Przedmiotem wynalazku jest sposób zageszczania materialów ziarnistych, zwlaszcza masy formierskiej, oraz urzadzenie do zageszczania materialów ziarnistych. Sposób i urzadzenie wedlug wynalazku znajduja zasto¬ sowanie do zageszczania wszystkich materialów ziarnistych, w tym masy formierskiej i masy betonowej.Z opisu patentowego USA nr 3 170 202 jest znany sposób wybuchowego zageszczania masy formierskiej w skrzynkach formierskich. Polega on na tym, ze ustawia sie model w skrzynce formierskiej, zamyka dno skrzynki i umieszczaja pod komora spalania, wypelnia sie skrzynke masa formierska zrzucana do niej poprzez komore spalania, po czym wprowadza sie ladunek wybuchowy do komory spalania, a nastepnie wywoluje sie jego wybuch, kierujac sily fali uderzeniowej wybuchu na mase formierska w celu jej zageszczenia wokól modelu.Urzadzenie realizujace ten sposób zawiera komore spalania zamykana od dolu przez podnoszona skrzynke formierska z umieszczonym w niej modelem spoczywajacym w plycie podmodelowej, stanowiacej dolne zam¬ kniecie skrzynki formierskiej. Alternatywnie, w szczelnie zamykanej komorze spalania moga byc umieszczone skrzynki formierskie juz wypelnione masa formierska.Ten znany sposób oraz urzadzenie do jego realizacji wykazuja wiele niedogodnosci przy praktycznym stosowaniu. Naleza do nich takie czynniki, jak zagrozenie bezpieczenstwa wynikajace ze skladowania materialów wybuchowych i manipulowania nimi na terenie odlewni, brak powtarzalnosci osiaganych wyników zageszczania, fakt,ze wymagane cisnienie spalania moze byc osiagniete tylko poprzez wstepne sprezanie palnej mieszanki w komorze spalania, co nastrecza dodatkowych kosztów inwestycyjnych oraz powoduje trudnosci w uszczelnie¬ niu komory spalania, a takze fakt, ze bez zastosowania dodatkowego tlenu nie udaje sie osiagnac zadanej wytrzymalosci postaciowej zageszczanego materialu ziarnistego, co z kolei podraza proces w znacznej mierze i dodatkowo zwieksza zagrozenie bezpieczenstwa obslugi.Celem wynalazku jest wyeliminowanie wymienionych wyzej niedogodnosci, zas zadaniem wynalazku jest opracowanie sposobu zageszczania materialów ziarnistych oraz urzadzenia do jego realizacji, umozliwiajacych ekonomiczne i bezpieczne wytwarzanie form z wysoka i powtarzalna ich wytrzymaloscia postaciowa bez potrze¬ by stosowania dodatkowego tlenu, oraz bez koniecznosci wstepnego sprezania palnej mieszanki wybuchowej.Zgodnie z wynalazkiem, sposób zageszczania materialów ziarnistych, zwlaszcza masy formierskiej, przy2 125 961 wykorzystaniu egzotermicznej reakcji mieszanki powietrza i paliwa w ukladzie zamknietym, polega na tym, ze egzotermiczna reakcje takiej mieszanki wyzwala sie w trakcie, gdy mieszanka i jeden lub wiecej impulsów inicju¬ jacych wykonuja ruch wzgledny.Dzieki temu osiaga sie powtarzalnosc spalania mieszanki paliwowej oraz uzyskuje sie zwiekszenie skutków reakcji egzotermicznej.Ma tu znaczenie zwlaszcza zwiekszenie predkosci rozprzestrzeniania sie przebiegu spalania, powstale na skutek przemieszczania mieszanki paliwowej. Dopiero ten srodek techniczny umozliwia takie zwiekszenie wspo¬ mnianej predkosci rozprzestrzeniania sie, ze zostaje osiagnieta zadana wytrzymalosc postaciowa, bez potrzeby stosowania dodatkowego tlenu.Korzystnie, mieszanke paliwowa