1П Изобретение относитс к промышлен ности стройматериалов, конкретно к устройствам дл гомогенизации стекло массы, и может быть использовано в .стекловарении дл получени высококачественного по бессвильности и однородности стекла. Известно устройство дп 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 вл етс устройство дл гомогет1за1щй стекломассы, включающее цилиндрический сосуд с мешалкой с лопаст ми, по крайней мере один, коаксиально установленный в нем неподвижный цилиндрический экран, патрубки лоступлени и выработки стекломассы fz. Недостатком известного устройств вл етс мала удельна производительность , обусловленна высокой стационарностью токовой картины перемепшваемой стекломассы. Повыше кие производительности такого -устро ства неизбежно св зано со снижением качества получаемого стекла по бессвильности и однородности. . . Недостатки устройств дл гомогенизации стекломассы с устойчивой во времени системой токовых линий стекломассы отчетливо про вл ютс при рассмотрении гомогениза1щи стек ла. Вследствие сравиительно высокой в зкости гомогенизируемой стекломассы ее движение в гомогенизаторах вл етс ламинарш ш. Гомогенизаци жидкости в ламинарных потоках осуществл етс в результате выт гивани областей неоднородности в тонкие нитевидные или ле точиме свили с последующим диффузионным выравниванием концентраций. Изменение толщин свили со временем определ етс форм лой где t - толщина свили в момент времени t; tig - начальна толщина, совпадающа с величиной проекции области неоднородности на нормаль к направлению тока; i - продолжительность гомогенизации; - - проекци градиента скорости потока на нормаль к линии тока. Если течение жидкости в гомогенизаторе стационарно, скорость утонь- шени свили (а следовательно и скорости гомогенизации) быстро уменьшаетс . Кроме того, при стационарном ламинарном течении не происходит гомогенизации в направлении, нормальном к лини м тока жидкости. Дл интенсификации процесса гомогенизации наиболее благопри тными вл ютс возмущени процесса в виде периодического изменени направлени потоков в трех примерно взаимно ортогональных направлени х. При этом резко увеличиваетс скорость раст гивани и утоньшени свили за счет увеличени проекции свили на нормаль к линШ тока в момент изменени , а гомогенизаци происходит во всех направлени х. Целью изобретени вл етс повышение производительности и улуч шение качества стекла по бессвильности и однородности. Поставленна цель достигаетс тем, что в устройстве дл гомогенизации стекломассы, включающем цилинд) рический сосуд с мешалкой с лопаст ми , по крайней мере один коаксиально установленный в нем неподвижный цилиндрический экран, патрубки посту-, плени и выработки стекломассы, лопасти мешалки и/или цилиндрически экран выполнены с вырезами, относительна площадь которых в лопаст х мешалки и цилиндрическом экране составл ет 0,10-0,70 и 0,01-0,5 соответственно . При этом угол образующей винтовой поверхности лопастей мешалки с осью мешалки составл ет 45-90°. В предлагаемом устройстве повьш1е ние эффективности гомогенизации по сравнению с известным достигаетс внесением в основной поток нерегул рных струйных возмущений, осуществл е;мых с помощью отверстий в мешалке и экранирующем цилиндре. Эти возмущени должны быть достаточно интенсивны , но не должны быть слишком велики. При малой площади отверстий возмущени малы, при слишком большой - остаютс одни лишь локальные возмущени , основной же поток, охватываюпдай весь объем гомогенизатора , резкоуменьшен, а вместе с ним уменьшена и способность гомогенизатора к усреднению состава стекло массы Точные значени верхней и нижней границ интервала относительных площадей отверстий определ ютс многими факторами, главным образом в зкостью и плотностью стекломассы , масштабом неоднородностей в ней, а также размерами единичных отверстий, их распределением по поверхности , типом мешалки и т.д.
Опытами на модельных жидкост х с в зкостью от I до 00 П определ ют эффективность предпагаемого устройства по сравнению с известным. Эффективность характеризуют отношением времени гомоге шэации при одинаковой скорости вращени 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 отверсти ми диаметром в 210 раз большим толщины стенок цилиндра или лопасти.
