Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературно-патентный обзор 12
1.1 Пути повышения эффективности смесителей сыпучих материалов 12
1.2 Конструкции смесителей 17
Выводы к первой главе 38
Глава 2. Экспериментально-теоретическое исследование процесса смешения сьщучих материалов 39
2.1 Определение углов трения сыпучего материала 39
2.2 Исследование кинетики процесса смешивания в смесителях периодического действия 45
23 Теоретическое исследование движения плоской пластины в слое сыпучего материала 55
2.4 Исследование зоны уплотнения сыпучего материала перед движущейся плоской пластиной 63
2.5 Экспериментальное исследование перемещения плоской пластины в слое сыпучего материала. 67
2.6 Исследование обновления частиц внутри "застойной" зоны, образующейся перед лопастью.. 74
2.7 Определение количественных значений перемещений частиц сыпучего материала в одновальном лопастном смесителе 77
2.8 Исследование влияния угла поворота лопастей на энергозатраты в лопастном смесителе 82
2.9 Физическая модель перемещения частиц сыпучего материала в одновальном лопастном смесителе и зависимости для расчета перемещаемого объема 89
2.10 Определение объемов сыпучего материала в рядах рабочих органов одновального лопастного смесителя 108
Выводы ко второй главе 111
Глава 3. Математическое описание процесса смешивания сыпучих материалов в одновальном лопастном смесителе . 113
3.1 Математическая модель процесса смешения в одновальном лопастном смесителе 113
3.2 Идентификация параметров и проверка адекватности математической модели процесса смешения сыпучих материалов . 122
Выводы к третьей главе 127
Глава 4. Проектирование и расчет лопастного смесителя 128
4.1 Основные рекомендации по проектированию одновального лопастного смесителя 128
4.2 Методика расчета режимных и конструктивных параметров одновального лопастного смесителя 135
4.3 Разработка способа приготовления смеси сыпучих материалов и устройства для его осуществления... 142
4.4 Промышленная апробация результатов исследований 152
Выводы к четвертой главе 159
Заключение 160
Используемая литература 162
Приложения 182
- Исследование кинетики процесса смешивания в смесителях периодического действия
- Определение количественных значений перемещений частиц сыпучего материала в одновальном лопастном смесителе
- Идентификация параметров и проверка адекватности математической модели процесса смешения сыпучих материалов
- Методика расчета режимных и конструктивных параметров одновального лопастного смесителя
Введение к работе
Одной из основных задач промышленного производства и сельского хозяйства в настоящее время является создание новых высокоэффективных машин и аппаратов и совершенствование уже существующих в соответствии с современными требованиями к качеству и энергосберегаемости в условиях жесткой конкуренции с ведущими странами Европы и США. Ее решение возможно с помощью разработки и использования новых методик расчета и проектирования технологического оборудования на основе результатов теоретического и экспериментального исследования процессов протекающих в нем.
В последнее время все большее распространение получают сыпучие материалы. Производятся удобрения, ядохимикаты, пигменты, катализаторы, моющие средства, наполнители и др. В общем, все то, без чего мы не представляем себе нашу современную жизнь. Сыпучие материалы широко представлены в пищевой, металлургической, фармацевтической промышленности, производстве строительных материалов, добыче и переработке полезных ископаемых и т. д. Технологические процессы переработки сыпучих материалов издавна присутствуют в химической промышленности.
Одними из основных процессов, участвующих в различных производствах, являются процессы смешения. Попытки разобраться в теоретических основах этого процесса предпринимаются недавно. Многие современные книги учебного и научного содержания по процессам и аппаратам различных технологических процессов содержат лишь описания конструкций и расчетные рекомендации по определению мощности, потребляемой при их работе [1-6]. Анализ монографий и публикаций, посвященных исследованию смешения сьтучих материалов, показьгеает, что исследование процесса находится на уровне накопления экспериментальных данных и осмысления основных его закономерностей [7-8] в отличие от исследований перемешивания в жидких средах [9-11]. В настоящее время нет единого взгляда на суть процесса, отсут ствует единая терминология, нет обоснованной методики проведения эксперимента и единых критериев в оценке качества смесей. Эти обстоятельства приводят к тому, что даже опытные данные различных авторов сложно сравнивать [12,13,14].
