RU2617753C1

RU2617753C1 - Vortex foam generator

Info

Publication number: RU2617753C1
Application number: RU2015146231A
Authority: RU
Inventors: Николай Васильевич Мартынов; Андрей Николаевич Иванов; Тимофей Сергеевич Блинов; Марат Тегисович Нургожин; Сагат Темиржанович Уалиев; Тимур Маратович Нургожин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Зеленая Собака"; Товарищество с ограниченной ответственностью "Мир стекла"
Priority date: 2015-10-27
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2017-04-26

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention relates to industry of construction materials and can be used for preparation of technical foam mainly in technology of making foam concrete. Vortex foam generator comprises a compressor, pressure regulators, pressure control gauges, tank with a foaming agent, valves for feeding air and a foaming agent and vortex chamber. Vortex chamber is a set of modules, connected to each other using a known method, and comprises at least one module of top cover with inlet holes for channels to feed liquid and gaseous phases, at least one module each for distributing liquid and gaseous phases in radial and tangential channels of vortex chamber, at least one separation module for distribution of liquid and gaseous phases in radial and tangential channels of vortex chamber, at least one intermediate module with inlets, at least one module with tangential and radial slots, at least one module with an outlet hole of vortex chamber.

EFFECT: creation of a mobile device for generation of technical foam of specified ratio, providing stability of properties of foam not only from cycle to cycle, and during cycle of producing foam.

1 cl, 9 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для приготовления технической пены преимущественно в технологии производства пенобетона.The invention relates to the construction materials industry and can be used for the preparation of technical foam mainly in the technology of production of foam concrete.

Известно устройство для приготовления строительной пены (RU 2211141), предназначенное для приготовления строительной пены в производстве пеноматериалов содержащее рабочую камеру в виде трубы с выходным патрубком и сетками, с уложенной между последними насыпной насадкой из массообменных тел, соединенной с выходной стороной камеры предварительного смешения, имеющей с входной стороны патрубки для подачи раствора пенообразователя и сжатого воздуха. Насадка в рабочей камере расположена непрерывным слоем. Массообменные тела в указанной насадке выполнены в виде сопел, имеющих осесимметричные формы сопла Лаваля, или конфузора, сопряженного с цилиндром. Камера предварительного смешения имеет форму цилиндра с соосно расположенным в ее входном конце патрубком для подачи сжатого воздуха. Входной патрубок для подачи раствора пенообразователя выполнен в виде эжектора и расположен в средней части указанной камеры. Недостатками известного устройства являются высокое гидравлическое сопротивление насадки, расположенной в рабочей камере непрерывным слоем, а также отсутствие возможности оперативного регулирования кратности пены.A device for preparing construction foam (RU 2211141) is known, which is intended for preparing construction foam in the production of foam materials containing a working chamber in the form of a pipe with an outlet pipe and grids, with a bulk nozzle of mass transfer bodies laid between the latter connected to the outlet side of the preliminary mixing chamber having from the inlet side of the nozzle for supplying a solution of a foaming agent and compressed air. The nozzle in the working chamber is located in a continuous layer. Mass transfer bodies in said nozzle are made in the form of nozzles having axisymmetric shapes of a Laval nozzle, or a confuser associated with a cylinder. The pre-mixing chamber has the shape of a cylinder with a nozzle for supplying compressed air coaxially located at its inlet end. The inlet for supplying a foaming solution is made in the form of an ejector and is located in the middle part of the specified chamber. The disadvantages of the known device are the high hydraulic resistance of the nozzle located in the working chamber in a continuous layer, as well as the lack of the possibility of operational regulation of the multiplicity of the foam.

Известен пеногенератор для производства пенобетона (RU 73819) содержащий емкость для раствора пенообразователя с отверстием для ввода воздуха, камеру смешивания воздуха и пенообразователя, камеру эмульгирования пены, патрубки ввода воздуха и раствора пенообразователя в камеру смешивания. Патрубок ввода пенообразователя оснащен смонтированным на входе в камеру смешивания диском с калиброванным отверстием, а патрубок ввода воздуха оснащен игольчатым вентилем.A known foam generator for the production of foam concrete (RU 73819) containing a container for a foaming solution with an opening for introducing air, a chamber for mixing air and a foaming agent, a chamber for emulsifying foam, nozzles for introducing air and a solution of a foaming agent into the mixing chamber. The inlet of the foaming agent is equipped with a disk with a calibrated hole mounted at the inlet to the mixing chamber, and the inlet of the air is equipped with a needle valve.