Дл малов зкой и т желой жидкости , моделирующей поведение малов з-: кой и т желой стекломассы, например, расплавов сверхт желых флинтов эффект ускорени 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 определ ет нижний предел относительной площади отверстий в цилиндре (0,01). С увеличением относительной площади от- верстий эффект ускорени сперва возрастает, а потом убывает. При относительной площади отверстий больше 50% эффект ускорени дл малов зких жидкостей практически про падает, особенно дл крупномасштабных неоднородностей. Дл высоков зкой жидкости (примерно 100 П)
эффект ускорени гомогенизации существенен при больших относительных площад х 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 высоков зкой жидкости эффект еще достаточно отчетлив и составл ет около ,5. Это значение относительной плснцадн выбра но в качестве верхнего предела. Отверсти в мешалке вызывают ускорение гомогенизации при их относительной площади 0,1 - 0,7. Наибольший эффект достигаетс в интервале 0,2-0,5, При относительной площади меньше 0,1 эффект быстро падёет вследствие уменьшени интенсивности струйных течений (особенно дн высоков зкой жидкости). При относительной площади 0,1 дл малов зкой жидкости эффект ускорени достаточно отчетлив и составл ет приблизительно 1,5, Это значение относительной плодади выбрано в качестве нижнего предела. При увеличении относительной площади отверстий в мешалке более 0,7 эффект ускорени гомогенизации при посто нной -скорости враще- НИН мешалки также быстро спадает (особенно дл малов зких жидкостей ), При значении относительной площади отверстий 0,7 эффект ускорени :дл высоков зкой жидкости еще достаточно отчетлив и доставл ет примерно 1,5. Это значение относительной площади выбрано в качестве верхнего предела дл мешалки.
При большой относительной площадр отверстий в мешалке н цилиндре сннжаетс осевой напор винтовой, мешалки с лопаст ми, расположенными нормально к оси. Вследствие этого снижаетс и усредн юща способность гомогенизатора, т,е, эффективность по отношению к крупномасштабным неоднородност м состава. Введение наклона лопастей таково, что угол между образующей лопасти и осью мешалки составл ет 90-45°(90 -135° при отсчете от положительного направлени оси винта ), увеличивает осевой напор мешалки и этим повышает ее эффективность прн большой площади отверстий, Е случае наклонного расS положени лопастей мешалки и при наличии отверстий в экране особенно эффективным приемом дл ускорени гомогениэации становитс периодическа смена направлений вращени мешалки , выэывакща периодическую сме ну преимущественных течений в гомоге низаторе с осевшс иа радиальные сквозь отверсти в экране. При этом эффект ускорени гомоганизацик может достигать дес тикратного,. При более острых ..углах наклона, чем 45, эффективность устройства, как пркаэьгаают опыты, быстро падает причем в (йшывей степени дл высоков зкой жидкости. Причиной этого вл етс замедление течений в облас штока лопаст ми и снижение осевого напора мешапки. Кроме этого при сохранении диаметра лопастей резко увеличиваетс расход материал на мешалку. Поэтому эначение угла наклона 45 выбрано в качестве предельного , при котором дл малов экой жидкости эффект ускорени еще отчетливо наблюдаетс (примерно ,5 кратный). На г,1 показано устройство щю дольный разрез (в лопаст х мепалки и в цили11дрическом экране выполнены круглые вырезы); на фиг,2 - то же, в лопаст х 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 лопаст ми 4j с отверсти ми 5 в лопаст х, В цилиндрическом экране выполнены отверсти 6 Поступающа в устройство череа патрубок 7 стекломасса многократно прокручивгетс радиально-осевьвчи циркул ционными потоками мешалки вокруг экранирукщего цилиндра и окружными циркул ционными потоками внутри цилиндра, В результате взаимодействи струй, проход щих через отверсти , с ОСНОВНЕЛ4 потоком в нем возникают нестационарные возмущени с направлением течени нормаль ным к основному, благодар чему гомогенизирующа эффективность устройства возрастает. Скорость враще- . ни мещалки составл ет 20 - 50 об/ /мин. Гомогенизированна crettnoMacca постуйает на лработку через вырайоточный патрубок 8, ТЪтройстто дл гомогенизации стекломассы обеспечивает получение выссйсоо нородного 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 дл гомогенизации стекломассы превосходит произво дительиость известного в 1,5-2 раза. При этом вес устройства снижен по сравнению с весом известного на 320% .