Для смешения сыпучих материалов применяются различные типы смесителей: гравитационные, центробежные, барабанные, вибрационные, червячно-лопастные и ряд других. Редкий тип смесителей обладает универсальностью, простотой изготовления и эксплуатации. В то же время, часто требуются смесители, которые легко переналаживаются на переработку разнообразных сыпучих сред с различным весовым соотношением и физико-механическими свойствами, а также смесители низкой стоимости, что позволяет широко использовать их на малых и средних предприятиях.
Создание новых и модернизация существующих смесителей часто базируется на данных экспериментальных исследований без детального выяснения механизма процесса смешения. Одним го возможных путей совершенствования смесительного оборудования для сыпучих материалов является применение конструкций смесителей с возможностью упорядоченного перемещения частиц внутри камеры смешения, а также разработка методики расчета основных режимных и конструктивных параметров, которые обеспечивают данные перемещения частиц и стабильное достижение требуемого качества смеси.
Возможностью управления процессом смешения, универсальностью, высокой производительностью, быстрой и несложной переналадкой для работы с различными сыпучими материалами обладают лопастные смесители. Ввиду малой изученности процесса, отсутствия универсальной физической модели перераспределения частиц материала внутри одновального лопастного смесителя, необходимы экспериментальные и теоретические исследования механизма смешения в нем с целью совершенствования методов расчета и конструкций лопастных смесителей.
Цель работы. Исследование движения сыпучего материала в аппаратах с лопастными рабочими органами и создание на этой основе математической модели процесса смешения твердых компонентов, совершенствование конструкции и методики расчета режимных и конструктивных параметров одновального лопастного смесителя, обеспечивающих получение требуемого качества смеси, разработка рекомендации по проектированию и выбору режимных параметров смесителей указанного типа
Для реализации поставленной цели решены следующие задачи: проведен анализ способов смесеприготовления, конструкций одновальных лопастных смесителей и результатов их использования в промышленности; проведено комплексное исследование процессов, протекающих в одновальном лопастном смесителе; разработана математическая модель процесса смешения.
Научная новизна. Выявлен эффект смешения сыпучих материалов за счет движения частиц внутри зоны, которая образуется перед движущейся лопастью.
Предложена новая физическая модель процесса перемещения частиц при движении лопасти в сыпучем материале с учетом выявленного эффекта смешения и получены зависимости для расчета объемов перемещаемого материала.
Разработана усовершенствованная математическая модель процесса смешения в одновальном лопастном смесителе, в которую введены параметры, учитывающие выявленный эффект и особенности перераспределения частиц смешиваемых материалов.
Практическая ценность. На базе математической модели процесса смешения разработана методика расчета основных режимных и конструктивных параметров одновального лопастного смесителя. Выданы рекомендации по проектированию рабочих органов, механизма загрузки/выгрузки исходных компонентов и выбору режимных параметров одновального лопастного смесителя, обеспечивающих требуемое качество смеси. Результаты проведенных комплексных исследований позволили предложить способ смешения порошкообразных и мелкозернистых сыпучих материалов и устройство для его осуществления, которые позволили снизить время процесса на 15 ... 20 %.
Автор защищает. Результаты экспериментальных и теоретических исследований, позволившие выявить эффект смешения сыпучих материалов в лопастном смесителе за счет движения частиц внутри "застойной" зоны и определить интервалы значений режимных и конструктивных параметров, при которых существует данный эффект. Физическую модель процесса перемещения частиц при движении лопасти в сыпучем материале с учетом обновления частиц внутри "застойной" зоны и зависимости для расчета объемов перемещаемого при этом материала. Математическую модель процесса смешения сыпучих материалов в одновальном лопастном смесителе, основанную на анализе выявленных механизмов процесса смешения. Методику определения основных режимных и конструктивных параметров одновального лопастного смесителя. Способ приготовления многокомпонентной смеси сыпучих материалов и конструкцию лопастного одновального смесителя, созданные на принципе организации различных видов перемещения материала на определенных стадиях процесса смешения.
