Курс лекций: Технологическое оборудование

3. Смесители принудительного перемешивания.

Бетоносмеситель С-548 (рис. а) - лопастной двухвальный принудительного перемешивания с приводом двух параллельных валов через пару цилиндрических зубчатых колес 1. Валы 5 опираются на выносные подшипники 2, проходят уплотнения в торцовых стенках 3 корытообразного корпуса и перемешивают материал лопастями 6.

Конусы 4 защищают уплотнения от попадания в них частиц смеси. К корпусу примыкает копильник 7 с затвором 8, а все устройства и привод смонтированы на швеллерной раме 9.

Привод (рис. б) состоит из электродвигателя 1, клиноременной передачи 2 и редуктора 3. Корпус изнутри футерован стальными листами. Лопасти повернуты под углом к плоскости нормальной оси вала, благодаря чему материал не только перемешивается, но и продвигается от загрузочного отверстия в крышке корпуса к разгрузочному отверстию в его днище. Лопасти можно устанавливать под различным углом. Чем ближе к 90° величина угла между плоскостью лопасти и плоскостью, нормальной к оси вала, тем интенсивнее и дольше перемешивается материал и тем меньше производительность, так как скорость продвижения материала вдоль корпуса невелика. Наибольшая производительность достигается при величине угла, равном примерно углу трения.

Копильник позволяет использовать бетоносмеситель непрерывного действия для получения порций бетонной смеси и выгрузки их в транспортирующие устройства периодического действия, например в автосамосвалы. Управляют работой бетоносмесителя дистанционно с пульта или автоматически по заданной программе. Затвор копильника открывают цепной передачей, включая муфту одного из лопастных валов, или при помощи пневмоцилиндра.

Каждый из двух валов имеет 23 лопасти, число оборотов валов 1,2 об/сек, производительность 15 м³/ч, мощность электродвигателя 7 квт.

Лабораторная работа

Тема: Двухвальный бетоносмеситель непрерывного действия

Цель работы: изучить конструкцию и принцип действия бетоносмесителя, рассчитать производительность и мощность привода.

Оборудование: модель двухвального бетоносмесителя непрерывного действия, мерные емкости, весы, секундомер, тахометр, линейка измерительная, штангенциркуль.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с описанием работы.

2. Изучить устройство и принцип действия бетоносмесителя, начертить принципиальную схему бетоносмесителя.

3. Произвести все необходимые замеры величин, входящих в формулы для определения мощности и производительности смесителя.

4. Рассчитать мощность и производительность установки.

5. С преподавателем включить лабораторную установку и произвести замер производительности экспериментальным путем.

6. Написать вывод работы, сравнивая экспериментальную и расчетную производительность.

7. Оформить и сдать отчет о работе.

Общие сведения

Процессы перемешивания различных веществ широко применяют во многих отраслях промышленности, в том числе и в промышленности строительных материалов. В различных технологических процессах требуется создать однородную массу, состоящую из нескольких компонентов. В других случаях необходимо обеспечить максимально полный и равномерный по всему объему контакт реагирующих компонентов. Процессы перемешивания необходимы:

- для создания оптимальной поверхности реагирующих веществ;

- для изменения физического состояния вещества (для растворения, кристаллизации и т. п.);

- для ускорения химических реакций и теплопередачи;

- для получения суспензий, эмульсий и различных паст.

Для различных целей перемешивают вещества, находящиеся в одинаковых или различных состояниях: твердые компоненты с твердыми, твердые с жидкими, жидкие с жидкими и т. п. Так, при изготовлении силикатных изделий смесь готовят из песка, извести и воды, при изготовлении бетонных изделий -- из цемента, щебня, песка и воды.

В зависимости от режима различают смесительные машины периодического и непрерывного действия.

По технологическому назначению, в зависимости от физического состояния перемешиваемых веществ, смесительные машины подразделяют на:

1. Машины для перемешивания жидких смесей (шлама, шликера, глазури, красителей и т. п.); эти машины бывают циклического и непрерывного действия; к ним относятся крановые, шламовые, пропеллерные, турбинные, планетарные и другие смесители.

2. Машины для перемешивания сухих порошковых и зернистых материалов (возможно с последующим увлажнением); к этим машинам относятся в основном механические смесители принудительного действия (лопастные, бегунковые, планетарные и др.).

