СТВОРЕННЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ. ШТУКАТУРНИХ СТАНЦІЙ І АГРЕГАТІВ. НОВОГО ПОКОЛІННЯ
Дослідження якості процесу інтенсивного перемішування розчинів у змішувачах штукатурних станцій
Відповідно до методики, запропонованої вище, для оцінювання якості процесу змішування у бункері штукатурної станції нами прийнятий коефіцієнт неоднорідності рухливості розчинної суміші Kvar по об’єму бункера (вираз (3.1)). Визначення залежності коефіцієнту неоднорідності від часу змішування проведене для етапу інтенсивного змішування із кутовою швидкістю ю = 4 рад/с, відповідно до запропонованого удосконаленого режиму роботи змішувача.
Кількість контрольних точок (рисунок 3.35), їх розташування по об’єму бункера та порядок відбирання проб прийняті відповідно до рекомендацій ГОСТ 5802 - 86 "Растворы строительные. Методы испытаний". При цьому досліджуються як зони активного перемішування (точки 1 - 3, 10 - 12), так і зони, що характеризуються зниженою інтенсивністю перемішування (точки 4 - 6, 7- 9, 13 - 15), відповідно до результатів дослідження кінематики руху часток розчину.
Результати проведених досліджень (таблиця 3.8) підтверджують той факт, що для інтенсивного змішування з кутовою швидкістю ю = 4 рад/с
опт
значення оптимального часу змішування t становить ~ 6 хв.
Адже по досягненню цього часу середнє значення квадратичного відхилення (ирух - vpyx) не перевищує 0,068 (рисунок 3.36), що відповідає відхиленню рухливості розчину по всьому об’єму бункера в межах + 0,5 см.
Отже, на початковому етапі процесу змішування у бункері штукатурної станції відбувається інтенсивне вирівнювання значень рухливості розчину по всьому об’єму суміші. Про це свідчить зниження коефіцієнту неоднорідності Kvar від 0,17 до 0,09. Саме цей етап характеризується найвищим рівнем енергоспоживання.
|
Конт рольна точка |
Час змішування, с |
|||||||||||
|
10 |
60 |
120 |
240 |
360 |
720 |
|||||||
|
19рух, CM |
(У*рух ^друх) |
CM |
(У*рух ^рух) |
^9рух, CM |
(У*рух ^друх) |
^9рух, CM |
(У*рух ^друх) |
^9рух, CM |
(У*рух ^рух) |
^9рух, CM |
(У*рух ^друх) |
|
|
1 |
8,8 |
3,109 |
10,8 |
0,408 |
9,2 |
2,759 |
П,5 |
0,043 |
10,8 |
0,061 |
10,8 |
0,16 |
|
2 |
9 |
2,514 |
їзд |
2,714 |
11 |
0,019 |
П,7 |
0,163 |
10,9 |
0,037 |
ИД |
0,006 |
|
3 |
їзд |
6,57 |
11,8 |
0,112 |
П,7 |
0,721 |
9,8 |
2,165 |
п, з |
0,063 |
п, з |
0,038 |
|
4 |
13 |
6,264 |
13 |
2,349 |
П,7 |
0,675 |
12,3 |
0,92 |
ИД |
0,001 |
11 |
0,023 |
|
5 |
11,8 |
1,56 |
10,4 |
1,045 |
10,7 |
0,031 |
11,6 |
0,104 |
П,4 |
0,126 |
п, з |
0,02 |
|
6 |
9,5 |
0,979 |
12,8 |
2,017 |
10,5 |
0,134 |
9,7 |
2,531 |
10,9 |
0,036 |
10,9 |
0,059 |
|
7 |
8,6 |
3,795 |
12,3 |
0,734 |
10,8 |
0 |
12,4 |
1,207 |
п, з |
0,032 |
П,4 |
0,077 |
|
8 |
9,2 |
1,752 |
8,9 |
6,363 |
10,2 |
0,403 |
10,5 |
0,672 |
10,9 |
0,023 |
п, з |
0,039 |
|
9 |
11,6 |
1,144 |
9,3 |
4,356 |
10,2 |
0,378 |
10,6 |
0,448 |
10,7 |
0,189 |
11 |
0,039 |
|
10 |
12,7 |
4,627 |
10 |
1,913 |
12,2 |
1,852 |
12,3 |
1,039 |
п, з |
0,035 |
п, з |
0,018 |
|
11 |
9,7 |
0,708 |
12,8 |
2,017 |
10 |
0,666 |
П,2 |
0,012 |
10,8 |
0,072 |
П,4 |
0,063 |
|
12 |
12,7 |
4,701 |
10,8 |
0,411 |
9,5 |
1,731 |
10,2 |
1,312 |
П,2 |
0,019 |
10,7 |
0,239 |
|
13 |
9,5 |
1,091 |
10,6 |
0,664 |
12,4 |
2,226 |
П,9 |
0,368 |
П,5 |
0,143 |
п, з |
0,021 |
|
14 |
10,8 |
0,057 |
П,7 |
0,076 |
12,2 |
1,735 |
12,3 |
1,086 |
П,4 |
0,098 |
п, з |
0,022 |
|
15 |
8,1 |
5,978 |
13 |
2,629 |
10,5 |
0,143 |
П,4 |
0,021 |
10,8 |
0,079 |
П,2 |
0,005 |
|
Т9/д:г, CM |
10,5 |
— |
П,4 |
— |
10,9 |
— |
п, з |
— |
ИД |
— |
П,2 |
— |
|
Тчиг |
0,1699 |
0,1234 |
0,0903 |
0,0822 |
0,0243 |
0,0218 |
|
129 |
|
Таблиця 3.8 - Визначення коефіцієнту неоднорідності рухливості розчину в змішувачі штукатурної станції |
|
Дослідження робочих процесів штукатурно-змішувального |
|
Рисунок 3.35 - Контрольні точки для відбирання проб розчинної суміші |
|
Рисунок 3.36 - Залежність коефіцієнту неоднорідності рухливості розчинної суміші від часу змішування |
