Расчет технологических параметров гравитационных смесителей

Расчет потребляемой мощности. В барабане смесителя обычно размещается 25—30 % смеси, что обеспечивает ее циркуляцию. При степени загрузки смесителя 30 % и длине цилиндрической части барабана /= 0,2Д центральном угле сегмента, занятого смесью а = 130—140°, диаметр барабана D, м, равен

где V₃ — вместимость барабана по загрузке.

Интенсивное перемещение в барабане обеспечивается при условии, что смесь отрывается с лопастей в зоне угла подъема Р = 45-50° (рис. 20.17).

При этом угловая скорость барабана равна со » 0,55со_кр рад/с. Критическую угловую скорость со_кр определяют исходя из равенства центробежной силы, действующей на частицу при вращении барабана, силе тяжести при размещении частицы в верхней части барабана:

откуда

где т — масса частицы.

Тогда

Определим производительность, м³/ч, циклических смесителей:

где V₃ — вместимость смесителя по загрузке, м³; z — число замесов в час; равное г = 3600/(7, + t₂ + t₃ + /₄); г, = 15—20 с, t₂ = 12—18 с, /₃ = 40—120 с, /₄ — продолжительности соответственно загрузки смесителя, смешивания, выгрузки и возврата барабана в исходное положение или закрытия затвора, с; к_и = 0,82—0,85 — коэффициент использования смесителя по времени.

Рис. 20.17. Схема движения материала в гравитационном смесителе

Мощность привода барабана гравитационных смесителей затрачивается в основном на подъем смеси при его вращении. В общем виде для одного цикла циркуляции смеси необходима работа, Дж:

где G_CM — сила тяжести смеси, Н; h — высота подъема смеси, кг/м³; V— объем смеси (по выходу), м³.

При вращении барабана в каждый момент времени одна часть смеси поднимается лопастями, другая под действием сил трения.

На подъем смеси расходуется мощность, кВт:

где (7_СМ — сила тяжести смеси, поднимаемой под действием сил трения; G_l = 0,85(7_СМ, Н; G₂ = 0,15С7_см — сила тяжести смеси, поднимаемой лопастями, Н; /г, и h₂ — высоты подъема смеси под действием соответственно сил трения и лопастей, м; 5| и 5₂ — число циркуляций смеси за один оборот барабана под действием соответственно сил трения и лопастей; п — частота вращения барабана, об/с.

Движение смеси под действием сил трения более сложное, чем под действием лопастей. Если рассматривать частицу, находящуюся на стенке барабана в точке Л (рис. 20.17), то при вращении она поднялась бы в точку В, определяемую углом трения ф,. Фактически действительный угол подъема ф₂ будет около 90°, после чего частицы начнут соскальзывать вниз по поверхности смеси.

Приняв угол перемещения смеси из точки Л в точку В ф₂ = 90°, определим высоту подъема смеси под действием сил трения:

где R — внутренний радиус барабана по цилиндрической его части, м.

Число циркуляций смеси, поднимаемой под действием сил трения, в течение одного оборота барабана (при допущении, что время сползания смеси равно времени ее подъема)

Далее вычисляем:

0 время падения смеси в лопастях

0 время падения смеси с высоты h₂ 0 число циклов смеси, поднимаемой в лопастях:

где /_об = 1 /п — время одного оборота барабана, с; п — частота вращения барабана, об/с.

Для смесителей вместимостью 330, 880 и 1600 л число циркуляций смеси в лопастях 6₂ = 2.

Из схемы на рис. 20.17 следует

где угол р практически можно принять равным углу трения смеси о лопасти, т.е. р = 45°. Тогда h₂ * 1,7R.

Подставив в (20.6) рекомендуемые значения G_x, G₂, h_b h₂, получим

Мощность, кВт, расходуемая на преодоление сопротивлений в опорных узлах барабана, установленного на роликах,

где G₆— сила тяжести барабана, Н; R₆ — радиус бандажа, м;г₀— радиус опорного ролика, м; к_х = 0,001 м — плечо трения качения; со— угловая скорость барабана, рад/с; у—угол установки роликов, рад.

Для смесителей, барабан которых установлен на центральной оси:

где г₀ — радиус оси, м; ц — коэффициент трения в подшипниках барабана.

Мощность двигателя привода вращения барабана где rj — КПД привода.

Расчет механизма наклона барабана. В современных смесителях наклон барабана для выгрузки смеси осуществляется пневматическими или гидравлическими цилиндрами. Нагрузку на шток цилиндра определяют из уравнения равновесия системы относительно оси поворота траверсы:

где а — плечо силы Q; G_H — сила тяжести наклоняющихся частей смесителя; b — плечо приложения силы тяжести (?_н; &₃ = 1,1 —1,2 — коэффициент запаса.

Диаметр, м, поршня пневмоцилиндра (гидроцилиндра) при заданном давлении рабочей среды р, Па: