of the nozzle, and the second compartment communicates with the first through a sieve to control the size of the bubbles foam and is equipped with an outlet pipe for the release of foam [UK patent 2219518, 1989]. The advantages of the device are the absence of moving parts and the ability to control the size of the bubbles of building foam using a sieve. However, the direct contact of the nozzles for supplying a blowing agent solution and compressed air to the nozzle mass transfer bodies into the working chamber leads to clogging of the nozzles, thereby eliminating the stationarity of the device operation mode. In addition, there is a partial extinguishing of foam by the specified sieve, as well as rapid wear of the sieve and the nozzle, causing an unsteady mode of operation of the device and, accordingly, inconsistency in the quality of the foam.

Наиболее близким к изобретению является устройство для приготовления строительной пены, содержащее рабочую камеру в виде трубы с выходным патрубком и сетками с уложенной между последними насыпной насадкой из массообменных тел, соединенную с выходной стороной камеры предварительного смешения, имеющей со входной стороны патрубки для подачи раствора пенообразователя и сжатого воздуха, в котором указанная насыпная насадка помещена вдоль длины рабочей камеры дискретными слоями, формирующими кавитационные лабиринты, с пустыми промежутками между ними, массообменные тела в указанной насадке представляют собой шарики, а именно свинцовую дробь, камера предварительного смешения имеет форму конуса, прилежащего основанием к рабочей камере, а входной патрубок для подачи сжатого воздуха выполнен в виде сопла, соосного обеим указанным камерам, по общей оси которых расположен входной патрубок для подачи раствора пенообразователя в камеру предварительного смешения [патент Великобритании 2060420, 1981 (прототип)]. В указанном устройстве отсутствуют движущиеся части и непосредственный контакт входных патрубков с дисперсной насадкой, не происходит также износ последней. Однако в этом устройстве массообменные тела имеют минимальную удельную поверхность, отнесенную к единице их объема, ибо таково свойство сферы как геометрического тела, тогда как массообменному аппарату, которым является пеногенератор, должна быть свойственна, напротив, максимальная удельная поверхность массообменных тел, отнесенная к единице объема [А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: ГНТИ химической литературы, 1955, 755 с. , см. с. 579 581]. Кроме того, свободная укладка таких массообменных тел, как шары, является близкой к плотнейшей [К. Роджерс. Укладки и покрытия. - М. : Мир, 1968, 175 с., см. с. 5], что противоречит известным требованиям к подобным насадкам: в них должен быть обеспечен повышенный свободный объем для улучшения массообмена и снижения гидравлического сопротивления течениям раствора пенообразователя и воздуха, что снижает энергозатраты на прокачивание указанных жидкой и газовой фаз. Отсюда следует, что слишком плотные кавитационные лабиринты из шариков вызывают частичное гашение пены; для повышения свободного объема насадки предусмотрены пустые промежутки между слоями насадки, что обуславливает не только избыточную длину рабочей камеры, но и самое главное - нестационарный режим работы устройства и менее стабильную, более обводненную пену. Обводнению пены дополнительно способствует подача сжатого воздуха в смесительную камеру через сопло, погруженное в раствор пенообразователя. Кроме того, несмотря на общеизвестную идеальную коррозионную стойкость свинца в кислых и нейтральных водных растворах, он корродирует в присутствии органики жирного и ароматического рядов, образуя весьма ядовитые соединения, поэтому насадка из свинца в устройствах для генерирования пены не применяется. Closest to the invention is a device for the preparation of construction foam, containing a working chamber in the form of a pipe with an outlet pipe and nets laid between the last bulk nozzle from the mass transfer bodies, connected to the output side of the preliminary mixing chamber, having from the input side of the pipe for supplying a foaming solution and compressed air, in which the specified bulk nozzle is placed along the length of the working chamber with discrete layers forming cavitation labyrinths, with empty spaces between them, the mass transfer bodies in the specified nozzle are balls, namely lead shot, the preliminary mixing chamber has the shape of a cone adjacent to the base of the working chamber, and the inlet pipe for supplying compressed air is made in the form of a nozzle coaxial with both of these chambers, according to the common the axis of which is the inlet pipe for supplying the foaming solution to the pre-mixing chamber [UK patent 2060420, 1981 (prototype)]. In this device there are no moving parts and direct contact of the inlet nozzles with the dispersed nozzle, the latter also does not wear. However, in this device, mass transfer bodies have a minimum specific surface area per unit volume, because this is a property of a sphere as a geometric body, while a mass transfer apparatus, which is a foam generator, should be characterized, on the contrary, by the maximum specific surface area of mass transfer bodies per unit volume [A.G. Kasatkin. Basic processes and apparatuses of chemical technology. - M .: GNTI chemical literature, 1955, 755 p. see p. 579 581]. In addition, the free laying of mass transfer bodies such as balls is close to the densest [K. Rogers. Laying and coverings. - M.: Mir, 1968, 175 p., See p. 5], which contradicts the known requirements for such nozzles: they must be provided with an increased free volume to improve mass transfer and reduce hydraulic resistance to the flow of the foaming agent and air solution, which reduces the energy consumption for pumping the specified liquid and gas phases. It follows that too dense cavitation labyrinths of balls cause partial quenching of the foam; To increase the free volume of the nozzle, empty gaps between the layers of the nozzle are provided, which determines not only the excess length of the working chamber, but also the most important thing - the unsteady mode of operation of the device and a less stable, more flooded foam. The watering of the foam is further facilitated by the supply of compressed air to the mixing chamber through a nozzle immersed in the foaming agent solution. In addition, despite the well-known ideal corrosion resistance of lead in acidic and neutral aqueous solutions, it corrodes in the presence of organics of the fatty and aromatic series, forming very toxic compounds, therefore, a lead nozzle is not used in foam generating devices.

