Расчёт кранового смесителя Д6-35

     Содержание 

Задание………………………………………………………………….3

Введение……………………………………………………………….. 4

1.Описание  конструкции………………………………………………5

2.Расчёт кранового смесителя…………………………………………8

2.1. Исходные  данные для проектирования…………………………. 8

2.2. Конструкторский  расчёт кранового смесителя………………….9

2.3. Определение  мощности приводов мостов………………………12

Библиографический список…………………………………………...17 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Задание 

Рассчитать  крановый смеситель для шламового  бассейна объёмом 35000 м². 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение

     По  способу перемешивания смесительные машины и оборудование можно разделить  на механические, газовые и комбинированные. В зависимости от режима работы различают  смесительные машины периодического и  непрерывного действия. По технологическому назначению в зависимости от физического  состояния перемешиваемых веществ  смесительные машины разделяют на:

     Машины  для перемешивания жидких смесей (шлама, шликера, глазури, красителей и  т. п.). Машины этой группы бывают циклического и непрерывного действия. К ним  относятся крановые, шламовые, пропеллерные, турбинные, планетарные, грабельные и  другие смесители.

     Машины  для перемешивания сухих порошковых и зернистых материалов (возможно с последующим увлажнением). К  этой группе машин относятся в основном лопастные, бегунковые, планетарные и другие смесители механического типа принудительного действия.

     Машины  для приготовления грубодисперсных  суспензий (бетонных смесей, строительных растворов, керамических и других масс). По способу процесса перемешивания  эти машины разделяются на смесители  принудительного перемешивания  с помощью движущихся лопастей и  гравитационные смесители, в которых  перемешивание осуществляется во вращающемся  барабане в результате подъема и  падения компонентов.

     1.Описание  конструкции 

     Крановые  пневмомеханические смесители предназначены  для гомогенизации резервов шлама  в шламовых бассейнах. На рис.195 показана схема распространенного смесителя с двусторонним мостом, устанавливаемого в шламовом цилиндрическом бассейне 1. Крановый смеситель имеет два моста: основной 15 и соединенный с ним шарниром 8, дополнительный мост 14. Одним концом мосты соединены с центральной опорой 9, другим опираются на ходовые тележки 13, которые перемещаются приводом 12 по кольцевому рельсу 16, проложенному на стенках бассейна. Каждый мост имеет по пять лопастных смесителей 2 с индивидуальными приводами.  

       Позади  лопастных смесителей (по ходу движения) расположены рамы со скребками 11.

     Шлам  перемешивается скребками при перемещении  мостов по кругу и вращающимися вокруг собственных осей лопастными смесителями, а также сжатым воздухом, подаваемым по трубе 5 и коллектору 6 к соплам, расположенным на лопастных смесителях и скребках. Шлам поступает в бассейн через бак 7 и шламопроводы 10 в вертикальные течки, равномерно распределяющие его по бассейну. Разгрузка шлама из бассейна производится из приямка, расположенного в центре бассейна, с помощью насосов.

     Смеситель оборудован кран-балкой 4 с тельфером. Один конец кран-балки опирается на центральную стойку, другой перемещается по кольцевому рельсу 3. Крановый смеситель установлен в бассейне диаметром 35 м, объемом 8000 м³.

На рис. 196 показан крановый смеситель с погруженными в шлам  мостами.

       Смеситель установлен на железобетонном цилиндрическом бассейне диаметром 30 м, высотой 8,5 м.

     Перемешивание производится сжатым воздухом, подаваемым; по трубопроводу 4, проложенному на мосту 2. Воздух поступает! в коллектор 6 и далее по трубкам 7 в сопла 12, размещенные на фермах-мостах 13. Вращение погруженным фермам сообщается через центральный поворотный корпус 8, установленный на подпятниковой опоре. Балка ведущего моста 9 одним концом соединена с корпусом 8, а другим опирается на ходовое колесо И с пневматической шиной, которое приводится во вращение двигателем 10._л Колесо обкатывается по круговой бетонной дорожке бассейна Щ сообщает поворотное движение системе: мост вращающийся корпус — погруженные фермы. Шлам подается в бассейн по трубе I через резервуар 5.

Рассмотренный тип смесителя отличается простотой конструкции, меньшим расходом материалов и энергии, большей надежностью в работе, чем крановый смеситель с верхним расположением мостов.

