Смеситель СМ-447А(с наклонной решеткой)

 

    

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

К курсовому  проекту по теме «смеситель СМ-447А(с наклонной решеткой) »

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                         Руководитель проекта___________________

Проект защищён___________________

                                           (число, оценка)

   

 

 

 

Содержание:

 

1. Введение.

 

1. Общие сведения о процессе перемешивания

 

2. Классификация машин для перемешивания материалов.
3. Лопастные смесители

 

2. Достоинства и недостатки лопастных смесителей.

 

3. Технические характеристики.

 

4. Основные части и принцип работы смесителя.

 

5. Особенность эксплуатации смесителя.

 

6. Расчет лопастных смесителей.

 

6.1. Определение производительности.

6.2. Определение потребной мощности.

 

7. Модернизация смесителя

 

8. Литература.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

 

1. Общие сведения о процессе перемешивания.  

 

     При изготовлении  различных видов строительных  материалов шихта(смесь), как правило, подбирается из различных компонентов.

     Так, при  изготовлении бетонных изделий  составляющими шихты являются  цемент, заполнители(песок, щебень, гравий) и вода. При производстве силикатных изделий смесь готовится из песка, извести, воды. Сырьём для производства цемента являются мергели с добавлением глинистых примесей и т.д.

    Очевидно, что  качество готовых изделий во  многом зависит от тщательности  подготовки сырья, его однородности  во всех частях по минералогическому  и зерновому составу и влажности. 

    Известно, что  химические реакции в массах  сложного состава протекают тем  интенсивнее и полнее, чем равномернее  распределены в общем объёме  отдельные компоненты и чем  больше поверхность их контакта.

       Для  жидких масс после достижения  однородности весьма важно сохранить  её и предотвратить расслаивание  смеси, что также осуществляется  путём её непрерывного перемешивания.

     Вяжущие вещества (цемент, известь, гипс) и вода  являются активными составляющими .Именно в результате их химического взаимодействия получается искусственный камень. Очевидно, для того чтобы качество камня было высоким, необходимо, чтобы частицы вяжущего были равномерно увлажнены и обволакивали частицы заполнителя.

    Для перемешивания  материалов, составляющих смесь,  применяются различного вида  смесительные машины.

 

 

 

 

 

1.2 Классификация  машин для перемешивания материалов.

 

     По принципу  действия и по конструкции  смесительные машины разделяются  на следующие основные группы:

    1.Смесители для  перемешивания порошкообразных  масс с последующим их увлажнением.

    Эти смесители  могут быть как непрерывного, так и цикличного (периодического) действия. К их числу относятся  одновальные и двухвальные лопастные смесители непрерывного действия(прямоточные или противоточные); смесительные бегуны, смесители с z-образными валами, смесители принудительного перемешивания планетарного противоточного действия. Машины этой группы работают циклично.

     2.Смесители  для перемешивания жидких масс (шлама, шликера, глазурей, жидких керамических масс, асбестоцементной массы, гипсовой массы).

    Смесители данной  группы бывают как непрерывного, так и цикличного действия, к  числу этих машин относятся  крановые, шламовые и грабельные  мешалки непрерывного действия; пропеллерные, планетарные, грабельные, лопастные мешалки периодического  действия.

     3.Смесители  для приготовления пластичных  материалов (растворов, бетонных  смесей, керамических масс).

    Эти машины  бывают как непрерывного, так  и цикличного действия. Смесители  этого типа по способу перемешивания  материалов подразделяются на  машины как с принудительным перемешиванием, так и с перемешиванием при свободном падении материалов.

     В машинах  первого типа(с принудительным перемешиванием) материал приготовляется:

     а)в смесительном корыте путём принудительного перелопачивания при помощи лопастей(одновальные и двухвальные смесители, растворосмесительные машины и т.д.);

    б)во вращающемся смесительном барабане при одновременном встречном вращении лопастей(планетарные смесители, бетоносмесительные машины с принудительным перемешиванием и т.д.).

