СТВОРЕННЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ. ШТУКАТУРНИХ СТАНЦІЙ І АГРЕГАТІВ. НОВОГО ПОКОЛІННЯ

Дослідження впливу властивостей будівельних розчинів та конструктивних параметрів змішувачів на силу гідро­динамічного опору руху робочого органа

Величина потужності, що споживається у процесі змішування, мо­же бути визначена за величиною сил гідродинамічного опору F£ ГД, котрі діють на робочий орган розчинозмішувача [94]. У зв’язку з цим виникає необхідність визначення тих конструктивних параметрів змішувача та фі- зико-механічних властивостей перемішуваного середовища, які найбіль­шим чином впливають на сили гідродинамічного опору, а відповідно й на величину споживаної потужності. Так як величина сили гідродинамічного опору залежить від площі лопатки, то з метою одержання більш універса­льних результатів доцільно дослідити питомий тиск рГд, визначений як відношення сили гідродинамічного опору Fs Гд, що діє на лопатку під час її руху в розчинній суміші, до площі S' дослідної лопатки.

Серед основних показників якості [23] розчинних сумішей, як було встановлено вище, на величину сил опору та взагалі на характер взаємодії робочих органів змішувача із середовищем, що перемішується, найбільше впливає рухливість (позначимо цей показник ирух, см). Основними параме­трами робочого органа, які визначають характер взаємодії із сумішшю, є лінійна швидкість руху робочого органа и, м/с та кут атаки 5, °. Слід від­значити, що у процесі роботи змішувача штукатурного агрегату або станції його робочий орган (стрічка шнека) на певній частині своєї траєкторії (кут X, див. рисунок 3.1) рухається у безпосередній близькості (із зазором х, м) до дна й стінок бункера. Причому вплив розміру зазору х на величину сили гідродинамічного опору Fs Гд, а відповідно й питомого тиску рГд, залиша­ється остаточно нез’ясованим [28, 94].

Функціональну залежність рГд = f (ирух, и, 5, х) доцільно визначати на основі комплексного багатофакторного аналізу результатів експеримен­тального дослідження взаємного впливу зазначених вище факторів на про­цес взаємодії лопатки, що рухається, із розчинною сумішшю.

Проведення багатофакторного експерименту потребує визначення найбільш вагомих факторів та інтервалів їх варіювання. Інтервал варію­вання рухливості розчину ирух призначався на основі аналізу технологічно­го циклу роботи змішувача штукатурної станції. Інтервали варіювання лі­нійної швидкості руху робочого органа и, кута атаки 5 та величини зазору х визначалися на основі аналізу технічних характеристик змішувального обладнання [2, 18, 52, 70, 108] та рекомендацій фахівців [22, 36, 56, 89].

Таким чином, встановлені граничні значення незалежних факторів, які значною мірою впливають на взаємодію лопатки із розчинною суміш­шю (таблиця 3.5).

За кількістю встановлених найбільш вагомих факторів згідно із ре­комендаціями [81] був складений план чотирифакторного експерименту для визначення сили гідродинамічного опору Fy Гд.

З метою проведення експерименту був модернізований дослідний стенд (рисунок 3.24) шляхом встановлення рухомої стінки 1. Це дозволяє за допомогою регулювальних гвинтів 2 встановити визначене значення за­зору х, м, між стінкою бака та лопаткою під час руху останньої.

При варіюванні параметрів згідно із розробленим планом експери­менту було проведено виміри сили гідродинамічного опору під час руху лопатки за методикою, описаною в попередньому пункті.

Загальна обробка одержаних значень сили гідродинамічного опору Fy Гд для всього комплексу вимірів проводилася відповідно до рекоменда­цій [13, 40, 44]. У результаті обробки даних була встановлена наступна функціональна залежність:

= 89,164 - 5,125 • и +17,78 • u + 0,4453 -6 - 230 • x -

рух

- 1,9125 - U рух • U - 0,04 • U рух ‘б + 0,25 • U -6, де ирух - рухливість розчинної суміші, см; и - швидкість руху лопатки, м/с; 5 - кут атаки лопатки, °; х - зазор між стінкою бака та лопаткою під час її руху, м.