     2.Расчёт  кранового смесителя.

     2.1 Исходные данные для проектирования. 

Диаметр бассейна, d_б =35м

Высота шлама  в бассейне, h_ш  =5,95м

Полезный объём  бассейна V_б =6000м

Частота вращения лопастей ω_л =0,08 об/с

Частота вращения моста ω_м =0,004 об/с

Условная производительность Q_c =400 м³/ч

Установленная мощность двигателя N_дв =98 кВт

Масса кранового  смесителя m_c =119,2 т 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2.2 Конструкторский расчёт кранового смесителя 

Рис.1.Схема к  расчёту крановых смесителей: a) сил, действующих на лопасть

б) общая.

     Мощность  привода каждого смесителя расходуется на преодоление сопротивлений вращению лопастей в шламе. Выделим на какой-либо лопасти элементарную площадку (рис 1,а).

     Определим мощность, затрачиваемую на преодоление сопротивлений среды при движении этой площадки

     dN = dP·r·ω₀                                                                                           (2.1)

     r- радиус  лопастей

     dP – гидродинамическое сопротивление площадки

dP = c·p·b·cosα·r²··d·r                                                                                  (2.2)

c- гидравлический коэффициент сопротивления движению, зависящий от формы лопасти и режима движения жидкости(числа Рейнольдса).Для лопастей прямоугольной формы он может быть принят равным 0,64-0,7.  

ρ- плотность шлама,кг/м³  

ρ = ρ_в·φ₁+ ρ_ш·φ₂                                                                                                (2.3) 

ρ = 1000·0,6+1500·0,4= 660кг/м³

b- ширина лопасти, м

α- угол установки  лопасти, по отношению к оси вращения

 ω_с – угловая скорость мешалки, рад/с                              

 ω_с = 2π·n/60 , где                                                                                              (2.4)

n-частота вращения лопастей, равная 0,08 рад/с

ω_с = 2·3,14·0,08/60 = 0,008 рад/с

Полученные  данные подставляем в формулу (2.2)

dP =0,7·660·0,807·0,7·4,24²·0,008²·35·4,24 = 44,54

Полученное  значение гидродинамического сопротивления  подставляем  в формулу (2.1)

dN = 44,54·0,008·4,24 = 1,51

Определим мощность, необходимая для вращения лопастей,(кВт)

N_c = z·c·p·b·cosα··                                                                               (2.5)

r₁ и r₂ – радиусы внутренней и наружной кромки лопасти, (м).

z – число лопастей 

N_c = 112·0,7·660·0,8·0,7·0,008³· = 0,000014 кВт

     При точных расчётах должны быть учтены в  качестве лопастей и кронштейны, несущие  лопасти и другие крепёжные элементы. Для первоначальных расчётов можно  полученное значение N_c увеличить, введя коэффициент запаса k_з =1,3

Тогда мощность привода смесителя будет равна (кВт)

N_Д =                                                                                              (2.6)

Ŋ- к.п.д привода, равное 0,85

N_Д = =0,000021 кВт

     2.3 Определение мощности приводов  мостов

     Мощность  привода мостов затрачивается на преодоление сопротивлений при переносном движении мешалок и грабель в бассейне и на преодоление сопротивлений при перемещении тележек по рельсам (рис1,б).

     Крутящий  момент в общем виде, затрачиваемый  на преодоление сопротивлений при  переносном движении в бассейне очагов перемешивания, находится по формуле:

М_п  =                                                                                                (2.7)

- расстояние от оси центральной колонны до оси соответствующего лопастного смесителя, (м)

  - сила сопротивления переносному движению каждого смесителя, (Н) 

  = c·p·F_м·                                                                                                 (2.8) 

V_i – окружная скорость переносного движения смесителя,(м/с).

F_м – суммарное миделево сечение (проекция всех лопаток на плоскость, перпендикулярную направлению движения) лопастей смесителя,(м²)

V_i = ω_м·R_i                                                                                                                                  (2.9)

ω_м – угловая скорость моста, (рад/с)

V_i = 0,004·46,1 = 0,18 м/с 

F_м = ·cosα·cosγ_i +F_в·10+F_тр                                                                  (2.10)

- площадь элемента (лопасти, кронштейна), (м²)  

α- угол установки  лопасти.

