<<
>>

Анализ методик определения основных конструктивно-технологических параметров в высокоскоростных смесителях с вертикальным расположением лопастного вала

На основании информации, приведенной в п.1.2, принято решение об исследовании направления совершенствования высокоскоростных смесителей, в основу конструкции которых заложена идея псевдоожижения смеси.

Процесс псевдоожижения зависит от скорости вращения ротора мешалки, ее геометрических размеров и формы, от высоты слоя материала над лопастями и физико-механических свойств смешиваемых компонентов [42,65,67].

Переход сыпучего материала в псевдоожиженное состояние проходит через ряд промежуточных этапов, отличающихся формой поверхности слоя и характером циркуляции материала [52,56,65,100,112]. На рис. 1.5 схематично отражены промежуточные состояния сыпучего материала при возрастании скорости вращения вертикального вала. Лопасти на валу при этом имеют прямоугольную форму и установлены относительно горизонтальной плоскости под углом 45°.

Рисунок 1.5. Состояния сыпучего материала при воздействии на него вращающейся лопастной мешалки:

I — первоначальное положение свободного уровня засыпки материала в аппарате

При малых окружных скоростях вращения лопастей вертикального вала (окружная скорость на краю лопасти υ0< 1 м / с) материал начинает уплотняться и высота его слоя Hв барабане уменьшается (рис. 1.5,а). Когда величина окружной скорости достигает величины υ0= 1 ÷ 2 м / с, частицы материала в слое начинают вибрировать, продолжается уплотнение их между собой с образованием трещин в общей массе материала (рис. 1.5,б). При υ0 = 2 ÷ 2,5 м / с весь слой материала начинает медленно двигаться в барабане, а отдельные частицы перемещаются по концентрическим окружностям (рис. 1.5,в). Дальнейшее увеличение скорости до L>0= 2,5 ÷ 3,5 м / с приводит к некоторому расширению слоя, который вспучивается сначала только вокруг вала, а затем во всем объеме барабана (рис.

1.5,г,д). При υ0= 4 ÷ 5 м / с в объеме частиц около вертикального вала начинает образовываться воронка, материал начинает циркулировать внутри корпуса барабана смесителя: нижние слои смеси поднимаются вдоль стенок барабана, в верхней части слоя частицы материала направляются к оси вращения лопасти вертикального вала по спиральным траекториям и затем сливаются в центральную образовавшуюся воронку (рис.1.5,е). При v0 = 5 ÷ 8 м / с циркуляция материала внутри барабана смесителя становится очень интенсивной (рис. 1.5, ж), на поверхности материала появляются крупные волны, объем его увеличивается на 10-15% и, в конечном итоге, материал переходит в псевдоожиженное состояние (рис. 1.5, з).

Экспериментально установлено, что чем выше высота слоя материала над лопастями вертикального вала, тем больше должна быть окружная скорость лопасти вала для осуществления псевдоожижения материала в барабане смесителя. Так при использовании в качестве рабочего органа прямоугольной лопасти с углом атаки а = 4 5 o, предельная высота слоя над лопастью Нπ pдля сыпучих материалов определяется следующим соотношением:

где b - высота лопасти.

При величинах Ц>, соответствующих началу процесса псевдоожижения, циркуляция материала в барабане протекает в общем объеме над лопастями (рис. 1.5, д,е ), а при дальнейшем увеличении υ0в циркуляцию вовлекаются слои, лежащие за этим объемом (рис. 1.5, ж,з). В таком состоянии бурного «кипения» циркуляция материала внутри барабана смесителя распространяется на значительно большой объем, так, например, можно псевдоожижить лопастью слой материала высотой, в 2 раза превышающей ее длину. Но с точки зрения экономии энергозатрат выгодно использовать более одного ряда лопастей на вертикальном валу.

Для определения затрат мощности привода при смешивании сыпучих материалов обычно используют следующее выражение [67]:

где- мощность, необходимая для пуска привода, преодоления

сопротивления в подшипниках и передаче;

- мощность, необходимая для преодоления силы тяжести загрузки;

- мощность, необходимая для поднятия массы данной плотности на высоту, определяемую максимальной высотой подъема смешиваемых компонентов в барабане смесителя.

При расчете потребляемой электроэнергии необходимо учитывать зависимость затрачиваемой работы от времени смешивания смеси, которое определяется либо экспериментально, путем отбора проб через определенные интервалы времени, либо расчетом [66,67,69,97].