3.7.6 Експериментальні дослідження переміщення мас розчину в стрічковому шнековому змішувачі
У попередньому пункті в якості способу зниження енергоспоживання розчинозмішувача штукатурних агрегатів і станцій запропоновано зниження кутової швидкості обертання робочого органа змішувача - стрічки шнека - під час найбільш тривалої операції в технологічному циклі - транспортування суміші за допомогою розчинонасоса. Але при цьому, як уже зазначалося раніше, необхідно забезпечити величину об’ємного переміщення суміші (див. формулу (3.23)) до камери-живильника розчинонасоса, що перевищує його продуктивність, з метою запобігання утворенню повітряних пробок у розчинопроводі.
Існує декілька методів експериментального дослідження відносного руху часток суміші, їх траєкторій та визначення характеру руху мас суміші у цілому [56, 89, 107]: застосування фарбників; використання градієнта температур; дослідження електропровідності суміші; застосування радіоактивних ізотопів й ін. Але більшість із них досить складна (наприклад, останній), або не може бути використана для дослідження руху розчинної суміші в змішувачі. Тому за основу був узятий метод застосування фарбників, як найбільш простий і наочний.
Для дослідження характеру руху мас суміші у розчинозмішувачі був використаний лабораторний стрічковий шнековий змішувач. Порядок виконання дослідів наступний. На відстані 0,1 м в осьовому напрямі від початку стрічки шнека встановлювалася перегородка, після чого менша частина змішувача заповнювалася розчинною сумішшю із барвником - наповнювачем (темно-синій колір), а більша - звичайною розчинною су - міттттттю (рисунок 3.37). Рухливість суміші встановлювалась однаковою та рівною 8 см. Одразу після видалення перегородки вмикався двигун привода змішувача (напрям обертання робочого органа - проти годинникової стрілки, якщо дивитися справа). Кутова швидкість стрічки шнека при цьому становила ю = 1 рад/с, що відповідає запропонованому вище раціональному режиму роботи змішувача штукатурної станції. Характер руху фарбованої суміші фіксувався за допомогою фотокамери (див. рисунок 3.37).
Слід зауважити, що використання даного методу дозволяє визначити характер руху лише поверхневого шару розчинної суміші, але одержані результати із певним ступенем точності відображають швидкість осьового переміщення суміші.
|
S3 |
|
50 |
|
Рисунок 3.37 - Характер руху мас суміші у розчинозмішувачі відповідно до часу змішування: а - 0 с; б - 60 с; в - 240 с; г - 600 с |
Менш інтенсивне осьове переміщення суміші спостерігається у тій половині змішувача, в якій стрічка під час обертання занурюється в розчинну суміш (на фотографіях це нижня половина змішувача). В іншій половині змішувача відбувається більш інтенсивний рух часток розчину, про що свідчить поширення барвника. При цьому слід відзначити наявність зон із низькою інтенсивністю перемішування - вони знаходяться поблизу стінок змішувача та навколо вала робочого органа. Достатня ступінь перемішування в них не спостерігається навіть після 10 хв. перемішування (див. рисунок 3.37, г).
Згідно із теоретичною залежністю для визначення швидкості осьового переміщення суміші в стрічковому змішувачі (формула (3.21)) її значення у випадку перемішування розчину рухливістю 8 см у лабораторному змішувачі становить 0,062 м/с. Довжина активної ділянки змішувача становить 0,6 м. Отже час, за який фарбована суміш повинна досягти правої частини активної ділянки становить 0,6/0,062 = 9,68 с. Під час досліджень на даний момент часу відзначалося лише часткове переміщення фарбованої суміші в зоні, котра відповідає активному впливу стрічки. Колір основної маси нефарбованої суміші залишався без змін.
Даний факт підтверджує зауваження про те, що залежність (3.21) справедлива лише для того об’єму суміші, котрий активно переміщується стрічкою шнека (тобто знаходиться в межах між внутрішнім R1 та зовнішнім R2 радіусами стрічки шнека).
