Расчет основных параметров смесителей периодического действия

    Расчет  основных параметров смесителей периодического действия

    Смесители периодического действия для перемешивания  жидких масс.

    Лопастные и горизонтальные смесители

    Данные  смесители приметаются, в основном, при производстве тонкокерамических  изделий. Монтируются в бетонном или стальном резервуаре, внутренняя поверхность которого облицована керамическими плитками. Рабочим органом является горизонтальный вал с лопастями, укрепленными на крестовинах. Лопасти изготовляются из дуба (в некоторых случаях из металла). Лопастной смеситель периодического действия во избежание поломки лопастей и перегрузки двигателя загружают небольшими порциями. Производительность смесителя зависит от его объема и продолжительности процесса, который ускоряется при подогревании воды.

    Мощность  смесителя, в основном затрачивается  на преодоление сопротивления при  движении рабочего органа в смеси, а  также трения в приводном устройстве и может быть определена по следующей формуле: Mw

          (1)

    где М_сум = М1+М2 - суммарный момент сопротивления при движении рабочего органа в смеси, Н*м;

    M1 - момент, необходимый для вращения лопастей;

    М2 - момент необходимый для вращения держателей лопастей (крестовин);

    w = 2πη - угловая скорость вращения лопастного вала, рад/сек;

    n - число оборотов лопастного вала, с^-1;

    η - КПД привода.

    Момент, необходимый для вращения лопастей или их держателей, определяется следующим образом:

                      (2)

    где Р_i; - гидродинамическое сопротивление среды движущемуся в ней телу, определяется по формуле:

          (3)

    здесь F_i; - площадь проекции лопастей или ее держателей на плоскость, перпендикулярную направлению вращения, м²;

    V_i = w + r_i - скорость движения центра лопасти или держателей, м/с;

    r_i - расстояние от оси вращения вала до геометрического центра лопасти или ее держателей;

    z_i - количество лопастей или держателей, погруженных в жидкость.

    Остальные обозначения в формуле (3) аналогичны обозначениям формулы 10, ч.1.

    По  найденному значению мощности необходимо подобрать электродвигатель и произвести кинематический расчет смесителя.

    Пропеллерные  смесители.

    Данные  смесители применяются для распускания  глин в воде, смешивания жидких масс с влажностью не менее 32 ... 50% и поддержания их во взвешенном состоянии. Рабочим органом смесителя является трехлопастной винт (пропеллер), закрепленный на вертикальном валу.

    Мощность  смесителя затрачивается на создание сложного турбулентного потока массы  смеси,

    способствующего интенсивному ее перемешиванию, а также  на преодоление сопротивлений сил трения привода.

    Мощность, потребную для вращения вала пропеллерного  смесителя, можно подсчитать, используя  известные закономерности, например:

    кВт   (4)

    где g - ускорение силы тяжести, м/сг;

    k - коэффициент, учитывающий проскальзывание жидкости, рекомендуется к=0.7 ... 0.8;

    γ - плотность смеси, т/мз;

    R - радиус окружности, описываемой крайней точкой лопасти, град;

    β - угол подъема винтовой линии, град;

    w - угловая скорость вращения вала, w=2πn, рад/с;

    η - КПД привода, η=0.75 ... 0.9;

    Н - шаг винта, определяется по формуле:

    , м (5)

    n - число оборотов вала определяется из соотношения:

                                        (6)

    где D - диаметр винта, м.

    Для определения числа оборотов вала пропеллерного смесителя при  распускании глин можно пользоваться эмпирической формулой:

    , об/мин      (7)

    где d - диаметр винта, м.

    По  найденному значению потребной мощности подбирают электродвигатель и производят кинематический расчет механизма.

    Расход  энергии на 1т обрабатываемой жидкости составляет в среднем 0,5 ... 1 кВт. Соотношение между диаметром d и высотой h смесителя: d=l,5h.

    Достоинства смесителя: ускоряется процесс распускания  глин в воде, компактность и простота в конструкции, малый расход энергии, эффективность в работе.

    Смесители периодического действия для приготовления бетонных смесей.

    Гравитационные  смесители.

    В данных смесителях перемешивание компонентов  смеси осуществляется при свободном падении их во вращающемся барабане, посредством лопастей, закрепленных на внутренней его поверхности.

    Гравитационные  бетоносмесители (ГОСТ 16349-70*) служат для приготовления пластичной бетонной смеси и имеют вращающиеся цилиндрические или грушевидные барабаны вместительностью по загрузке (сумма объемов сухих компонентов одной порции): 100, 250, 500, 750, 1200, 1500, 2400, 3000 и 4000 литров и с объемом готового замеса соответственно: 66, 165, 330, 500, 800, 1000, 1600, 2000 и 3000 литров.

