Анализ конструкций современных смесителей принудительного действия для получения бетонов

В технологических линиях по производству бетонов различных марок на современных предприятиях получили широкое применение смесители, отличающиеся конструкцией, принципом действия и режимами работы: периодического и непрерывного действия, гравитационные и принудительного действия, барабанные, лопастные, одно- и двухвальные, роторные и планетарные, пропеллерные, вибрационные, пневматические и т.д.

Эффективность смесителя определяется следующими параметрами: удельной металлоемкостью и удельной энергоемкостью.

Как показала практика, наиболее эффективное получение бетонных смесей, имеющих необходимое качество, обеспечивается при применении смесительного оборудования, в котором используется принудительный способ перемешивания исходных компонентов [45, 62, 63, 68, 86].

В настоящее время известны различные конструкции мешалок аппаратов принудительного действия для приготовления бетонных и строительных смесей (рис. 1.5). Этих разновидностей значительно больше, чем у других аппаратов, встречающихся в стройиндустрии [2, 14, 16, 22].

В промышленности используются различные типы аппаратов для перемешивания, объем которых варьируется в диапазоне от 0,01 м³ до 2000 м³[81, 144, 146]. Основными элементами таких аппаратов являются корпус, привод, вал и мешалка.

Рисунок 1.5. Схемы смешивающих аппаратов принудительных смесителей:

а) - прямоточный с вертикально расположенными валами и неподвижной чашей, б) и в) - то же, с вращающейся чашей, г) - противоточные с вертикально расположенными валами и неподвижной чашей, д), е), и ж) - то же, с вращающейся чашей; з) - роторные; и) - планетарно-роторные

Бетоносмесители принудительного действия с вертикально

расположенными смесительными валами, как по числу выпускаемых единиц, так и по количеству типоразмеров занимают лидирующее положение среди всех смесительных аппаратов.

Бетоносмесители с эксцентрично расположенными валами подразделяются на прямоточные с неподвижной (рис. 1.5, а) и вращающейся чашей (рис. 1.5, б, в), противоточные с неподвижной чашей (рис. 1.5, г) и противоточные с вращающейся чашей (рис. 1.5, д, е, ж). Данные бетоносмесители получили распространение в производстве легких бетонных смесей (газобетон, пенобетон) [17, 120, 124, 126].

Бетоносмесители с концентрично расположенными смесительными валами производятся двух типов: роторные (рис.1.5, з) и планетарно-роторные (рис. 1.5, и). Особенно эффективны роторные и планетарно-роторные смесители при производстве тяжелых бетонных смесей [17, 85, 116, 131].

Разработке конструкций смесителей принудительного действия посвящены работы [27, 30, 57, 59, 112, 135], в которых с целью улучшения их технических и производственных характеристик предлагаются, как новые конструкции оборудования, так и модернизация существующих.

Смеситель, разработанный фирмой Liebherr (рис. 1.5, и, 1.6) относится к

типу планетарно-роторных смесителей [159].

7

2

3

4

Рисунок 1.6. Смеситель роторно-планетарный Liebherr:

1 - корпус, 2 - очистная лопасть, 3 - ротор, 4 - активатор, 5 - двигатель, 6 - вертикальный вал, 7 - смесительная лопасть

Процесс смешивания в смесителе Liebherr производится вертикальным ротором 3, на котором закреплены смесительные 7 и очистная 2 лопасти. Для повышения качества готовой бетонной смеси и интенсивности воздействия на роторе также установлен активатор 4. Объем корпуса смесителя составляет 0,5 м³, мощность привода 30 кВт.

28

Недостатками смесителей данной конструкции является относительно высокая стоимость, гравитационное расслоение компонентов смеси различной насыпной массы, значительное время разгрузки смесителя.

Смеситель планетарный противоточный HPGM фирмы Wiggert (рис. 1.5, ж, 1.7) применяется для производства бетонных и строительных смесей.

Рисунок 1.7. Смеситель фирмы Wiggert:

1 - электродвигатель, 2 - редуктор, 3 - перемешивающие звездочки, 4 - корпус, 5 - ротор,

6 - разгрузочное устройство, 7 - боковой скребок, 8 - лопасти

Смесительные звездочки 3, вращающиеся вокруг вертикальной оси смесителя, обеспечивают массообмен при минимальном перемещении материала, благодаря чему достигается качество перемешивания и высокая степень однородности материала, даже при производстве сложных смесей. Привод осуществляется сверху от электродвигателя 1 и редуктора 2 на ротор 5 с боковым скребком 7. Перемешивающие звездочки 3 приводятся в действие через

встроенную в ротор планетарную зубчатую передачу. В зависимости от типоразмера смесителя используется одна, две или три перемешивающие звездочки. Лопасти 8 в планетарных бетоносмесителях придают частицам смеси движение по сложным круговым траекториям и соударяют их во встречных потоках. Это решает вопрос «вмешивания» мелкодисперсных компонентов в основной объем смеси [160].

Приведенная конструкция смесителя имеет ряд недостатков: неоптимальное отношение общей массы смесителя к полезному объему емкости, повышенная установленная мощность привода, мощная и сложная трансмиссия смесительного аппарата с необходимостью частого и качественного обслуживания.

