Строительные машины и оборудование

Основы расчета смесителей принудительного действия

Бетонные и растворные смеси представляют собой сложные тела, обладающие одновременно свойствами связно-сыпучих тел и вяз­ких жидкостей. Свойства этих смесей изменяются в процессе пе­ремешивания и зависят от скорости движения рабочих органов. Ввиду этого применение основ теории гидродинамики для опи­сания процессов движения смеси затруднено и для инженерных расчетов рациональнее использовать упрощенные методы, кото­рые тем не менее дают достаточно точные результаты.

Величина силы, действующей на элементарную площадку вращающейся в смеси лопасти (рис. 13.11),

DP=qbdr, (13.15)

А полный момент, который необходимо приложить к валу для вращения лопа­сти,

М = j" qbqr = ЬЦгя* -гв')/ 2, (13.16)

Где q — эффективное напряжение, ко­торое необходимо создать для необра­тимого деформирования (перемеще­ния) смеси, Па; b — проекция ширины лопасти на плоскость, перпендикулярную направлению вращения, м; Ги и ігв — радиусы наружной и внутренней кромок лопасти, м.

Для смесителей с горизонтальными валами, имеющих ло­пасти одинакового размера, мощность двигателя (кВт)

NA=qb(a(rH2—rs2)z(p-10~3/ (2ri), (13.17)

Где ю — угловая скорость вала, рад/с; г —число лопастей; ф — коэффициент заполнения смесителя; т] — КПД привода.

Для роторных смесителей, у которых лопасти размещены на разных радиусах и под разными углами, мощность двигателя (кВт)

/Уд = (М^н-гЪ + ^н-г'в) + ... --MrL-rU 10-7(24),

(13.18)

Где h\ h,2 ... hn — проекции высоты соответствующих лопастей, м; Гін; г2н, • • гпа — радиусы наружных кромок лопастей, м; Гщ; ґ2в, ..., Гпв — радиусы внутренних кромок лопастей, м.

В этих смесителях лопасти полностью погружены в смесь, по­этому здесь ф=1. Величины эффективного напряжения зависят от состава смеси, содержания в ней воды и скорости движения лопастей. Скорость движения лопастей должна быть такой, что­бы осуществлялось интенсивное смешение без проявления сегре­гации компонентов, вызываемой излишне высокой скоростью. Оптимальная величина скорости устанавливается опытным пу­тем для характерных смесей и схем лопастных аппаратов. В частности, для роторных смесителей рациональный диапазон скоростей движения лопастей находится в интервале 2,2 ... 2,6 м/с. Исследованиями К. М. Королева установлено, что с увеличением содержания воды в смеси эффективные напряжения (сопротив­ления движению лопасти) сначала возрастают, а затем умень­шаются. Наибольшие значения возможны при отношении массы воды к массе цемента в интервале В/Ц=0,3 ... 0,4. При рас­четах мощности следует принимать значения эффективного на­пряжения для наиболее тяжелых условий работы смесителя. Учитывая вышеизложенное, рекомендуются следующие интерва­лы величин q при приготовлении характерных смесей (Па): строительного раствора — 25 000 ... 30 000; легких бетонов — 20 000 ... 25000; тяжелых бетонов — 70000 ... 75000.

Эффективность смешивающего аппарата роторных смесителей К. М. Королевым предложено оценивать критерием

X=SaVcp/Vc, (13.19)

Где Sa — суммарная активная площадь лопастей, равная сумме проекций поверхностей лопастей на плоскости, нормальные век­тору их скорости, м2; vcp — средняя скорость движения лопастей (на среднем радиусе чаши), м/с; Vc — объем готового замеса, м3.

По физическому смыслу этот критерий показывает, сколько раз объем смеси, находящейся в барабане, перелопачивается за 1 с.

Для современных роторных смесителей ^=0,5 ... 0,6 1/с.

Используя эти рекомендации, необходимая активная площадь лопастей

Sa = ESi cos я,- cos Pi = XVJvcp, (13.20)

Где Si — натуральная площадь отдельной лопасти, м2; а,-, р,-— углы установки лопасти в горизонтальной и вертикальной плоско­сти.

Лопастный аппарат должен быть спроектирован так, чтобы обеспечивалась интенсивная циркуляция смеси, что достигается изменением радиусов и углов аир. Положительные углы атаки лопастей должны чередоваться с отрицательными. Кромки пре-

Рис. 13.12. Схема лопастных аппаратов роторных смесителей: а — СБ-80; б-СБ-79; в — СБ-93; г — СБ-773 (СБ-35)

Дыдущих лопастей должны перекрывать кромки последующих. Максимальный диаметр чаши (м)

D = j/4Vc/(it/jc), (13.21)

Где hc — высота слоя смеси в чаше, м. Для смесителей вмести­мостью (по загрузке) Vc=500 ... 2000 л /іс=0,13 ... 0,2 м. Средний радиус кольцевого пространства чаши iRcp и диаметр внутреннего стакана d составляют:

Схемы лопастных аппаратов некоторых роторных бетоносме­сителей отечественного производства приведены на рис. 13.12.