а - загальний вигляд; б - конструктивна схема

1 - рухома стінка; 2 - регулювальні гвинти

Якщо перейти від сили гідродинамічного опору F гд, що діє на лопа­тку (залежність (3.80) одержана для лопатки розмірами bxl = 0,008x0,02 м), до результуючого опору тиску рГД, маємо:

рГД = 557275 - 32031 • ида +111125 • u + 2783,3 • 8 -1437500 • х - -11953-и^ • u-250-ирух-8 +1562,5• u-8.

Визначена в результаті багатофакторного експерименту функціона­льна залежність (3.81) надає можливість розрахунковим шляхом оцінити величину питомого тиску рГД на робочий орган розчинозмішувача внаслі­док дії сили Fz гд гідродинамічного опору, залежно від рухливості суміші, швидкості руху робочого органа, кута атаки та величини зазору між стін­кою бака та робочим органом.

Аналізуючи діаграми залежності (3.80) при змінних величинах пара­метрів, які до них входять (рисунок 3.25), побудовані за допомогою ПЕОМ, слід відзначити, що головним чином на величину сили гідродина­мічного опору, а відповідно й на питомий тиск рГД та споживану потуж­ність P, впливають такі параметри руху лопатки, як кут атаки 8 і зазор х, та головна характеристика розчинної суміші - рухливість ирух. Швидкість ру-

б)

а - від рухливості розчину та швидкості руху лопатки и (8 = 30°,

х = 10 мм); б - від кута атаки 8 та зазору між стінкою бака та лопаткою х

(ор, х = 8 см, u = 1,0 м/с)

ху лопатки и при змінюванні в межах, що відповідають робочим швидкос­тям змішувачів, впливає на величину сили гідродинамічного опору у знач­ній мірі для малорухливих розчинів (4...6 см) і меншою мірою - для роз­чинів високої рухливості (10.12 см).

Розроблена функціональна залежність (3.80) підтверджує та допов­нює результати пошукових експериментів і узагальнює попередній аналіз результатів дослідження гідродинамічної взаємодії лопатки як елементар­ного робочого органа розчинозмішувача із сумішшю, що перемішується. Використання даної залежності дає можливість кількісно оцінювати харак­тер силового впливу суміші на лопатку, яка у ній рухається.

Також слід зазначити, що під час дослідження процесів перемішу­вання [56, 89] розглядаються два підходи до визначення питомого тиску:

1) питомий тиск рГд, визначений як відношення сили гідродинаміч­ного опору Fs Гд до площі S' дослідної лопатки (розглянутий вище);

2) питомий тиск Рщ, визначений як відношення сили гідродинаміч­ного опору Fs Гд до міделевого перерізу S дослідної лопатки.

За графіками питомого тиску для розчинних сумішей різної рухливо­сті, побудованими за експериментальними даними можна побачити, що значною мірою на підвищення питомого тиску при рухові лопатки у роз­чині впливає збільшення кута атаки від 0° до 45 - 60° (рисунок 3.26, а).

Це явище можна пояснити значним зростанням ефективної площі проекції лопатки, а відповідно й лобового опору, внаслідок зміни кута ата­ки. Кут нахилу пластини значно впливає й на величину питомого тиску, віднесеного до міделевого перерізу (рисунок 3.26, б). Але ця залежність ві-

• • «« r. id •

дрізняється від попередньої: питомий тиск рГД значно зростає із змен­шенням кута атаки 5 (при зменшенні кута атаки з 90° до 15° за умови од­накової величини міделевого перерізу для розчину рухливістю 8 см вели­чина питомого тиску збільшується більше ніж у 2 рази). Дане явище можна пояснити збільшенням величини сили тертя розчину по лопатці, так як при рівності величини міделевого перерізу лопатка з кутом атаки 15° має пло­щу в 3,86 разів більшу, ніж лопатка з кутом атаки 90°.

На величину питомого тиску на лопатку значною мірою впливає рух­ливість будівельного розчину (значне підвищення тиску спостерігається при зменшенні рухливості від 10 до 8 см). Зміна швидкості руху лопатки в розглянутих межах має порівняно менший вплив на величину тиску.

Обидва підходи до величини питомого тиску (рГД та p™д ) дозволя­ють наближено (на відміну від досить складної залежності (3.50)), на етапі ескізного проектування, оцінити сили гідродинамічного опору, а відповід­но й обертальні моменти опору, які необхідно подолати робочому органу розчинозмішувача у процесі роботи. Тобто маючи розміри та форму (кут атаки) і задавшись робочою швидкістю виникає можливість оцінити вели­чину потужності, що буде споживатися у процесі змішування.