Планетарный противоточный смеситель Ammann Elba CEM P (рис. 1.5, е,

1.8) предназначен для производства широкого спектра бетонных и растворных смесей. Этот смеситель отличается установленным в корпусе 2 ротором, состоящим из одной или нескольких в зависимости от комплектации смешивающих звездочек 4, на которых закреплены кронштейны 5 с лопастями 6. Ротор приводится во вращение через привод (на рисунке условно не показан) и электродвигатель 1. При вращении, из-за смещенной оси вращения звездочек, смешивающие органы образуют траекторию, покрывающую всю площадь смесительного пространства, защищенную футеровочными плитами 7, что позволяет добиться весьма высокого качества готовой продукции.

Однако данный смеситель имеет ряд существенных недостатков. Форма смесительных лопастей 6 представляет собой плоскость, что приводит к слабому перемешиванию в вертикальной плоскости и к расслоению готовой смеси. Сложная кинематическая схема данной машины снижает надежность эксплуатации и приводит к повышенному энергопотреблению.

Бетоносмеситель принудительного действия EUROMIX 600.750 (рис.1.5, з,

1.9) производства «СтройМеханика» - это машина цикличного действия, предназначенная для приготовления строительных смесей с крупностью заполнителя до 40 мм. Бетоносмеситель EUROMIX 600.750 подходит для

30 приготовления жестких формовочных смесей с низким содержанием воды и большим количеством различных добавок (пигментов) [162].

Рисунок 1.8. Смеситель Ammann Elba Cem P:

1 - электродвигатели, 2 - корпус, 3 - разгрузочное устройство, 4 - смешивающие звездочки,

5 - кронштейны, 6 - лопасти, 7 - футеровочные плиты

Конструкция бетоносмесителя состоит из корпуса 2, в котором установлен ротор 3 с кронштейнами 4 и лопастями 5. Ротор приводится во вращение с помощью электродвигателя 1, установленного под корпусом. Выгрузка бетона производится через разгрузочное устройство 6. Лопастной смесительный аппарат имеет возможность регулировки рабочего зазора лопаток и вылета лопастей, что обеспечивает перемешивание составляющих смеси, не оставляя непромешанных участков смесительной камеры. По скорости смешивания готовой бетонной смеси бетоносмеситель EUROMIX 600.750 приближен к машинам планетарного типа, при этом имея более низкие массогабаритные размеры.

Недостатком данной модели является низкая гомогенность смеси в микрообъемах, повышенное время перемешивания, что приводит к снижению производительности.

31

Рисунок 1.9.

а) - общий машины и ротора; б) - схема бетоносмесителя.

1 - электродвигатель, 2 - корпус, 3 - ротор, 4 - кронштейны, 5 - лопасти, 6 - разгрузочное устройство

Смеситель принудительного действия (рис. 1.5, в, 1.10) предназначен для перемешивания компонентов различного фракционного состава и вязкости. Он состоит из рамы 1, на которой в подшипнике 2, с возможностью вращения относительно своей оси, смонтирована чаша 3, кинематически связанная с регулируемым приводом 4 вращения чаши. На вертикальной стойке 5 установлен кронштейн 6 со смесительным валом 7, на конце которого установлена П- образная вилка 8, на концах которой жестко закреплены лопасти 9. Смесительный вал 7 кинематически связан с приводом 10 его вращения. Лопасти 9 в

горизонтальной плоскости повернуты вовнутрь под углом 10° к диаметру в сторону вектора скорости вращения, а в вертикальной плоскости наклонены под углом 10-12° к вертикали в направлении вектора скорости [158].

Рисунок 1.10. Смеситель принудительного действия с ребристыми лопастями:

а) - смеситель; б) - лопасть

1 - рама, 2- подшипник, 3 - чаша, 4 - привод вращения чаши, 5 - вертикальная стойка, 6 - кронштейн,

7 - смесительный вал, 8 - П-образная вилка, 9 - лопасти, 10 - привод лопастей, 11 - упор, 12, 13 - рабочие ребра

Наличие двух приводов позволяет, независимо друг от друга, подбирать оптимальные частоты вращения чаши и смесительного вала. Но, в тоже время, это приводит к повышенному расходу энергии и усложнению конструкции, что неизбежно сказывается на надежности и снижает эксплуатационные характеристики смесителя.

Основными недостатками данного смесителя являются сложность кинематической схемы машины, а также невысокая эффективность смесительных лопастей, что приводит к слабому перемешиванию исходных компонентов в вертикальной плоскости смесительной чаши. Это связано с тем, что лопасти, имеющие плоскую форму, перемещают материалы только в горизонтальной плоскости, что ведёт к расслоению смеси на исходные компоненты. Легкие и крупные частицы поднимаются верхние слои смеси, что хорошо наблюдается при получении сверхжестких смесей с керамзитом, древесными опилками.

На основе проведенного анализа современного смесительного оборудования, предназначенного для производства бетонных и строительных смесей, можно придти к выводу, что в настоящий момент не существует конструкций смесительного оборудования, обладающего высокой эффективностью воздействия рабочих органов на исходные компоненты при невысоком удельном энергопотреблении, которое позволяет добиться в готовой смеси всех заданных физико-механических и технологических показателей.

1.3.