ПЕНОГЕНЕРАТОР Российский патент 2003 года по МПК B01F11/00 

Изобретение относится к устройствам для приготовления технической пены, преимущественно в промышленности строительных материалов, но может быть использован и в других областях - в горной и нефтегазодобывающей промышленности и пр.

Обычно в пеногенераторах используется принцип эжекции: либо подаваемый под давлением раствор пенообразователя засасывает воздух и образует пену, либо сжатый воздух вовлекает (эжектирует) раствор пенообразователя и также образует пену.

В первом случае пеногенератор неработоспособен, если нет устройства, способного подавать жидкость под давлением; таким устройством может быть поршневой или центробежный гидравлический насос, который является достаточно сложным, дорогим и не вполне надежным устройством, содержащим, кроме электродвигателя, либо прецизионные цилиндр с поршнем, либо вал со сбалансированными лопатками и сальником, заключенными в сложной формы спиральный корпус.

Во втором случае требуется еще более сложный агрегат-компрессор.

Известны пеногенераторы, содержащие одновременно и гидравлический насос, и компрессор, что делает устройство не только особо сложным, но и громоздким, и энергоемким.

Не имеет значения, расположен ли насос или компрессор в непосредственной близости к узлу смешивания воздуха с пенообразователем, или эти агрегаты находятся на расстоянии (например, можно пользоваться воздушной магистралью, в которую воздух подается в точке, расположенной за сотни метров от узла смешивания его с пенообразователем), в любом случае необходим либо компрессор, либо гидравлический насос; без этих агрегатов пеногенератор неработоспособен и не имеет никакой практической ценности.

Данное изобретение направлено на создание пеногенератора, способного работать без отдельно стоящих агрегатов для подачи под давлением воздуха или жидкости, т. е. без компрессора и без гидравлического насоса, за счет чего достигается компактность устройства, снижение его габаритов, веса, энергоемкости, расхода металла, трудоемкости изготовления и эксплуатации; благодаря повышенной автономности (отсутствию жесткой привязанности к компрессору или гидронасосу) существенно расширяются технологические возможности пеногенератора: его легче доставить к объекту, требующему срочного выполнения небольшого объема работ.

Известно устройство для приготовления технической пены, включающее каналы подачи сжатого воздуха и пенообразователя, а также пеногенерирующие сетки, камеру диспергирования, заполненную стружкой, и выпускной патрубок (пенопровод) [1].

Известен пеногенератор, включающий каналы подачи сжатого воздуха и пенообразователя, а также пеногенерирующие сетки и выпускной патрубок [2].

Недостаток двух приведенных аналогов в том, что они неработоспособны без источника сжатого воздуха (компрессора), который не фигурирует в качестве существенного признака ни в ограничительной, ни в отличительной частях формулы изобретения; привлечение же для работы пеногенератора отдельного агрегата увеличивает расход материальных, трудовых и энергетических ресурсов.

Известен пеногенератор, включающий корпус в виде диффузора, распылитель и пакет сеток [3]; его недостаток в том, что требуется гидравлический насос, струя из которого эжектирует воздух, необходимый для получения пены.

Известен пеногенератор, содержащий смесительную камеру, каналы подачи воздуха и пенообразующего раствора, пеногенерирующую сетку [4]; недостаток аналога в том, что он также нуждается в гидравлическом насосе, обеспечивающем эжектирование воздуха.

Известен пеногенератор, содержащий канал подсоса эжектируемого воздуха, канал подачи под давлением раствора пенообразователя, пеногенерирующие сетки [5]; недостаток устройства в том, что оно неработоспособно без гидравлического насоса.

Известен пеногенератор, содержащий дополнительный нагнетательный механизм для подачи раствора пенообразователя под давлением [6]; это усложняет конструкцию и является недостатком пеногенератора.

Известен пеногенератор, содержащий центробежный насос, обеспечивающий подачу пенообразователя под давлением и эжекцию воздуха [7]; недостаток аналога не только в том, что он требует наличия насоса, но и в отсутствии пеногенерирующих сеток и камеры диспергирования, которые существенно повышают качество пены.