Задачей изобретения является установление стационарного эргодического режима работы устройства посредством существенного изменения строения насадки в рабочей камере и камеры предварительного смешения, при которых достигаются: теоретический минимум энергозатрат на генерирование пены, минимум плотности и наибольшая кратность пены, а также ее однородность. The objective of the invention is to establish a stationary ergodic mode of operation of the device by significantly changing the structure of the nozzle in the working chamber and the premixing chamber, which achieves: a theoretical minimum energy consumption for generating foam, a minimum density and a maximum multiplicity of the foam, as well as its uniformity.

Указанная задача решается тем, что в устройстве для приготовления строительной пены, содержащем рабочую камеру в виде трубы с выходным патрубком и сетками с уложенной между последними насыпной насадкой из массообменных тел, соединенную с выходной стороной камеры предварительного смешения, имеющей со входной стороны патрубки для подачи раствора пенообразователя и сжатого воздуха, указанная насадка в рабочей камере расположена непрерывным слоем, а массообменные тела в указанной насадке выполнены в виде сопел, имеющих осесимметричные формы сопла Лаваля, или конфузора, сопряженного с цилиндром, причем камера предварительного смешения имеет форму цилиндра с соосно расположенным в ее входном конце патрубком для подачи сжатого воздуха, а входной патрубок для подачи раствора пенообразователя выполнен в виде эжектора и расположен в средней части указанной камеры. This problem is solved in that in a device for preparing construction foam containing a working chamber in the form of a pipe with an outlet pipe and nets with a filling nozzle from the mass transfer bodies laid between the last, connected to the output side of the preliminary mixing chamber, having nozzles for supplying mortar from the input side a foaming agent and compressed air, the specified nozzle in the working chamber is located in a continuous layer, and the mass transfer bodies in the specified nozzle are made in the form of nozzles having axisymmetric rmy Laval nozzle or converging tube coupled with the cylinder, wherein the premixing chamber has a shape of a cylinder with coaxially arranged in an upstream end of the pipe for supplying compressed air, and the inlet pipe for supplying foam solution is in the form of an ejector and is located in the middle portion of said chamber.

В варианте изобретения рабочая камера и камера предварительного смешения соосны. In an embodiment of the invention, the working chamber and the premixing chamber are aligned.

В другом варианте изобретения указанные массообменные тела в пределах указанной насадки являются равновеликими. In another embodiment of the invention, said mass transfer bodies within said nozzle are equal.

В следующем варианте изобретения длина указанных массообменных тел примерно равна их внутреннему диаметру в самой широкой его части. In a further embodiment of the invention, the length of said mass transfer bodies is approximately equal to their inner diameter in its widest part.

В варианте изобретения длину каждого из массообменных тел выбирают в пределах примерно 0,07 - 0,8% длины рабочей камеры. In an embodiment of the invention, the length of each of the mass transfer bodies is selected within the range of about 0.07-0.8% of the length of the working chamber.

В другом варианте изобретения отношение длины указанной рабочей камеры к ее внутреннему диаметру принимают в пределах примерно от 5 до 20. In another embodiment of the invention, the ratio of the length of the specified working chamber to its inner diameter is taken in the range from about 5 to 20.