Недостатком известного пеногенератора является сложность регулировки параметров пены, заключающейся в необходимости менять диск с калиброванным отверстием и материал в камере эмульгирования.A disadvantage of the known foam generator is the difficulty of adjusting the parameters of the foam, which consists in the need to change the disk with a calibrated hole and the material in the emulsification chamber.

Известно устройство для генерирования пены (RU 2297260), включающее диспергатор, емкость с жидким пенообразующим веществом, насос, трубопроводы, регулирующие клапаны и патрубки, согласно изобретению диспергатор включает корпус и установленный соосно с ним обтекатель, выполненный с возможностью регулирования его положения относительно корпуса при помощи регулировочного механизма, причем корпус выполнен в виде трубы Вентури, состоящей из цилиндроконического конфузора, горловины и диффузора, содержит установленное соосно с корпусом сопло, снабженное патрубком ввода газа, и снабжен подводящими патрубками подачи жидкого пенообразующего вещества, каждый из которых выполнен в виде колена и установлен с возможностью поворота вокруг своей оси, а сопло выполнено с возможностью осевого перемещения относительно корпуса и подключено к линии всасывания газа. Недостатком известного устройства являются: сложность конструкции - большое число деталей требующих высокой точности изготовления; наличие специального насоса для подачи пенообразователя; большое количество регулировок - пять точек (положение обтекателя, осевое положение воздушного сопла, угол поворота патрубка подвода пенообразователя, два регулирующих клапана), что затрудняет настройку пеногенератора на пену с конкретными параметрами. Кроме того, осевая подача воздуха за счет эжекции кардинально снижает эффективность работы пеногенератора, затрудняет процесс перемешивания фаз не позволяет обеспечить равномерность характеристик образующейся пены т.к. условия взаимодействия жидкой и газообразной фаз различны и зависят от расположения конкретной точки взаимодействия по отношению к оси горловины конфузора. В разных точках поперечного сечения конфузора линейная скорость вращения пенообразователя различна. Следовательно, и взаимодействия фаз осуществляются с разными скоростями, что делает невозможным получение однородной пены.A device for generating foam (RU 2297260) is known, including a dispersant, a container with a liquid foaming agent, a pump, pipelines, control valves and nozzles, according to the invention, the dispersant includes a housing and a cowl mounted coaxially with it, configured to adjust its position relative to the housing using adjusting mechanism, and the casing is made in the form of a venturi pipe, consisting of a cylinder-conical confuser, neck and diffuser, contains a nozzle mounted coaxially with the casing, with equipped with a gas inlet pipe, and is equipped with inlet pipes for supplying a liquid foaming substance, each of which is made in the form of a knee and mounted with the possibility of rotation around its axis, and the nozzle is made with the possibility of axial movement relative to the housing and is connected to the gas suction line. A disadvantage of the known device are: design complexity - a large number of parts requiring high precision manufacturing; the presence of a special pump for supplying a foaming agent; a large number of adjustments - five points (the position of the fairing, the axial position of the air nozzle, the angle of rotation of the nozzle for supplying the foaming agent, two control valves), which makes it difficult to configure the foam generator for foam with specific parameters. In addition, the axial air supply due to ejection dramatically reduces the efficiency of the foam generator, complicates the process of mixing the phases and does not allow for uniformity of the characteristics of the resulting foam. The conditions for the interaction of the liquid and gaseous phases are different and depend on the location of a specific interaction point with respect to the axis of the neck of the confuser. At different points of the cross section of the confuser, the linear speed of rotation of the foaming agent is different. Therefore, phase interactions are carried out at different speeds, which makes it impossible to obtain a uniform foam.

