Книги, научные публикации
Министерство образования Российской Федерации Восточно-Сибирский государственный технологический университет МАШИНЫ ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ Ч.2. Смесители
периодического действия.
Методические указания по дисциплине Механическое оборудование предприятий строительной индустрии Составитель: Дамдинова Д.Р Издательство ВСГТУ Улан-Удэ 2000 1. Расчет основных параметров смесителей Методические указания периодического действия по курсу Механическое оборудование предприятий строительной индустрии для студентов дневной и заочной формы обучения по специальности 290600 - Производство 1.1. Смесители периодического действия для строительных материалов, изделий и конструкций и перемешивания жидких масс.
направлений 550100, 653500 - Строительство.
1.1.1. Лопастные и горизонтальные смесители Данные смесители применяются, в основном, при производстве тонкокерамических изделий. Монтируются в Рецензент: Чимитов А.Ж. 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:
M сум w N эл =, кВт (1) где Мсум = М1+М2 - суммарный момент сопротивления при движении рабочего органа в смеси, Н*м;
М1 - момент, необходимый для вращения лопастей;
М2 - момент необходимый для вращения держателей лопастей (крестовин);
w = 2n - угловая скорость вращения лопастного вала, рад/сек;
n - число оборотов лопастного вала, с-1;
способствующего интенсивному ее перемешиванию, а - КПД привода. также на преодоление сопротивлений сил трения привода.
Мощность, потребную для вращения вала пропеллерного смесителя, можно подсчитать, используя Момент, необходимый для вращения лопастей или их известные закономерности, например:
держателей, определяется следующим образом:
gkR 2 H 3 w 3 cos M i = Pi ri z i, н м (2) N=, кВт (4) где Pi - гидродинамическое сопротивление среды движущемуся в ней телу, определяется по формуле: где g - ускорение силы тяжести, м/с2;
FiVi 2 k - коэффициент, учитывающий проскальзывание жидкости, Pi = c,Н (3) рекомендуется k=0.7 Е0.8;
2g - плотность смеси, т/м3;
здесь Fi - площадь проекции лопастей или ее держателей на R - радиус окружности, описываемой крайней точкой плоскость, перпендикулярную направлению вращения, м2;
лопасти, град;
Vi = w + ri - скорость движения центра лопасти или - угол подъема винтовой линии, град;
держателей, м/с;
w - угловая скорость вращения вала, w=2n, рад/с;
ri - расстояние от оси вращения вала до - КПД привода, =0.75 Е 0.9;
геометрического центра лопасти или ее держателей;
Н - шаг винта, определяется по формуле:
zi - количество лопастей или держателей, погруженных Н = 2 R tg, м (5) в жидкость.
Остальные обозначения в формуле (3) аналогичны n - число оборотов вала определяется из соотношения:
обозначениям формулы 10, ч.1. 2....2.5 n=,c (6) По найденному значению мощности необходимо D подобрать электродвигатель и произвести кинематический где D - диаметр винта, м.
расчет смесителя. Для определения числа оборотов вала пропеллерного смесителя при распускании глин можно пользоваться 1.1.2. Пропеллерные смесители. эмпирической формулой:
n= + 80, об / мин (7) Данные смесители применяются для распускания глин d в воде, смешивания жидких масс с влажностью не менее где d - диаметр винта, м.
Е 50% и поддержания их во взвешенном состоянии.
По найденному значению потребной мощности Рабочим органом смесителя является трехлопастной винт подбирают электродвигатель и производят кинематический (пропеллер), закрепленный на вертикальном валу.
расчет механизма.
Мощность смесителя затрачивается на создание сложного турбулентного потока массы смеси, Расход энергии на 1т обрабатываемой жидкости составляет в среднем 0,5 Е 1 кВт. Соотношение между диаметром d и высотой h смесителя: d=1,5h.
Достоинства смесителя: ускоряется процесс распускания глин в воде, компактность и простота в конструкции, малый расход энергии, эффективность в работе.
1.2. Смесители периодического действия для приготовления бетонных смесей.
