МАШИНОСТРОЕНИЕ

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СМЕШЕНИЯ

Производим и продаем электроприводы ЭТУ, ЭПУ для двигателей постоянного тока, тел./email +38 050 4571330 / rashid@msd.com.ua

Привод ЭПУ 25А с дросселем - 5500грн

Оборудование для смешения сыпучих материалов. Смешение полимерных материа­лов применяется для введения в полимер доба­вок (вулканизирующих агентов, наполнителей, пластификаторов, стабилизаторов, красителей, измельченных отходов производства изделий и др.), целенаправленно его изменяющих [10].

Для приготовления многокомпонентных сме­сей из сыпучих материалов используются сме­сители разных конструкций, которые подробно описаны в разд. 2.

Наиболее часто при приготовлении по­лимерных композиций применяют барабанные смесители, поскольку они просты в изготовле­нии и эксплуатации. Для повышения интен­сивности и эффективности процесса смешива­ния во вращающемся барабане и исключения нежелательных последствий эффекта сегрега­ции компоненты загружаются в смеситель по­следовательно в порядке увеличения удельных плотностей или уменьшения размеров частиц. В смесителях непрерывного действия данный регламент реализуется за счет загрузки компо­нентов в места, расположенные на разных рас­стояниях по длине загрузочного отверстия барабана.

В установке периодического действия, показанной на рис. 7.1.4 [10], внутри барабана 3, вдоль его оси установлена труба 2 с щелевой прорезью на всю ее длину. Труба 2 приводится во вращение реверсивным приводом 4. Изме­нение направления вращения трубы 3 осущест­вляется механизмом 5. На одном из краев ще­левой прорези трубы 2 установлена пластина 6 с возможностью ее перемещения в радиальном направлении и поворота.

Основной компонент загружают в бара­бан 3, а ключевой - в трубу 2. Барабан приво­дится во вращение. Основной компонент дви­жется по замкнутому циркуляционному конту­ру внутри барабана. Труба 2 с помощью ревер­сивного привода 4 и механизма управления 5 поочередно поворачивается в противополож­ных направлениях на угол больше угла трения покоя сыпучего материала, относительно вер­тикального диаметра. При этом сыпучий мате­риал равномерно распределяется по длине тру­бы 2. После этого с помощью механизма управления 5, реверсивный привод начинает вращать трубу 2 с постоянной угловой скоро­стью в юм же направлении, что и барабан 3. При достижении открытой поверхностью сы­пучего материала угла наклона к горизонту, равного углу трения покоя, ключевой компо­нент начинает высыпаться из трубы 2 и рас­пределяться по наружной поверхности основ­ного компонента, движущегося по замкнутому циркуляционному контуру в поперечном сече­нии вращающегося барабана.

При постоянной угловой скорости за одинаковые промежутки времени труба будет поворачиваться на одинаковые углы. Посколь­ку угол наклона открытой поверхности сыпу­чего материала к горизонту в процессе осыпа­ния практически не меняется, то, используя принцип обращенного движения, нетрудно определить, какое количество материала будет высыпаться из трубы за эти промежутки вре­мени.

При приготовлении многокомпонентных смесей загрузка компонентов в барабан осуще­ствляется последовательно [24]. При реализа­ции непрерывного процесса смешения особое внимание следует уделять выбору дозаторов, поскольку от этого существенно зависит каче­ство смеси и ее себестоимость. Непрерывное дозирование сыпучих материалов можно осу­ществлять различными дозаторами.

Смесители-пластикаторы. Такие смеси­тели используются при производстве и перера­ботке пластмасс и резиновых смесей с целью получения высококачественных композиций. В Зависимости от конструкции смесительно - пластицирующего органа (лопасти, ротора, валка, червяка и др.) смесительные машины подразделяются на лопастные, роторные, вал­ковые, червячные. Основные требования к конструкции смесительных устройств - это минимальные затраты электроэнергии, малая металлоемкость, компактность и долговеч­ность при эксплуатации.

Лопастные смесители применяются для смешения сыпучих и волокнистых материалов с пластификаторами, для изготовления паст, замазок, клеев и других высоковязких поли­мерных композиций. Рабочие органы таких смесителей выполнены обычно в виде двух Z-образных валов, расположенных горизон­тально и вращающихся навстречу друг другу с различными окружными скоростями (рис. 7.1.5). В зависимости от проводимой техноло­гической операции лопасти выполняются одно - или многокрыльчатыми, штифтовыми или в ином конструктивном исполнении.