Известен пеногенератор, содержащий каналы подачи воздуха и пенообразователя, камеру смешивания и диффузор [8]; недостаток аналога в том, что он требует дополнительного наличия насосной установки или пожарной машины с рабочим давлением 8-10 МПа.

Известно устройство циркуляции пены, включающее пеногенератор, компрессор, буровой насос [9]; недостаток данного пеногенератора в том, что он для своей работы требует наличия одновременно и компрессора, и насоса.

Известен пеногенератор, включающий каналы подачи воздуха и пенообразователя, камеру смешивания, камеру диспергирования, заполненную путаной проволокой, и пенопровод [10]; недостаток устройства в том, что оно предусматривает подачу и воздуха, и пенообразователя под избыточным давлением, однако ни компрессора, ни насоса, ни иного узла, обеспечивающего подачу субстанции под избыточным давлением, не содержит, но без них устройство неработоспособно.

Наиболее близким аналогом, прототипом, является пеногенератор по патенту РФ 2122889; он, как и предложенное техническое решение, относится к области строительных материалов, имеет такое же назначение (производство пенобетона) и характеризуется максимальным количеством существенных признаков, совпадающих с предложенным решением.

Прототип включает в себя корпус, патрубок для ввода пенообразователя, отверстие для подачи воздуха, вентиль, патрубок для выпуска готовой пены, камеру смешивания, камеру диспергирования (выполненную в виде диффузора, заполненного диспергирующим материалом), пеногенерирующие сетки [11].

Недостаток прототипа в том, что он предусматривает подачу и пенообразователя, и воздуха под давлением, а соответствующих узлов, обеспечивающих это, не содержит; т. е. прототип требует дополнительной установки компрессора и гидравлического насоса, без которых он неработоспособен, но установка двух указанных агрегатов существенно увеличивает габариты устройства и его вес, повышает расход трудовых, материальных и энергетических ресурсов.

Задачей изобретения является устранение перечисленных недостатков прототипа.

Сущность изобретения. Пеногенератор содержит: корпус, состоящий из камеры смешивания, в которую подается пенообразователь и воздух, а также камеры диспергирования, заполненной диспергирующим материалом - типа стружки или путаной проволоки, кроме того, пеногенератор содержит пеногенерирующие сетки, патрубок с вентилем для дозированного ввода пенообразователя, отверстие в стенке камеры смешивания для ввода воздуха, а также патрубок для вывода готовой пены; особенность предложенного устройства в следующем: оно дополнительно содержит узел, обеспечивающий колебательные движения стенки камеры смешивания, а отверстие в ней перекрыто обратным клапаном, пропускающим воздух внутрь камеры смешивания и не выпускающим его обратно. Эта особенность позволяет получать пену без применения дополнительных устройств - компрессора и гидравлического насоса, поскольку гибкая стенка камеры, соединенная с узлом колебаний и имеющая отверстия с обратными клапанами, работает как известный диафрагменный насос [12].