Проте саме в цій, активній, частині змішувача знаходиться розчинна суміш наприкінці технологічної операції відкачування розчинонасосом. Тому запропоновані теоретичні залежності (формули (3.22), (3.23)) можуть бути використані для визначення величини кутової швидкості робочого органа, котра забезпечить необхідне об’ємне переміщення QZ суміші до камери-живильника розчинонасоса наприкінці циклу його роботи.
За результатами розрахунків було встановлено, що при зниженні рівня розчину в бункері до рівня Н « 0,1 м за умови кутової швидкості стрічки шнека ю = 1 рад/с значення QZ наближається до максимальної подачі
-5
розчинонасоса Q (у нашому випадку Q = 4 м /год).
Таким чином, у разі необхідності експлуатації розчинонасоса на максимальній продуктивності наприкінці циклу перекачування при зниженні рівня розчину до Н« 0,1 м необхідно збільшити кутову швидкість до ю = 5 рад/с (рисунок 3.38).
При цьому бачимо, що навіть при значному збільшенні кутової швидкості (від 1 до 5 рад/с) існує критичне значення рівня розчину Нкр = 0,03 м, за умови досягнення якого величина об’ємного переміщення суміші знижується нижче рівня максимальної подачі розчинонасоса. Тут слід зауважити, що при цьому загальний об’єм розчинної суміші, котра за-
-5
лишається у бункері не перевищує 0,01 м. Але внаслідок наявності у товарному розчині шламу або сторонніх включень подальший процес перекачування розчинонасосом є недоцільним. Отже, підвищення кутової тттвид - кості обертання стрічки шнека наприкінці процесу відкачування розчину з бункера дозволяє забезпечити стабільну подачу суміші до камери - живильника розчинонасоса протягом усього часу роботи останнього.
|
Рисунок 3.38 — Залежність об’ємного переміщення суміші стрічкою шнека від рівня розчину в бункері |
Таким чином, у результаті проведених експериментів із визначення фізико-механічних властивостей штукатурних розчинів практично підтверджена запропонована методика визначення коефіцієнтів тертя kf та питомого опору зсування kx розчинних сумішей. Шляхом експериментальних досліджень установлено, що зазначені коефіцієнти залежать як від рухливості розчинної суміші, так і від швидкості руху робочого органа в суміші. Причому головним чином на величини к та ку впливає саме рухливість, а швидкість руху робочого органа у межах робочих швидкостей змішувачів має незначний вплив. Одержані значення цих параметрів дають можливість оцінки механізмів взаємодії робочих органів розчинозмішувачів із середовищем, що перемішується.
У результаті проведення багатофакторного експерименту була одержана функціональна залежність, яка надає можливість розрахунковим шляхом оцінити величину питомого тиску рГд гідродинамічного опору, що діє на лопатку (як робочий орган розчинозмішувача) під час руху останньої в будівельному розчині, залежно від рухливості суміші, швидкості руху лопатки, кута атаки та величини зазору між стінкою бака та лопаткою. При цьому було встановлено, що головним чином на величину питомого тиску гідродинамічного опору, а відповідно й на потужність, яка споживається змішувачем, впливають такі параметри руху лопатки, як кут атаки 5 і зазор х між робочим органом і стінкою бункера, та головна характеристика розчинної суміші - рухливість ирух. Швидкість руху лопатки при змінюванні в межах, що відповідають робочим швидкостям змішувачів (0,2 -
2,2 м/с), впливає на величину питомого тиску гідродинамічного опору значною мірою лише для розчинів низької рухливості (8 см і нижче).
Експериментальним шляхом була досліджена залежність величини потужності, котра споживається розчинозмішувачем, від швидкості руху робочого органа. Результати експериментів підтвердили теоретичні залежності для визначення потужності, а також дозволили визначити показники степеню та коефіцієнти критеріального рівняння, котре описує робочі процеси геометрично подібних стрічкових шнекових розчинозмішувачів.
Розроблені режими роботи розчинозмішувачів штукатурних станцій, що дозволяють зменшити енергоспоживання даного обладнання. Пропонується на етапі інтенсивного змішування щойно привезеного товарного розчину підвищення кутової швидкості обертання стрічки шнека до 4 рад/с із подальшим зниженням під час роботи розчинонасоса до 1 рад/с. При цьому економія електроенергії, що споживається змішувачем за один цикл роботи, становить ~ 32%.
Дослідним шляхом визначена залежність показника якості розчинної суміші - коефіцієнта неоднорідності рухливості розчинної суміші Kvar по
об’єму бункера - від часу інтенсивного змішування. Встановлене значення оптимального часу t інтенсивного перемішування, перевищення якого призводить до необгрунтованого підвищення енергоспоживання змішувача.
За допомогою методу застосування фарбників експериментально досліджений характер руху мас суміші в розчинозмішувачі. Встановлено, що найбільш інтенсивний відносний рух суміші (а відповідно й вища якість перемішування) відбувається в межах між внутрішнім та зовнішнім радіусами стрічки шнека.
