Введение к работе
Актуальность работы. Накопленный на сегодняшний день опыт в строительстве показывает, что перспективным является направление развития индустрии стеновых материалов и утеплителей жесткого типа из пенобетона за счет создания оборудования по производству мелкоштучных изделий различного назначения, а также монолитное домостроение из такого бетона с помощью передвижных установок для заливки ограждающих конструкций и их теплоизоляции. Реализация данного направления требует создания комплексов малогабаритного мобильного класса и соответственно технологии к ним.
Применение таких комплексов в процессе строительства возможно двумя способами. Первый - приготовление пенобетона на стационарной установке, расположенной у объекта, и далее подача смеси по трубопроводам к месту укладки. Второй - приготовление пенобетона в передвижном малогабаритном комплексе, который можно перемещать поэтажно из помещения в помещение непосредственно к месту заливки.
Следует отметить, что оборудование и способы для получения пенобетонных смесей, как в РФ, так и за рубежом постоянно совершенствуются. Однако, такие недостатки как повышенная метало-и энергоемкость, стоимость из-за большого количества комплектующих технологического оборудования для потребителей является сдерживающим фактором в приобретении и применении. Так, например, стандартный комплекс обычно включает емкости расходных материалов, питатели-дозаторы, смеситель, пеногенератор, накопительную емкость и перекачивающий насос. Одним из направлений уменьшения их количества может быть выполнение большинства технологических операций в одной машине, например за счет одновременного смешивания и поризации исходных компонентов с последующим перекачиванием готовой смеси одним универсальным рабочим органом. Для осуществления предложенного совмещенного способа необходимо создать малогабаритный технологический комплекс для получения легких теплоизоляционных пенобетонных смесей, разработать математический аппарат для расчета его конструктивно-технологических параметров, изготовить лабораторный образец, провести его исследование и внедрение, осуществить выбор рациональных режимов работы. Все перечисленное выше, позволяет сделать вывод об актуальности решения поставленной проблемы и определяет цель настоящей работы.
Цель работы - разработка методики расчета, исследование и получение рациональных конструктивно-технологических параметров мобильного роторно-пульсационного комплекса, обеспечивающего
повышение эффективности процесса получения теплоизоляционного пенобетона.
Задачи исследований:
Провести анализ состояния и направлений развития конструкций мобильных установок для получения теплоизоляционных пенобетонов и выявить направления развития данного класса машин.
Предложить и запатентовать принципиальную схему исполнения роторно-пульсационного комплекса, обеспечивающую совмещение в одном аппарате процессов одновременного смешивания и поризации с последующим перекачиванием готовой смеси к месту заливки одним универсальным рабочим органом.
Разработать методику аналитического расчета конструктивно-технологических параметров работы агрегатов комплекса.
Исследовать режимы работы роторно-пульсационного комплекса и определить условия их протекания для различных марок теплоизоляционного пенобетона.
Установить методом планирования многофакторного эксперимента регрессионные зависимости плотности, прочности и теплопроводности пенобетонных блоков от входных конструктивно-технологических факторов, и провести экспериментальную проверку в лабораторных условиях разработанных теоретических моделей.
Определить критерий оптимальности и методику расчета рациональных конструктивно-технологических параметров роторно-пульсационного комплекса.
Разработать опытно-промышленный вариант мобильного роторно-пульсационного комплекса и апробировать его в условиях реального производства.
Научная новизна заключается в получении:
аналитических выражений для расчета кинетической энергии турбулентности и скорости ее диссипации в смесительной камере с учетом аксиальной симметрии и постоянства осевой скорости;
уравнений для вычисления значений поля скоростей роторно-пульсационной установки при турбулентном режиме;
математической модели движения смеси в зазоре между коаксиальными цилиндрами в условиях турбулентности;
методики расчета мощности, потребляемой в период пуска роторно-пульсационной установки и мощности при работе в турбулентном режиме с учетом влияния конструктивных параметров;
выражений для определения консистентности получаемой пенобетонной смеси;
уравнений регрессии, позволяющих определить рациональные
режимы процесса получения пенобетонной смеси в установке предложенной конструкции.
Практическая значимость работы заключатся в создании на основании теоретических разработок и экспериментальных исследованиях принципиально новой конструкции роторно-пульсационного комплекса для производства теплоизоляционного пенобетона, новизна конструктивных решений которого защищена патентами РФ на полезную модель.
Предложенные теоретические модели, конструктивные решения и рекомендации по рациональным рабочим режимам могут быть использованы при расчете и проектировании промышленных роторно-пульсационных комплексов для производства теплоизоляционного пенобетона и изделий на его основе.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и практические результаты исследований докладывались, обсуждались и получили одобрение на международных научно-практических конференциях: «Интерстроймех - 2010»; «Молодежь и научно-технический прогресс» (Губкин, 2011 г.); «Инновационные технологии и материалы», (БГТУ им. В.Г. Шухова, Белгород, 2011 г.).
Реализация работы. Теоретические и экспериментальные результаты работы апробированы и внедрены в ООО «Шебекинское Строительное Ремонтно-Монтажное Управление» (ООО «ШСРМУ» г. Шебекино, Белгородской обл.) в технологическом процессе приготовления теплоизоляционного пенобетона, в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных проектов на кафедре «Механического оборудования предприятий промышленности строительных материалов» БГТУ им. В.Г. Шухова.
Результаты диссертационной работы рассмотрены и одобрены на заседании кафедры «Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций» в октябре 2011 года. Публикации. По результатам работы опубликовано 6 печатных работ, в том числе 1 в рецензируемых изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ, получено 2 патента РФ на полезную модель. Автор защищает.
Аналитические выражения для расчета кинетической энергии турбулентности и скорости ее диссипации в смесительной камере с учетом аксиальной симметрии и постоянства осевой скорости.
Уравнений для вычисления значений поля скоростей роторно-пульсационной установки при турбулентном режиме.
Математическую модель движения смеси в зазоре между коаксиальными цилиндрами в условиях турбулентности.
Методику расчета мощности, потребляемой в период пуска роторно-пульсационной установки и мощности при работе в турбулентном режиме с учетом влияния конструктивных параметров.
Выражения для определения консистентности получаемой пенобетонной смеси
Регрессионные модели, определяющие влияние основных факторов, обуславливающих протекание процесса получения пенобетонной смеси на прочность, плотность и теплопроводность изделий.
Теоретически обоснованное конструктивное решение роторно-пульсационного комплекса защищенное патентами РФ на полезную модель, позволяющее повысить эффективность процесса получения теплоизоляционного пенобетона.
Структура и объем работы.