1.2.1. 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 Рис. 1. Схема к расчету гравитационного смесителя с имеют вращающиеся цилиндрические или грушевидные наклоняющимся барабаном.
барабаны вместительностью по загрузке (сумма объемов сухих компонентов одной порции): 100, 250, 500, 750, 1200, N3 - мощность, затрачиваемая на трение в цапфах осей 1500, 2400, 3000 и 4000 литров и с объемом готового замеса опорных роликов;
соответственно: 66, 165, 330, 500, 800, 1000, 1600, 2000 и - КПД механизма, принимается =0.7 Е 0.8.
3000 литров. Для определения мощности, затрачиваемой на подъем Общая мощность, расходуемая на перемешивание в материала рассмотрим схему, представленную на рис.2.
гравитационном смесителе с наклоняющимся барабаном, может быть принята равной:
N + N2 + N N эл = 1, кВт (8) где N1 -мощность, затрачиваемая на подъем смеси при вращении барабана;
N2 - Мощность, затрачиваемая на преодоление трения качения бандажа барабана по опорным роликам;
, установленные экспериментальным путем находятся в Определим объемы смеси, находящейся в пределах 420 Е 480.
цилиндрической и конической частях барабана. Объем смеси цилиндрической части характеризуется площадью Общая высота подъема материала, считая по центрам сегмента S, длиной цилиндрической части l, а также тяжести, будет равна:
коэффициентом выхода готовой смеси Rb, представляющим Для цилиндрической части:
H = Rц.т sin + Rц.т = Rц.т (1 + sin ) собой отношение объема готовой смеси к вместимости по (14) загрузке смесителя. Обычно принимается Rb=0.65 Е 0.7 для конической части (по аналогии) для бетонов, Rb=0.85 Е 0.95 - для растворов.
H = Rц.т (1 + sin ) (15) Vц = S l k b, м 3 (9) работа, затрачиваемая на подъем материала в барабане Принято считать, что смесителя, равна:
S = 0.9 R, м 3 (10) A = GH + G H, дж (16) где R - внутренний радиус цилиндрической части где G - сила тяжести смеси в цилиндрической части барабана. барабана, Н;
В конических частях барабана объем барабана будет G - сила тяжести смеси в обоих конических частях равен: барабана, Н.
Vk = Vг Vц (11) Используя значения найденных ранее объемов, можно записать:
где Vг - объем одного замеса готовой смеси, м3.
G = mg = Vц g, H (17) Определим центры тяжести найденных объемов.
Ордината центра тяжести О1 смеси в цилиндрической части G = mg = Vк g, H (18) барабана будет равна: где m - масса смеси в цилиндрической части, кг;
m - то же в конических частях, кг;
R sin 4 2 g - ускорение силы тяжести, м/с2;
Rц,т = (12) 3 arccos sin - объемная масса смеси, кг/м3.
Цент тяжести смеси О2, находящийся в конической Мощность, необходимую на подъем материала при его части, будет лежать на пересечении меридиан на расстоянии перемешивании, можно определить из выражения:
1/3 от каждой стороны. В нашем случае: N1=An, Вт, (19) - 1 Где n - число оборотов барабана смесителя, с ;
Rц,т = b + a (13) Принято считать, что:
0.3 При вращении барабана с помощью смесительных n,с (20) лопастей, а также под действием центробежных сил смесь R поднимается на некоторую высоту и в точке отрыва А, определяемой оптимальным углом отрыва, отделяется от стенок барабана и падает вниз. Оптимальные значения угла Мощность N2, затрачиваемая на преодоление бетоносмесителей цилиндрического действия (БГЦ) за сопротивлений трения при качении бандажа смесительного исключением готового замеса 1600 л.