В первой главе проведен литературно-патентный обзор по вопросам приготовления смеси сыпучих материалов. Выделены основные пути повышения эффективности смесителей и рассмотрены основные типы конструкций смесителей, их достоинства и недостатки. С использованием информационных ресурсов сети Internet и на основе анализа патентно-технической литературы отмечены наиболее широко применяемые в настоящее время смесители периодического действия, отличающиеся простотой изготовления и эксплуатации, и сформулирована цель работы.
Во второй главе представлен ряд экспериментов с методиками их проведения и полученными результатами. Целью этих опытов являлось исследование физико-механических свойств сыпучих материалов, определение влия ния способа загрузки исходных компонентов в смеситель, теоретическое и экспериментальное исследование механизмов перемещения частиц в одновальном лопастном смесителе, отличающемся упорядоченным перемещением частиц внутри смесителя и факторов, влияющих на это перемещение. Выявлен эффект смешения в одновальном лопастном смесителе за счет движения частиц внутри "застойной" зоны, которая образуется из сыпучего материала перед движущейся лопастью. На основе представления о механизме смешения, которые были сформулированы в результате экспериментально-теоретических исследований, предложена физическая модель перераспределения частиц при движении лопасти в слое сыпучего материала и количественные зависимости для определения потоков, обтекающих лопасть.
В третьей главе представлена математическая модель процесса смешения сыпучих материалов в одновальном лопастном смесителе с рабочими органами в виде плоских пластин. Для нее использован общеизвестный подход математического описания процесса смешения для смесителей с явно выраженной циркуляцией материала по внутреннему объему смесительной камеры. Модель построена на основе полученных экспериментальных и теоретических исследований процесса перераспределения частиц сыпучего материала под воздействием плоской пластины и учитывает физико-механические свойства смешиваемых компонентов, режимные и конструктивные особенности одновального лопастного смесителя. Проведена идентификация параметров по методике и на специальной установке, представленных во второй главе. Получены удовлетворительные результаты при проверке адекватности математической модели эксперименту. Расчет по математической модели позволил выявить оптимальные углы поворота лопастей для определенных видов смешиваемого материала
В четвертой главе проведен анализ конструктивных решений одновального лопастного смесителя и на основе него, а также проведенных исследований даны рекомендации по проектированию и выбору режимных параметров смесителей данного типа Представлена методика расчета основных режимных и конструктивных параметров лопастного смесителя сыпучих материалов. На основе комплексных исследований предложен способ приготовления смеси сыпучих материалов и устройство для его осуществления. Приведены основные результаты промышленных испытаний предложенного способа и методики расчета основных режимных и конструктивных параметров с использованием компьютерной программы.
В заключении приведены основные результаты и выводы по работе. Отмечены их научная новизна и практическая значимость.
Исследование кинетики процесса смешивания в смесителях периодического действия
Вопросами исследования кинетики смешения сыпучих материалов занимались и продолжают заниматься многие ученые. При этом исследователи пользуются различными критериями, терминологией, способами и методами пробоотбора, условиями проведения опытов и т.д., что затрудняет проводить сравнительную оценку смесителей.
Литературно-патентный анализ смесителей периодического действия показал, что наиболее широко применяются в настоящее время несколько типов смесителей: барабанный горизонтальный (рис. 2.2.1, а), V-образный (рис. 2.2.1, б), "пьяная бочка" (рис. 2.2.1, в), биконический (рис. 2.2.1, г), ленточный (рис. 2.2.1, д) и одновальный лопастной (рис. 2.2,1, е) смесители. Для определения смесителя с возможностью управления процесса смешения в нем нами были изготовлены лабораторные установки этих смесителей с соблюдением основных критериев подобия исследовались без каких-либо внутренних устройств и дополнительных приспособлений. В ленточном смесителе рабочий орган выполнен с наружной и внутренней спиральной навивками, перемещающими материал в противоположные стороны к торцам корпуса смесителя. В лопастном смесителе рабочий орган состоит из вала, на котором размещены лопасти, выполненные в виде плоских пластин с углом поворота равном 0 относительно оси вращения вала.
