Устройство для гомогенизации стекломассы Советский патент 1985 года по МПК C03B5/18 

1П Изобретение относится к промышлен ности стройматериалов, конкретно к устройствам для гомогенизации стекло массы, и может быть использовано в .стекловарении для получения высококачественного по бессвильности и однородности стекла. Известно устройство дпя гомогенизации стекломассы, включающее систем подвижньсх и неподвижных цилиндров, обладающее высокой гомогенизирукщей способностью вследствие высокой и равномерно распределенной по объему гомогенизатора скорости сдвиговой деформации l . Однако данное устройство имеет низкую производительность в расчете на единицу его веса или объема, обусловленную высокой стационарность картины тока стекломассы в устройстве. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для гомогет1за1щй стекломассы, включающее цилиндрический сосуд с мешалкой с лопастями, по крайней мере один, коаксиально установленный в нем неподвижный цилиндрический экран, патрубки лоступления и выработки стекломассы fz. Недостатком известного устройств является малая удельная производительность, обусловленная высокой стационарностью токовой картины перемепшваемой стекломассы. Повыше кие производительности такого -устро ства неизбежно связано со снижением качества получаемого стекла по бессвильности и однородности. . . Недостатки устройств для гомогенизации стекломассы с устойчивой во времени системой токовых линий стекломассы отчетливо проявляются при рассмотрении гомогениза1щи стек ла. Вследствие сравиительно высокой вязкости гомогенизируемой стекломассы ее движение в гомогенизаторах является ламинарш ш. Гомогенизация жидкости в ламинарных потоках осуществляется в результате вытягивани областей неоднородности в тонкие нитевидные или леяточиме свили с последующим диффузионным выравниванием концентраций. Изменение толщин свили со временем определяется форм лой где t - толщина свили в момент времени t; tig - начальная толщина, совпадающая с величиной проекции области неоднородности на нормаль к направлению тока; i - продолжительность гомогенизации; - - проекция градиента скорости потока на нормаль к линии тока. Если течение жидкости в гомогенизаторе стационарно, скорость утонь- шения свили (а следовательно и скорости гомогенизации) быстро уменьшается. Кроме того, при стационарном ламинарном течении не происходит гомогенизации в направлении, нормальном к линиям тока жидкости. Для интенсификации процесса гомогенизации наиболее благоприятными являются возмущения процесса в виде периодического изменения направления потоков в трех примерно взаимно ортогональных направлениях. При этом резко увеличивается скорость растягивания и утоньшения свили за счет увеличения проекции свили на нормаль к линШ тока в момент изменения, а гомогенизация происходит во всех направлениях. Целью изобретения является повышение производительности и улуч шение качества стекла по бессвильности и однородности. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для гомогенизации стекломассы, включающем цилинд) рический сосуд с мешалкой с лопастями, по крайней мере один коаксиально установленный в нем неподвижный цилиндрический экран, патрубки посту-, пления и выработки стекломассы, лопасти мешалки и/или цилиндрически экран выполнены с вырезами, относительная площадь которых в лопастях мешалки и цилиндрическом экране составляет 0,10-0,70 и 0,01-0,5 соответственно. При этом угол образующей винтовой поверхности лопастей мешалки с осью мешалки составляет 45-90°. В предлагаемом устройстве повьш1е ние эффективности гомогенизации по сравнению с известным достигается внесением в основной поток нерегулярных струйных возмущений, осуществляе;мых с помощью отверстий в мешалке и экранирующем цилиндре. Эти возмущения должны быть достаточно интенсивны, но не должны быть слишком велики. При малой площади отверстий возмущения малы, при слишком большой - остаются одни лишь локальные возмущения, основной же поток, охватываюпдай весь объем гомогенизатора, резкоуменьшен, а вместе с ним уменьшена и способность гомогенизатора к усреднению состава стекло массы Точные значения верхней и нижней границ интервала относительных площадей отверстий определяются многими факторами, главным образом вязкостью и плотностью стекломассы, масштабом неоднородностей в ней, а также размерами единичных отверстий, их распределением по поверхности, типом мешалки и т.д.

Опытами на модельных жидкостях с вязкостью от I до 00 П определяют эффективность предпагаемого устройства по сравнению с известным. Эффективность характеризуют отношением времени гомоге шэации при одинаковой скорости вращения мешалки. Геометрические размеры гомогенизаторов совпадают. .Исследуют следуюп е типы предлагаемых гомогенизаторов с ленточными вырезами на экранирукщем цилиндре и на мешалке, причем ширина Kdpesa в 2-10 раз больше толщины стеки цилиндра или лопасти мешалки и с круглыми равномерно распредленными отверстиями диаметром в 210 раз большим толщины стенок цилиндра или лопасти.