барабана по опорным роликам равна: Бетоносмесители роторного типа представляют f G + Gсм собой вертикальную неподвижную чашу, состоящую из N 2 = ( R1 + r ) ( б )n, Вт (21) двух цилиндров: внешнего и внутреннего, создающих cos r консольную зону, в которой осуществляется перемешивание где R - радиус бандажа, м;
компонентов смеси. Смесительным органом данных машин r - радиус ролика, м;
является вращающийся ротор с укрепленными на нем на f - коэффициент трения качения, f=0.001 м;
разном расстоянии от оси вращения ротора смесительными Gб - сила тяжести барабана, Н;
лопастями, внешним и внутренним очистными скребками Gсм - сила тяжести смеси, м;
Мощность в роторном бетоносмесителе расходуется на - угол установки роликов, обычно = 360 Е 400.
преодоление сил трения, возникающих при движении Мощность N3, затрачиваемая на преодоление призмы материала, находящейся перед лопастью, по днищу сопротивлений трения в цапфах роликов, равна:
чаши, а также на разрезание лопастью и призмой основной R r (G + Gсм ) массы смеси. При проектировании для определения N 3 = f1 1 1 б n, Вт (22) cos r указанных сопротивлений обычно пользуются величиной где f1 - коэффициент трения в цапфах, (f1=0.1);
удельного сопротивления смеси, полученной r1 - радиус цапфы, м. экспериментальным путем.
Найденные значения N1,N2 и N3 подставляют в Очевидно, что при вращении лопастного ротора с формулу (8) и определяют потребную мощность на определенной угловой скоростью будет возникать момент перемешивание, по которой выбирают электродвигатель. сопротивления, являющийся суммой моментов, Далее следует произвести кинематический расчет машины. необходимых для вращения каждой из лопастей и скребков Техническая характеристика гравитационных ротора.
бетоносмесителей циклического действия приведена в M сум = M 1 + M 2 +... + M n (23) приложении 1.
Каждый из составляющих моментов может быть найден по формуле:
1.2.2. Бетоносмесители роторного типа.
M i = pFi Ri cos i cos i, Н * м (24) где p - удельное сопротивление бетонной смеси на 1м Бетоносмесители периодического действия с площади лопасти, Н/м2;
эта величина в значительной принудительным перемешиванием (БПЦ), используемые степени зависит от свойств смеси, скорости движения для получения жестких бетонных смесей, имеют барабан в лопасти и величины ее погружения в смесь, обычно виде цилиндрической чаши, вращающейся вокруг принимают p=(3Е6)104 Н/м2;
вертикальной оси, или чаши, укрепленной на раме Fi - площадь i-той лопасти, м2;
неподвижно. Вместимость барабана по загрузке и объему готового замеса соответствует значениям гравитационных R i - расстояние от геометрического центра лопасти до подгребающая лопасть и очистные скребки: наружный и оси вращения ротора, м;
внутренний.
i - угол наклона i-той лопасти в горизонтальной Мощность планетарного бетоносмесителя расходуется на преодоление сопротивлений при вращении лопастных плоскости, град;
валов Ni вокруг своих осей и на преодоление i - угол наклона i-той лопасти в вертикальной сопротивлений при вращении траверсы Nтр (рис.2), что плоскости, град.
можно записать так:
Определив суммарный момент, необходимый для вращения ротора, можно определить потребную мощность электродвигателя.
M w 2nM сум N эл = сум =, кВт (25) 1000 где w - угловая скорость вращения ротора, рад/с;
n - число оборотов ротора, с-1;
- КПД привода ротора, принимают =0.9 Е 0.95.
Далее необходимо выбрать тип электродвигателя и произвести кинематический расчет машины.
1.2.3. Бетоносмесители планетарные.
Планетарные бетоносмесители являются машинами периодического действия с принудительным перемешиванием материалов и состоят из рамы, вертикально установленной чаши, мотора - редуктора, траверсы с вертикальными лопастными валами и разгрузочного устройства.
Рабочим органом данных смесителей является Рис. 2 Схема к определению мощности траверса с вертикальными лопастными валами, планетарного бетоносмесителя вращающаяся вокруг неподвижно установленного на m N общ = N i + N тр, (26) вертикальной внутренней стойке зубчатого колеса, i = обеспечивая тем самым обкатывание вокруг него где m - количество лопастных валов на траверсе.
