Введение к работе
Актуальность работы. Процессы, в которых производят смешивание компонентов, широко применяются во многих отраслях промышленности: в металлургической и стекольной при приготовлении шихты для огнеупорных изделий, в химической и фармацевтической, в строительстве при изготовлении бетонов и растворов, в пищевой при замесе теста.
Задачи автоматизации и интенсификации производства при обеспечении показателей качества продукции предопределяют необходимость создания более высокоэффективных смесителей. Актуальной является задача интенсификации режимов работы смесителя в условиях конкретного специализированного производства.
Огнеупорные изделия широко применяются во многих отраслях, где требуется термообработка материалов или изделий. Особенно большое значение это имеет в металлургической промышленности при непосредственном контакте расплавленного металла с огнеупорными изделиями, где качество огнеупорных комплектующих влияет на ресурс, надёжность, безопасность работы оборудования и себестоимость обрабатываемых изделий и материалов. Для производства огнеупорных изделий применяется способ вибропрессования тиксотропных смесей в формы. Способ позволяет получать изделия, обладающие существенно более высокой стойкостью по сравнению с традиционным способом прессования.
Основополагающие научные исследования и теоретические разработки в области смешивания широко отражены в работах авторитетных российских и зарубежных исследователей Брагинского Л. Н., Васильцова Э. А., Кафарова В. В., Ластовцева А. М., Макарова Ю. И., Павлушенко И. С, Романкова П. Г., Стренка Ф., Тауска П., Уилконсо-на У., Ушакова В. Г., Хвальнова А. М, Холланда Ф., Чапмана Ф., Чувпило А. В., Штер-бачека П., Calabrese R., Meiburg Е., MetznerA., Otto R., Tanguy P. А. и др.
В научных работах Золотухина В.И., Маткина Ю.Л., Варьяша Г.М., Гордеева Е.И. отражена технология производства огнеупорных изделий методом вибропрессования -подробно описан процесс и даны рекомендации по режимам вибропрессования.
Накопленные данные отечественных и зарубежных исследователей на основе эмпирических расчётов смесителей недостаточны для определения их режимов работы. Слабо обобщены конструкции смесителей и процессы смешивания, недостаточно разработаны показатели качества и моделирование процессов смешивания. Появление новых типов смесей, обладающих специфическими свойствами, предопределяет необходимость установления особенностей и определения закономерностей изменения показателей качества процессов получения тиксотропных смесей, отличающихся способностью обратимо восстанавливать свою структуру или разрушать молекулярные связи под влиянием механических воздействий. Основным показателем качества процессов получения смесей является равномерность распределения компонентов по всему объёму смеси, находящейся в ёмкости смешивания смесителя. Данный показатель не позволяет учитывать особенностей тиксотропных смесей.
Анализ специальной литературы по производству огнеупорных изделий показал отсутствие каких-либо рекомендаций по режимам работы смесителей при получении тиксотропных смесей.
Целью работы является повышение производительности и уменьшение энергопотребления смесителей лопастного типа, обеспечивающих процесс получения тиксотропных смесей с заданными показателями качества на основе интенсификации их режимов работы.
4 Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо решить следующие задачи:
провести анализ конструкций смесителей и процессов смешивания на основе морфологического метода;
разработать показатели качества процессов получения тиксотропных смесей, учитывающие проявление тиксотропных свойств, и определить их значения;
разработать математическую модель процессов смешивания в смесителе лопастного типа, позволяющую прогнозировать значения показателей качества процессов получения смесей;
выполнить теоретические и экспериментальные исследования по установлению нзаимосвязей между частотой вращения рабочего органа смесителя лопастного типа, временем смешивания и показателями качества процессов получения тиксотропных смесей;
создать износостойкую конструкцию рабочего органа и методику инженерного проектирования смесителей лопастного типа;
разработать параметрический ряд смесителей лопастного типа для получения тиксотропных смесей;
создать типовую конструкцию смесителя лопастного типа для получения тиксотропных смесей при производстве огнеупорных изделий методом вибропрессования.
