Машины для смешения материалов

В различных технологических процессах промышленности строи­тельных материалов требуется создать однородную массу, состоящую из нескольких компонентов. В других случаях необходимо обеспечить пол­ный и равномерный по всему объёму контакт реагирующих компонен­тов.

Процессы смешения необходимы: для создания оптимальной по­верхности реагирующих веществ; для изменения физического состояния вещества (для растворения, кристаллизации и т.д.); для ускорения хими­ческих реакций и теплопередачи; для получения суспензий, эмульсий.

Для различных целей перемешивают вещества, находящиеся в оди­наковых или различных состояниях. Так при изготовлении силикатных изделий смесь готовят из песка, извести и воды; при изготовлении бе­тонных изделий - из цемента, щебня, песка и воды.

По способу смешивания смесительные машины можно подразделить на механические, газовые и комбинированные. В зависимости от режима различают смесительные машины периодического и непрерывного дей­ствия. По технологическому назначению в зависимости от физического состояния смешиваемых веществ смесительные машины подразделяют на:

1 Машины для смешивания жидких смесей (шлама, глазури, кра­сителей). Эти машины бывают циклического и непрерывного дей­ствия. К ним относятся крановые, шламовые, пропеллерные, тур­бинные, планетарные и другие смесители;

2 Машины для смешивания сухих порошковых и зернистых мате­риалов, К этим машинам относятся в основном, механические смесители принудительного действия (лопастные, планетар­ные);

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

По способу смешивания смесители подразделяют на принудитель­ного смешивания при помощи лопастей и гравитационные, в которых материал смешивается во вращающемся барабане в результате подъёма и падения компонентов.

В смесителях непрерывного действия поступление компонентов и выход готовой смеси происходит непрерывно, вследствие чего их произ­водительность превышает производительность смесителей циклического действия. Основным параметром смесителей непрерывного действия яв­ляется производительность.

Рассмотрим гравитационные бетоносмесители, в которых смешива­ние компонентов происходит в барабанах, к внутренним стенкам кото­рых прикреплены лопасти. При вращении барабана смесь лопастями, а также силами трения поднимается на некоторую высоту и затем сбрасы­вается вниз. Чтобы смесь могла свободно циркулировать внутри бараба­на, его объём должен в 2,5...3 раза превышать объём смеси. Скорость движения барабана невысокая, т.к. в противном случае центробежные силы будут препятствовать свободному перемещению смеси.

Циклические бетоносмесители изготовляют с наклоняющимися при выгрузке смеси барабанами, а непрерывного действия - со стационарны­ми барабанами.

Основным параметром смесителей циклического действия является вместимость их барабана по загрузке в л: 100, 250, 500, 750, 1200, 1500, 2400, 3000. Основным параметром смесителей непрерывного действия является их производительность.

На рисунке 37 показан бетоносмеситель, оснащенный загрузочным ковшом. Сыпучие компоненты из дозаторов поступают в загрузочный ковш 4, который перемещается по направляющим 6 с помощью каната 5, проходящего по блоку 7 на полиспаст, состоящий из неподвижной 1 и подвижной 3 обойм блоков. Подвижная обойма перемещается гидроци­линдром 2. Когда нижние ролики ковша дойдут при подъёме до упоров, установленных в направляющих, днище ковша открывается и образуется лоток, по которому материалы поступают в смесительный барабан 8, ус­тановленный на траверсе 11. Траверса с помощью цапф опирается на стойки 16, прикреплённые к раме 17. Барабан приводится во вращение двигателем 13 через редуктор 12, размещенный в траверсе. Готовая смесь выгружается при наклоне барабана в результате поворота траверсы гидроцилиндром 14, зубчатым сектором 10 и шестерней 9. Смеситель осна­щён гидроприводом 15, состоящим из двигателя, гидронасоса и распре­делительной аппаратуры.

Стационарные бетоносмесители вместимостью 750 и 1200 л в на­стоящее время изготавливаются по более прогрессивной форме - с цен­тральным приводом и отличаются меньшими габаритами и металлоемко­стью.

Такой смеситель (рисунок 38) имеет компактный барабан 1, в кото­ром установлено шесть быстросъёмпых лопастей 2. Барабан своей сту­пицей насажен на выходной вал редуктора 3, встроенного в траверсу 10 и вращающегося от двигателя 4. Траверса установлена на стойках рамы 9 и с помощью гидроцилиндра 6 и рычага 5 может занимать разное поло­жение, в результате чего барабан будет иметь позиции - на загрузку, пе­ремешивание и выгрузку. Смеситель имеет гидропривод, состоящий из насосной станции 8, распределителя 7 и соответствующего электропри­вода.

 

Мощность привода в гравитационных смесителях затрачивается в основном на подъём смеси в барабане при его вращении, В общем виде работа, затраченная на один цикл циркуляции смеси А, Дж,

(80)

где G_cm - сила тяжести смеси, Н;

h - высота подъёма смеси в барабане, м;

р -плотность смеси, кг/м;

V- полезный объём смесителя (по выходу), м;

g - ускорение свободного падения, м/с.

При вращении барабана в каждый момент времени одна часть смеси поднимается лопастями, а другая под действием сил трения. Мощность N₁, кВт, расходуемая на подъём смеси

(81)

где G₁ - сила тяжести смеси, поднимаемой под действием силы трения (G₁ = = 0.85 G _см ), Н;

G ₂ - сила тяжести смеси, поднимаемая лопастями (G₂ = 0.15 G _CM ), Н;

h₂ и h₁ - высота подъёма смеси под действием сил трения и в лопа­стях, м;

Z ₁ и Z₂ - число циркуляции смеси за один оборот барабана за счет сил трения и в лопастях;

п частота вращения барабана, с^-1.

Рисунок 39 – Схема к расчету гравитационных бетоносмесителей

Согласно схеме (рисунок 39):

(82)

где R - внутренний радиус барабана.

Угол β может быть принят углу трения смеси о лопасти, т.е. β= 45°. Тогда h₂ = 1,7 R.

С учетом влияния лопастей и подпора нижних слоев смеси угол подъёма её частиц под действием сил трения φ_г будет больше угла тре­ния φ₁ и практически может быть равным 90°. Тогда h_j = R.

Радиус R может быть принят с небольшой погрешностью по цилин­дрической части барабана, т.к. основная масса смеси находится в его ци­линдрической части.

Число циркуляции Z₁ смеси, поднимаемой под действием сил тре­ния, в течение одного оборота барабана (приняв время сползания смеси равным времени подъёма)

(83)

Время подъёма смеси в лопастях равно

 

(84)

Время падения смеси с высоты h₂

Число циркуляции смеси, поднимаемой лопастями Z₂

где t_o6 = 1/ п время одного оборота барабана, с.

Расчёты показывают, что для смесителей вместимостью 500... 1500 л,

z₂ = 2.

Тогда мощность N₁, кВт, расходуемая на подъём смеси, равна

(85)

Подставим в эту формулу рекомендуемые значения G₁, G2, h_i и h₂.

Получим

(86)

Производительность П, м³/ч, смесителей циклического действия

 

(87)

 

где V_з - вместимость смесителя по загрузке, л;

Z- число замесов в час;

k_в - коэффициент выхода смеси (0, 65);

к_и - коэффициент использования машины по времени (0,8.,. 0,85).

Число замесов Z

Z= 3600 / t₁ +t₂ + t₃ (88)

 

где t₁~ время загрузки смесителя, (t₁ = 15...20 с);

t₂- время выгрузки смеси, (t₂ = 12... 18 с);

t₃ - время перемешивания, (t₃ = 50... 120 с).