wprawia sie w ruch o zmiennej predkosci przeplywu w obiegu zamknie¬ tym za pomoca dmuchawy o zmiennej wydajnosci, umieszczonej badz to w samej przestrzeni spalania, badz w przestrzeni polaczonej z przestrzenia spalania. Mozliwy jest jednak i inny sposób nadawania ruchu mieszance paliwowej, np. za pomoca zaworów mieszajacych lub tym podobnych. Zamierzony przebieg spalania mozna równiez osiagnac poprzez przemieszczanie wyzwalaczy impulsów inicjujacych.Zmiennosc wydajnosci dmuchawy umozliwia osiagniecie zadanej wytrzymalosci postaciowej formy w za¬ leznosci od istniejacych warunków, a to dzieki zmiennosci przeplywu mieszanki paliwowej. Wystepuje tu dodat¬ nia korelacja pomiedzy intensywnoscia ruchu a wytrzymaloscia postaciowa. Typowe predkosci mieszanki pali¬ wowej wynosza 20 — 50 m na sekunde.Paliwo doprowadza sie do powietrza znajdujacego sie w komorze spalania pod cisnieniem otoczenia.W przypadku stosowania stechiometrycznej ilosci np. gazu ziemnego, cisnienie w komorze spalania wzrasta przy tym o okolo 0,1 bara. Przy tej wielkosci nadcisnienia nie pojawiaja sie zadne istotne trudnosci uszczelniania, ani tez straty gazu oraz nie wystepuje zagrozenie dla otoczenia.Nie musi jednak byc zachowany stechiometryczny stosunek powietrza do paliwa, istotne jest tylko to, aby powstajaca mieszanka byla palna.Jako paliwa w gre wchodza zarówno paliwa stale, ciekle jak i gazowe. Szczególna przydatnosc wykazuja tu nastepujace paliwa: gaz ziemny, metan, propan, butan, acetylen, benzyna, ropa naftowa. Przydatne sa równiez pyly piroforyczne, np. pyl weglowy, maczka drzewna itp.DciIsza zaleta sposobu wedlug wynalazku polega na tym, ze maksymalne cisnienie osiagane po zainicjowa¬ niu spalania w ukladzie zamknietym nie przekracza 8 barów, co znacznie upraszcza konstrukcje ukladu uszczel¬ niania i znacznie obniza obciazenie-urzadzenia* We wszystkich sposobach zageszczania wybuchowego otrzymuje sie krucha i poodpryskiwana tylna po¬ wierzchnie formy, przy czym cieplo spalania wysusza warstwe masy formierskiej o grubosci 5 — 10 mm. Sposób wedlug wynalazku umozliwia równiez wyeliminowanie tej wady poprzez to, ze powierzchnie zageszczanego materialu ziarnistego zaopatruje sie w gazoszczelna powloke zakladana przed zainicjowaniem wybuchu. Poprzez tylko miejscowe nanoszenie powloki na piasek pod zbiornik otwarty od strony dolnej, zanurzany w piasku swymi sciankami bocznymi, osiaga sie mozliwosc miejscowego regulowania wytrzymalosci postaciowej w po¬ wierzchniowej czesci formy.Dalsza mozliwosc regulowania wytrzymalosci postaciowej w powierzchniowej czesci formy, poza mozli¬ woscia regulowania wydajnosci dmuchawy, polega na tym, ze zmienia sie objetosc przestrzeni spalania, takze z dodatnia korelacja.Urzadzenie wedlug wynalazku zawiera plyte podtrzymujaca zageszczany material ziarnisty, korzystnie plyte modelowa z ulozona na niej skrzynka formierska i rama nadmiarowa, oraz polaczonym z nia kolpakiem, ograniczajacym komore spalania i zaopatrzonym w co najmniej jeden olwór wlotowy i co najmniej jeden wyzwa- lacz impulsu inicjujacego.Zgodnie z wynalazkiem, urzadzenie ma elementy do wytwarzania ruchu wzglednego pomiedzy mieszanka paliwowa a wyzwalaczem lub wyzwalaczami impulsów inicjujacych, umieszczone w komorze spalania lub pola¬ czone z