LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Легка промисловість → Розробка автоматизованого відцентрового змішувача безперервної дії з додатковою зоною змішування для сипких матеріалів легкої промисловості

параметрами та режимами роботи. Введення додаткових зон змішування поліпшує якість суміші, але призводить до підвищення часу знаходження частинок у змішувачі та, відповідно, постійної часу змішувача. Змішувач з декількома зонами змішування можна представити як сукупність послідовно з'єднаних ланок ідеального змішування, кожна з яких має свою постійну часу. Для змішувача з двома зонами змішування математична модель зміни концентрації компонентів суміші визначається диференціальним рівнянням другого порядку:

,

(2)

де T1, T2 – постійні часу відповідних зон змішування.

Значення постійних часу зон змішування залежать не тільки від параметрів самих зон, а і від початкових умов руху частинок у них, тобто від попередніх зон змішування. На практиці експериментальне визначення постійної часу окремої зони у більшості випадків викликає великі труднощі. Тому, для дослідження згладжувальної здатності змішувача з декількома зонами змішування використовують рівняння (1), але з урахуванням загальної постійної часу змішування:

,

(3)

де N – кількість зон змішування.

Аналіз результатів моделювання впливу додаткової зони з постійною часу, близькою до першої зони, на згладжувальну здатність змішувача показав, що введення додаткової зони змішування призводить до зменшення відхилення концентрації ключового компоненту суміші від заданого значення на 45% та до зниження коефіцієнта неоднорідності на 40,9%. Запропонований підхід дозволив розробити конструкцію ВЗБД з додатковою зоною змішування (рис.1).

















Рис. 1. Відцентровий змішувач безперервної дії з додатковою зоною змішування


Частинки суміші через вхідний патрубок 1 безперервно надходять у робочий простір змішувача, де відкидаються турбулізатором 4 до кришки 2 корпусу 3, а від неї надходять у внутрішній ротор 5. Турбулізатор 4 та ротор 5 встановлені на валу 9. Частинки суміші за рахунок відцентрових сил підіймаються вздовж бічної поверхні ротора 5 та вилітають з нього. Після цього, частинки відбиваються від кришки 2 змішувача та потрапляють у зовнішній ротор 6, який встановлений на валу 8. Характер руху частинок у ньому аналогічний внутрішньому ротору. Після виходу із зовнішнього ротора 6 частинки суміші за допомогою лопаті 7 подаються до патрубку 10 змішувача. Така конструкція дозволяє забезпечити більш раціональні масогабаритні параметри змішувача за рахунок часткового розміщення одного ротора всередині іншого.

Для визначення впливу геометричних та робочих параметрів змішувача (швидкості обертання роторів) на процес змішування розроблено математичні моделі руху частинок суміші у роторах змішувача та у зоні між ними.
















Рис. 2. Схема взаємного розташування конічних роторів та сили, що діють на частинку суміші на їх бічній поверхні

На рис. 2 показано сили, що діють на частинку суміші у конічному роторі, де – сила тяжіння, – сила тертя ковзання, – сила інерції у переносному русі, – нормальна реакція поверхні ротора, xr – відстань від частинки суміші до вісі обертання ротора, – кутова швидкість обертання ротора, б – кут розтрубу ротора, R0 – радіус основи ротора.

Для дослідження руху частинки суміші у двороторному змішувачі запропонована модель, що додатково враховує характер руху частинок між роторами, взаємне розташування роторів та корпусу змішувача.

Визначення траєкторії та швидкості руху частинки суміші у конічних роторах здійснюється за допомогою систем диференціальних рівнянь першого порядку:

,

(4)

,

(5)

де f(x, y, z) – рівняння бічної поверхні ротора; xi, yi, zi – координати частинки відносно нерухомої системи координат; xri, yri, zri – координати частинки відносно рухомої системі координат, що обертається із кутовою швидкістю щ; vr – швидкість руху частинки; i – номер ротора змішувача; бi – кут розтрубу відповідного ротора; R0i – радіус основи відповідного ротора; fi – коефіцієнт тертя між бічною поверхнею відповідного ротора та частинками суміші. Для випадку усіченого конічного ротора .

Запропоновані системи рівнянь (4), (5) визначають траєкторії руху частинок у будь-яких роторах, виконаних у вигляді тіл обертання. Для цього змінюють рівняння f(x, y, z) у системі (5). Наприклад, для ротора, що має форму параболоїда обертання, , де k – параметр, який характеризує форму параболи.

Для переходу від власних систем координат роторів до загальної системі координат XYZ (рис. 2) використана система рівнянь:

,

(6)










Рис. 3. Траєкторії руху частинок суміші у конічному роторі для різних початкових положень

де індекси 1 та 2 відповідають внутрішньому та зовнішньому роторам; – відстань між основами роторів; hp1, hp2 – висоти внутрішнього та зовнішнього роторів; d – відстань між верхніми частинами роторів.

Результати розрахунків траєкторій руху частинок суміші для різних їх початкових положень показано на рис. 3. Отримані результати свідчать, що траєкторією руху частинки є крива другого порядку. Встановлено, що зміна початкової точки руху частинки призводить до суттєвої зміни траєкторії її руху, при цьому створюються потоки суміші, що взаємно перетинаються, та інтенсифікується процес змішування.

Довжина траєкторії руху частинки у роторі визначається формулою:

,

(7)

де t0, tк – початковий та кінцевий моменти руху частинки, і = 1 для внутрішнього ротора, і = 2 – для зовнішнього.

Довжина траєкторії руху частинки суміші у зоні між роторами (рис. 4) обчислюється за формулою:

(8)

де R1, R2 – радіуси верхніх частин роторів; Н – відстань від верхньої точки внутрішнього ротора до верхньої точки змішувача; г – кут нахилу кришки змішувача; б1, б2 – кути розтрубів внутрішнього та зовнішнього роторів, відповідно; hp1, hp2 – висоти внутрішнього та зовнішнього роторів, відповідно; R01, R02 – радіуси основ внутрішнього та зовнішнього роторів, відповідно; d – відстань між верхніми частинами