    Общая мощность, расходуемая на перемешивание  в гравитационном смесителе с  наклоняющимся барабаном, может быть принята равной:

                                  (8)

    где N₁ -мощность, затрачиваемая на подъем смеси при вращении барабана;

    N₂ - Мощность, затрачиваемая на преодоление трения качения бандажа барабана по опорным роликам;

    N₃ - мощность, затрачиваемая на трение в цапфах осей опорных роликов;

    η - КПД механизма, принимается η=0.7 ... 0.8.

    Для определения мощности, затрачиваемой  на подъем материала рассмотрим схему, представленную на рис.2. 

 

    

 
 

    Рис. 1. Схема к расчету гравитационного  смесителя с наклоняющимся барабаном.

    Определим объемы смеси, находящейся в цилиндрической и конической частях барабана. Объем смеси цилиндрической части характеризуется площадью сегмента S, длиной цилиндрической части 1, а также коэффициентом выхода готовой смеси Rb, представляющим собой отношение объема готовой смеси к вместимости по загрузке смесителя. Обычно принимается Rb=0.65 ... 0.7 - для бетонов, Rb=0.85 ... 0.95 - для растворов.

                            (9)

    Принято считать, что

    S = 0.9R,м³     (10)

    где R - внутренний радиус цилиндрической части барабана.

    В конических частях барабана объем барабана будет равен:

                                  (11)

    где V_Г - объем одного замеса готовой смеси, м³.

    Определим центры тяжести найденных объемов. Ордината центра тяжести Oi смеси в цилиндрической части барабана будет равна:

    Rsm³^

    п   2  /1

    ц,т ~ ₀ о • О ^ '

    3 arccos [3 - sin [3 Цент тяжести смеси Ог, находящийся в конической части, будет лежать на пересечении меридиан на расстоянии 1/3 от каждой стороны. В нашем случае:

    Кш=Ъ + \а (13)

    При вращении барабана с помощью смесительных лопастей, а также под действием  центробежных сил смесь поднимается на некоторую высоту и в точке отрыва А, определяемой оптимальным углом отрыва а, отделяется от стенок барабана и падает вниз. Оптимальные значения угла а, установленные экспериментальным путем находятся в пределах 42° ... 48°.

    Общая высота подъема материала, считая по центрам тяжести, будет равна:

    Для цилиндрической части:

    H = R_4msrna + R_4m = R_4m(l + sma) (14)

    для конической части (по аналогии)

    Н' = Щ_т(\ + втсс) (15)

    работа, затрачиваемая на подъем материала  в барабане смесителя, равна:

    A = GH + С'Н',дж (16)

    где G - сила тяжести смеси в цилиндрической части барабана, Н;

    G' - сила тяжести смеси в обоих конических частях барабана, Н.

    Используя значения найденных ранее объемов, можно записать:

    G = mg = V₄r-g,H (17)

    G' = m'g = V_Kyg,H (18)

    где m - масса смеси в цилиндрической части, кг; т' - то же в конических частях, кг; g - ускорение силы тяжести, м/с²; у - объемная масса смеси, кг/м³.

    Мощность, необходимую на подъем материала  при его перемешивании, можно  определить из выражения:

    Ni=M Вт, (19)

    Где п - число оборотов барабана смесителя, с"¹; Принято считать, что: 0.3

    Мощность N2, затрачиваемая на преодоление  сопротивлений трения при качении  бандажа смесительного барабана по опорным роликам равна:

    N₂ = (R, + г) ^ {°^{б +GcM})n, Вт (21)

    г cos<p

    где R - радиус бандажа, м;

    г - радиус ролика, м;

    f - коэффициент трения качения, f=0.001 м;

    G6 - сила тяжести барабана, Н;

    Gcm - сила тяжести смеси, м;

    ф - угол установки роликов, обычно ф= 36° ... 40°.

    Мощность N3, затрачиваемая на преодоление  сопротивлений трения в цапфах роликов, равна:

    N₃ = f_i.^R^\^G6^+Gc_M) ._пВт £2)

    г cosy/

    где fi - коэффициент трения в цапфах, (fi=0.1);

    i"i - радиус цапфы, м.

    Найденные значения Ni ,N2 и N3 подставляют в формулу (8) и определяют потребную мощность на перемешивание, по которой выбирают электродвигатель. Далее следует произвести кинематический расчет машины.

    Техническая характеристика гравитационных бетоносмесителей циклического действия приведена в приложении 1.

    1.2.2. Бетоносмесители роторного типа.

    Бетоносмесители периодического действия с принудительным перемешиванием (БПЦ), используемые для получения жестких бетонных смесей, имеют барабан в виде цилиндрической чаши, вращающейся вокруг вертикальной оси, или чаши, укрепленной на раме неподвижно. Вместимость барабана по загрузке и объему готового замеса соответствует значениям гравитационных бетоносмесителей цилиндрического действия (БГЦ) за исключением готового замеса 1600 л.