komora spalania. Element do wytwarzania tego ruchu wzglednego stanowi co najmniej jedna dmuchawa do wprawiania mieszanki paliwowej w ruch. Alternatywnie, takim elementem do wytwarzania ruchu wzglednego jest co najmniej jeden ruchomy wyzwalacz impulsu inicjujacego. Korzystnie, dmuchawa lub dmuchawy ma lub maja zmienna wydajnosc, a ponadto pojemnosc komory spalania jest zmienna.Ze scianka komory spalania jest polaczony zbiornik otwarty od strony dolnej i usytuowany swa czescia otwarta ponizej poziomu napelniania skrzynki masa formierska, zas swa czescia zamknieta powyzej tego pozio¬ mu.Sposób i urzadzenie wedlug wynalazku znajduja zastosowanie nie tylko do wytwarzania form odlewni¬ czych i rdzeni w przemysle odlewniczym, lecz równiez do zageszczania materialów budowlanych w przemysle budowlanym.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykladach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 —5 przedstawiaja piec kolejnych wykonan urzadzen do zageszczania masy formierskiej w schematycznych przekro¬ jach pionowych.125 961 3 Zgodnie z fig. 1 do stanowiska napelniania i formowania jest doprowadzana jedna plyta modelowa 5 z modelem 6. Plyta modelowa 5 jest unoszona przez silownik hydrauliczny 7 dociskajac skrzynke formierska 11 i rame nadmiarowa 12, która jest przemieszczana za pomoca rolek 13, az do pojemnika 17 na mase formierska, zawierajacego odmierzona ilosc masy formierskiej. Po wsypaniu piasku do skrzynki formierskiej 11 i ramy nad¬ miarowej 12, pojemnik 17 zostaje przemieszczony wzglednie wychylony poziomo, a miejsce pojemnika 17 zaj¬ muje kolpak 18. Kolpak 18, który zasadniczo okresla wielkosc komory spalania 23 i jest utworzony z pokry¬ wy 24 i scianki bocznej 25, zawiera wyzwalacz impulsu inicjujacego, np. zaplonnik 19, dmuchaw* 20 napedzana przez silnik elektryczny 22 i zaopatrzona w kierownice pierscieniowa 2Qa, oraz otwór wlotowy 21 n* paliwo.Poprzez przewód 27 kieruje sie do komory spalania 23, wypelnionej powietrzem pod ciMtnienri atmosfe¬ rycznym, ilosc paliwa zapewniajaca mozliwosc jej zapalania, przy czym cisnienie wzrasta minimalnie, przyklado¬ wo w przypadku gazu ziemnego cisnienie wzrasta o okolo 0,1 bara. Dmuchawa 20 powoduje wymieszanie po¬ wietrza i paliwa w mieszanke wybuchowa. W celu umozliwienia sterowania ruchu mieszanki wybuchowej zapew¬ niono mozliwosc regulowania wydajnosci dmuchawy 20, korzystnie poprzez zmiane ustawienia lopatek lub jej predkosci obrotowej. Zaplonnik 19 zapala mieszanke przy dzialajacej dmuchawie 20, np. za pomoca iskry elektrycznej i tym samym masa formierska zostaje zageszczona. Maksymalny wzrost cisnienia wynosi okolo 8 barów.Spadek cisnienia jest uzalezniony miedzy innymi od temperatury scianek, które-w przypadku przeznacze¬ nia do eksploatacji ciaglej zaopatrzone sa w kanaly chlodzeniowe 70, wedlug fig. 2. Poza tym spalony gaz ulatuje na zewnatrz poprzez np. otwory wylotowe lub pomiedzy czesciami 5,11,12 i 25. Przy obnizaniu tloka 7 •nadcisnienie spada do zera..Nastepnie pojemnik 17 zostaje przemieszczony w polozenie napelnienia, ponad rame nadmiarowa 12, a jednoczesnie kolpak 18 zostaje przemieszczony w polozenie 28 zaznaczone linia kreskowana, w którym urzadzenie wentylacyjne 29 odprowadza z niego gazy spalinowe. Korzystnie dmuchawa 20 