Предложение характеризуется также рядом факультативных признаков:
- в качестве узла, обеспечивающего колебания стенки камеры смешивания, использован вибратор, прикрепленный к стенке в зоне расположения отверстия;
- в качестве узла, обеспечивающего колебания стенки камеры смешивания, использован кривошипный или эксцентриковый механизм с приводом;
- пеногенератор содержит узел, обеспечивающий заданную частоту колебаний стенки камеры смешивания;
- в качестве узла, обеспечивающего заданную частоту колебаний, использован мотор-редуктор с эксцентриком на валу;
- для возможности регулирования количества колебаний в секунду, придаваемых стенке камеры смешивания, устройство дополнительно снабжено узлом преобразования частоты электрического тока, подаваемого на вибратор или привод кривошипного механизма;
- устройство дополнительно снабжено вариатором, обеспечивающим возможность плавного изменения скорости вращения эксцентрикового вала вибратора или оси кривошипного механизма;
- чтобы уменьшить негативное влияние собственного веса вибратора на максимально достигаемую величину амплитуды колебаний, устройство дополнительно снабжено узлом, компенсирующим усилие веса вибратора;
- в качестве узла, компенсирующего вес вибратора, установлена пружинная опора с регулятором степени сжатия пружин;
- при достаточно тонкой стенке камеры смешивания она может работать как упругая мембрана и обеспечивать подачу в пеногенератор достаточного количества воздуха, но в случае необходимости амплитуду колебаний можно увеличить за счет введения упругой вставки между зоной крепления узла колебаний и стенкой камеры диспергирования;
- в качестве упругой вставки устройство содержит кольцо из пористой резины, помещенное между камерой смешивания и камерой диспергирования;
- в качестве упругой вставки устройство содержит сильфон, помещенный между камерой смешивания и камерой диспергирования;
- в качестве упругой вставки устройство содержит гофрированную мембрану в виде плоского или конического кольца, или шарового пояса, составляющего часть стенки камеры смешивания;
- обратный клапан выполнен подпружиненным, с регулятором величины давления пружины на клапан;
- камера смешивания содержит несколько отверстий с обратными клапанами для подачи воздуха;
- устройство содержит емкость для пенообразователя с вентилем, обеспечивающим дозированную подачу жидкости самотеком в камеру смешивания;
- емкость для пенообразователя имеет герметичную крышку с резиновой прокладкой, прикрепляемую к стенкам емкости, что предотвратит утечку воздуха, при большом его напоре, через канал подачи пенообразователя;
- вместо крышки емкость для подачи пенообразователя оснащена обратным клапаном, установленным в конце патрубка, подающего пенообразователь;
- корпус пеногенератора, емкость для пенообразователя, электродвигатель с кривошипным механизмом, а также узел, компенсирующий вес вибратора, закреплены на жестком основании, например на станине.

Изобретение поясняется графическим материалом. На фиг.1 показан разрез основных деталей пеногенератора; на фиг.2 - емкость для пенообразователя, закрытая герметичной крышкой; на фиг.3 показано соединение камеры смешивания с камерой диспергирования через сильфон; на фиг.4 приведена гофрированная мембрана, являющаяся частью стенки камеры смешивания; на фиг.5 показан обратный клапан на патрубке подачи пенообразователя и кривошипный механизм с приводом, обеспечивающий колебательные перемещения стенки камеры смешивания.

Обозначения: 1 - камера диспергирования пеногенератора; 2 - заполняющий камеру 1 диспергирующий материал (стружка, путаная проволока и т.п.); 3 - пеногенерирующие сетки; 4 - стенка камеры смешивания; 5 - обратный клапан камеры смешивания; 6 - вентиль патрубка подачи пенообразователя; 7 - вибратор; 8 - патрубок для выпуска готовой пены; 9 - емкость для пенообразователя; 10 - патрубок для подачи пенообразователя; 11 - кольцевые прокладки из пористой резины; 12 - пружина обратного клапана камеры смешивания (узел, регулирующий степень сжатия пружины, условно не показан); 13 - герметичная крышка емкости для пенообразователя; 14 - сильфон; 15 - гофрированная диафрагма; 16 - кривошипный механизм; 17 - привод кривошипного механизма; 18 - обратный клапан патрубка подачи пенообразователя; 19 - пружины узла компенсации веса вибратора; 20 - опора вибратора; 21 - болты, регулирующие положение опоры вибратора и степени сжатия пружин 19.

Работа пеногенератора. При закрытом вентиле 6 раствор пенообразователя заливают в емкость 9. Затем включают вибратор 7 или привод кривошипного механизма 17 и медленно открывают вентиль 6. Если пенообразователь начинает проникать в отвестие стенки камеры смешивания, увеличивают давление пружины 12 на клапан 5. Если воздух начинает проникать через патрубок 10 в емкость 9, то либо емкость закрывают герметичной крышкой 13, либо на конце патрубка 10 монтируют обратный клапан 18. При увеличении подачи пенообразователя в камере смешивания 4 начинает образовываться пена.

Предложенный пеногенератор работает без устройств, создающих высокое давление - без генератора и без гидравлического насоса; высокое давление необходимо в случае подачи пенной струи на большое расстояние, например при тушении пожара, но в технологии пенобетона в этом нет необходимости, а поэтому стенки камеры смешивания можно делать из тонких листов, типа кровельного железа; такая стенка способна работать как упругая мембрана, совершая возвратно-поступательные колебания в направлении, перпендикулярном собственной плоскости.