3. Машины для приготовления грубодисперсных суспензий (бетонных смесей, строительных растворов, керамических и других масс).

По способу перемешивания смесители подразделяют на смесители принудительного перемешивания, при помощи лопастей и гравитационные, в которых материал перемешивается во вращающемся барабане в результате подъема и падения компонентов. В настоящее время используют преимущественно горизонтальные двухвальные смесители. Компоненты смеси непрерывным потоком подаются соответствующими дозаторами в корыто смесителя, в котором вращаются в разные стороны два вала с закрепленными на них лопастями. Лопасти установлены под определенными углами так, чтобы смесь интенсивно перемешивалась и постепенно перемещалась в радиальном направлении к разгрузочному затвору.

Лопастные валы приводятся во вращение двигателем через ременную передачу, редуктор и синхронизатор.

На каждом валу устанавливается 30ч60 лопастей под углом 40°ч 45°. Бетоносмесители непрерывного действия с горизонтальными смесительными валами относятся к смесителям принудительного действия и предназначены для приготовления жестких и подвижных бетонных смесей и могут быть использованы при производстве строительных растворов. В конструктивном исполнении смесители почти одинаковы и отличаются производительностью, размерами, формой рабочих органов и конструкцией разгрузочных устройств.

Расчёт основных параметров

Схемы к расчету основных конструктивных параметров бетоносмесителя непрерывного действия

Мощность, расходуемая на преодоление сопротивления трения смеси о стенки корпуса при перемешивании и транспортировании N(Вт), определяется по формуле:

где - плотность материала, кг/м³ ;

L - длина корпуса, м;

- общий коэффициент сопротивления, (принимают 4ч5,5)

П - производительность смесителя, м³/ч.

Мощность, необходимая на разрезание массы при её перемешивании N₂(Вт), определяется по формуле:

где А - работа резания за один оборот вала, Дж;

п - частота вращения вала, с^-1.

Работа резания за один оборот вала равна:

где S - путь резания, (м) принимают обычно равным половине длины окружности, описываемой лопастью;

P - общее усилие, необходимое для резания массы смеси при её перемешивании,(Н) равное:

где F - проекция рабочей поверхности лопасти на плоскость,

перпендикулярную направлению ее движения с учетом угла наклона, (м²);

k - удельное сопротивление смеси резанию, (3,0ч6,0) 10⁴ Н/м²

i - количество лопастей, одновременно погружаемых в массу смеси;

z - количество лопастных валов.

Мощность соответственно равна:

где b - ширина лопасти, м;

R - радиус окружности, описываемой концом лопасти, м;

r - расстояние от оси вращения вала до начала лопасти, м;

- угол наклона лопасти к плоскости, перпендикулярной оси вала, рекомендуется в пределах 37 ч 45°

Тогда общая мощность смесителя равна:

где - к.п.д привода, принимаем 0,8

На практике частоту вращения рекомендуется принимать в пределах:

где D - диаметр окружности, описываемой лопастями, м.

Меньшее значение п рекомендуется принимать для сухих и полусухих материалов с незначительной влажностью (до 17ч20 %), большее - для пластичных материалов.

Общая производительность определяется по формуле:

где - коэффициент, учитывающий частичный возврат массы смеси при ее перемешивании, его рекомендуется принимать в пределах 0,65ч0,8;

- коэффициент заполнения сечения корпуса смесителя (0,7ч1);

m - коэффициент, учитывающий неравномерность подачи сырья и его разрыхленность в смесителе (0,7ч0,9);

При прочностных расчетах лопастных смесителей исходят из двух случаев нагружения валов: закаливании лопасти, расположенной в середине корпуса смесителя, и при равномерном нагружении всех лопастей. Наиболее тяжелыми условиями работы смесительных валов считаются условия заклинивания щебня между лопастью и днищем в торце смесителя, когда вся мощность от привода воспринимается этой лопастью.

Окружное усилия (H) на лопасти,

где - угловая скорость вала,с^-1.

Тема 2. Смесители для жидких масс.

1. Общие сведения

Глинистые материалы при перемешивании в водной среде размываются (распускаются) в ней, образуя тонкодисперсную механическую смесь твердых и жидких частиц.