Известен малогабаритный пеногенератор эжекционного типа (RU 2419473), содержащий корпус с размещенным на выходе его пакетом сеток и соосно к нему расположенный распылитель рабочего раствора пенообразователя, изготовленный в виде полого корпуса, при этом со стороны, обращенной к пакету сеток, на корпусе выполнено распыляющее отверстие, а с другой стороны смонтирован штуцер, а между ними во внутренней камере полого корпуса заключена вставка, соосная распыляющему отверстию и входному отверстию штуцера, отличающийся тем, что вставка выполнена с четырьмя отверстиями в виде сквозных боковых прорезей, имеющих суммарную площадь отверстий, равную 0,5-0,9 площади входного отверстия штуцера, и равномерно расположенных по наружной поверхности вставки со смещением по шагу, равному 1/4 длины цилиндрической части внутренней поверхности вставки, и последовательным поворотом каждой прорези относительно предыдущей на 90°, причем прорези выполнены по касательной к внутренней поверхности вставки несквозного отверстия, во внутреннем несквозном отверстии вставки со стороны штуцера дополнительно установлен предзавихритель, на наружной цилиндрической поверхности которого выполнены косые каналы глубиной на 1/4 диаметра предзавихрителя и суммарной площадью косых отверстий, равной 0,5-0,9 площади входного отверстия штуцера, при этом вставка и предзавихритель выполнены с возможностью осевого перемещения, а сама вставка имеет дополнительную возможность фиксации своего положения относительно распыляющего отверстия, а предзавихритель имеет дополнительную возможность фиксации своего положения относительно несквозного отверстия вставки. Недостаток указанного устройства в том, что оно предназначено для испытаний пенообразователей в лабораторных условиях и не применимо для изготовления пены при производстве пенобетона. Кроме того, несмотря на то, что пенообразователю довольно сложным путем придается вращательное движение в вихревой камере, пена все-таки образуется на пакете сеток после захвата воздуха за счет эжекции, и устройству присущи все недостатки, свойственные пеногенераторам с образованием пены на сетках - неравномерность характеристик пены в разных точках сеток, большое сопротивление потоку, изменение свойств пены лишь за счет смены пакета сеток и т.д.A small-sized ejection-type foam generator (RU 2419473) is known, comprising a housing with a packet of nets placed at the outlet and a spraying agent of the foaming agent coaxially disposed to it, made in the form of a hollow casing, with a spray hole made on the side facing the packet of nets and, on the other hand, a fitting is mounted, and between them in the inner chamber of the hollow body there is an insert, coaxial to the spray hole and the inlet of the fitting, characterized in that the insert is made with four holes in the form of through lateral slots having a total hole area equal to 0.5-0.9 of the area of the inlet of the nozzle, and evenly spaced along the outer surface of the insert with a step offset equal to 1/4 of the length of the cylindrical part of the inner surface of the insert, and successive rotation of each slot relative to the previous one by 90 °, moreover, the slots are made tangent to the inner surface of the insert through hole, in the inside through hole of the insert from the side of the fitting about installed pre-swirl, on the outer cylindrical surface of which there are oblique channels 1/4 of a pre-swirl diameter and a total area of oblique openings equal to 0.5-0.9 of the inlet opening of the nozzle, while the insert and the swirl are made with the possibility of axial movement, and the insert itself has the additional ability to fix its position relative to the spray hole, and the pre-swirl has the additional ability to fix its position relative to the through hole avki. The disadvantage of this device is that it is intended for testing foaming agents in laboratory conditions and is not applicable for the manufacture of foam in the production of foam concrete. In addition, despite the fact that the foaming agent is given a rather complex way of rotational motion in the vortex chamber, the foam nevertheless forms on the grid package after air entrainment due to ejection, and the device has all the disadvantages inherent in foam generators with the formation of foam on the grids - uneven characteristics foam at different points of the nets, high flow resistance, changing the properties of the foam only by changing the package of nets, etc.

Задача предлагаемого изобретения - создание мобильного устройства генерирования технической пены заданной кратности, обеспечивающего стабильность свойств пены не только от цикла к циклу, но и на протяжении самого цикла получения пены.The objective of the invention is the creation of a mobile device for generating technical foam of a given multiplicity, ensuring the stability of the properties of the foam not only from cycle to cycle, but also throughout the foam production cycle.

