Исследование зависимости коэффициента неоднородности смеси от конструктивных и технологических параметров лопастного смесителя

После обработки результатов экспериментальных исследований получено уравнение регрессии в кодированном виде:

Анализируя уравнение регрессии (4.4) определим значимость факторов x₁, х₂, х₃(рис.

равна 300%, но при анализе влияния суммарной значимости факторов

учитываются знаки при коэффициентах в уравнении регрессии). Наибольшее влияние на величину коэффициента неоднородности VCоказывает фактор x₂ (Σ 84%). Значимость факторов x₁и x₃равны (Σ 33%) и (Σ 61%), что меньше влияния фактора x₂в 2,5 и 1,4 раза соответственно.

Знак «-»при коэффициентах факторов x₁и x₃означает, что при увеличении значений данных факторов (частота вращения вала смесителя, величина «живого сечения» винтовой поверхности) коэффициент неоднородности смеси V_cбудет уменьшаться, а знак «+» при коэффициенте фактора x₂(угол установки лопастей на вале смесителя) - увеличиваться.

Рисунок 4.13. Значимость основных факторов для коэффициента неоднородности смеси V^:

Декодируя уравнение (4.4), получим его в натуральном виде:

Здесь нужно отметить, что на коэффициент неоднородности смеси частота вращения лопастного вала оказывает наименьшее значение, поэтому имеет смысл для обеспечения наибольшего качества готового продукта, при выборе рациональных параметров, более подробно рассмотреть графические зависимости коэффициента неоднородности смеси V_cот угла атаки α при фиксировании остальных варьируемых параметров: величины «живого сечения» С (рис.

Графики носят вид обратной параболы, которые обеспечивают влияние эффектов взаимодействия всех парных членов (рис. 4.16), коэффициенты, которых положительны. При этом возрастание функций обеспечивается долей влияния величин коэффициентов при х₂(20%) (как наиболее значимого суммарного) и x₁ (61%) в долях, имеющих знак «+», а доля коэффициента при факторе х₃(19%), имеющего знак «-». Но, так как суммарные доли при x₁и х₃при основных и квадратичных членах отрицательны, то они и обеспечивают убывание функций (рис. 4.14, 4.15).

Рисунок 4.16. Значимость влияния эффектов взаимодействия каждого из парных членов на значения коэффициента неоднородности смеси:

Анализ графиков зависимости коэффициента неоднородности V_cот угла атаки лопастей а при фиксированных значениях величин «живого сечения» C=14%, 20%, 30%, 40%, 46% (рис. 4.14) и частоты вращения лопастного вала ∏p=470, 500, 550, 600, 630 мин^-1 (рис. 4.15), показал, что:

1. Минимальные значения коэффициента неоднородности смеси (2,7%; 3,8%; 4,3%; 3,4%; 2,0%) получаем при угле атаки лопастей вала а, равным 35^о и частоте вращения лопастного вала 550 мин^-1 (для всех фиксированных значениях величин «живого сечения» винтовой поверхности). Это можно объяснить тем, что при минимальном значении угла атаки а, равным 19^о’ расположение лопастей нарушает режим псевдоожижения смеси, что отрицательно влияет на процесс смешивания, а при максимальном угле атаки а, равном 51^о, псевдоожиженная смесь свободнее скользит по лопастям из-за снижения коэффициента трения, что так же увеличивает коэффициент неоднородности смеси.

2. Минимальные значения коэффициента неоднородности смеси при а=35^о и п_р=550 мин^-1 и при увеличении значениях величин «живого сечения» с 14% до 30% (в 2 раза) возрастают с 2,7 до 4,3 (в 1,6 раз), а затем с увеличением значений величин «живого сечения» с 30% до 46% (в 1,5 раза) уменьшаются с 4,3 до 2 (в 2,2 раза).