pozostaje w ruchu ciaglym. Dzieki temu spelnia ona trzy funkcje. Miesza ona skladniki ulegajace spalaniu, zwlaszcza predkosc rozprzestrzeniania sie frontu spalania podczas spalania oraz wydala gazy spalinowe.Im mniejsza jest przestrzen spajania, tym mniejsza zostaje zuzyta ilosc paliwa wzglednie gazu palnego i tym mniejsze wymiary moze miec urzadzenie.Na fig. 2 jest przedstawiony kolpak 18, który dzieki spasowaniu z rama nadmiarowa 12 moze byc prze¬ mieszczany suwIiwie i mocowany w ustalonych polozeniach wewnatrz niej za pomoca kolków 34 przetykanych poprzez otwory 35 w ramie 33 i wsuwanych w scianke boczna 25. Po zewnetrznej stronie scianki 25 korzystnie sa umieszczone uszczelki 36. W tym wykonaniu mozliwe jest ustalanie optymalnego stosunku przestrzeni spalania do objetosci wypelnianej masa formierska dla kazdej wielkosci modelu. Przestawianie kolpaka 18 moze byc realizowane równiez i w inny sposób, np. hydraulicznie, pneumatycznie lub elektrycznie za pomoca silnika wyko¬ nawczego.Na fig. 3 sa przedstawione dwa rózne elementy rozwiazania, mogace wystepowac wspólnie. Po pierwsze, jest przedstawione korzystne usytuowanie dmuchawy 20, w przypadku którego króciec ssawny 51 znajduje sie posrodku, nad piaskiem lub plyta modelowa 5, na skutek czego przeplyw, jaki nastepuje za fala uderzeniowa cisnienia, jest skierowany w dól w strone scianki bocznej. Dzieki temu co najmniej czesciowo moze zostac skompensowany opór stawiany piaskowi przez scianke boczna, co umozliwia uzyskanie jeszcze bardziej rfomo- miernej twardosci w plaszczyznie podzialowej. Po drugie, jest przedstawiona inna mozliwosc uzyskiwania wplywu na wytrzymalosc postaciowa formy na calej plaszczyznie podzialowej.W tym celu, ze scianka 23 kolpaka 18 jest luzno polaczony zbiornik 54 otwarty od dolu, za pomoca drazków 52. Po zakonczeniu napelniania, zanurza sie wystajaca scianke 53 zbiornika 54 w taki sposób w mase w trakcie dociskania skrzynki formierskiej i ramy nadmiarowej 11 i 12 do kolpaka 18, aby dno 55 zamykajace zbiornik 54 znajdowalo sie powyzej wysokosci napelniania 56 masa formierska.Niespodziewanie okazalo sie, ze dzieki temu ulega zmniejszeniu wytrzymalosc postaciowa formy w srod¬ kowym zakresie plaszczyzny podzialowej, zas zwiekszeniu w zakresie przysciennym skrzynki.Gdy skrzynka formierska 11 i rama nadmiarowa 12 maja wieksze wymiary, to mozna stosowac wiecej dmuchaw 20, przy czym korzystnie stosuje sie tu równiez i inne urzadzenia do nadawania ruchu mieszance, np. zawory mieszajace, a takze urzadzenia wytwarzajace w mieszance fale cisnieniowe.W miejscu dmuchawy 20, w komorze spalania 23 korzystnie stosuje sie równiez jeden lub wiecej wyzwala- czy impulsów iniqujacych w postaci zaplonników 19, umieszczonych na wirujacym wale 80 (prawa strona fig. 2), przy czym C2as zaplonu oraz predkosc wirowania sa nastawne, aby umozliwic uzyskiwanie zamierzonego przebiegu spalania.Inny wariant stanowi uklad wielu zaplonników 19 rozmieszczonych na róznej wysokosci na obwodzie kolpaka 18 a zapalanych jednoczesnie lub w pewnych odstepach czasowych.Na fig. 4 jest przedstawiony przyklad wykonania wynalazku, w którym komora spalania 23 jest usytuowa¬ na z boku pojemnika 57 na mase formierska. Za pomoca otworu 58 jest ona polaczona z dolna czescia 23a4 125 