паразитных шестерен, приводящих во вращение Мощность, расходуемая на вращение лопастных валов вертикальные лопастные валы, установленные на различном равна:
расстоянии от оси вращения траверсы и вращающиеся с различными скоростями. Кроме того, на траверсе укреплены z( Ni + Ni ) Найденные значения N i и N i подставляют в Ni = (27) b выражение (27).
Мощность, расходуемая на вращение траверсы N где N i - мощность, расходуемая на вращение нижней будет равна:
лопасти i-того вала;
Mw N тр = сум тр (29) N i - мощность, расходуемая на вращение верхней где Мсум - суммарный момент сопротивления при лопасти i-того вала;
вращении траверсы, Н*м;
z - количество лопастей в ряду по высоте;
M сум = M i +M с.н. + M с.в. + M с.п.
- КПД привода вращения валов. (30) Мощность, расходуемая на вращение одной нижней где Мi - момент сопротивления, возникающий при лопасти каждого i-того лопастного вала, может быть вращении i-того лопастного вала вокруг центральной оси определена из соотношения: (при условии неподвижности лопастного вала относительно cwi h sin 4 собственной оси).
Ni = RH Rвн, Вт (28) M i = pFсумi Ri, Н м (31) 8g где с - гидравлический коэффициент сопротивления, где p - удельное сопротивление бетонной смеси, p=(3.0 Е 6.0)104, Н/м2;
зависящий от формы лопастей и свойств жидкости, согласно экспериментальным данным, с=4.5 Е 6.5;
Fсумi - суммарная площадь проекции лопастного вала - удельный вес смеси, Н/м3;
на направление его движения, Fсумi=F1+F2 (32) wi - угловая скорость вращения i-того вала, рад/с;
F1 Цсуммарная площадь проекции смесительных wi=2ni;
лопастей, установленных на валу, м2;
h - высота лопасти, м;
F2 - суммарная площадь собственного вала, м2;
- угол наклона лопасти в вертикальной плоскости, Ri - расстояние от оси лопастного вала до оси град;
вращения траверсы, м;
RниRвн - соответственно наружный и внутренний m - количество лопастных валов, укрепленных на радиусы лопасти, м;
траверсе;
g - ускорение силы тяжести, м/с2.
Мс.н., Мс.в., Мс.п. - момент сопротивления вращению, соответственно, наружного внутреннего и подгребающего Аналогично определяется мощность, расходуемая на скребков.
вращение верхней лопасти i-того вала, путем подстановки в Каждый из этих моментов может быть определен по формулу (28) параметров, характеризующих верхнюю формуле:
лопасть.
M = pFR cos Х cos t ц = t1 + t 2 + t Нм (33) (36) где F - площадь соответствующего скребка, м2;
где tц - время цикла, т.е. суммарное время, затрачиваемое на R - расстояние от геометрического центра скребка до оси загрузку, перемешивание и выгрузку одной порции, с;
вращения траверсы, м;
t1 - продолжительность загрузки смесительной чаши (при - угол наклона скребка в горизонтальной плоскости, град;
загрузке с помощью бункерных питателей t1=10Е15с, при - угол наклона скребка в вертикальной плоскости, град;
загрузке скиповым подъемником t1=15Е20с);
р - удельное сопротивление бетонной смеси t2 - продолжительность перемешивания (для пластичных В формуле (29) бетонных смесей t2= 60Е150с, жесткой до 240 с, растворной тр - угловая скорость вращения траверсы, рад/с: смеси - 120Е150 с);
n t3 - продолжительность выгрузки порции готовой бетонной тр = тр смеси (при наклоняющемся барабане t3=10Е20 с, при ненаклоняющемся - 30Е60 с).
где nтр - число оборотов траверсы, об/мин;
- КПД механизма привода траверсы.
Определив суммарное значение мощности Nобщ, необходимой для перемешивания, выбирают электродвигатель и производят кинематический расчет.