В следующем варианте изобретения устройство содержит две или более камер предварительного смешения, соединенных смесительным патрубком с рабочей камерой, при этом каждая из указанных камер предварительного смешения снабжена входным патрубком для подачи раствора пенообразователя, выполненным в виде эжектора, и патрубком для подачи сжатого воздуха. In a further embodiment of the invention, the device comprises two or more pre-mixing chambers connected by a mixing nozzle to a working chamber, each of these pre-mixing chambers being provided with an inlet for supplying a foaming solution made in the form of an ejector and a nozzle for supplying compressed air.

Сущность изобретения заключается в стационарном течении: 1) формирующихся в камере предварительного смешения двух потоков: первого сжатого воздуха, второго двухфазного, включающего в виде внешней (жидкой) фазы раствор пенообразователя и в виде внутренней фазы воздух в виде пузырьков размерами примерно в 1/4-1/2 мм при кратности пены (отношении объемных долей воздуха и жидкой фазы в потоке) не более примерно 3-4 и 2) единого потока, образующегося в результате совмещения указанных потоков в насыпной насадке на протяжении длины рабочей камеры. В указанном едином потоке внешней фазой также является раствор пенообразователя, а внутренней - воздух, но размеры пузырьков внутренней фазы по длине рабочей камеры снижаются от указанных до в среднем примерно 0,03-0,05 мм, или 30-50 мкм, а кратность пены возрастает до примерно 20-25, при которой наличие влаги в пене органолептически не ощущается. Этот процесс диспергирования пузырьков воздуха в жидкой фазе не сводится, как следует из изложенного, к простому делению пузырьков, образованных в камере предварительного смешения, но сопровождается интенсивным воздухововлечением в жидкую фазу. Это происходит в микрообъемах насадки при прохождении двух указанных потоков через множество случайным образом распределенных в объеме насадки осесимметичных сопел, имеющих формы либо сопел Лаваля, либо конфузора, сопряженного с цилиндром. В обоих случаях при истечении из сопел двухфазного потока формируется случайное множество микроструй. Благодаря разности алгебраических значений и векторов скоростей обоих потоков воздуха и двухфазного, включающего жидкость, их микроструи, выходящие из канала сопла Лаваля или из цилиндра сопла второго типа, смешиваются, что ведет к возрастающему бескавитационному вовлечению воздуха в двухфазный поток и превращению последнего в истинную пену. Воздухововлечение происходит вследствие разности давлений в микроструях и окружающей среде, возникающей и поддерживаемой в соответствии с уравнением Д. Бернулли благодаря разности площадей поперечных сечений в указанных соплах. Процесс воздухововлечения в каждом поперечном сечении насыпной насадки является эргодическим. Этот термин означает воспроизводимость любого случайного процесса в масштабах как пространства, так и времени [G.D.Birkhoff. Proof of the ergodic theorem. /Proceedings of the National Academy of the USA , 1931, v. 17, pp. 656 660], что соответствует постоянству во времени средней доли воздуха в пене в любом поперечном сечении рабочей камеры при неизменных термодинамических параметрах давлении, температуре, составе раствора пенообразователя, его вязкости и поверхностном натяжении. Именно это и наблюдается в стеклянной модели рабочей камеры по постоянству размеров упомянутых пузырьков воздуха в любом сечении насадки в рабочей камере. Этот процесс пенообразования заканчивается в зоне выхода указанного единого потока дисперсии воздуха в растворе пенообразователя из упомянутой насадки, где и когда стенки смежных пузырьков, соприкасаясь, формируют истинную пену, выпускаемую через выходной патрубок рабочей камеры. Главной особенностью устройства согласно изобретению является то, что именно в нем осуществлен стационарный эргодический процесс протекающего в нем формирования пены, обуславливающий достижение всех его преимуществ: 1) постоянства качества (плотности, кратности, стойкости) пены в пространстве (то есть вдоль длины потока пены, выдаваемого из выходного патрубка) и во времени (то есть в каждую единицу времени работы устройства); 2) минимального износа всех внутренних элементов устройства; практически износ определяется только растворимостью в водном растворе пенообразователя материалов, используемых для изготовления указанного устройства и его элементов; ни кавитации, ни каких-либо других нестационарностей, приводящих к физическому износу, наблюдаться в данном устройстве не может; одно из свидетельств этого - весьма тихий, равномерный акустический шум при работе устройства; 3) минимальных энергозатрат на пенообразование, что вытекает из стационарного эргодического характера процесса и соответственно максимального его приближения к осуществлению принципа наименьшего действия П. Мопертюи; 4) максимальной регулируемости и саморегулируемости ценообразования; процесс практически мгновенно восстанавливается после любых случайных нарушений, включая отключения привода компрессора для сжатого воздуха, разрывы трубопроводов, шлангов, сбои питания устройства раствором пенообразователя и т.