CC BY
102
УДК 666.76:66-965.81
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ СМЕСИТЕЛЯ ИНТЕНСИВНОГО ДЕЙСТВИЯ
К.В. Звягин, В.И. Золотухин, Г.М. Варьяш
Рассмотрена усовершенствованная конструкция смесителя интенсивного действия. Получены основные конструктивные параметры, представлена параметрическая зависимость объема и внутреннего диаметра ёмкости смешивания смесителя.
Ключевые слова: смеситель интенсивного действия, ёмкость смешивания, процесс смешивания, смесь.
Технологический процесс производства огнеупорных изделий методом литья в формы с последующим виброформованием подразумевает предварительное получение замеса огнеупорной смеси обладающего максимальной текучестью. Подобную смесь можно получать на смесителях механического действии с максимальной интенсификацией процесса смешивания, т.е. с большой частотой вращения рабочего органа и особенностью конструкции исполнительных механизмов. При этом конструкция смесителя должна максимально обеспечивать проявление тиксотропных свойств огнеупорной массы. Одной из основных задач при разработке смесителя является удобство его обслуживания (загрузка и выгрузка компонентов, очистка ёмкости и рабочего органа после работы). Для смесителей основными конструктивными параметрами являются геометрические размеры ёмкости смешивания и рабочего органа [1,2,3].
Для определения основных параметров необходимо задаться требуемой массой получаемой смеси. Определение номинального объёма ёмкости смешивания производится по формуле
т
V = —, р’
где V - номинальный объём ёмкости смешивания, м3; т-масса смеси, кг; р- плотность смеси, кг/ м3.
Ориентировочный номинальный объем, и внутренний диаметр ёмкостей смешивания указан в табл. 1.
Числовые значения номинальных объёмов ёмкости для смешивания округляются в большую сторону до значений, указанных в табл. 1. По номинальному объёму V определяется соответствующий диаметр ёмкости.
Принцип работы смесителя основан на интенсивном противоточ-ном смешивании. Смеситель имеет смещенный относительно центра быстро вращающийся рабочий орган и вращающуюся ёмкость смешивания. Быстро вращающийся рабочий орган смещен относительно центра ёмкости смешивания. На рис. 1 показаны основные конструктивные пара-
метры смесителя.
Таблица 1
Ориентировочный номинальный объём и внутренний диаметр
ёмкостей смешивания
Номинальный объем V, м3 0,014 0,025 0,05 0,1 0,16 0,25 0,4 0,65
Внутренний диаметр d, м 0,28 0,32 0,4 0,54 0,61 0,7 0,8 1
Рис. 1. Основные конструктивные параметры смесителя:
1 — ёмкость смешивания; 2 — рабочий орган; 3 — модернизированный подпружиненный донно-боковой скребок
Отношение высоты ёмкости смешивания к к диаметру d определяется соотношением
к _ 3
d 4
Лопатки рабочего органа смесителя приближаются к боковой стенке смешивания периодически, на очень короткий промежуток времени.
В предлагаемой схеме смешивания присутствует подпружиненный донно-боковой скребок, следовательно, для обеспечения наилучших эксплуатационных условий расстояние между боковой стенкой и дном ёмкости смешивания, с одной стороны и рабочим органом - с другой, следует выбирать на 1.. .2 мм больше чем самая крупная фракция смешивающихся компонентов. Таким образом, получатся, что это расстояние должно быть в пределах 10.11 мм. Это способствует значительно большей долговечности рабочего органа и ёмкости смешивания по сравнению с моделями смесителей в конструкции, которых отсутствует донно-боковой скребок.
Диаметр рабочего органа dр о принимается по соотношению
d _ ^ ар.о. 2.
Самой распространённой формой рабочих органов смесителей является лопастная, состоящая из нескольких лопастей, укрепленных на вращающемся валу. Лопасти могут располагаться в горизонтальной или вертикальной плоскостях. Лопасти лежат в плоскости оси вала или наклонены к плоскости, перпендикулярной к последней, под некоторым углом, обычно равным 45° или 60° . Применение лопастных рабочих органов обусловлено простотой их конструкции.
Производительность смесителя определяется по формуле
П _ 60•т
^см + ^заг + ^раз
где П - производительность смесителя, кг/ч; т - масса получаемой смеси, кг; 1см - время, необходимое для смешивания, мин; ^аг - время, необходимое для загрузки, мин; 1раз - время, необходимое для разгрузки,
мин.Разработанная машина относится к смесительным установкам емкостью до 140 литров периодического действия с опрокидывающейся ёмкостью и предназначено для улучшения и упрощения качества разгрузки смесителя. Данный смеситель может быть применен в любой отрасли промышленности, где требуется смешивание сухих, влажных, тестообразных или пастообразных компонентов.
Техническое решение поясняется чертежами, где на рис. 2 изображен общий вид смесителя в рабочем положении, а на рис. 3 узел крепления рабочей части инструмента для очистки стен и дна емкости к стойке.