Мощность, кВт, потребляемая смесите­лем для перемешивания с учетом геометриче­ских размеров лопасти, определяется по фор­муле [24]:

N - 0,105/7z6psinа(1 + /ctga)x х[(д3 - z3 )(0,009 FRrp- -0,24)+ (7.1.3)

+ 0,86/7?(я2 -z2)],

Где п - частота вращения лопасти, мин-1; z - количество лопастей; b - ширина лопасти, м; Р - плотность материала, Ki/MJ: a - угол на­клона лопасти, коэффициент трения мате­риала о металл: R - радиус лопасти, м; г - ра­диус вала лопасти, м.

Производительность, кг/ч.

'з+'с+'в*

Где Q - единовременная загрузки компонентов в рабочую камеру, кг; ф = 0,8...0,9 - коэффи­циент использования машинного времени; /3 -

Время загрузки компонентов, мин; TQ - время смешения, мин; /в - время выгрузки готовой смеси, мин.

К недостаткам оборудования этого типа относятся: длительность обработки смеси, зна­чительный расход мощности привода на еди­ницу готовой смеси, периодический режим работы. С целью снижения энергозатрат и вре­мени смешения полимерных материалов разра­ботаны комбинированные смесительные уст­ройства с винтовой скребковой мешалкой, рас­положенной в смесительном бункере, и че­тырьмя роторами в корпусе смесителя (два пальчиковых ротора малого диаметра и два лопастных ротора большего диаметра). Конст­рукции выпускаемых отечественной промыш­ленностью лопастных смесителей и их техни­ческие характеристики приведены в [38].

Роторные смесители - смесители, лопа­сти которых занимают около 60 % общего объ­ема смесительной камеры. Они применяются для смешивания пластических масс с наполни­телями, красителями и другими ингредиента­ми, для диспергирования, гомогенизации и проведения механо-химических процессов. Основным элементом смесителя является ра­бочая камера 2, образованная двумя полуци­линдрами, в которой расположены фигурные роторы /, вращающиеся навстречу друг другу с разными скоростями (рис. 7.1.6). В верхней части закрытых смесителей расположен под­вижный затвор 3, предназначенный для запи­рания смесительной камеры после заполнения ее компонентами. Подробное описание конст­рукции смесителей изложено в [31. 38].

Процесс приготовления смесей в ротор­ных смесителях является периодическим и ведется по заранее установленному регла­менту. характерному для смесей каждого типа. Выбор режимов работы смесителей зависит от ряда факторов, определяющих условия смешения: суммарного количества загружае­мого в смесительную камеру материала, продолжительности смешения, давления верхнего затвора, частоты вращения роторов,

Давления в камере, порядка загрузки компо­нентов и температуры процесса смешения.

Производительность закрытых смесите­лей определяется массой загружаемой смеси, которая, в свою очередь, зависит от объема смесительной камеры. Для расчета производи­тельности смесителя Q, кг/ч, можно использо­вать формулу

0 = 6 О^ф, Т..

Где V - объем загружаемой смеси; V = 0,8...0,89 полного объема камеры, м3; р - плотность пе­рерабатываемого материала или смеси, кг/м"; ф - коэффициент использования машинного времени; для обычных условий ф = 0,8...0,9; тц - продолжительность цикла смешения, мин.

Конструкции смесителей и их основных механизмов приведены в [32].

В валковых смесителях-пластикаторах (вальцах) основными рабочими органами яв­ляются два полых цилиндрических валка, вра­щающихся навстречу друг другу с разными окружными скоростями, с осями, расположен­ными в горизонтальной плоскости. Основные технологические операции, проводимые на вальцах, - это смешение, пластикация, дробле­ние, рафинирование смесей, промывка каучу - ков, подогрев смесей и др.

На рис. 7.1.7 показаны вальцы для пла­стикации, на чугунной фундаментной плите которых размещены две стальные станины с траверсами, в которых установлены подшип­ники для валков. Задняя пара валковых подшипников неподвижная, передняя - может перемещаться в направляющих станины при помощи нажимных винтов, которые вращают­ся электродвигателями через червячные редук­торы /. Валки нагреваются водой, перегретой до температуры 180 °С. Задний валок приво­дится во вращение через двухступенчатый коническо-цилиндрический редуктор 8 и пару приводных колес 4. Передний валок приводит­ся во вращение через пару фрикционных шес­терен 2. Асинхронный электродвигатель 7 со­единен с редуктором упругой муфтой. Для остановки вальцев служит колодочный тормоз 6. Система смазки подшипников циркуляцион­ная.