п; на процесс не действуют изменения внешних условий: снижение или прирост температуры среды, раствора пенобразователя и сжатого воздуха, сквозняки. В этих условиях минимальное влияние на процесс генерации и свойства пены оказывают изменения концентрации и вязкости раствора пенообразователя, величин давления подачи последнего и подачи сжатого воздуха в камеру предварительного смешения и других изменений технологических параметров. Это свидетельствует о технологической устойчивости процесса генерации пены, протекающего в устройстве согласно изобретению. The essence of the invention lies in a stationary flow: 1) two streams formed in the preliminary mixing chamber: the first compressed air, the second two-phase, including a foaming agent solution in the form of an external (liquid) phase and air in the form of an internal phase in the form of bubbles of approximately 1 / 4- 1/2 mm with a foam ratio (the ratio of volume fractions of air and liquid phase in the stream) of not more than about 3-4 and 2) a single stream resulting from the combination of these flows in a bulk nozzle over the length of the working chamber. In this single stream, the external phase is also a foaming agent solution, and the internal is air, but the size of the bubbles of the internal phase along the length of the working chamber decreases from the indicated ones to an average of about 0.03-0.05 mm, or 30-50 microns, and the foam multiplicity increases to about 20-25, in which the presence of moisture in the foam is not organoleptically felt. This process of dispersing air bubbles in the liquid phase is not reduced, as follows from the above, to a simple division of the bubbles formed in the preliminary mixing chamber, but is accompanied by intensive air entrainment into the liquid phase. This occurs in the microvolumes of the nozzle when two of these flows pass through a plurality of axisymmetric nozzles randomly distributed in the nozzle volume, having the form of either Laval nozzles or a confuser associated with the cylinder. In both cases, when a two-phase stream flows from the nozzles, a random set of microjets is formed. Due to the difference between the algebraic values and the velocity vectors of both air flows and the two-phase, including the liquid, their microjets emerging from the channel of the Laval nozzle or from the cylinder of the second type of nozzle are mixed, which leads to an increase in cavitation-free air involvement in the two-phase flow and the transformation of the latter into true foam. Air entrainment occurs due to the pressure difference in the microjets and the environment, arising and maintained in accordance with the equation of D. Bernoulli due to the difference in cross-sectional areas in these nozzles. The air entrainment process in each cross section of the bulk nozzle is ergodic. This term means the reproducibility of any random process on the scale of both space and time [G.D.Birkhoff. Proof of the ergodic theorem. / Proceedings of the National Academy of the USA, 1931, v. 17, pp. 656 660], which corresponds to the constancy in time of the average fraction of air in the foam in any cross section of the working chamber at constant thermodynamic parameters of pressure, temperature, composition of the foaming agent solution, its viscosity and surface tension. This is exactly what is observed in the glass model of the working chamber by the constant size of the mentioned air bubbles in any section of the nozzle in the working chamber. This foaming process ends in the exit zone of the specified single stream of air dispersion in the blowing agent solution from the nozzle, where and when the walls of adjacent bubbles, in contact, form a true foam discharged through the outlet of the working chamber. The main feature of the device according to the invention is that it carried out a stationary ergodic process of the formation of foam in it, which determines the achievement of all its advantages: 1) constancy of the quality (density, multiplicity, resistance) of the foam in space (i.e. along the length of the foam flow, issued from the outlet pipe) and in time (that is, in each unit of the device’s operating time); 2) minimum wear of all internal elements of the device; practically wear is determined only by the solubility in the aqueous solution of the foaming agent of the materials used for the manufacture of the specified device and its elements; neither cavitation, nor any other non-stationarity leading to physical wear can be observed in this device; one of the evidence of this is a very quiet, uniform acoustic noise during operation of the device; 3) minimal energy consumption for foaming, which follows from the stationary ergodic nature of the process and, accordingly, its maximum approximation to the implementation of the principle of least action P. Maupertuis; 4) maximum adjustability and self-regulation of pricing; the process is almost instantly restored after any accidental violations, including shutdown of the compressor drive for compressed air, ruptures of pipelines, hoses, power failures of the device with a blowing agent solution, etc. the process is not affected by changes in external conditions: a decrease or increase in the temperature of the medium, a solution of a foaming agent and compressed air, drafts. Under these conditions, changes in the concentration and viscosity of the foaming agent solution, the pressure values of the supply of the latter and the supply of compressed air to the preliminary mixing chamber, and other changes in technological parameters have a minimal effect on the generation process and the properties of the foam. This indicates the technological stability of the process of generating foam flowing in the device according to the invention.