Для маловязкой и тяжелой жидкости, моделирующей поведение маловяз-: кой и тяжелой стекломассы, например, расплавов сверхтяжелых флинтов эффект ускорения гомогенизации/достаточно отчетлив (примерно 1,5 крат ный) уже при относительной площади отверстий в экранирукмцем цилиндре 0,01. С уменьшением ее эффект ро спадает. Это определяет нижний предел относительной площади отверстий в цилиндре (0,01). С увеличением относительной площади от- верстий эффект ускорения сперва возрастает, а потом убывает. При относительной площади отверстий больше 50% эффект ускорения для маловязких жидкостей практически про падает, особенно для крупномасштабных неоднородностей. Для высоковязкой жидкости (примерно 100 П)

эффект ускорения гомогенизации существенен при больших относительных площадях отверстий в экране (не менее 10% при небольших размерах единичных отверстий / и с увеличением относительных площадей также сперва возрастает, а затем убывает и практически исчезает при площади отверстий более 50%. При относительной площади отверстий 50% в высоковязкой жидкости эффект еще достаточно отчетлив и составляет около ,5. Это значение относительной плснцадн выбра но в качестве верхнего предела. Отверстия в мешалке вызывают ускорение гомогенизации при их относительной площади 0,1 - 0,7. Наибольший эффект достигается в интервале 0,2-0,5, При относительной площади меньше 0,1 эффект быстро падёет вследствие уменьшения интенсивности струйных течений (особенно дня высоковязкой жидкости). При относительной площади 0,1 для маловязкой жидкости эффект ускорения достаточно отчетлив и составляет приблизительно 1,5, Это значение относительной плодади выбрано в качестве нижнего предела. При увеличении относительной площади отверстий в мешалке более 0,7 эффект ускорения гомогенизации при постоянной -скорости враще- НИН мешалки также быстро спадает (особенно для маловязких жидкостей ), При значении относительной площади отверстий 0,7 эффект ускорения:для высоковязкой жидкости еще достаточно отчетлив и доставляет примерно 1,5. Это значение относительной площади выбрано в качестве верхнего предела для мешалки.

При большой относительной площадр отверстий в мешалке н цилиндре сннжается осевой напор винтовой, мешалки с лопастями, расположенными нормально к оси. Вследствие этого снижается и усредняющая способность гомогенизатора, т,е, эффективность по отношению к крупномасштабным неоднородностям состава. Введение наклона лопастей таково, что угол между образующей лопасти и осью мешалки составляет 90-45°(90 -135° при отсчете от положительного направления оси винта ), увеличивает осевой напор мешалки и этим повышает ее эффективность прн большой площади отверстий, Е случае наклонного расSположения лопастей мешалки и при наличии отверстий в экране особенно эффективным приемом для ускорения гомогениэации становится периодическая смена направлений вращения мешалки, выэывакщая периодическую сме ну преимущественных течений в гомоге низаторе с осевшс иа радиальные сквозь отверстия в экране. При этом эффект ускорения гомоганизацик может достигать десятикратного,. При более острых ..углах наклона, чем 45, эффективность устройства, как пркаэьгаают опыты, быстро падает причем в (йшывей степени для высоковязкой жидкости. Причиной этого является замедление течений в облас штока лопастями и снижение осевого напора мешапки. Кроме этого при сохранении диаметра лопастей резко увеличивается расход материал на мешалку. Поэтому эначение угла наклона 45 выбрано в качестве предельного, при котором для маловяэкой жидкости эффект ускорения еще отчетливо наблюдается (примерно ,5 кратный). На г,1 показано устройство щю дольный разрез (в лопастях мепалки и в цили11дрическом экране выполнены круглые вырезы); на фиг,2 - то же, в лопастях мешалки и в цилиндрическом экране выполнены щелевые вырезы Устройство содержит цилиндрический сосуд 1 с закрепленными в нем экранирующим щшиндром 2, двухзаход 176 ную 3/4 - оборотную винтовую мешалку 3 с лопастями 4j с отверстиями 5 в лопастях, В цилиндрическом экране выполнены отверстия 6 Поступающая в устройство череа патрубок 7 стекломасса многократно прокручивгется радиально-осевьвчи циркуляционными потоками мешалки вокруг экранирукщего цилиндра и окружными циркуляционными потоками внутри цилиндра, В результате взаимодействия струй, проходящих через отверстия, с ОСНОВНЕЛ4 потоком в нем возникают нестационарные возмущения с направлением течения нормаль ным к основному, благодаря чему гомогенизирующая эффективность устройства возрастает. Скорость враще- . ния мещалки составляет 20 - 50 об/ /мин. Гомогенизированная crettnoMacca постуйает на лработку через вырайоточный патрубок 8, ТЪтройстто для гомогенизации стекломассы обеспечивает получение выссйсооянородного стекла как в режиме периодической, так и непрерывной выработки. По результатам модел5 ных испытаний при объемах и одинаковом качестве вырабатываемого стекла производительность предпа- - гаемого устройства для гомогенизации стекломассы превосходит произво дительиость известного в 1,5-2 раза. При этом вес устройства снижен по сравнению с весом известного на 320%.

I.УСТРСЙЙСТВО ДЛЯ ПЙЮГЕНИЗА 1бШ СТЕКШКАСШ, вкпючаюв ее цшшндрический сосуд с мевалкой с лопастями, по крЬйяеЛ мере один коаксхально установле1шый в нем непод8ихга 1й цилинд рический экранI патрубки поступления н выработки стекломассы, о тл ичающееся тем, что, с целью повышения производительности и улучшения качества стекла по бессвнльности и однородности, лопасти мешалки и/или цилиндрический экран выполнены с вырезами, относительная площадь которых в лопастях мешалки и цилиндрическом экране составляет О,10-0,70,и 0,01-0,5 соответственио. 2. Устройство по п.1, о т л и чающееся тем, что угол образукнцей винтовой поверхности лопастей мешалки с осью мешалки составляет 4590° СО ел J