Работает смеситель следующим образом.
Смешиваемые компоненты загружают в емкость 6 смесителя с помощью дозаторов через технологическое отверстие с воронкой 5 в крышке 4 или любым способом при поднятой с помощью гидроцилиндра 11 крышке 4 емкости 6. В случае загрузки емкости 6 компонентами при поднятой крышке, после их загрузки, крышку 4 с помощью гидроцилиндра 11 опускают. С пульта управления (на чертежах не показан) включают электродвигатель 10, который через клиноременную передачу вращает смеситель-
ный инструмент 18, и мотор-редуктор 17, обеспечивающий вращение емкости 6. Время смешения устанавливают с помощью таймера. По окончании процесса смешения автоматически прекращается вращение емкости 6 и смесительного инструмента 18. С пульта управления включают гидроцилиндр 11, который, поворачивая траверсу 8 вокруг оси 9, поднимает крышку 4, вынимая из емкости 6 смесительный инструмент 18. Включают гидроцилиндр 1, который, перемещая рейку, вращает шестерню 3, жестко соединенную с одной из стоек 13. Стойки 13 поворачиваясь, поднимают опрокидывающуюся платформу 16, опрокидывая емкость 6. Включают мотор-редуктор 17, обеспечивая вращение емкости 6. Постоянно находящийся в емкости 6 инструмент 7, производит очистку стен и дна емкости от налипшей смеси. Вертикальная часть инструмента 7 с помощью пружины 4 прижата к стенке емкости 6, компенсируя погрешности формы и биение емкости 6 (см. рис. 2). Прижим горизонтальной части рабочего инструмента 7 к дну емкости 6 осуществляют с помощью регулировочного механизма 1 (см. рис. 3). Наличие инструмента 7 для очистки стен и дна емкости 6 обеспечивает полную и качественную выгрузку полученной смеси. Выгрузку смеси могут производить или в емкость, которую устанавливают или подкатывают под емкость 6 или на транспортер.
6 7 8 9
у 10
ф) /
11
12
Рис. 2. Общий вид смесителя в рабочем положение: 1 - гидроцилиндр; 2 - опора ёмкости смешивания; 3 - шестерня; 4 - крышка ёмкости смешивания; 5 - приёмная воронка; 6 - ёмкость смешивания;
7 - инструмент очистки дна стенки ёмкости смешивания;
8 - траверса; 9 - ось вращения траверсы; 10 - электродвигатель;
11 - гидроцилиндр; 12 - станина смесителя
Рис. 3. Инструмент очистки дна и стенки ёмкости смешивания:
1 - регулировочный механизм; 2 - регулировочный болт; 3 - ось;
4 - пружина
Подпружиненный инструмент очистки дна и стенки ёмкости смешивания в смесителе интенсивного действия обеспечивает:
высокое качество смешивания, подтвержденное множественными испытаниями;
уменьшение нагрузки на мотор-редуктор привода ёмкости смешивания;
отсутствие загрязнений и налипания смешиваемой массы на стенки и дно ёмкости смешивания;
упрощение выгрузки готовой смеси из смесителя;
увеличение срока службы рабочего органа.
Был проведен ряд экспериментов и после сравнения результатов, (табл. 2) оказывалось, что при использовании подпружиненного «скребка» показатели качества стали выше показаний экспериментов со статичным инструментом очистки дна и стенки ёмкости смешивания.
При использовании стационарного инструмента очистки дна и стенки ёмкости смешивания происходит следующее: в процессе вращения абразивный материал (корунд) попадая в пространство между либо стенкой и «скребком», либо дном и «скребком» способствует подклиниванию ёмкости смешивания, что в некоторых случаях влечет за собой аварийную остановку смесителя. Если увеличить расстояние до дна и стенки ёмкости и принять его большим на 1...2 мм. самой крупной фракции, то происходит налипание мелкой фракции на стенки чаши, что ухудшает качество смешивания и осложняет очистку ёмкости после работы.
Таблица 2
Результаты экспериментов с использованием подпружиненного
«скребка»
№ опыта С использованием подпружиненного «скребка» Без использованием подпружиненного «скребка»
Пара- метр ркаж> г/см Поткр, % ^сжі МПа ркаж> г/см ^ % ^сж> ІМ^Па
1 3,21 3,9 98,8 3,11 4,9 101,4
2 3,3 3,3 101,3 3,15 5 105,6
3 3,15 4 115 3,12 5,1 101,3
4 3,29 4,1 111,7 3,09 4,5 103,5
5 3,3 3,7 112,5 3,05 4,8 97,7
6 3,4 3,8 112 3,17 4,4 95,3
7 3,31 4,1 121,3 3,18 5,1 95,8
8 3,24 4,3 118,7 3,07 5,2 99,7
9 3,19 4 114,9 3,2 4,8 100,1
10 3,26 3,9 115 3,11 4,7 98,8
На рис. 4 - 6 изображены сравнительные графики результатов экспериментов с использованием подпружиненного «скребка» и без него.
