УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СМЕСИ Российский патент 1995 года по МПК B28C5/16 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано, преимущественно, для ведения закладочных работ на подземных горных предприятиях и в шахтостроении.

Известно устройство для приготовления различных суспензий и неоднородных сред, выполняемое в виде аккумулирующего среду емкости-накопителя с однороторными и многороторными мешалками. Они предназначены для работы с мелкодисперсными материалами и неприспособлены для перемешивания разнокомпонентных и зернистых материалов.

Его недостатки: не обеспечивается промешивание склонных к образованию тиксотропии разнофракционных смесей, узкое технологическое назначение по видам материалов, ограниченный ресурс работы. Смесители химической промышленности даже при специальном исполнении в виде винтовых мешалок для высоковязких сред и на объемы до 100 м³ не могут применяться по указанным выше причинам для ведения закладочного процесса.

Цель изобретения обеспечение равномерного промешивания и надежного опорожнения разнокомпонентной закладочной смеси из смесителя-аккумулятора.

Эта цель достигается наличием в изобретении следующих существенных отличительных признаков: емкость смесителя выполнена закрытой, а разгрузочный патрубок размещен тангенциально к вращению нижней мешалки, что обеспечивает дополнительный фактор для достижения полного опорожнения емкости даже больших объемов; перемешивающие элементы изготавливают в виде сочетания быстроходной лопастной мешалки и тихоходной рамной мешалки, расположенных на определенных уровнях емкости; скорости вращения лопастной мешалки по сравнению со скоростью рамной определяются высотой их расположения в цилиндрической емкости; наличием герметичных циклически действующих загрузочных и разгрузочных патрубков, что обеспечивает любое время промешивание смеси; оборудование на внутренней поверхности смесителя воздуходувного коллектора сжатого воздуха с определенным образом расположенными насадками для проведения периодической чистки конструктивных элементов смесителя (при подаче в коллектор через смеситель воды использование водовоздушной смеси для продувки всей системы).

Преимуществами предлагаемого устройства являются: простота и надежность конструкции при работе на разнокомпонентных закладочных смесях с ограниченным содержанием мелкогравийной фракции; достижение любой степени промешивания смеси при создании двух взаимодействующих циркуляционных потоков смеси с различными скоростями; возможность осуществления циклично-поточной организации закладочного процесса и буферного запаса готовой смеси; эффективная разгрузка и опорожнение смесителя-аккумулятора значительных объемов при вытеснении смеси через боковой тангенциально расположенный разгрузочный патрубок под действием гидростатического давления и вращающейся мешалки.

С освоением устройства создаются условия для создания малоцементной и бесцементной технологии ведения закладочных работ на дешевых сырьевых источниках некондиционных сыпучих материалах типа супесей, суглинков, лессов и отходов (в том числе клинкерных) промышленного производства в виде различных хвостов, шлаков, шламов и др.

Пример выполнения устройства проиллюстрируем для конкретного объекта. В качестве исходных условий примем выполнение закладочного комплекса производительностью 300000 м³ в год типичного для цветной металлургии. Приготовленная твердеющая смесь может быть следующего характерного состава: золы уноса 250-350 кг; различные клинкерные пыли отходов 50-100 кг, присадки портландцемента 20-70 кг, инертный заполнитель в виде разнозернистых песков и суглинков с мелкогравелистой фракцией 2-10 мм до 10-15% около 1200-1300 кг и вода 400-500 кг в 1 м³ смеси. Использование подобного состава закладочной твердеющей смеси весьма перспективно, поскольку дает возможность экономить до 50-100 кг цемента на 1 м³ смеси при нормативной прочности закладочного массива 1,5-2 МПа.

Для подготовки закладочной смеси указанного выше состава не подходит ни один из известных типов смесителей вследствие: использования нескольких видов материалов заменителей цемента и инертного заполнителя; невозможности без резкого усложнения процесса приготовления и снижения производительности достигнуть требуемого промешивания смеси, исчисляемого для таких условий 10-20 мин; проблематичности применения трубопроводного транспорта при заданных расходах воды (определяющих эффективность процесса гидратации вяжущего) и отсутствии буфера готовой закладочной смеси.

При использовании предлагаемого смесителя-аккумулятора его объем при циклично-поточной технологии определяется пропускной способностью трубопроводной доставки и заданным циклом работы. При подаче 60 м³/ч смеси по трубопроводу и 6 циклам разгрузки одного смесителя в смену потребуется использовать два аппарата, работающих попеременно на загрузке (перемешивании), промешивании (порядка 10-15 мин) и разгрузке. Объем одного смесителя-аккумулятора для этих условий составит 50 м³.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 то же, вид сверху.

Устройство состоит из цилиндрической емкости 1 с крышкой 2, на которой размещены загрузочные патрубки 3 для сыпучих компонентов закладочной смеси. На боковой стенке в верхней части емкости в районе крышки 2 установлен патрубок 4 для воды, а в нижней части у днища разгрузочный патрубок 5 с затвором 6 в виде, например, шлангового вентиля.

