СТВОРЕННЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ. ШТУКАТУРНИХ СТАНЦІЙ І АГРЕГАТІВ. НОВОГО ПОКОЛІННЯ

Оцінювання впливу геометричних параметрів стріч­ки шнека на показники ефективності роботи розчи­нозмішувача

Основними геометричними параметрами робочого органу стрічково­го шнекового типу є зовнішній та внутрішній діаметри стрічки та крок гвинтової лінії стрічки шнека, котрий визначається кутом нахилу шнекової стрічки 5. Причому зміна кута 5 суттєво впливає на якість змішування та величину потужності, котра витрачається при роботі змішувача. Із змен­шенням цього кута зменшується й величина потужності.

Разом із тим від кута 5 залежить напрям переміщення часток розчину в змішувачі у процесі перемішування. Для якісного приготування розчин­ної суміші траєкторія переміщення часток повинна бути такою, при якій забезпечується найбільше зміщення часток суміші одна відносно одної. Тобто необхідно визначити таке значення кута 5, при якому зміщення час­ток розчинної суміші одна відносно одної було б максимальним, а нали­пання суміші на робочий орган - стрічку - мінімальним.

Розглянемо елементарну ділянку ABCD стрічки шнекового змішува­ча (рисунок 3.16, а). Внаслідок обертання стрічки переміщення частки су­міші, котра розташована у точці М на стрічці, буде відбуватися у напрямі швидкості v, кут між якою та нормаллю до стрічки n - n, проведеною через точку М, становить £. Цей напрям є результуючим переміщення у трьох на­прямах: vr - радіального переміщення внаслідок дії відцентрових сил, vt - переміщення у напрямі дотичної до стрічки t - t, проведеною через точку М, та vn - переміщення вздовж нормалі n - n.

При обертанні у процесі перемішування ділянка ABCD частину свого шляху (порядку 2л/3 для поворотного бункера штукатурної станції) прохо­дить безпосередньо по дну бункера. При переміщенні ділянкою ABCD мас суміші по поверхні дна бункера виникає сила тертя розчинної суміші від складової сили тяжіння та відцентрової сили. Одночасно на поверхні стрі­чки внаслідок руху по ній суміші також виникає сила тертя. Указані сили тертя визначають величину відхилення рівнодіючої швидкості v від нор­малі n - n.

З іншого боку, внаслідок малої величини зазору між стрічкою та ци­ліндричною поверхнею бункера переміщення часток розчинної суміші в

радіальному напрямі мале, тому можна сказати, що на ділянці, обмеженій дном бункера змішувача, кут відхилення £ близький за величиною до його проекції С на площину, перпендикулярну до радіуса обертання. В іншій ча­стині обороту ділянки ABCD, поза впливом дна бункера, величина радіа­льного переміщення суміші зростає. Враховуючи останнє, можна відзначи­ти, що найбільше переміщення суміші в поздовжньому напрямі змішувача відбуватиметься саме в зоні впливу дна бункера.

Розглянемо дію сил, котрі виникають при переміщенні ділянки ABCD, у проекції на площину, що перпендикулярна до радіуса обертання (рисунок 3.16, б). При переміщенні ділянкою ABCD частки розчинної су­міші М на останню буде діяти сила F, направлена по нормалі n - n. Одно­часно, внаслідок переміщення частки вздовж ділянки, буде діяти сила тер­тя F. Під дією сил F та F частка М буде переміщуватись за напрямом

рівнодіючої сили F. При переміщенні ділянки ABCD на деяку відстань AS частка суміші М переміститься у точку М'. При цьому її зміщення у напря­мі, перпендикулярному до руху ділянки, відбудеться на величину AL. Це
переміщення у поздовжньому напрямі змішувача повинно відігравати важ­ливу роль у процесі перемішування. Можна передбачити, що із збільшен­ням цього переміщення підвищується інтенсивність циркуляції, тобто вза­ємного переміщення мас розчинної суміші одна відносно іншої.

Зі схеми (рисунок 3.16, б) видно, що величина AL дорівнює:

AL = MM' sin (y-C), (3.56)

MM'''

де MM' =-------- та MM" = MM” cos y = AS cos y. (3.57)

cos C

Тоді:

AL = A^sy sin (y-C).

cos C

Як видно з даного виразу, величина бокового зміщення AL залежить від кута у, котрий доповнює до 90° кут 5 нахилу гвинтової стрічки шнека, та кута C. Величина останнього залежить як від зовнішнього тертя суміші по стрічці, так і від внутрішнього, оскільки окрім тертя частки розчинної суміші по стрічці, частка при переміщенні вздовж шнека буде тертися по частках суміші, розташованих попереду неї. Величина кута C визначається властивостями суміші (в’язкість, густина) та станом поверхні стрічки (сту­пінь шорсткості). Приймаючи значення кута C за постійну величину знай­демо максимальне значення AL як функцію від кута у. Візьмемо першу похідну від виразу (3.58) та прирівняємо її до нуля:

1 1?

Ш = —П+—С. 4 2

Проаналізувавши даний вираз бачимо, що кут ш буде завжди більше л/4, так як кут внутрішнього тертя суміші завжди більше нуля. Ураховую­чи те, що під час дослідження характеру руху часток розчинної суміші на­ми використаний коефіцієнт тертя k f, який ураховує й внутрішнє тертя (див. зноску на стор. 58), правомірно записати:

Тоді відповідне теоретичне значення кута нахилу гвинтової лінії стрічки шнека, що визначає максимальну циркуляцію мас розчину,

о я я 1

о = — ш =------- arctg kf.

2 4 2 f

Зрозуміло, що кут внутрішнього тертя розчину в процесі змішування змінюється внаслідок того, що змінюються фізико-механічні характерис­тики суміші, й одержане значення кута нахилу стрічки 5 буде оптимальним лише на певному етапі процесу змішування.