Поставленная задача достигается тем, что предлагается вихревой пеногенератор, содержащий компрессор, регуляторы давления, манометры контроля давления, резервуар с пенообразователем, клапаны подачи воздуха и пенообразователя и вихревую камеру, отличающийся тем, что вихревая камера представляет собой набор модулей, соединенных друг с другом известным способом, и содержит по крайней мере один модуль верхней крышки с входными отверстиями для каналов подачи жидкой и газообразной фаз, по крайней мере по одному модулю для разводки жидкой и газообразной фаз по радиальным и тангенциальным каналам вихревой камеры, по крайней мере один разделительный модуль для распределения жидкой и газообразной фаз по радиальному и тангенциальному каналам вихревой камеры, по крайней мере один промежуточный модуль с входными отверстиями, по крайней мере один модуль с тангенциальными и радиальными прорезями, по крайней мере один модуль с выходным отверстием из вихревой камеры.This object is achieved in that it offers a vortex foam generator containing a compressor, pressure regulators, pressure control manometers, a reservoir with a foaming agent, air supply valves and a foaming agent and a vortex chamber, characterized in that the vortex chamber is a set of modules connected to each other in a known manner , and contains at least one module of the top cover with inlets for channels for supplying liquid and gaseous phases, at least one module for wiring liquid and g phase-like phases along the radial and tangential channels of the vortex chamber, at least one separation module for distributing liquid and gaseous phases along the radial and tangential channels of the vortex chamber, at least one intermediate module with inlet openings, at least one module with tangential and radial slots at least one module with an outlet from the swirl chamber.

В предлагаемой конструкции вихревого пеногенератора для образования пены высокой кратности поток пенообразователя (жидкая фаза) подается в вихревую камеру по касательной, а перпендикулярно ей под давлением подается воздух (газовая фаза), что позволяет получить высокую скорость массообмена, большую поверхность соприкосновении жидкой и газовой фаз и длительное время взаимодействия этих фаз в процессе спиралевидного турбулентного движения результирующей струи к выходному отверстию пеногенератора.In the proposed design of the vortex foam generator for the formation of high multiplicity foam, the flow of the foaming agent (liquid phase) is fed tangentially into the vortex chamber, and air (gas phase) is supplied perpendicular to it under pressure, which allows to obtain a high mass transfer rate, a large contact surface of the liquid and gas phases and long time of interaction of these phases in the process of spiral turbulent movement of the resulting jet to the outlet of the foam generator.

Подача обоих фаз осуществляется от одного компрессора, на выходах которого установлены регуляторы давления воздуха, которые обеспечивают заданное давление воздуха как в резервуаре с пенообразователем, так и в канале подачи воздуха в вихревую камеру. За счет изменения давления в радиальном и тангенциальном каналах вихревой камеры изменяется угол результирующей струи в вихревой камере, относительные скорости жидкой и газовой фаз и время их взаимодействия за счет изменения длины траектории результирующей струи до выхода из вихревой камеры. Чем больше угол наклона результирующей струи, тем быстрее смесь покидает вихревую камеру. Таким образом, в предлагаемом вихревом пеногенераторе осуществляется управление непосредственно процессом эмульгирования.Both phases are supplied from one compressor, at the outputs of which air pressure regulators are installed, which provide a given air pressure both in the reservoir with the foaming agent and in the air supply channel to the vortex chamber. By changing the pressure in the radial and tangential channels of the vortex chamber, the angle of the resulting jet in the vortex chamber, the relative velocities of the liquid and gas phases and the time of their interaction by changing the path length of the resulting jet to exit the vortex chamber change. The greater the angle of inclination of the resulting jet, the faster the mixture leaves the vortex chamber. Thus, in the proposed vortex foam generator, the emulsification process is controlled directly.

Сущность заявленного пеногенератора поясняется чертежами:The essence of the claimed foam generator is illustrated by drawings:

Фиг 1. Устройство вихревого пеногенератора.Fig 1. The device of the vortex foam generator.

Фиг 2. Вихревая камера в разрезе.Fig 2. Vortex chamber in the context.

Фиг 3. Модуль верхней крышки вихревой камеры.Fig 3. The module of the upper cover of the vortex chamber.

Фиг 4. Модуль для разводки фаз по радиальным каналам вихревой камеры.Fig 4. Module for wiring the phases along the radial channels of the vortex chamber.

Фиг 5. Модуль для разводки фаз по тангенциальным каналам вихревой камеры.Fig 5. Module for wiring the phases along the tangential channels of the vortex chamber.

Фиг 6. Модуль разделительный вихревой камеры.Fig 6. The separation module of the vortex chamber.

