27.05.2008 23:37:29
Алексей Николаевич Чернов рассказывает о различных видах пеногенераторов и о технологиях модернизации этого крайне необходимого оборудования.
Адъюстаж: от франц. аjustage, ajuster — налаживать. Современный пеногенератор, используемый в производстве пенобетона [см. Пеногенераторы для производства пенобетона (на правах рекламы). – «Популярное бетоноведение», № 1, 2004; Вегера Г. А. Выживет ли технология производства пенобетона? – «Популярное бетоноведение», № 4(12); Чернов А. Н. Парад пеногенераторов. – «Популярное бетоноведение», № 4(12)], содержит несколько основных узлов: корпус, привод, камера смешивания, пеногенерирующие сетки, камера диспергирования и др. Форма выполнения этих узлов, их отделка, взаиморасположение, наладка взаимодействия, наличие дополнительных деталей, способных повысить эффективность агрегата, и составляют понятие адъюстаж пеногенератора.
Установили, что качество получаемой пены зависит от длины и формы камеры диспергирования. Размеры последней тут же стали расти; выяснилось, что характеристики пены улучшаются, если канал, по которому она движется, постепенно расширяется, и мгновенно стали выполнять камеру диспергирования в виде диффузора [см. Патенты РФ на изобретение «Пеногенератор (варианты)» № 2145680, № 2050867, № 2021534, № 2058169, № 2023455, № 2023456, № 2031670, № 2054312, № 2047488, № 2122889].
В результате разработано несколько вариантов камеры диспергирования с уменьшенными габаритами при увеличенной длине канала, по которому движется пена. Здесь камера в виде зигзага или спирали переменного поперечного сечения, в форме прямоугольного и цилиндрического объемного лабиринта, в том числе с переменным сечением канала; известны пакеты из нескольких параллельно расположенных и последовательно соединенных камер диспергирования прямоугольного, круглого, гексагонального сечения и др. [см. Патент РФ на изобретение «Пеногенератор», № 2021534].
Недостатком пеногенераторов с камерой диспергирования является ограниченный срок службы. Функционально необходимая микропористость диспергирующего материала способствует быстрому его заиливанию и понижению пропускной способности, что приводит к необходимости перманентной его замены. Коррозия стальной проволоки или стружки, заполняющей камеру диспергирования, еще больше способствует заиливанию структуры, а применение коррозионностойких материалов (таких, как медь, нержавеющая сталь и т. п.) повышает расходы на изготовление.
В связи с этим предложено восстанавливать пропускную способность пеногенератора путем промывки его разными видами разбавленной ортофосфорной кислоты, а также способ быстрого, нетрудоемкого и неэнергоемкого нанесения или восстановления медного покрытия на черном металле диспергирующего материала [см. Патенты РФ на изобретение «Пеногенератор», № 2058169, № 2023455].
Пеногенератор эксплуатируют до тех пор, пока не начнет заметно снижаться его производительность вследствие заиливания диспергирующего материала и уменьшения его пропускной способности. Тогда осуществляют промывку, либо извлекая его из камеры диспергирования, либо не разбирая пеногенератора. Для промывки берут один из видов разбавленной ортофосфорной кислоты:
а) водный раствор ортофосфорной кислоты концентрацией 5–30 %;
б) ортофосфорную кислоту, частично нейтрализованную порошком металла или оксида металла, например, цинка, железа и пр.;
в) разбавленную алюмофосфатную связку;
г) разбавленную алюмохромфосфатную или магнийфосфатную связку;
д) произвольную смесь всех или части перечисленных реагентов с произвольными добавками.
В качестве интенсифицирующих факторов используют подогрев промывочной жидкости до 30–105 оС. Промывку осуществляют до момента восстановления металлического блеска диспергирующего материала или до восстановления пропускной способности пеногенератора, промываемого в собранном виде.
После обработки фосфоросодержащей жидкостью производят промывку нейтрализующим реактивом, в качестве которого может выступать водный раствор карбоната или бикарбоната натрия — Na2CO3 или Na(HCO3)2, а также гидроксиды — NaOH и KOH. Далее осуществляют промывку водопроводной водой и продолжают её до тех пор, пока промывочная вода не перестанет окрашивать лакмус или фенолфталеин. При необходимости, нейтрализацию повторяют.
Если пеногенератор содержит диспергирующий материал из черного металла, не покрытого медью, или медное покрытие требует восстановления, осуществляют следующий комплекс операций: промывают вышеописанным способом диспергирующий материал; просушивают, обезжиривают, например спиртом, заливают концентрированным раствором медного купороса (CuSO4*5Н2О), выдерживают 10–30 мин; сливают остатки раствора и просушивают. В результате поверхность стального диспергирующего материала будет покрыта медью.
Следующий прием адъюстажа пеногенераторов предусматривает оснащение их дополнительными узлами и деталями. В промышленности строительных материалов известно применение акустических волн для совершенствования технологических процессов [см. Патенты РФ на изобретение «Пеногенератор», № 2023456, № 2031670]. Известно положительное влияние акустических волн на строительные смеси, имеющие пористую пенообразную структуру [см. Патенты РФ на изобретение «Пеногенератор», № 2054312, № 2047488, № 2122889].
Существует устройство для акустической обработки строительных изделий, в котором звуковые волны генерируются потоком газообразного агента [см. Патент РФ на изобретение «Пеногенератор», № 2047488].
Известен пеногенератор, имеющий детали в виде полых шариков с отверстием, выполненных из ферритового материала, которые обеспечивают «…получение более мелких пузырьков пены за счет кавитационных процессов» [Патент РФ на изобретение «Пеногенератор», № 2054312, № 2122889]. Недостаток данного устройства состоит в невозможности управления кавитационными процессами.
Изобретено устройство, содержащее активное сопло, патрубки подвода активной и пассивной сред, камеру смешивания с
гидропневмоаккумулятором, обеспечивающую необходимую собственную частоту колебаний [см. Патент РФ на изобретение «Пеногенератор (варианты)», № 2199436]; колебательный процесс в камере смешивания «…способствует измельчению частиц пены, и, как следствие, повышает её устойчивость», однако достижение такого положительного эффекта «…требует дополнительных энергетических затрат для гидропневмоаккумулятора и больших аппаратурных затрат», что является недостатком устройства.
Есть пеногенератор, содержащий корпус, сопло для подвода пенообразователя, патрубок для подачи газа, камеру смешивания, являющуюся источником колебаний и расположенную со смещением относительно продольной оси сопла. На камере смешивания прикреплен груз, обеспечивающий возбуждение автоколебаний [Патент РФ на изобретение «Пеногенератор», № 2050867]. При этом «…колебания, воздействуя на пенный поток, способствуют созданию однородной мелкоячеистой структуры пены». Недостаток устройства — в сложности регулирования акустических параметров.
Следует заметить, что любой пеногенератор сам по себе является источником акустических волн. Диапазон воспринимаемых человеческим ухом звуков простирается от 16 до 20000 колебаний в секунду (ниже — неслышимый инфразвук, выше — неслышимый ультразвук). Наиболее распространенные промышленные вибраторы работают с частотой 50 герц, т. е. рассмотренный ранее вибрационный пеногенератор [см. Чернов А.Н. Парад пеногенераторов. – «Популярное бетоноведение», № 4(12)] фактически является агрегатом, обрабатывающим пену акустическими волнами. Недостатком его является невозможность управления акустическими характеристиками.
Не исключается возможность изготовления пеногенератора с источником звука в виде сирены. Следует особо подчеркнуть перспективность этого источника акустических колебаний:
· во-первых, простота изготовления и высокая надежность устройства (сирена представляет собой два параллельных соосных диска с отверстиями, один из которых вращается, или оба вращаются в разные стороны);
· во-вторых, при наклонной оси отверстий сирена работает как насос;
· в-третьих, сирена обеспечивает большую мощность звучания и широкий диапазон частот, вплоть до ультразвука;
· в-четвертых, диски сирены очень удобно монтировать соосно ротору (роторному пеногенератору [см. Чернов А.Н. Парад пеногенераторов. – «Популярное бетоноведение», № 4(12); Чернов А.Н. Вибропен и роторпен. – «Популярное бетоноведение», № 5(13), 2006]) — не нужен отдельный привод, и обеспечивается дополнительный напор воздуха, позволяющий уменьшить диаметр ротора.
Между тем, неотъемлемыми атрибутами пеногенератора являются потоки флюидов — воздуха или жидкости. Эти потоки и создают всю гамму звуков во многих музыкальных инструментах. Однако непосредственными источниками звука могут быть детали, аналогичные мундштукам деревянных духовых инструментов с язычковым (тростевым) генератором звука (саксофон, гобой, кларнет, фагот), или использующие только резонирующие объёмы (орган, флейта).
Имеется еще один аспект: полимодальная пена может потребовать обработки полифоническим звучанием, когда на пену действуют одновременно (аккордом) или последовательно (арпеджиато) несколько частот. Однако одного мундштука для этого недостаточно, да он один не способен и изменять тембр акустического поля, т. е. менять набор обертонов и формант. Возможно, потребуется опыт амбушюрных инструментов с резонаторами переменного объема (тромбон) или с набором резонаторов разного объёма (валторна, туба, корнет-а-пистон).
Наконец, в качестве узла возбуждения управляемых акустических колебаний может быть использован тривиальный электродинамический излучатель звука с изменяемой частотой и регулируемой мощностью звучания.
Для творческой личности открыто широкое поле деятельности.