Повышение эффективности смесителей сыпучих материалов возможно путем использования различных способов загрузки исходных компонентов. На установках был проведен ряд экспериментов, с целью выявить влияние способа загрузки компонентов на время смешения и качество смеси и определить тип смесителя, который обладает набольшим значением детерминированной составляющей процесса смешения. Загрузку производили двумя способами: последовательно и параллельно. При последовательной загрузке сначала загружался основной компонент, а затем ключевой (рис. 2.2.2, а). При параллельной оба компонента смеси загружались одновременно двумя потоками (рис. 2.2.2, б).
Для реализации данных видов загрузки использовался ленточный транспортер (рис. 2.2.2). Материал располагался на ленте транспортера в зависимости от способа загрузки. Эксперименты проводились в два этапа: этап. Применялись компоненты не склонные к сегрегации - крашеное (основной компонент) и некрашеное (ключевой компонент) пшено; этап. Применялись компоненты склонные к сегрегации - пшено (основной компонент) и семена люцерны (ключевой компонент).
Коэффициент заполнения составлял 0,4 объема смесительной камеры и выбирался на основе рекомендаций по результатам проведенных комплекных исследований [52]. Пшено имело практически шаровидную форму, семена люцерны имели продолговатую форму. Соотношение компонентов составляло 1:1. Физико-механические свойства данных материалов представлены в таблице 2.1.1.
Оценка качества смеси [6] производилась по формуле где Vc" коэффициент неоднородности, %; С0 - заданная концентрация ключевого компонента в смеси, %; С, -концентрация ключевого компонента в i-й пробе смеси, %; п„ - количество проб.
Масса пробы составляла от 3 до 10 г. Пробы отбирались методом квартования [8]. Количественный анализ проб смеси сыпучих материалов на содержание в них ключевого компонента проводили с помощью рассева на лабораторном сите с диаметром отверстий равном dc-l,5 мм
Взвешивание исходных компонентов и проб при оценке качества смесе-приготовления проводили на весах лабораторных квадрантных типа ВЛКТ -500г. Подача компонентов на ленту транспортера и распределение по длине ленты производилось вручную.
По результатам экспериментов на моделях наиболее широко распространенных смесителей периодического действия были построены кинетические кривые процесса смешения - Vc-fit) (где t- время, с) (рис. 2.2.4, 2.2.5, 2.2.6, 2.2.7, 2.2.8,2.2.9 - представлена последовательная загрузка; рис. 2.2.10, 2.2.11, 2.2.12,2.2.13,2.2.14,2.2.15 - параллельная загрузка компонентов).
На первом этапе экспериментов выявлено, что применение параллельной загрузки на барабанном, V-образном и ленточном смесителях не только значительно сокращает время смешения, но и улучшает качество смеси.
Определение количественных значений перемещений частиц сыпучего материала в одновальном лопастном смесителе
Для моделирования процесса смешения сыпучего материала в лопастном смесителе необходимо знать количественные значения перемещений частиц из одного ряда рабочих органов в соседние, т.е. из зоны В в зону А - VB.A, из зоны В в зону С - VB_c, и количество оставшегося в ряду материала - VB.B (рис. 2.5.4, а, 2.5.11). Данные значения перемещений экспериментально определялись на специально сконструированной лабораторной установке (рис. 2.7.1, 2.7.2) [166]. Установка состоит из емкости цилиндрической формы Л внутри которой горизонтально расположен вал 4. На валу 4 расположена лопасть 2, выполненная в виде плоской пластины, с возможностью изменения угла поворота относительно оси вращения вала. Перпендикулярно оси вала 4 расположена делительная перегородка 5, разделяющая емкость 1 в отношении 1:2 на две емкости: А и В Ширина лопасти т=54 мм, длина емкости /,=170 мм. Внутренний диаметр цилиндрической поверхности емкости \ D = 47,5 мм. Привод вала осуществлялся посредством клиноременной передачи 5 от двигателя постоянного тока б.
Установка представляет собой фрагмент лопастного смесителя, содержа щий три зоны захвата лопастей: А. В и С (рис. 2.5.4, рис. 2.5.11). Емкость А является зной С при значениях угла поворота лопасти а от 0 до -90.
В качестве экспериментального материала использовались различные по свойствам материалы (табл.2.1.1). Эксперименты проводились в три этапа: на первом этапе использовали пшено (А) и семена люцерны (В) (рис. 2.7.3,а); на втором - пшено (А) и песок (В) (рис. 2,7.3,6); на третьем - семена люцерны (А) и пшено (В) (рис. 2.7.3.в).
Порядок проведения эксперимента следующий: 1. В емкости А и В загружались компоненты; 2. Убиралась делительная перегородка между емкостями; 3. Производился один оборот вала с угловой скоростью равной 3,77 с"1; 4. Перегородка устанавливалась на прежнее место; 5. Производилось изъятие материалов го емкостей А и В и их последующий рассев на сите с диаметром отверстий /= 1.5мм: 6. Полученные порции материала взвешивались, и результаты фиксировались в таблицах; 7. Опьгг повторялся 10 раз; 8. В качестве конечного результата принимались среднеарифметические значения; 9. Изменялся угол поворота лопасти относительно оси вращения вала в диапазоне от -90 до +90 и повторялись опыты по пунктам 1-8.
По результатам экспериментов были построены графики зависимости объема материала, переместившегося из зоны В в соседние зоны А и С {VB.A и VB. с) (рис. 2.7.4), а также из зоны A {VA.B ) и зоны С (VC-B) -- в зону В (рис. 2.7.5). На графиках выделяется диапазон углов поворота лопасти от 30 до 55, отличающийся стабильными значениями переместившихся объемов для всех исследуемых материалов. При увеличении угла поворота лопасти суммарное перемещение материала увеличивается. При угле поворота лопасти больше критического значения (а 60) полученные результаты отличаются крайней нестабильностью. Заметные изменения переместившихся объемов материала происходят при угле поворота лопасти от рст, до 90г когда появляется и постепенно увеличивается поток внутри "застойной" зоны, образующейся перед лопастью.
Для определения влияния изменения концентрации компонентов в зоне движения лопасти В и в соседних с ней зонах А и С на. изменение переместившихся объемов материала из зоны В в зоны А и С (VB.A и VB.C) и из зоны А и С в зону В (VA.B и Vc-в) производилось смешение двух компонентов (семена люцерны и пшено) в модели лопастного смесителя (рис. 2.2.3,е) с концентрацией семян люцерны 25%, 50% и 75%. Полученная смесь засыпалась в емкость В экспериментальной установки (рис. 2.7.1 и рис. 2.7.2). В емкость А засыпалось пшено, после чего эксперимент проводился по пунктам 2-9. В результате экспериментов выявлено, что изменение концентрации одного из компонентов ведет к изменению перемещения объемов частиц смеси.
Идентификация параметров и проверка адекватности математической модели процесса смешения сыпучих материалов
Идентификация параметров предложенной математической модели сводится к определению по экспериментальным данным коэффициентов К}, К2, Кб, К#, К9 (формулы (2.9.4), (2.9.27), (2.9.56), (2.9.63), (2.9.66)). Данные коэффициенты используются при расчете элементов матрицы переходных вероятностей.