Это объясняется тем, что при минимальном значении величины «живого сечения» винтовой поверхности лопастей барабана, равной 14%, и ввиду большей площади винтовой поверхности основная масса материала, подпираемая из-за его набрасывания лопастями, поднимается по винтовой поверхности и в конце ее переходит из слоя в слой под действием силы тяжести, что способствует перемешиванию компонентов смеси.

При величине «живого сечения», равном примерно 30%, процесс перемещения материала по винтовой поверхности замедляется. При этом количество отверстий недостаточно, чтобы обеспечить интенсивное перемещение частиц смеси через них из слоя в слой, что и повышает коэффициент неоднородности смеси. Как было отмечено выше, при увеличении «живого сечения» с 30% до 46% (1,6 раза) снижается коэффициент неоднородности с 4,3

Рисунок 4.14. Графики зависимости коэффициента неоднородности смеси V_cот угла атаки α лопастей вала при фиксированных значениях величин живого сечения С винтовых

поверхностей

Рисунок 4.15. Графики зависимости коэффициента неоднородности смеси V_cот угла атаки лопастей вала α при фиксированных значениях величин частоты вращения вала Пр

до 2 (в 2,2 раза). Т.е. при набрасывании лопастями компонентов смеси на винтовую поверхность материал практически сразу просыпается на слой ниже, что интенсифицирует процесс смешивания. При этом увеличение живого сечения винтовой поверхности нецелесообразно с точки зрения технологичности изготовления и надежности работы предлагаемой конструкции.

3. При угле атаки а=19^о и при величине «живого сечения», равном 14% и 30%, наибольшее значение коэффициентов неоднородности V_c =11,6% и V_c =12,3% отмечается при минимальной частоте вращения лопастного вала 470 мин^{- 1}, а при максимальной частоте вращения лопастного вала 630 мин^-1 коэффициент неоднородности V_cсоответственно в 1,6 (7,1%) и 1,3 (9,4%) раза меньше. При величине живого сечения, равном 46%, коэффициент неоднородности V_c примерно будет равен 8,9% и 7,8% (разница 1,1 раз). Большую разницу значений коэффициента неоднородности смеси при минимальном и максимальном значениях частот вращения вала и небольшом угле атаки лопастей, можно объяснить повышением псевдоожижения компонентов загрузки при максимальной частоте вращения лопастного вала, а при увеличении «живого сечения», с учетом улучшения перехода частиц загрузки из слоя в слой, значения коэффициентов неоднородности уравниваются.

При угле атаки а=51^о , величине «живого сечения» C=14% и частоте вращения лопастного вала 470 мин^-1 и 630 мин^-1 наблюдается наибольшие значения коэффициентов неоднородности 11,2% и 8,9% (в 1,3 раза), соответственно, а при величине «живого сечения» C=46% будет равен 9,1% и 10,3%, соответственно, т.е. при максимальной частоте вращения величина коэффициента неоднородности больше в 1,1 раз. Это происходит из-за того, что часть частиц псевдоожиженной загрузки проскальзывает над лопастями и только меньшая ее часть набрасывается на винтовую поверхность, что препятствует перемещению частиц между слоями.

Таким образом, минимальные значения коэффициента неоднородности смеси равные 2,7% и 2% отмечаются при угле атаки в 35^о, частоте вращения лопастного вала 550 мин^-1 и величинах живого сечения равными 14% и 46%, соответственно.

Это объясняется тем, что при минимальном значении величины «живого сечения» равным 14% ввиду большей площади винтовой поверхности основная масса материала, подпираемая из-за его набрасывания лопастями, поднимается по винтовой поверхности и в конце ее, переходит из слоя в слой под действием силы тяжести, что способствует перемешиванию компонентов смеси. При величине «живого сечения» равным 46%, при набрасывании лопастями вала компонентов смеси на винтовую поверхность лопастей барабана, материал практически сразу просыпается на слой ниже, что интенсифицирует процесс смешивания.

4.3.3.