1.3. Определение производительности смесителей периодического действия Производительность смесителей циклического действия во всех случаях определяется емкостью смесительной чаши или барабана и временем, затрачиваемым на один замес м3/ч, П = Vб R b n / 1000 (34) где Vб - вместимость смесительного барабана по загрузке, л;
Rb - коэффициент выхода бетонной или растворной смеси (для бетонов Rb = 0,65Е0,7, для растворов Rb = 0,85Е0,95);
N - число замесов в час;
n= (35) tц Рекомендуемая литература : Приложение 1.
1. Гравитационные бетоносмесители циклического типа 1. Константопуло Г.С. Механическое оборудование заводов железобетонных изделий и теплоизоляционных льность, м3/ч Производите вместимость эл.дв-ля, квт Загрузочная смесителя, Тип барабана, м барабана, л материалов. М., Высш. школа, барабана Мощность об/мин Масса смеси Диаметр 2. Константопуло Г.С. Примеры и задачи по кг теля механическому оборудованию заводов железобетонных изделий. М., Высш. школа, 3. Мартынов В.Д., Строительные машины и монтажное СБ-27* 100 2 0,6 23 730 оборудование, М., Высш. школа, (С-647А) СБ-28* 100 2 6,0** 23 730 (С-675) СБ-101* 100 2 0,6 30 730 СБ-305 250 5,4 1,0 20 1000 (С-739) СБ-15 500 8 2,8 18,2 1300 (С-333Г) СБ-16Б 500 10 2,8 18,2 1300 (С-336Д) СБ-84 500 13 3,0 18 1300 СБ-91 750 15 5,1 18,6 1500 СБ-10В 1200 20 13 17 1700 (С-302И) СБ-94 1500 25 13 17,6 2000 СБ-3 2400 30 22 12,6 2350 (С-230А) СБ-130 3000 40 22 12,6 2350 * Бетоносмесители передвижные ** Двигатели внутреннего сгорания 2. Роторные бетоносмесители 3. Пропеллерные мешалки Тип электродвиг Произв-сть, сть чаши, л Масса сме Вместимо Мощность ателя, квт.
сителя, кг смеси вращения чаши, мм Скорость Диаметр лопаток, об/мин Элементы Модель теля м3/ч характеристи- СМ- СМ24 СМ- СМ48 ПМ ки 242 3Б 244 9А Диаметр 0,3 0,5 0,75 0,9 0, СБ-43* 100 2,6 3 550 520 160 винта, м (С-868) Число 5 4,2 3,3 2,7 5, СБ-945 250 6 4,5 30 1250 1430 оборотов винта с- СБ-31А 23030" 22030" 22030" 22030" (С- Угол наклона 742Б) 250 4,5 4,5 31,9 1250 1120 винтовой линии СБ-80 250 4,5 5,5 35 1250 Полезная 1 4 10 8 СБ- емкость (С-773) 500 12 14 30 1800 резервуара, м СБ-79 750 20 28 26 2200 Глубина 1,3 2,1 2,5 2,5 2, СБ-81* 1000 40 40 320 1100 резервуара, м СБ-62** 1200 25 30 26 2170 Мощность 1 2,8 4,5 10 СБ-93 1500 40 40 20 2580 электродвигат СБ еля, квт 112*** 1500 36 40 20 2580 Масса, т 0,18 0,55 0,725 1,22 3, * Бетоносмеситель для приготовления подвижных бетонных и растворных смесей ** Бетоносмеситель с планетарным движением рабочего органа *** Бетоносмеситель с подогревом смеси МАШИНЫ ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ Ч.2. Смесители периодического действия.
Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине Механическое оборудование предприятий строительной индустрии Составитель: Дамдинова Д.Р.
Подписано в печать 27.05.2002 г. Формат 60х84 1/16.
Усл.п.л.0,7, уч.-изд.л. 0,6. Тираж 30 экз. С. 140.
Издательство ВСГТУ, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская,40,а ВСГТУ, 2002 г.