Сущность изобретения поясняется чертежом: на фиг. 1 схематично представлен общий вид устройства в разрезе, на фиг. 2 показано массообменное тело в виде сопла Лаваля, а на фиг. 3 - массообменное тело в виде конфузора с цилиндром. На фиг. 4 - устройство в варианте с двумя камерами предварительного смешениия. The invention is illustrated by the drawing: in FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the device; FIG. 2 shows a mass transfer body in the form of a Laval nozzle, and in FIG. 3 - mass transfer body in the form of a confuser with a cylinder. In FIG. 4 - device in the version with two chambers of preliminary mixing.

Корпус рабочей камеры 1 соединен с камерой 2 предварительного смешения, выполненной с входным патрубком 3 для подачи раствора пенообразователя, заканчивающимся эжекторным соплом 4, и со входным патрубком 5 для сжатого поздуха, расположенным соосно с камерами 7 и 2 и эжекторным соплом 4. Насыпная насадка состоит из массообменных тел 6 и заполняет объем рабочей камеры между входной и выходной сетками соответственно 7 и 5, последняя из которых соприкасается с выходным патрубком 9 для выпуска готовой пены в емкость для ее хранения или непосредственно в смеситель для приготовления пенобетонной или пеногипсовой смесей. При двух и более камерах 2 последние соединены с рабочей камерой посредством патрубка 10. The housing of the working chamber 1 is connected to the preliminary mixing chamber 2 made with an inlet pipe 3 for supplying a foaming solution ending in an ejector nozzle 4, and with an inlet pipe 5 for compressed air located coaxially with the chambers 7 and 2 and the ejector nozzle 4. The bulk nozzle consists from mass transfer bodies 6 and fills the volume of the working chamber between the inlet and outlet grids 7 and 5, respectively, the last of which is in contact with the outlet pipe 9 for releasing the finished foam into a container for storage or directly but the mixer for preparing aerated concrete penogipsovoy or mixtures thereof. With two or more chambers 2, the latter are connected to the working chamber by means of a pipe 10.

Устройство работает следующим образом. Подаваемый из компрессора в патрубок 5 сжатый воздух смешивается с подаваемым посредством насоса или самотеком из емкости в патрубок 3 раствором пенообразователя, выходящим в виде струи из эжектора 4. Полученная первичная дисперсия воздуха в растворе пенообразователя поступает в рабочую камеру и через входную сетку 7 направляется в насадку 6 с массообменными телами, где начинается из первичной дисперсии и идет формирование собственно пены, заканчивающееся у выходной сетки 8 образованием сплошного потока пены, выпускаемого из патрубка 9 в виде связного цилиндрического "бруса", сохраняющего сплошность, способного плавно искривляться под действием силы тяжести и не расслаивающегося (самопроизвольно не делящегося на части) при длине до нескольких десятков метров. Качество пены в "брусе" постоянно на всем его протяжении. The device operates as follows. The compressed air supplied from the compressor to the nozzle 5 is mixed with the foaming solution supplied by a pump or by gravity from the tank to the nozzle 3, which exits in the form of a jet from the ejector 4. The resulting primary air dispersion in the foaming solution enters the working chamber and is sent to the nozzle through the inlet 7 6 with mass transfer bodies, where it starts from the primary dispersion and the foam itself forms, ending at the output grid 8 with the formation of a continuous stream of foam discharged from the pipe 9 into in the form of a connected cylindrical “beam”, preserving continuity, capable of smoothly bending under the action of gravity and not delaminating (not spontaneously dividing into parts) with a length of several tens of meters. The quality of the foam in the "bar" is constantly throughout.

Дозирование пены, подаваемой для получения пеноматериалов в смеситель, предназначенный для перемешивания вяжущего с водой и пеной, или с водой, пеной и заполнителем, осуществляют путем калибровки массы упомянутого "бруса" получаемой пены по времени работы устройства. The dosage of the foam supplied to obtain the foams in the mixer, designed to mix the binder with water and foam, or with water, foam and aggregate, is carried out by calibrating the mass of the aforementioned “bar” of the resulting foam by the device’s operating time.