Фиг 7. Модуль промежуточный вихревой камеры.Fig 7. The intermediate module of the vortex chamber.

Фиг 8. Модуль с тангенциальными и радиальными прорезями вихревой камеры.Fig 8. Module with tangential and radial slots of the vortex chamber.

Фиг 9. Модуль с выходным отверстием вихревой камеры.Fig 9. The module with the outlet of the vortex chamber.

Вихревой пеногенератор (Фиг. 1) состоит из компрессора (не показан), выполненного с возможностью заправки пенообразователем (жидкая фаза) резервуара 1, регуляторов давления воздуха (газообразная фаза) 2, манометров контроля давления 3, клапанов подачи жидкой и газообразной фаз 4, вихревой камеры 5, каналов подачи жидкой и газообразной фаз 6.The vortex foam generator (Fig. 1) consists of a compressor (not shown) made with the possibility of filling with a foaming agent (liquid phase) of the tank 1, air pressure regulators (gaseous phase) 2, pressure control gauges 3, liquid and gas phase supply valves 4, vortex chamber 5, channels for supplying liquid and gaseous phases 6.

Вихревая камера (Фиг. 2) представляет собой набор модулей, соединенных друг с другом известным способом, и содержит по крайней мере один модуль верхней крышки с входными отверстиями для каналов подачи жидкой и газообразной фаз 7, по крайней мере по одному модулю для разводки жидкой и газообразной фаз по радиальным 8 и тангенциальным каналам вихревой камеры 9, по крайней мере один разделительный модуль для распределения жидкой и газообразной фаз по радиальному и тангенциальному каналам вихревой камеры 10, по крайней мере один промежуточный модуль с входными отверстиями 11, по крайней мере один модуль с тангенциальными и радиальными прорезями 12, по крайней мере один модуль с выходным отверстием из вихревой камеры 13.The vortex chamber (Fig. 2) is a set of modules connected to each other in a known manner, and contains at least one top cover module with inlets for liquid and gaseous phases 7, at least one module for wiring liquid and gaseous phases along the radial 8 and tangential channels of the vortex chamber 9, at least one separation module for distributing liquid and gaseous phases along the radial and tangential channels of the vortex chamber 10, at least one intermediate mo a barrel with inlets 11, at least one module with tangential and radial slots 12, at least one module with an outlet from the vortex chamber 13.

При подаче в пеногенератор пенообразователя по тангенциальному каналу и воздуха по радиальному струи сталкиваются, образуя результирующую струю, спирально закручивающуюся в полости вихревой камеры. При продвижении струи к выходному отверстию пеногенератора происходит все большее смешение жидкой и газообразной фаз, образуется пена.When a foaming agent is fed into the foam generator through the tangential channel, air is radially jetted into one another, forming a resultant jet spiraling in the cavity of the vortex chamber. As the jet advances to the outlet of the foam generator, a greater mixing of the liquid and gaseous phases occurs, and foam is formed.

Регулирование заданной кратности пены обеспечивается плотностью пенообразователя, скоростями жидкой и газообразной фаз, давлением в каналах подачи жидкой и газообразной фаз в вихревую камеру и конструктивными параметрами вихревой камеры пеногенератора.The control of the specified foam ratio is ensured by the density of the foaming agent, the velocities of the liquid and gaseous phases, the pressure in the channels for supplying the liquid and gaseous phases to the vortex chamber, and the design parameters of the vortex chamber of the foam generator.

Ниже приведены примеры расчетных значений параметров пеногенератора для получения пены заданной кратности.Below are examples of calculated values of the parameters of the foam generator to obtain foam of a given ratio.

Claims

A vortex foam generator containing a compressor, pressure regulators, pressure control gauges, a reservoir with a foaming agent, air and foaming valves, and a vortex chamber, characterized in that the vortex chamber is a set of modules connected to each other in a known manner and contains at least one top cover module with inlets for supply channels for liquid and gaseous phases, at least one module for wiring liquid and gaseous phases along radial and tangential channels vortex chamber, at least one separation module for distributing liquid and gaseous phases along the radial and tangential channels of the vortex chamber, at least one intermediate module with inlet openings, at least one module with tangential and radial slots, at least one module with outlet from the vortex chamber.