Для проверки адекватности математической модели эксперименту была поставлена серия опытов по смешению бинарных композиций модельных смесей в одновальном лопастном смесителе с рабочими органами в виде плоских пластин (рис. 2.2.3, е). Длина смесителя - 175 мм; диаметр смесительной камеры - 115 мм; шаг лопастей - 20 мм; количество рядов рабочих органов -10; количество лопастей в ряду - 2; расстояние от оси крайних лопастей до торцов смесителя - 7,5 мм; толщина лопастей - 1,5 мм; расстояние от вала до кромки лопасти - 10 мм; диаметр вала - 20 мм; высота лопастей - 25 мм; угол поворота лопастей одинаковый во всех рядах, кроме крайних. Модельные смеси были следующие: семена люцерны и пшено; семена люцерны и песок; песок и пшено. Адекватность проверена и на других материалах: поваренная соль; крупа кукурузная; лимонная кислота; аскорбиновая кислота; сахар. Эксперименты проводились согласно методике, описанной в параграфе 2.2. Условия проведения опытов были следующие: к примеру, семена люцерны и песок выделялись из смеси путем рассева на сите с диаметром отверстий равном 1,5 мм. Для разделения компонентов использовались и другие специальные методы. Навески сыпучих компонентов отмерялись на весах лабораторных квадрантных типа ВЛКТ - 500г. В смеситель компоненты загружались равномерно по рядам (в нескольких рядах рабочих органов присутствовал только ключевой компонент, а в остальных только основной). В начале опытов угол поворота лопастей равен 0. После загрузки смесителя компонентами включался привод, и осуществлялось смешение по принятой программе. Через заданные промежутки времени смеситель останавливался, и из объема смеси в равномерно расположенных точках отбиралось до 15 проб. Пробы отбирались методом квартования [8,171] и имели вес не более 10 грамм. Далее они анализировались на содержание компонентов. Затем увеличивался угол поворота лопастей на 5, и опыты повторялись ( лопасти заменялись на другие с большей шириной).
Пробы отбирались через различные промежутки времени. Учитывая экспоненциальный вид кинетических кривых, в начальном периоде пробы отбирались через меньшие промежутки времени, в конечном - через большие. Причем эти промежутки связаны с режимом работы смесителя и физико-механическими характеристиками компонентов смеси. Компоненты модельных смесей вводились в весовом соотношении 1:1. Коэффициент заполнения составлял 0,4 от объема смесительной камеры. Число оборотов вала 36 мин"1. При отборе проб верхняя крышка откидывалась и производилось опрокидывание корпуса смесителя.
По полученным после анализа экспериментальным значениям концентраций компонента смеси в пробах оценивались значения коэффициента неоднородности смеси по формуле (2.2.1). Для идентификации параметров по методике, предложенной в параграфе 2.7, на специальной установке (рис. 2.7.2) определялись значения перемещения объемов материала из одного ряда рабочих органов в соседние ряды для различных углов поворота лопасти. Используя полученные данные, рассчитывались коэффициенты Ки К2, К6, К$ и К9 (формулы (2.9.4), (2.9.27), (2.9.56), (2.9.63), (2.9.66) (приложение 2).
Далее определяем состояние системы в различные периоды времени по предложенной математической модели. Получаем в результате время процесса смешения для получения смеси с заданной степенью однородности. Ошибка расчетного и экспериментального времени смешения где Грдач - время процесса смешения рассчитанное по математической модели, с;
ТЖйП. - время процесса смешения полученное экспериментально, с Для всех модельных смесей математическая модель адекватна эксперименту (приложение 2). Рассчитанная по модели зависимость коэффициента неоднородности от времени смешения для рассматриваемых модельных смесей и экспериментальные значения коэффициента неоднородности в различные промежутки времени приведены нарис. 3.2.1, на которых отчетливо видно, что ряд экспериментальных точек для конкретного значения времени смешения находятся ниже рассчитанных по модели значений. Таким образом, по математической модели получается большее время для получения смеси заданной однородности по сравнению с экспериментальным временем для обеспечения гарантированного качества смеси даже при самом неблагоприятном варианте загрузки. Ошибка расчетного и экспериментального времени в данном случае не превышает 20%.
С помощью математической модели определяются оптимальные углы поворота лопастей, которым соответствует минимальное время смешения при заданном коэффициенте неоднородности (рис. 3,2.2). Расчет по математической модели при утле поворота лопасти равном оптимальному значению показал, что если не учитывать выявленный эффект смешения (поток частиц внутри "застойной" зоны), то расчетное время смешения существенно превышает время реального процесса, определяемого экспериментально.