Материалом для изготовления указанных камер служит нержавеющая сталь, в качестве материала для сеток и насадки используют различные коррозиестойкие материалы. The material for the manufacture of these chambers is stainless steel; various corrosion-resistant materials are used as the material for the nets and nozzles.

Минимум плотности и наибольшая кратность пены, а также ее однородность достигаются при:
- одинаковых размерах всех сопел в насадке;
- наличии в каналах сопел Лаваля пережимов, диаметр которых в 1,2-3 раза меньше их среднего диаметра, а в соплах конфузор/цилиндр при начальном диаметре конфузора в 1,5-3 раза больше диаметра цилиндра;
- примерном равенстве величин осевой длины и среднего внутреннего диаметра указанных сопел, так как это повышает однородность их укладки в насадке и эффективность пенообразующего действия последней;
- длине указанных сопел в пределах 0,07-0,8% длины рабочей камеры;
- отношении длины рабочей камеры к ее диаметру в пределах от 5 до 20.The minimum density and the greatest multiplicity of the foam, as well as its uniformity are achieved when:
- the same size of all nozzles in the nozzle;
- the presence of pinchs in the channels of Laval nozzles, the diameter of which is 1.2-3 times smaller than their average diameter, and in the nozzles the confuser / cylinder with an initial diameter of the confuser is 1.5-3 times larger than the diameter of the cylinder;
- the approximate equality of the values of the axial length and the average inner diameter of these nozzles, as this increases the uniformity of their placement in the nozzle and the effectiveness of the foaming action of the latter;
- the length of these nozzles in the range of 0.07-0.8% of the length of the working chamber;
- the ratio of the length of the working chamber to its diameter in the range from 5 to 20.

Устройство согласно изобретению может работать как в периодическом, так и в непрерывном технологических режимах. Периодический режим осуществляется при наличии в устройстве одной камеры предварительного смешения и одного ресивера для сжатого воздуха, поскольку требуется время для подкачки компрессором сжатого воздуха в опорожненный ресивер до достижения заданного уровня давления, обеспечивающего стационарность потока пены. Устройство с двумя указанными ресиверами для одной камеры предварительного смешения или с двумя или более камерами предварительного смешения с соответствующим числом указанных ресиверов используют в том случае, когда требуется непрерывный режим работы. В этом случае второй ресивер поддерживает необходимый уровень давления сжатого воздуха, пока компрессор подкачивает воздух в опорожнившийся первый ресивер, а далее ресиверы сменяют друг друга при непрерывной работе компрессора. В варианте устройства с двумя или более камерами предварительного смешения каждая указанная камера присоединена к своему компрессору и соответствующему ресиверу для сжатого воздуха. Пока в первый ресивер первым компрессором подкачивают сжатый воздух и первая камера предварительного смешения не работает, из второго ресивера с помощью второго компрессора подают сжатый воздух во вторую камеру предварительного смешения, которая в этот период времени находится в рабочем режиме. Затем происходит смена камер предварительного смешения. Третья подобная камера при необходимости в сочетании с третьими компрессором и ресивером позволяет перекрывать возможные краткие перерывы между рабочими периодами первой и второй камер предварительного смешения. При этом начало подкачки сжатого воздуха в указанные ресиверы осуществляют посредством автоматического пуска соответствующего компрессора спустя заданное время после начала опорожнения каждого ресивера. Таким образом, для поддержания непрерывного режима работы требуется по крайней мере частичная автоматизация действия устройства. Кроме того, постоянство заданного уровня рабочего давления в указанных ресиверах поддерживают с помощью автоматически действующих при превышении давления спускных клапанах. The device according to the invention can operate both in batch and continuous process conditions. Periodic operation is carried out when there is one pre-mixing chamber and one receiver for compressed air in the device, since it takes time for the compressor to pump compressed air into the empty receiver until a predetermined pressure level is reached, which ensures a steady flow of foam. A device with two specified receivers for one pre-mixing chamber or with two or more pre-mixing chambers with an appropriate number of these receivers is used in the case when continuous operation is required. In this case, the second receiver maintains the required pressure level of the compressed air while the compressor pumps air into the empty first receiver, and then the receivers replace each other during continuous operation of the compressor. In an embodiment of the device with two or more pre-mixing chambers, each specified chamber is connected to its compressor and a corresponding receiver for compressed air. While compressed air is pumped into the first receiver by the first compressor and the first premixing chamber does not work, compressed air is supplied from the second receiver using the second compressor to the second premixing chamber, which is in operating mode during this period of time. Then the pre-mixing chambers change. A third similar chamber, if necessary in combination with a third compressor and receiver, allows you to overlap possible brief breaks between the working periods of the first and second pre-mixing chambers. In this case, the beginning of the pumping of compressed air into these receivers is carried out by automatically starting the corresponding compressor after a predetermined time after the beginning of the emptying of each receiver. Thus, to maintain continuous operation requires at least partial automation of the device. In addition, the constancy of a given level of operating pressure in these receivers is maintained by means of drain valves that automatically operate when pressure is exceeded.