В стенке камеры 4 (см.фиг.1, 3, 5), выполняющей функции мембраны, имеется одно или несколько отверстий, перекрытых подпружиненными (поз.12) обратными клапанами 5. При колебаниях стенки 4 она работает как известный диафрагменный насос, который называют еще возвратно-поступательным, а также мембранным (см. источник [12], с. 152). При движении стенки 4 вниз в камере смешивания на короткое время создается разрежение, клапан 5 приоткрывается и в камеру устремляется воздух; при движении стенки 4 вверх клапан 5 закрывается, порция воздуха смешивается с пенообразователем, поступающим из патрубка 10. Поскольку стенка 4 колеблется с частотой до 50-200 Гц, обеспечивается весьма эффективное смешивание в турбулентном режиме.

Образующаяся пена, проходя через пеногенерирующие сетки 3 и диспергирующий материал 2, приобретает оптимальную мелкоячеистую структуру и выходит из пеногенератора через патрубок 8. Увеличению амплитуды колебаний стенки камеры смешивания 4 способствуют следующие узлы и детали: резиновые кольца 11; сильфон 14; гофрированная мембрана 15; узел компенсации усилия веса вибратора, содержащий опору 20 с пружинами 19 и регуляторами сжатия пружин 21; замена вибратора кривошипным или эксцентриковым механизмом. Регулирование режимных параметров работы пеногенератора достигается следующими путями: заменой обычного серийного вибратора на мотор-редуктор с эксцентриком на валу (обеспечивающий заданную частоту колебаний); введением дополнительного узла плавного регулирования частоты колебаний, например устройства, обеспечивающего изменение частоты электрического тока, подаваемого на вибратор или на привод кривошипного механизма; другим приемом, обеспечивающим изменение частоты колебаний, является установка вариатора, плавно изменяющего скорость вращения эксцентрикового вала вибратора или оси кривошипного механизма. После достижения оптимальных режимных параметров пеногенератор начинает производить пену нужной кондиции.

Технический результат: возможность работы пеногенератора без компрессора и без отдельно стоящего гидравлического насоса, за счет чего достигается компактность устройства, снижение его габаритов, веса, энергоемкости, расхода металла, трудоемкости изготовления и эксплуатации; благодаря повышенной автономности (отсутствию жесткой привязанности к компрессору или гидронасосу) существенно расширяются технологические возможности пеногенератора: его легче доставить к объекту, требующему срочного выполнения малого объема работ.

Источники информации
1. Авт. свид. СССР 1364484; кл. В 28 С 5/38.

2. Патент РФ 2021534; кл. 5 Е 21 F 5/02.

3. Патент РФ 2023455; кл. 5 А 62 С 5/00.

4. Патент РФ 2031670; кл. 6 А 62 С 5/02.

5. Патент РФ 2058169; кл. 6 А 62 С 5/02.

6. Патент РФ 2101176; кл. 6 В 28 С 5/38.

7. Патент РФ 2136492; кл. 6 В 28 С 5/38.

8. Патент РФ 2145680; кл. 7 F 04 F 5/02.

9. Патент РФ 2024730; кл. 5 Е 21 B 21/06.

10. Патент РФ 2047488; кл. 6 В 28 С 5/38.

11. Патент РФ 2122889; кл. 6 В 01 Р 3/04, (прототип).

12. Политехнический словарь. Под ред. А.Ю.Ишлинского. М.: Советская энциклопедия, 1989.