γ_i – угол между плоскостью проекции m-m и соответствующим  радиусом размещения лопасти (рис1,б)

F_м = 112·175,2·0,7·1,3+1,62·10+27,74 = 17900 м²

Полученные значения V_i  и F_м подставляем в формулу (2.8)

= 0,7·660·17900·0,18² = 267941,5 Н

Определим миделево сечение центральной трубы (м²)

F_тр = D·H                                                                                                          (2.11)

D- диаметр центральной трубы мешалки, (м)

H- высота погружённой части трубы, (м)

F_тр = 2,72·10,2 = 27,74 м

       Кроме мешалок мосты вращают также  систему скребков-граблей.

Определим крутящий момент, затрачиваемый на их вращение, (Н·м)

М_гр = c·p·L·h·k_c ··                                                                                   (2.12)

L и h – длина и высота рамы граблей, (м)

k_c – коэффициент сплошности конструкции (для первоначальных расчётов можно принять k_c = 0,25- 0,3).

R_ср – средний радиус граблей, (м)

М_гр = 0,7·660·15,55·6,020,004²·17,5³ = 1038 Н.

       Сделаем проверку крутящего момента:

М_гр = P_гр· R_ср                                                                                                   (2.13)

P_гр – сила сопротивления движению граблей 

P_гр = c·p·F_пр·v²                                                                                                 (2.14)

F_пр – приведённая мощность граблей, (м)

v – окружная скорость движения граблей, (м/с)

v = ω_м· R_ср                                                                                                        (2.15)

v = 0,004·17,5 = 0,07 м/с

F_пр = L·h·k_c                                                                                                       (2.16)

F_пр = 15,55·6,02·0.28 = 26,2 м²

Полученные значения v и F_пр подставляем в формулу (2.14)

P_гр = 0,7·660·26,2·0,07² = 59,31

Полученное значение P_гр  подставляем в формулу (2.13)

М_гр = 59,31·17,5 = 1038 Н – проверка сошлась.

Определим мощность,необходимая на перемещение  мешалок и граблей,(кВт)

N₁ =                                                                                            (2.17)

– число  граблей

N₁ = = 49,49 кВт

Мощность , расходуемая на передвижение рельсовых  тележек (кВт)

N₂ = N_к+ N_с                                                                                                      (2.18)

N_к – мощность расходуемая на передвижение рельсовых тележек (кВт)

N_с – мощность, расходуемая на трение при разворотах тележек при движении по кольцевому рельсу (кВт) 

N_к =                                                                                                        _(2.19)

Q – нагрузка на тележку, (Н)

  - коэффициент сопротивления движению тележки по рельсам (_{= 0,02-0,03)}

Q =                                                                                                              (2.20)

- количество тележек

Q = = 292040 Н

N_к =  _{= 1,31}кВт

Определим мощность, расходуемая на трение при  разворотах тележек при движении по кольцевому рельсу (кВт)

N_с =                                                                                                      (2.21)                                                     

- средняя  скорость скольжения колёс по  рельсу при развороте, м/с

 – коэффициент трения скольжения колёс по рельсам (μ = 0,1- 0,15)

=                                                                                                        (2.22)

 - ширина колеса, (м)

= = 0,000126 м/с

N_с = = 0,0037 кВт 

Полученные значения N_к и N_с подставляем в формулу (2.18)       

N₂ = 1,31+0,0037 = 1,314 кВт 

     Мощность, расходуемая на трение в центральной  цапфе, обычно невелика и может быть учтён к.п.д. привода.

N_дв =                                                                                                      (2.23)

N_дв = = 59,77 кВт                                                                

     Библиографический список 

1. Бауман  В.А. Механическое  оборудование предприятий строительных материалов , изделий и конструкций. М., “Машиностроение “.1975.
2. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчёта химико-технологического и природного оборудования. Калуга., Издательство Н.Бочкарёвой.2002.
3. Александров М.П. Подъёмно-транспортные машины. М.,” Высшая школа”.1985.
4. Левицкий В.С. Машиностроительное черчение и автоматизация выполнения чертежей. М.,”Высшая школа”.1998.
5. Анурьев В.И. Справочник конструктора – машиностроителя. М.,”Машиностроение”.2001.