Объектом исследований настоящей работы является смеситель лопастного типа для получения тиксотропных смесей.
Предметом исследований являются взаимосвязи параметров смесителя и времени смешивания с заданными показателями качества процессов получения тиксотропнои смеси.
Методика исследования основывается на применении моделирования процессов смешивания в смесителе с использованием вероятностного подхода и цепей Маркова; статистической обработке экспериментальных и производственно - эксплуатационных данных. Исследования базируются на анализе показателей качества процесса смешивания при получении тиксотропных смесей, морфологическом методе анализа конструкций и процессов смешивания. Для обработки результатов исследований использовалась вычислительная среда Mathcad 2001 Pro.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается объёмом экспериментальных данных, корректностью использования общепринятых ма-іематических методов, применением современных средств и методов измерений; внедрением результатов исследования в практику проектирования.
Автор защищает:
анализ конструкций смесителей и процессов смешивания на основе морфологического метода;
новые показатели качества процессов получения тиксотропных смесей;
математическую модель процессов смешивания в смесителе лопастного типа;
теоретические и экспериментальные исследования взаимосвязей между частотой нращения рабочего органа смесителя лопастного типа, временем смешивания и показателями качества процессов получения тиксотропных смесей;
износостойкую конструкцию рабочего органа, методику инженерного проектирования и параметрический ряд смесителей лопастного типа для получения тиксотропных смесей.
Научная новизна заключается в установлении взаимосвязи между частотой вращения рабочего органа смесителя лопастного типа, временем смешивания и показателями качества процессов получения тиксотропной смеси.
Практическая значимость работы состоит в:
- определении области рациональных значений частот вращения рабочего органа
смесителя лопастного типа и времени смешивания при получении тиксотропных смесей
и изделий из них;
.' ''"' - разработке методики инженерного проектирования смесителей лопастного типа и их параметрического ряда, позволяющих сократить сроки и затраты на конструирование и создание смесителей;
- создании типовой конструкции смесителя лопастного типа модели С-02 с повы
шенной производительностью, минимальными удельными затратами и обеспечивающей
процесс получения тиксотропной смеси для производства огнеупорных изделий с за
данными показателями качества (внедрён с 2004 г. в производственный процесс научно-
производственного предприятия "Вулкан-ТМ", г. Тула).
Внедрение в учебный процесс заключается в разработке методических указаний для лабораторных работ по определению характеристик и свойств смесей, по расчету параметров и инженерному проектированию лопастных и якорных смесителей, используемых с 2006 г. на кафедре "Пищевые производства" ТулГУ для студентов по дисциплине "Специальное технологическое оборудование". Приложением к методическим указаниям являются программные модули лабораторных работ.
Апробация работы. Результаты исследований и материалы работы докладывались на научно-технических международных конференциях "Автоматизация: проблемы, идеи, решения" в 2002-2005 гг. (г. Тула, ТулГУ), на международных электронных научно-технических конференциях "Технологическая системотехника" в 2003 г. и 2005 г. (г. Тула, ТулГУ), на первой всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов "Идеи молодых - новой России" (г. Тула, 24-26 марта 2004 г.), на международной научно-технической конференции "Техника и технология сборки машин ТТММ 04" (Польша, Кельц, 2004 г.), а так же на заседаниях преподавательского состава кафедры "Пищевые производства" ТулГУ в 2004-2006 гг.
Работа награждена дипломом за активное участие в работе первой всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов (24-26 марта 2004 г., Тула, ТулГУ).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, получен патент № 56215, приоритет от 11.05.2006 г.
Структура її объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заклю
чения и общих выводов, изложена на 168 странице, содержит 67 рисунков, 8 таблиц, 4
приложения на 14 страницах и включает список литературы из 130 источников. Общий
объём работы—182 страницы. . . "
Похожие диссертации на Интенсификация режимов работы смесителей лопастного типа для получения тиксотропных смесей
