Лабораторная работа № 4. Исследование рабочего процесса смесителя принудительного действия

Цель работы:

 

– определить качество смешивания, производительность и потребляемую мощность для различных типов смесителей.

Оборудование: два лабораторных смесителя, тензометрическая установка, тарировочное приспособление, грузы, измерительный комплект К–50, секундомер, линейка, мерная емкость, весы, пробоотборник, набор сит лабораторный, конус № 1, формы металлические, пресс гидравлический.

 

Общие сведения

 

Смешивание – один из основных процессов строительного производства, имеющий своей целью получить из нескольких материалов однородную смесь, обладающую новыми свойствами по сравнению с исходными свойствами компонентов.

Основным современным строительным материалом является бетон, получаемый соединением щебня (гравия), песка, цемента, воды и, при необходимости, специальных добавок в определенной пропорции при равномерном распределении этих компонентов между собой.

При смешивании частицы компонентов перемещаются в объеме смесителя относительно друг друга под воздействием импульсов, передаваемых смешиваемой среде рабочими органами. Из всех видов смешивания наиболее распространенным является механическое, осуществляемое в смесителях гравитационного и принудительного действия.

Смесители принудительного действия являются наиболее перспективными машинами, так как позволяют получать смеси любой консистенции за короткое время.

Основным параметром смесителей циклического действия является емкость замеса, смесителей непрерывного действия – производительность.

Смесители принудительного действия выпускаются двух видов: с горизонтальными смесительными валами и корытообразным корпусом (лотковые) и с вертикальными, смесительными валами и цилиндрическим чашеобразным корпусом (тарельчатые).

 

Теоретическая часть

 

1 Определение потребляемой мощности. Рассмотрим методику расчета сопротивлений, возникающих в мешалке в процессе смешивания, и потребной для преодоления этих сопротивлений мощности. В настоящее время нет общепринятой методики расчета мощности. Причиной этого является сложность процесса смешивания минеральных материалов с вяжущими и влияние на этот процесс большого числа факторов. Можно отметить два пути, по которому направлены исследования процесса смешивания.

В основу первого положен учет небольшого числа факторов, характеризующих процесс и позволяющих на основе законов механики установить расчетную формулу для потребляемой мощности. По второму пути

направлены исследования, в основу которых положена гипотеза, что сопротивления, имеющие место при изучении процесса смешивания, использовать по законам гидродинамики.

В общем случае момент М, H·м, необходимый для вращения лопасти (рисунок 4.1),

, (4.1)

 

где – коэффициент сопротивления движению лопасти;

– проекция ширины лопасти на плоскость, перпендикулярно

направлению движения, м;

, – радиусы наружной и внутренней кромок лопасти, м.

Для смесителей с горизонтальными валами, имеющих лопасти одинакового размера, мощность двигателя N, кВт, определяют по следующим формулам

 

, (4.2)

 

, (4.3)

 

где – угловая скорость вала, рад/с;

– число лопастей;

– КПД привода;

– коэффициент, учитывающий степень нагружения лопастей в смеси, (для лотковых смесителей его можно принять равным 0,5).

 

Рисунок 4.1 – Схема к расчету мощности привода принудительных смесителей

 

Для определения мощности N, кВт привода роторного смесителя можно пользоваться формулой К.М.Королева

 

, (4.4)

 

где – коэффициент сопротивления, МПа, (таблица 4.1);

– угловая скорость ротора, рад/с;

– активная площадь i–й лопасти. м²;

– средний радиус движения i–й лопасти, м;

– К.П.Д. привода

 

Таблица 4.1 – Формулы расчета коэффициента сопротивления тяжелой бетонной смеси

 

Вид бетонной смеси	Осадка конуса, см	Жесткость	Зависимость коэффициента сопротивления k, кПа от средней линейной скорости лопастей Vср, м/с
Жесткая		12…18
Малоподвижная	0…2	4…12
Подвижная	4…6	–
Весьма подвижная	10…12	–
Литая	>15	–

 

2 Определение качества смешивания. Степень смешивания является своего рода показателем эффективности смешивания и может быть использована для оценки интенсивности перемешивания.

Для расчета степени смешивания на основе анализа взятых проб применяются различные формулы. Чаще всего используется формула Хиксона и Тени.

, (4.5)

 

где n – число взятых проб;

, – относительная концентрация взятых проб (вес исходных

компонентов),

 

, ; (4.6)

 

, , (4.7)

 

где , – объемные или весовые доли анализируемого компонента в объеме i–й пробы и во всем смесителе соответственно.

Качественное приготовление бетонной смеси на этапе смешивания оценивают опосредованно с помощью осадки корпуса. При этом смешивание считается хорошим, когда колебания осадки корпуса для проб смеси, взятых из различных объемов корпуса смесителя составляют не более 1 см. Основным показателем качества бетона является его прочность на сжатие R_СЖ, т.е. марка бетона. Для определения марки бетона из приготовленной смеси формуют образцы – кубы и производят их разрушение на прессе. Кубы до разрушения должны выстоять 28 суток.

Прочность бетона в серии образцов оценивают по формуле

 

, (4.8)

 

где – среднее значение прочности бетона серии образца;

– значение прочности отдельного образца;

– число образцов.

Формула (4.8) применяется в тех случаях, когда коэффициент вариации прочности бетона не превышает 15 %.

 

3 Определение производительности. Производительность смесителей циклического действия П, м³/ч определяется по формуле:

 

, (4.9)

 

где – емкость смесителя (по выходу готовой смеси), л;

– число циклов в час, z = 3600/T.

Время одного цикла

, (4.10)

где – время загрузки, с;

– время смешивания, с;

– время выгрузки, с.

Производительность смесителя непрерывного действия П, м³/ч рассчитывается по формуле

, (4.11)

 

где – площадь поперечного сечения материала в смесителе, м²;

– скорость осевого перемещения материала, м/с.

 

Порядок выполнения работы

 

Работа выполняется параллельно на двух смесителях звеньями по 3…4 человека в каждом.