Смесители могут поддерживать достигнутую однородность массы и выполнять функции помольных агрегатов. Для распускания глинистых материалов в воде на цементных и керамических заводах используют глиноболтушки и крановые мешалки, мешалки с горизонтальными и вертикальными лопастями, пропеллерные и пневматические мешалки.

2. Глиноболтушка

Глиноболтушка представляет собой восьмиугольный железобетонный бассейн 2 с колонной 1 в центре. На ось 4 надета крестовина 3, к которой на цепях 8 подвешены стальные бороны 9, разбивающие комья материала и перемешивающие массу. Крестовина вращается от привода, состоящего из электродвигателя 7, редуктора 6, приводного вала и зубчатой конической пары 5. Жидкая масса сливается через канал в нижней части бассейна и перекачивается насосами. Песок и каменистые включения собираются в приямке, откуда их периодически удаляют.

Глиноболтушка СМ-499 при диаметре бассейна 12 м, его емкости 200 м³ и мощности электродвигателя 75 квт обеспечивает производительность до 36 т/ч глинистого материала.

3. Шламбассейн с пневматическим перемешивающим устройством

Шламбассейн с пневматическим перемешивающим устройством служит для получения однородного по составу шлама и перемешивания корректирующих добавок с основной массой.

Шламбассейн представляет собой металлический или железобетонный резервуар 1 диаметром 7-8 м, высотой до 14 м с проходящей по его оси трубой 2, по которой подводится сжатый воздух давлением до 0,2-0,4 Мн/м². Выходя из трубы под днищем резервуара, пузырьки воздуха перемешивают шлам, обеспечивая его однородность.

4. Крановые смесители

Крановые смесители используют для перемешивания шлама в прямоугольных и круглых в плане шламбассейнах на цементных заводах. Массу в шламбассейн подают по шламопроводу. Для монтажа оборудования служит тельфер 2 с мостом 3, опирающимся на центральную колонну 4, несущую также бак 5 для шлама. Центральная опора 6 моста 7 позволяет ему вращаться от привода, состоящего из электродвигателя 9 и редуктора 10. При этом фланцевые мотор-редукторы 8 вращают лопастные валы 11 и перемешивают массу. Диаметрально противоположный мост также перемешивает шлам лопастными валами и имеет скребки для зачистки стенок и дна бассейна от загустевшего шлама.

Крановые смесители снабжают также пневмомеханическими перемешивающими устройствами, у которых перемешивание производят подвижные лопасти и сжатый воздух, подаваемый в нижнюю часть бассейна по трубопроводам.

Раздел 6. Оборудование для сушки материалов.

Тема1. Оборудование для сушки материалов

1. Общие сведения

Сушка материалов осуществляется следующими методами:

- испарением;

- механическим отделением воды;

- химическим связыванием.

Сушку материалов производят, в зависимости от выбранной технологии:

- в помольно-сушильных установках;

- в сушильных барабанах;

- в воздушных сепараторах, и т.д.

Основные характеристики сушки:

- абсолютная (количество влаги в единицы объёма унесенного газа)

- относительная влажность (отношения количества влаги в единицы объёма унесенного газа к количеству влаги в том же объёме водяного пара при одинаковой температуре).

Одним из определяющих критериев выбора конструкции и технологических параметров, является то, что должна удаляться не связанная вода, так как при удалении связанной воды будут изменяться свойства материала.

2. Сушильный барабан.

Принцип действия сушильного барабана заключается в том, что в цилиндрический полый вращающийся барабан, ось которого наклонена к горизонту под углом 3--5°, равномерно со стороны верхнего конца загружают материал, подлежащий высушиванию, и одновременно через барабан пропускают горячие дымовые газы или другой теплоноситель, который нагревает материал и уносит испаряющуюся влагу. Для интенсификации теплопередачи от газов к материалу внутри барабана устанавливают по его образующим швеллеры или лопасти разных типов, которые поднимают и пересыпают материал, способствуя его высушиванию и продвижению. В ячейковых сушильных барабанах внутренний его объем на большей части длины разделен на ячейки. Иногда в барабанах устанавливают цепные завесы и подпорные кольца, что ускоряет процесс нагрева и сушки.