Методика расчета режимных и конструктивных параметров одновального лопастного смесителя
Расчет режимных и конструктивных параметров одновального лопастного смесителя проводится на основе преложенной математической модели процесса смешения с учетом выданных рекомендаций по проектированию и выбору параметров- Методика расчета включает в себя определение следующих параметров: производительности смесителя где ф - коэффициент заполнения смесительной камеры; FCM. - объем камеры смешения, м3; тсм. - время смешения, с; Твсп. - время вспомогательных операций, с; где Граб. орг. - объем занимаемый рабочими органами и валом, м3; L - длина смесительной камеры (рис. 4.3.3), м; D - диаметр смесительной камеры, м; объема, занимаемого рабочими органами и валом где cVa - толщина лопасти i-oro рядауп- ой лопасти, м; aijn - ширина лопасти 1-ого ряда./п- ой лопасти, м; b - высота лопасти, м; d - диаметр вала, м; к - количество рядов рабочих органов; Ni - число рабочих органов в /- ом ряду; где є - расстояние между внутренней кромкой лопасти и валом смесителя, м; 5 - зазор между наружной кромкой лопасти и внутренней стенкой смесительной камеры, м; где Фірл1 - максимальный угол трения покоя одного из компонентов смеси, град.; Время вспомогательных операций определяется на основе опыта эксплуатации.
Оно состоит из времени загрузки, выгрузки, технического обслуживания и т.д. Диаметр вала выбирается из конструктивных соображений с учетом применяемого механизма изменения угла поворота лопастей относительно оси вращения вала
В процессе расчета он может корректироваться. Высота лопасти определяется из соотношения: где йпйц - минимальная ширина лопасти из всех используемых в смесителе, м. Высота должна быть больше половины ширины лопасти из условия образования "застойной" зоны перед ней. Наибольшие значения перемещений объемов материала из одного ряда рабочих органов в соседние ряды возможны лишь при наличии полного клина dBfAFEC (рис. 2.9.1), а не его части CBAFE. "Застойная" зона перед лопастью имеет такую форму лишь при условии, что b S3= а/2 (при а=0 ) (формула (2.9.21)). Принимать значение высоты лопасти большее, чем две ширины лопасти, не целесообразно с точки зрения прочности. На рабочий орган при таких значениях высоты будут действовать значительные изгибающие силы, которые могут привести к частым выходам из строя. Экспериментальные исследования также показали, что при Ъ 2а заметного увеличения перемещений объемов материала из зоны воздействия лопасти в соседние зоны не наблюдается. При различном пространственном расположении лопастей в рядах высота Ъ выбирается в зависимости от минимальной ширины.
При условии отсутствия мертвых зон при вращении рабочих органов и одинаковом пространственном расположении лопастей во всех рядах рабочих органов кроме крайних, шаг лопастей равен ширине захвата лопастей в ряду (ширине ряда рабочих органов). В этом случае ширина лопастей в крайних рядах определяется отдельно по формуле (4.2.5). Толщина лопасти Сдш выбирается на основе опыта эксплуатации аналогичного оборудования или на основе дополнительного расчета на прочность и изгиб лопасти, если имеется соответствующее требование к конструкции. Для равномерного перемещения материала по длине смесителя рекомендуется использовать расстояние от оси крайней лопасти до торцевой стенки смесителя (х) равное или меньшее половине шага (Q, что связано с образованием "застойной" зоны характерной формы (рис. 2.9.4). Расстояние є для рационального использования рабочего объема смесительной камеры должно быть минимальным и выбирается из конструктивных соображений в зависи мости от используемого механизма поворота лопастей. Зазор 5 обычно находится в диапазоне от 0,001 до 0,003 м. В процессе вращения вала лопасти поднимают материал вверх до уровня, определяемого углом трения покоя сыпучего материала В связи с этим загрузочное отверстие должно располагаться таким образом, чтобы его нижняя кромка была выше точки, в которой материал начинает свободно ссыпаться вниз (рис. 4.3.3).
Похожие диссертации на Совершенствование методов расчета и конструкций лопастных смесителей