Вальцы снабжены приспособлениями для возврата массы в зазор валков и скатывания вальцуемого материала в рулон, ножом для подрезания кромок, передвижными ограничи­тельными стрелами 3. Просыпающаяся (через зазор между валками) во время загрузки по­рошкообразная масса возвращается в рабочий зазор вальцев ленточным конвейером.

Пластицируемые и смешиваемые мате­риалы несколько раз пропускаются через зазор вальцев для получения однородной массы. Выходящая с вальцев масса свертывается в рулон валиком, прижимаемым к образующей переднего валка. Для съема материала при изготовлении ленты применяют устройство с двумя дисковыми ножами, установленными на передвижных каретках. Каретка с ножами при помощи ходового винта совершает возвратно- поступательное движение вдоль образующей валка. При этом срезается лента необходимой ширины.

Расчет основных параметров вальцев сводится к определению распорных сил, мощ­ности привода и производительности по зави­симостям, полученным на основе гидромеха­нической теории вальцевания [5].

Распорные силы

Л=(1 + /)ц1Л

А

Мощность привода валков

\2RHQ У

N^2{\ + F)\XLuxR

(7.1.7)

Где функция F = 1,93 + 3,63П + 1,22П \п - ин­декс течения; /- коэффициент фрикции между валками; р. - эффективная вязкость; L, R - Соответственно рабочая длина и радиус валка; ho - минимальный зазор между валками; - линейная скорость переднего валка; функция Ф = 4,67 + 8,06п + 4,09л2; Г| - КПД привода вальцев.

Величины Рр и Na могут быть найдены и по другим зависимостям [7].

Производительность вальцев непрерыв­ного действия, кг/ч,

GH = 60NDnbhpa,

Где D - диаметр валка, м; р - плотность смеси, кг/м3; а = 0,8...0,9 - коэффициент использова­ния машинного времени; п - частота вращения переднего валка, мин-1; b и H - соответственно ширина и толщина срезаемой ленты вальцуе­мой массы, м.

Смесители непрерывного действия явля­ются наиболее перспективными смесителями, так как имеют ряд преимуществ перед смеси­телями периодического действия. В них реали­зуются более высокие скорости и напряжения сдвига, в результате отсутствия пиковых на­грузок снижается мощность привода до 40 %, улучшаются показатели качества смеси за счет работы смесителя в установившемся режиме, возможно совмещение операции смешения с профилированием заготовок.

Для смешения высоковязких полимерных композиций применяют двухчервячные смеси­тели типа DSM со спаренными взаимозацеп - ляющимися и вращающимися в одном направ­лении червяками со смесительными лопастями, аналогичными элементам закрытых роторных смесителей периодического действия.

Технологический блок смесителя состоит из трех секций: загрузки, смешения и пласти­кации с дросселирующими элементами и на­гнетания, дозирования (рис. 7.1.8). В соответ­ствии с этим каждый вращающийся рабочий вал состоит из трех элементов: загрузочного червяка б, смесительной лопасти 7 и разгру­зочного (напорного) червяка 9. Загрузочные червяки с большим межвитковым объемом и глубокой нарезкой захватывают перерабаты­ваемый материал и транспортируют его в ка­меру смешения, в которой он пластицируется и перемешивается под давлением двумя взаимо - зацепляющимися смесительными лопастями. Давление в камере смешения можно устанав­ливать, регулируя в достаточно широких пре­делах величину двух конических дроссели­рующих зазоров. Кроме того, регулируя пло­щадь поперечного сечения с помощью дроссе­лирующего элемента, можно воздействовать на важнейшие технологические параметры про­цесса смешения, например, на напряжение сдвига, давление, время пребывания материала в смесительной камере, его температуру и ка­чество смешения. После прохождения дроссе­лирующих зазоров материал попадает в напор­ные червяки, вращающиеся в отделенных друг от друга полостях корпуса, в котором могут быть предусмотрены дегазационные отверстия. Оба разгрузочных червяка продавливают мате­риал через фильеры или другой формующий инструмент в зависимости от заданной формы экструдата.

Корпус смесителя в зоне смешения и раз­грузки имеет электрический обогрев и воздуш­ное охлаждение, а полые червячные валы мо­гут термостатироваться с помощью воды или пара.

Производительность таких смесителей варьируется в широком диапазоне в зависимо­сти от свойств получаемой смеси, соотношения компонентов и их количества и заданной фор­мы и размеров экструдата.

Смесители типа СН-100 являются наибо­лее перспективными и универсальными смеси­телями непрерывного действия и используются на различных стадиях производства и перера­ботки широкого класса полимерных и компо­зиционных материалов на их основе (рис. 7.1.9) [5, 32].