Полученная в данном устройстве строительная пена плотностью примерно от 40 г/л (40 кг/м³) при кратности до 25 содержит пузырьки размерами 30-50 мкм, время начала синерезиса в приборе Мак-Бэна (появления первой капли) не ранее 10 мин, а фактически 15-20 мин, в течение 50 мин после изготовления пена отделяет не более 20 мас.% жидкости против соответственно плотности 65-70 г/л при кратности 12-15, времени появления первой капли не позднее 2-5 минут при отделении около 40-50% массы при изготовлении пены в устройстве согласно прототипу, соответствующему импортным пеногенераторам, поставляемым в настоящее время в Россию и имеющимся на рынке. При изложенных показателях качества пены ее расход на 1 м³ пеноматериалов равной плотности при ее изготовлении в устройстве согласно изобретению примерно на 35-40% ниже по сравнению с пеной, изготовленной в устройстве по прототипу. Таким образом, продукция устройства значительно более экономична по сравнению с известными.Obtained in this device, construction foam with a density of about 40 g / l (40 kg / m ³ ) with a multiplicity of up to 25 contains bubbles of 30-50 microns in size, the onset of syneresis in the McBan device (appearance of the first drop) no earlier than 10 minutes, in fact, 15-20 minutes, within 50 minutes after manufacturing, the foam separates no more than 20 wt.% liquid against a density of 65-70 g / l, respectively, with a multiplicity of 12-15, the time for the first drop to appear no later than 2-5 minutes when separated 40-50% of the mass in the manufacture of foam in the device according to the prototype corresponding to imported foams generators, supplied at present in Russian and available on the market. Given the quality indicators of the foam, its consumption per 1 m ^{3 of} foam of equal density during its manufacture in the device according to the invention is approximately 35-40% lower than the foam made in the device according to the prototype. Thus, the products of the device are significantly more economical in comparison with the known ones.

При отклонениях от приведенных выше положений для достижения положительных результатов приходится повышать величины рабочего давления сжатого воздуха и/или концентрацию активного вещества в растворе пенообразователя, что увеличивает энергозатраты и удельный расход пенообразующего вещества, повышает плотность получаемой пены, в частности до 60 г/л, снижает ее кратность до 16-18 и, как правило, снижает другие показатели пены вплоть до уровня, незначительно превышающего их уровни у пены, приготавливаемой в устройстве по прототипу и его аналогах, за исключением однородности пены и устойчивости режима работы устройства, которые остаются значительно лучше, чем при работе известных устройств. In case of deviations from the above provisions, in order to achieve positive results, it is necessary to increase the values of the working pressure of compressed air and / or the concentration of the active substance in the foaming solution, which increases the energy consumption and specific consumption of the foaming agent, increases the density of the resulting foam, in particular up to 60 g / l, reduces its multiplicity is up to 16-18 and, as a rule, reduces other parameters of the foam up to a level slightly higher than their levels in the foam prepared in the device according to the prototype and its anal Ogach, with the exception of the uniformity of the foam and the stability of the operating mode of the device, which remain much better than with the known devices.