3
г ем
3’4 ------------------------74:---------------- ---- 1
3,3
3,2
зд
3 2,9 2,8
Рис. 4. Сравнительный график зависимости кажущейся плотности:
1 - с использованием подпружиненного «скребка»; 2 - без использования
подпружиненного «скребка»
Обычно в процессе приготовления тиксотропной массы с низким содержанием воды в начале смешивания, когда вода еще не полностью распределилась по всему объему ёмкости смешивания, происходит налипание мелкой фракции на верхнюю часть стенки чаши, что ведет к потере основной массы замеса.
После смешивания ёмкость с готовой массой с помощью гидравлики опрокидывается и начинается процесс выгрузки. Инструмент очистки дна и стенки ёмкости смешивания обеспечивает полную выгрузку приготовленной массы в бункер разгрузки без остатков.
Рис. 5. Сравнительный график зависимости открытой пористости:
1 - с использованием подпружиненного «скребка»;
2 - без использования подпружиненного «скребка»
Рис. 6. Сравнительный график зависимости предела сжатия:
1 - с использованием подпружиненного «скребка»;
2 - без использования подпружиненного «скребка»
При использовании подпружиненного скребка расстояние от стенки и дна ёмкости смешивания до рабочего органа устанавливается большое, приблизительно в 1,5.2 раза больше самой крупной фракции, что значительно увеличивает срок службы твердосплавных пластин рабочего органа.
Испытания опытного образца смесителя на производственном участке производства огнеупорных изделий фирмы ООО НПП «Вулкан-ТМ» показали высокое качество получаемой смеси, хорошую работоспособность смесителя, его надежность, удобства обслуживания и эксплуатации. Испытания показали, что особенно хорошо зарекомендовать себя данный смеситель может при многономенклатурном производстве, где требуется производить различные смеси в относительно небольшом объеме.
Список литературы
1. Модестов В.Б. Определение мощности смесителя, необходимой при смешивании сыпучих материалов // Хим. и нефтегазовое машиностроение. М: Машиностроение, 2003. № 3. С. 7 - 8.
2. Брагинский JI.H., Бегачев В.И., Барабаш В.М. Перемешивание в жидких средах: Физические основы и инженерные методы расчёта. М: Химия, 1984. 336 с.
3. Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. М.: Машиностроение, 1973. 215 с.
Звягин Кирилл Викторович, аспирант, kirill-zv88@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Золотухин Владимир Иванович, д-р техн. наук, проф., infoavnlkantm.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет, научно-производственное предприятие «Вулкан-ТМ»
Варьяш Георгий Михайлович, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет, научно-производственное предприятие «Вулкан-ТМ»
IMPROVEMENT OF THE INTENSIVE MIXER DESIGN K. V. Zvyagin, V.I. Zolotuhin, G.M. Varyash
The improved design of the intensive mixer is consider. The basic design parameters are obtained. Parametric dependence of volume from the inner diameter of the mixing container are represented.
Key words: Intensive mixer, mixing container, the mixing process, the mixer.
Zvyagin Kirill Viktorovich, postgraduate, info@vulkantm. com, Russia, Tula, Tula State University,
Zolotuhin Vladimir Ivanovich, doctor of technical science, professor, infoavulkantm. com, Russia, Tula, Tula State University, science-manufacturing enterprise «Vulkan-TM»,
Varyash Georgiy Mihalovich, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State University, science-manufacturing enterprise «Vulkan-TM»
УДК 539.4; 623.4
ОЦЕНКА ПРОДОЛЬНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ КОНИЧЕСКИХ УЧАСТКОВ ЗАТВОРОВ ТРУБОПРОВОДОВ
С.П. Судаков, И.В. Лопа, А.И. Ефимова
Моделируется нагружение конических участков затворов, приводящее к потере продольной устойчивости. Решение строится методом последовательных приближений. Показано, что уже второе приближение дает сходимость решения. Получены формулы для оценки продольной устойчивости конических участков затворов трубопроводов.
Ключевые слова: нагружение, конические участки, продольная устойчивость, сходимость решения.
В клиновых задвижках трубопроводов шпиндели имеют конические участки. Например, в качестве конического участка необходимо рассматривать клин затвора трубопровода. По условиям функционирования такая конструкция испытывает значительные напряжения продольного сжатия и возникает проблема ее расчета на устойчивость. В этом случае расчет на устойчивость нельзя провести по классической схеме Л. Эйлера, так как она подразумевает использование описания формы изогнутой оси стержня
после потери устойчивости симметричной функцией вида: у = с^Бт —.
Очевидна фактическая несимметричность функции у(г) и прямая связь последней с величиной Ркр .
Уравнение, описывающее равновесное положение в изогнутом виде, записывается так [1] (рис.1):
1 2 У
EJ ( 2 ) —у =- Ру ( 2 ), (1)
2
г, ч р(Уо -аг)4 Уо - У1
где J (г) = -^-°--'—; а = ———.
4 L