Смеситель такого типа чаще всего состо­ит из раскрывающегося корпуса с горизон­тальной линией разъема. Верхняя 1 и нижняя 8 части корпуса имеют рубашки обогрева 2 и 4. Для подвода и отвода теплоносителя в рубаш­ки 6 вварены патрубки с фланцами 5 и б. Внут­ри корпуса 10 в горизонтальной плоскости расположены два сборных червяка 7, находя­щихся в зацеплении и имеющих однонаправ­ленное вращение.

На валах 11 смесителя монтируются (на­деваются) рабочие червячные насадки (прямые 5 и обратные 9), рабочие смесительные диски 13, а также питающие червячные насадки 4.

Рабочие червячные насадки и смесительные диски смонтированы в определенной последо­вательности и закреплены на валах шпонками, а питающие червячные насадки установлены на валах с возможностью свободного их вра­щения.

Передача вращающего момента рабочим червячным насадкам и смесительным дискам происходит от вала электродвигателя через клиноременную передачу, вариатор, редуктор - раздвоитель и шлицевые муфты.

Питающие червячные насадки 4, распо­ложенные в зоне загрузочного отверстия, вра­щаются независимо от индивидуального при­вода. Загрузка компонентов смеси в рабочую полость смесителя производится из камеры, которая смонтирована над загрузочным отвер­стием корпуса смесителя. Кроме того, в корпу­се предусмотрены штуцера для подачи жидких компонентов и выгрузки готовой смеси. Кор­пус смесителя с приводом установлен на свар­ной раме. В зависимости от проводимой техно­логической операции конструктивное оформ­ление рабочих насадок можно изменять в ши­роком диапазоне.

Объемную производительность двухчер - вячного смесителя непрерывного действия определяют по соотношению:

Q = KVc/Z,

Где Vc - суммарный объем рабочей полости смешения; т - среднее время нахождения смеси в полости смешения; К - суммарный средний коэффициент заполнения полости смешения.

Так как червяк имеет сборную конструк­цию, состоящую из рабочих насадок, имеющих различный шаг нарезки и рабочих смеситель­ных дисков, то объем рабочей полости смеше­ния рассчитывается отдельно для групп наса­док с одинаковым шагом нарезки и отдельно для смесительных дисков, а затем результат суммируется и удваивается.

Расчет среднего времени нахождения смеси в полости смешения производится с уче­том качества смеси, смешивающей способно­сти червяка и частоты вращения червяков. Рас­чет суммарного среднего коэффициента запол­нения полости смешения при использовании в сборной конструкции червяков различной конфигурации дисков ведется раздельно по нарезной и дисковой зонам червяка. Потреб­ляемая мощность, кВт, по аналогии с одночер - вячными машинами, рассчитывается как сумма мощностей, затрачиваемых на отдельных уча­стках червяков:

между корпусом и червяками

N\ =2-10"[6]^l + ^je7t 2D2mx jcosX,

(7.1.10)

Где A = 2 Arccos А/D - центральный угол, соответствующий зоне перекрытия червяков, А - межосевое расстояние червяков, м; D - Наружный диаметр червяков, м; е - ширина вершины витка червяков, м; п - частота вра­щения червяков, с'1; Х\ = y(grad$i) = = Г| І Grad - напряжение сдвига, Па; Г|} - динамическая вязкость, определяемая по рео­логической зависимости Т|і( у ), Па с; у - ско­рость сдвига, с-1; Grad = TiDn/Bi , с"1; 5j = = 0,0ID - зазор между гребнем червяка и внут­ренней поверхностью цилиндра, м; X - угол подъема винтовой линии нарезки червяков, град (X = 5° - при однозаходной нарезке червя­ков);

в зазорах между боковыми поверхно­стями червяков

N2 = 3,3 • 10"5 TcD3 sin( а / 2)[ 1 - cos( а / 2)] т2 /cos X , (7.1.11)

Где т2 = Л grad ) = Л2 grad S2 > Па' grad 32 = 2NDn/b2cp, с'1; б2Ср = (5j + T -

- 2е)/2, м; / - шаг нарезки червяков, м;

в зазоре между вершиной и впадиной витков

N3 = 5,4 - Ю"[7] п2NeDcРА(D-DBH)т3/cosX,

(7.1.12)

Где т3 = Л grad »3) = Г|з grad З3, Па; grad =2NDn/B3Cp , с"1; 5зср = (51 +

+ 52)/2,м; 62 = м; Dcp, rfB„ -

2cos(a/2)

Соответственно средний и внутренний диамет­ры нарезки червяков, м;

между кулачками одной пары и корпу­сом