Сопла вида конфузор/цилиндр обычно более экономичны по сравнению с соплами Лаваля по расходу материала и простоте изготовления, они практически не забиваются даже при наличии в растворе пенообразователя значительного количества (до 5%) нерастворимого остатка, но плотность получаемой пены в них на 5-7% выше, и, следовательно, выше расход пены на единицу объема изготавливаемых пеноматериалов, при отсутствии влияния указанного различия формы сопел на однородность пены и постоянство режима работы устройства. Любые другие формы сопел, в частности, замена их трубками, кольцами (типа колец Рашига), полыми сферами с отверстиями, цилиндрами со спиральными внутренними стенками и т.п. существенно снижают качество пены по всем указанным характеристикам, вплоть до появления неоднородности и примесей жидкости, требуют резкого повышения рабочего давления, увеличивая износ насадки и сеток и не приводя при этом к нормализации работы устройства, поэтому не могут быть использованы. Confuser / cylinder nozzles are usually more economical than Laval nozzles in terms of material consumption and ease of manufacture, they practically do not clog even if there is a significant amount (up to 5%) of insoluble residue in the foaming agent solution, but the density of the resulting foam is 5-7 % higher, and therefore higher foam consumption per unit volume of foam produced, in the absence of the influence of the indicated differences in nozzle shape on the uniformity of the foam and the constancy of the operation mode of the device. Any other forms of nozzles, in particular, replacing them with tubes, rings (such as Raschig rings), hollow spheres with holes, cylinders with spiral internal walls, etc. significantly reduce the quality of the foam for all of these characteristics, up to the appearance of heterogeneity and impurities of the liquid, require a sharp increase in working pressure, increasing wear on the nozzle and nets and without leading to normalization of the device, therefore, cannot be used.

Полученные результаты применения устройства для приготовления строительной пены согласно изобретению свидетельствуют о ряде их неожиданных особенностей по сравнению с уровнем техники: устройство работает в стационарном эргодическом режиме, без заметной акустической эмиссии, без движущихся частей и без износа, способ его применения не требует поддержки разности давлений подаваемых компонентов пены раствора пенообразователя и сжатого воздуха (как в устройстве согласно прототипу), допускает смену насадки через длительные периоды эксплуатации и в то же время позволяет получать пену не только однородную, но и более высокого качества по плотности, кратности и стойкости по сравнению с имеющимися на рынке. Расход такой пены в пеноматериалах минимален, поэтому она более экономична. The obtained results of using the device for preparing construction foam according to the invention indicate a number of their unexpected features in comparison with the prior art: the device operates in a stationary ergodic mode, without noticeable acoustic emission, without moving parts and without wear, the method of its application does not require support of the pressure difference components of the foam of the solution of the foaming agent and compressed air (as in the device according to the prototype), allows the nozzle to be changed after long periods of ex luatatsii and at the same time it allows to get foam not only uniform, but also a higher quality of density, multiplicity and stability as compared to commercially available. The consumption of such foam in the foams is minimal, therefore it is more economical.

Указанные особенности устройства для приготовления строительной пены, включая отсутствие сложностей контроля технического состояния устройства и процесса приготовления в нем пены, а также контроля исходных компонентов пены и их подачи свидетельствуют о том, что устройство удовлетворяет условиям, необходимым для широкого производственного внедрения данного изобретения. These features of the device for the preparation of construction foam, including the absence of difficulties in monitoring the technical condition of the device and the process for preparing foam therein, as well as the control of the initial components of the foam and their supply, indicate that the device meets the conditions necessary for the widespread production implementation of this invention.

Claims

1. A device for the preparation of construction foam, containing a working chamber in the form of a pipe with an outlet pipe and nets laid between the bulk filling nozzle from the mass transfer bodies, connected to the output side of the premixing chamber, which has nozzles for supplying a foaming agent solution and compressed air from the input side, characterized in that said nozzle in the working chamber is arranged in a continuous layer, and mass transfer bodies in said nozzle are made in the form of nozzles having axisymmetric Love nozzle shapes la, or converger conjugate with the cylinder, wherein the premixing chamber has a cylindrical shape coaxially arranged with its upstream end in a pipe for supplying compressed air, and the inlet pipe for supplying foam solution is in the form of an ejector and is located in the middle portion of said chamber.

2. The device according to claim 1, characterized in that the working chamber and the preliminary mixing chamber are aligned.

3. The device according to p. 1 or 2, characterized in that the said mass transfer bodies within the specified nozzle are equal.

4. The device according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the length of these mass transfer bodies is approximately equal to their inner diameter in its widest part.

5. The device according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the length of each of these mass transfer bodies is selected within the range of 0.07-0.8% of the length of the working chamber.

6. The device according to any one of paragraphs. 1-5, characterized in that the ratio of the length of the specified working chamber to its inner diameter is taken in the range from 5 to 20.

7. The device according to any one of paragraphs. 1, 3-6, characterized in that it contains two or more pre-mixing chambers connected by a mixing nozzle to the working chamber, each of the pre-mixing chambers is equipped with an inlet for supplying a foaming solution, made in the form of an ejector, and a nozzle for feeding compressed air.