961 komory spalania. W pokrywie komory spalania 23 jest osadzona dmuchawa 20, W bocznej sciance komory spala¬ nia 23 znajduje sie przewód dolotowy 27 na paliwo, a takze co najmniej jeden zaplonnik 19.Os symetrii dolnej czesci 23a komory spalania pokrywa sie z osia symetrii pojemnika 57 na mase formier¬ ska, który swym króccem wylotowym 59 jest wprowadzany do wewnatrz otworu zasypowego 60 czesci 23a komory spalania. Zamykanie otworu zasypowego 60 odbywa sie za pomoca zasuwy 61, która jest przemieszczana za pomoca przesuwnika 62 w kierunku poprzecznym do osi otworu zasypowego 60. Z osia symetrii pojemnika 67 na mase formierska, oraz czesci 23a komory spalania pokrywa sie równiez os symetrii ramy nadmiarowej 12 oraz skrzynki formierskiej 11, które sa tu opuszczane za pomoca rolek 13. Na plycie tloka 7 jest, jak to zostalo juz opisane uprzednio, umieszczona plyta modelowa 5 z modelem 6.W celu wykonania operacji napelniania masa formierska przesuwa sie zasuwe 61 w polozenie otwarcia, odslaniajac tym samym otwór zasypowy 60. Po uruchomieniu tloka 7, nastepuje uniesienie skrzynki az do polozenia dolegania ramy nadmiarowej 12 do czesci 23a. Nastepnie, zostaje otwarty zawór pojemnika 57 i od¬ mierzana ilosc masy formierskiej przelatuje poprzez otwór zasypowy 60, który zostaje nastepnie przesloniety zasuwa 61, zas silownik tloka 7 przestawiony w polozenie dociskania. W tym przebiegu, czesc 23a komory spalania zostaje docisnieta do ramy 63, zas zasuwa 61 zostaje szczelnie polaczona z czescia 23a komory scalania.Teraz rozpoczyna sie zageszczanie, przebiegajace w juz opisany sposób.Na fig. 5 jest przedstawiony dalszy przyklad wykonania wynalazku, w którym na podstawie 64 jest usta¬ wiona skrzynka formierska 11, rama nadmiarowa 12 oraz plyta modelowa 5 z modelem 6, szczelnie z nimi pola¬ czona za pomoca zaczepów 65. Rame nadmiarowa 12 i plyte modelowa 5 przykrywa kolpak 66, który jest nasadzony na podstme 64 za pomoca uszczelki 67 i polaczony z nia za pomoca zaczepów 68. W czesci scianki kolpaka 66 znajdujacej sie z jednej strony, jest osadzona dmuchawa 20 z silnikiem 22, zas w innej jego czesci, jest osadzony przewód paliwowy 27 oraz zaplonnik 19. Do unoszenia i opuszczania kolpaka 66 sluzy pierscien nosny 69.Zastosowanie jednego lub wielu katalizatorów przyspiesza przebieg spalania okreslonych paliw, przy czym odpowiedni dobór katalizatorów umozliwia osiagniecie powtarzalnosci zamierzonego przebiegu spalania. Jako katalizatory korzystnie stosuje sie metale szlachetne, np. platyne, zloto itp., które umieszcza sie w komorze Spalania 23 lub tez wprowadza jako dodatki do paliwa wraz z nim do komory spalania.Zastrzezenia patentowe 1.Sposób zageszczania materialów ziarnistych, zwlaszcza masy formierskiej, przy wykorzystaniu egzoter¬ micznej reakcji mieszanki powietrza i paliwa w ukladzie zamknietym, znamienny tym, ze egzotermiczna reakcje takiej mieszanki wyzwala sie w trakcie, gdy mieszanka i jeden lub wiecej impulsów inicjujacych wykonuja ruch wzgledny. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, z n a m i en n y t y m, ze ruch wzgledny wytwarza sie poprzez nadawanie ruchu mieszance paliwowej. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze ruch wzgledny wytwarza sie poprzez nadawanie ruchu co najmniej jednemu impulsowi inicjujacemu. 4. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze ruch wzgledny realizuje sie jako zamkniety przeplyw burzliwy i/lub laminarny. 5. Sposób wedlug zastrz. 2 albo 4, z n a m i e n n y t y m, ze palnej mieszance nadaje sie ruch odbywaja¬ cy sie co najmniej w jej czesci z predkoscia co najmniej równa 1 m na sekunde, a korzystnie co najmniej 20 m na sekunde. 6. Sposób wedlug zastr£ 1, znamienny ty m, ze mieszanke tworzy sie w ukladzie zamknietym. 7. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze przed zapoczatkowaniem reakcji egzotermicznej cisnienie w ukladzie zamknietym ustala sie jako równe cisnieniu panujacemu na zewnatrz ukladu lub jako co najmniej równe nadcisnieniu wynikajacemu z wprowadzenia niezbednej ilosci paliwa do powietrza znajdujacego sie w ukladzie zamknietym podcisnieniem otoczenia. 8. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 7, znamienny t y m, ze stosuje sie paliwo stale. 9. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 7, znamienny tym, ze stosuje sie paliwo ciekle. 10. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 7, znamienny t y m, ze stosuje sie paliwo gazowe o postaci ko¬ rzystnie wysyconego weglowodoru lub jego mieszanki. 11. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie cisnienie w ukladzie zamknietym po zapoczatkowaniu spalania wynoszace co najmniej 8 barów. 12. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze powierzchnie zageszczanego materialu ziarniste¬ go calkowicie lub tylko czesciowo zakrywa sie gazoszczelnie przed zapoczatkowaniem reakcji egzotermicznej. 13. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze reakcje egzotermiczna przyspiesza sie katalitycz¬ nie.125 961 5 14. Urzadzenie do zageszczania materialów ziarnistych zawierajace plyte podtrzymujaca zageszczany ma¬ terial ziarnisty, korzystnie plyte modelowa z ulozona na niej skrzynka formierska i rama nadmiarowa oraz polaczonym z nia kolpakiem, ograniczajacym komore spalania i zaopatrzonym w co najmniej jeden otwór wloto¬ wy i co najmniej jeden wyzwalacz impulsu inicjujacego, z namienne tym, ze ma elementy /20, 80/ do wytwarzania ruchu wzglednego pomiedzy mieszanka paliwowa a wyzwalaczem lub wyzwalaczami /19/ impulsów inicjujacych, umieszczone w komorze spalania/23/ lub polaczone z komora spalania. 15. Urzadzenie wedlug zastrz. 14, znamienne tym, ze element do wytwarzania ruchu wzglednego stanowi co najmniej jedna dmuchawa /207 do wprawiania mieszanki w ruch. 16. Urzadzenie wedlug zastrz. 14, znamienne tym, ze element do wytwarzania ruchu wzglednego stanowi co najmniej jeden ruchomy wyzwalacz /19/ impulsu inicjujacego. 17. Urzadzenie wedlug zastrz. 15, znamienne tym, ze dmuchawa lub dmuchawy 1201 ma lub maja zmienna wydajnosc. 18. Urzadzenie wedlug zastrz. 14, znamienne tym, ze pojemnosc komory spalania 1231 jest zmien¬ na. 19. Urzadzenie wedlug zastrz. 14, z n a m i e n n e t y m, ze ze scianka komory spalania 1231 jest pola¬ czony zbiornik /54/ otwarty od strony dolnej i usytuowany swa czescia otwarta ponizej poziomu /56/ napelnie¬ nia skrzynki masa formierska, zas swa czescia zamknieta /55/ powyzej tego poziomu /56A125 961 Fig. 5 Pracowni* Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz.Cena 100 zl PL PL PL PL PL PL PL