Изобретение предназначено для приготовления технической пены, преимущественно в промышленности строительных материалов. Пеногенератор содержит корпус, состоящий из камеры смешивания, в которую подается пенообразователь и воздух, а также камеры диспергирования, заполненной диспергирующим материалом типа стружки или путаной проволоки, кроме того, пеногенератор содержит пеногенерирующие сетки, патрубок с вентилем для дозированного ввода пенообразователя, отверстие в стенке камеры смешивания для ввода воздуха, а также патрубок для вывода готовой пены, узел, обеспечивающий колебательные движения стенки камеры смешивания, а отверстие в ней перекрыто обратным клапаном, пропускающим воздух внутрь камеры смешивания и не выпускающим его обратно. Технический результат: возможность работы пеногенератора без компрессора и гидравлического насоса, за счет чего достигается компактность устройства, снижение его габаритов, веса, энергоемкости, расхода металла, трудоемкости изготовления и эксплуатации. 18 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Пеногенератор, включающий корпус, патрубок для ввода пенообразователя, камеру смешивания, отверстие в стенке камеры смешивания для подачи в нее воздуха, вентиль, камеру диспергирования, заполненную диспергирующим материалом, пеногенерирующие сетки, патрубок для выпуска готовой пены, отличающийся тем, что дополнительно содержит узел, обеспечивающий колебательные движения стенки камеры смешивания, а отверстие в ней перекрыто обратным клапаном, пропускающим воздух внутрь камеры смешивания и не выпускающим его обратно. 2. Пеногенератор по п.1, отличающийся тем, что в качестве узла, обеспечивающего колебания стенки камеры смешивания, использован вибратор, прикрепленный к стенке камеры в зоне расположения отверстия для ввода воздуха. 3. Пеногенератор по п.1, отличающийся тем, что в качестве узла, обеспечивающего колебания стенки камеры смешивания, использован кривошипный или эксцентриковый механизм с приводом. 4. Пеногенератор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что дополнительно содержит узел, обеспечивающий заданную частоту колебаний стенки камеры смешивания. 5. Пеногенератор по п.4, отличающийся тем, что в качестве узла, обеспечивающего заданную частоту колебаний, использован мотор-редуктор с эксцентриком или кривошипным механизмом на валу. 6. Пеногенератор по п.4, отличающийся тем, что в качестве узла, обеспечивающего заданную частоту колебаний, содержит преобразователь частоты электрического тока, подаваемого на вибратор или привод кривошипного механизма. 7. Пеногенератор по п.4, отличающийся тем, что в качестве узла, обеспечивающего заданную частоту колебаний, содержит вариатор, обеспечивающий возможность плавного изменения скорости вращения эксцентрикового вала вибратора или оси кривошипного механизма. 8. Пеногенератор по любому из пп.1-2 и 4-7, отличающийся тем, что дополнительно содержит узел, компенсирующий силу веса вибратора. 9. Пеногенератор по п.8, отличающийся тем, что в качестве узла, компенсирующего вес вибратора, последний снабжен пружинной опорой с регулятором степени сжатия пружин. 10. Пеногенератор по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что дополнительно содержит упругую вставку между зоной крепления узла колебаний и стенкой камеры диспергирования. 11. Пеногенератор по п. 10, отличающийся тем, что в качестве упругой вставки содержит кольцо из пористой резины, помещенное между камерой смешивания и камерой диспергирования. 12. Пеногенератор по п. 10, отличающийся тем, что в качестве упругой вставки содержит сильфон, помещенный между камерой смешивания и камерой диспергирования. 13. Пеногенератор по п. 10, отличающийся тем, что в качестве упругой вставки содержит гофрированную мембрану в виде плоского или конического кольца или шарового пояса, составляющего часть стенки камеры смешивания. 14. Пеногенератор по любому из пп.1-13, отличающийся тем, что обратный клапан выполнен подпружиненным, с регулятором величины давления пружины на клапан. 15. Пеногенератор по любому из пп.1-14, отличающийся тем, что камера смешивания содержит несколько отверстий с обратными клапанами для подачи воздуха. 16. Пеногенератор по любому из пп.1-15, отличающийся тем, что содержит емкость для пенообразователя с вентилем, обеспечивающим дозированную подачу жидкости самотеком в камеру смешивания. 17. Пеногенератор по п.16, отличающийся тем, что емкость для пенообразователя имеет герметичную крышку с резиновой прокладкой, прикрепляемую к стенкам емкости. 18. Пеногенератор по п.16, отличающийся тем, что емкость для пенообразователя оснащена обратным клапаном, установленным в конце патрубка, подающего пенообразователь. 19. Пеногенератор по любому из пп.1-18, отличающийся тем, что корпус пеногенератора, емкость для пенообразователя, электродвигатель с кривошипным механизмом, а также узел, компенсирующий вес вибратора, закреплены на жестком основании, например на станине.