Снаружи емкость 1 на стойках 7 и 8 установлен привод 9 (в качестве привода может быть применен мотор-редуктор). С приводом 9 через муфту 10 связан приводной вал 11, с которым жестко соединена размещенная внутри емкости 1 быстроходная лопастная мешалка 12 и через открытую понижающую зубчатую передачу 13 тихоходная рамная мешалка 14. Лопасти быстроходной мешалки 12 установлены на уровне h₁ (0,4-0,6)H, где Н рабочий уровень заполнения емкости закладочной смесью. На стержнях тихоходной рамной мешалки 14 на уровне h₂ (0,1-0,2)Н установлены пассивные турбулизаторы 15. Для обеспечения равномерного качественного и надежного промешивания закладочной смеси турбулизаторы 15 рассредоточены в радиальном направлении.

Уровни замещения мешалок устанавливаем из условия взаимодействия циркуляционных потоков, создаваемых мешалками. Из гидродинамики известно, что два крупномасштабных вихря взаимодействуют с наименьшими сопротивлениями при расположении друг над другом в сплошной среде при толщине вовлекаемого слоя, составляющего 0,2-0,3 атм высоты перемещаемого потока. Учитывая условия недопущения слоя отложения материала на днище и образования воронки, устанавливаем указанные пределы.

В качестве турбулизаторов 15 могут быть применены бесприводные с возможностью вращения лопастные мешалки, как показано на чертеже, или же различные жесткие пространственные элементы в виде поверхностей Мебиуса, винтовых поверхностей, стержней с плоскими гранями заданной ориентации и др. В верхней части емкости размещены перекрываемые при надобности окна с фильтрами.

Для проведения периодической очистки поверхностей быстроходной и тихоходной мешалок 12 и 14, пассивных турбулизаторов, а также стенок и днища емкости 1 от твердеющей высококонцентрированной закладочной смеси в верхней части емкости 1 выше рабочего уровня закладочной смеси монтируется воздуходувный коллектор 16 со смесителем воды. На коллекторе 16 устанавливаются насадки 18 в виде сопл, направленных на конструктивные элементы мешалок, и емкости, через которые под напором подается водовоздушная смесь. Опытом по очистке цилиндрических поверхностей установлено, что для обеспечения воздействия компактной частью струи сопл, размещаемых по периферии внутри таких поверхностей, необходимо поддерживать расстояние между соплом и поверхностью на расстояниях от D до D/2, где D диаметр цилиндра. Учитывая пространственное размещение деталей конструкций, принимаем расстояние между соплами ≥D/2.

Работает устройство следующим образом.

Производится открытие затворов на загрузочных патрубках 3, через которые подается в течение заданного времени цикла вяжущее в виде порций и непрерывный поток инертного заполнителя. Если вводится незатворенное вяжущее, то одновременно подается вода с различными добавками. Включается привод 9 мешалок 12 и 14 и продолжается загрузка емкости до требуемого рабочего уровня закладочной смеси с соблюдением заданного объемного соотношения сыпучих компонентов и воды.

Вращение мешалок 12 и 14 производится в одном направлении. Скорость вращения быстроходной мешалки 12 выбирается в пределах 40-60 об/мин, а скорость вращения тихоходной мешалки 14 в пределах 8-12 об/мин.

Конструкция пассивных турбулизаторов 15 подбирается в процессе пуско-наладочных работ и определяется лучшим качеством промешивания различных компонентов закладочной смеси в единицу времени.

Выгрузка готовой закладочной смеси через патрубок 5 и затвор 6 производится через определенный интервал времени при вращающихся мешалках 12 и 14. Перед установкой устройства, во избежание затвердевания закладочной смеси на элементах конструкции мешалок 12 и 14 и стенках емкости, производят полное опорожнение смесителя от приготовленной смеси. Далее производят промывку конструкции мешалок через насадки 18 водовоздушной смесью.

Использование: приготовление высококонцентрированных закладочных смесей. Сущность изобретения: устройство содержит емкость с размещенным в ней приводным вертикальным валом с быстроходной лопастной и тихоходной рамной мешалками. На стержнях рамной мешалки радиально установлены турбулизаторы на расстоянии h₂= (0,1-0,2)H, где H - уровень заполнения емкости. Лопастная мешалка расположена на расстоянии h₁= (0,4-0,6)H. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СМЕСИ, преимущественно закладочной высококонцентрированной, содержащее емкость с загрузочными патрубками на крышке и разгрузочным у днища емкости, размещенный в ней приводной вертикальный вал с быстроходной лопастной и тихоходной рамной мешалками, отличающееся тем, что оно снабжено турбулизаторами, радиально установленными на стержнях рамной мешалки на расстоянии h₂=(0,1-0,2)H, где H уровень заполнения емкости, а лопастная мешалка расположена на расстоянии h₁=(0,4-0,6)H. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что загрузочный патрубок установлен на боковой стенке емкости тангенциально оси вращения мешалки, а разгрузочный патрубок имеет дозирующий элемент. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на внутренней поверхности емкости по ее периметру выше уровня смеси расположен смеситель, сообщенный с воздушным коллектором, трубопроводом для подачи воды и насадками, причем шаг между насадками не менее радиуса емкости.