Расход энергии на создание процесса псевдоожижения в высокоскоростных смесителях тесно связан с основными факторами, определяющими циркуляцию частиц материала внутри барабана смесителя и состоянием слоя в этот момент. А.М. Ластовцевым и А.М. Хвальновым экспериментально было установлено, что

в период уплотнения слоя материала (рис. 1.5, а,б) с увеличением окружной скорости вращения лопастного вертикального вала расход электропотребления растет плавно [42,65,67]. Согласно этого, ими предложена следующая зависимость для расчета мощности в процессе уплотнения смеси Nуп , кВт, до момента псевдоожижения:

где c1- коэффициент сопротивления в режиме уплотнения;

Ку - коэффициент, учитывающий степень усадки материала в момент работы лопастей вертикального вала [65,67].

Анализ данной закономерности показал, что рост мощности при уплотнении частиц смеси продолжается до некоторого критического значения окружной скорости вращения лопасти, соответствующей началу псевдоожижения слоя материала (рис.1.6).

Рисунок 1.6. Зависимость удельного расхода электроэнергии от окружной скорости

вращения лопасти вертикального вала при Н ∕ b = 6

Переход материала в псевдоожиженное состояние характеризуется, как было установлено Н.П. Поповым [65,67], заметным уменьшением плотности смеси и, как следствие этого, заметным снижением сопротивления движению лопасти. Величина мощности на вертикальном валу смесителя зависит от физических свойств смешиваемых компонентов, конструкции лопастей, отношения Н∕bи D ∕L (D- диаметр барабана).

При этом, чем меньше значение Н∕b, тем при меньших значениях υ0наступает псевдоожижение материала [45,67,96,100].

А.М. Ластовцевым и Н.П. Поповым была предложена формула для расчета мощности Nk, кВт, необходимой для смешивания материалов лопастями вертикального вала в режиме псевдоожижения [65,67]:

Величина мощности, необходимой для смешивания материала в режиме псевдоожижения Nk, значительно меньше величины мощности, затрачиваемой на смешивание в режиме уплотнения смеси. Это объясняется тем, что расход энергии напрямую зависит от сил трения между частицами материала, а величина этих сил при прочих равных условиях зависит от твердости частиц смеси и состояния ее поверхности. В режиме псевдоожижения роль влияния этих факторов переходит на второй план, так как между частицами смеси образуется воздушные прослойки [12,65,67,83,86,94].

Экспериментально было установлено, что экономически выгоднее использовать несколько рядов радиальных лопастей, так как окружная скорость Ц, необходимая для режима псевдоожижения смесиимеет меньшее

значение, чем величина скорости Ц при работе одной мешалки. Значение величины этой скоростиможно посчитать по

эмпирической формуле [83,84,86]:

где i- количество установленных на вертикальном валу лопастей.

В связи с этим Н.П. Попов установил, что и мощность на валу многоярусной мешалкибудет иметь несколько меньшее значение, чем то, которое

получено простым суммированием мощностей, рассчитанных по формуле (1.8) для каждой мешалки в отдельности:

где- опытные коэффициенты, учитывающие соответственно влияние

на мощность числа лопастей iв горизонтальной плоскости и на мощность числа рядов Jлопастей на валу в вертикальной плоскости;

- мощность на валу с одним рядом двойных лопастей, рассчитанная по формуле (1.8).

Следовательно, общая мощность процесса смешивания компонентов сухой смеси на многоярусном лопастном валу будет иметь следующий вид [65,67,23,94]:

Таким образом, проведя анализ рассмотренных существующих методик расчета потребляемой высокоскоростным смесителем мощности можно прийти к выводу, что данные методики не в полной мере позволяют оценить

энергопотребление смесителем, так как не учитывают все основные геометрические и конструктивно-технологические параметры машины.

1.4.

<< | >>
Источник: БРАЖНИК ЮЛИЯ ВИКТОРОВНА. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ПРОЦЕССА СМЕШИВАНИЯ В ЛОПАСТНОМ СМЕСИТЕЛЕ С ВЫСОКОСКОРОСТНЫМ РЕЖИМОМ РАБОТЫ. ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук. Белгород - 2017. 2017

Еще по теме Анализ методик определения основных конструктивно-технологических параметров в высокоскоростных смесителях с вертикальным расположением лопастного вала:

  1. Оглавление
  2. Анализ методик определения основных конструктивно-технологических параметров в высокоскоростных смесителях с вертикальным расположением лопастного вала
  3. Цель и задачи исследования