     В машинах  второго типа(гравитационных) материалы смешивают во вращающемся барабане, на внутренней поверхности которого укреплены лопасти. При вращении барабана лопасти несколько раз поднимают и сбрасывают вниз материалы, составляющие смесь, тем самым перемешивая их. Эти машины применяются для приготовления смесей с крупными заполнителями, так как при наличии в материалах смеси крупных кусков(зёрен) лопасти, вращающиеся в неподвижном барабане(корыте), быстро изнашиваются, а нередко и ломаются. Представителями машин этого типа являются бетоносмесители цикличного действия с наклоняющимся барабаном и бетоносмесители непрерывного действия с горизонтально установленным барабаном.

    Смеси наиболее  быстро равномерно и тщательно  смешиваются в смесителях принудительного  перемешивания. Однако, как отмечается  выше, работа их на смесях с  фракциями твёрдых материалов  крупных размеров неудовлетворительна.  Поэтому машины с принудительным  перемешиванием лучше работают  при приготовлении смесей без  крупных включений или включений,  размер которых не превышает  20-40 мм.

  В смесителях, работающих  по принципу свободного падения  материалов, крупные куски не  заклиниваются. Эти машины применяют  для приготовления бетонных смесей  с крупными заполнителями с  размером кусков 120-140 мм. Машины хорошо  смешивают подвижные бетоны, но  не обеспечивают получения в  течение сравнительно короткого  времени необходимого качества  смеси при изготовлении растворов  и жёстких бетонных смесей.

      К числу  машин для приготовления жёстких  бетонных смесей относятся появившиеся  за последнее время вибрационные  бетоносмесители, в которых смесь цемента, заполнителей и воды под воздействием многочастотных колебаний подвергается интенсивному перемешиванию. В этих смесителях можно приготовить смесь высокого качества.

 

 

1.3. Лопастные смесители

 

     Основной целью смешивания является получение однородной массы (или шихты), состоящей из разных материалов. При смешивании материалов стремятся получить массу, легко поддающуюся формованию, в которой зерна отощающих материалов равномерно покрыты пластичными или связующими материалами и смочены водой. Процесс смешивания является весьма ответственной операцией, оказывающей существенное влияние на качество конечного продукта.

          После первичного дробления и  частичного удаления крупных  включений необходимо смешать  глину с добавками.

      Для этой цели служат лопастные  горизонтальные смесители. Лопастные  смесители являются смесителями  непрерывного действия с принудительным  перемешиванием, отличаются простотой  конструкцией, большой производительностью  и легкостью обслуживания. Применяют одновальные и двухвальные смесители. Чаще используют двухвальные смесители как более производительные.

      Кирпичные заводы оснащены двухвальными смесителями СМК-18 (СМ-246) с пароувлажнением и СМ-447А без пароувлажнения.

      В данной работе мы рассмотрели   и   рассчитали параметры смесителя  

СМ-447А без  пароувлажнения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Достоинства и недостатки лопастных смесителей

 

       Недостатки лопастных смесителей: не обеспечивается тщательное смешение компонентов, и лопасти смесителя вгоняют воздух в смешиваемую массу, что ухудшает ее пластичность. Смесители бывают одно- и двухвальные (более совершенные).

       Двухвальные лопастные смесители при меньшей длине лучше смешивают материалы, чем одновальные. Они бывают с одинаковым и разным числом оборотов лопастных валов, прямоточные и противоточные, для перемешивания сухих и увлажненных материалов, с водяным и паровым увлажнением, с протирочной решеткой и без нее, без накопителя и с накопителем

       В связи-с абразивностью перемешиваемой смеси лопасти, особенно их торцовые концы, быстро изнашиваются, вследствие чего увеличивается зазор между корпусом смесителя и лопастью и снижается производительность. Для увеличения срока службы лопастей торцы их наплавляют твердым сплавом. Допускаемый зазор между концом лопасти и корпусом не должен превышать 3—4 мм. При превышении этого зазора лопасти заменяют.

      Наполнение корпуса  смесителя должно составлять  до ²/3 высоты лопастей.                Если необходимо  увлажнять массу, то над корпусом сместителя устанавливают трубу с небольшими отверстиями и пропускают по ней воду.                  

      Преимущество лопастных  смесителей заключается в простоте  конструкции. Однако в них получается  неоднородная и распушенная. Т.е. насыщенная воздухом, масса, что снижает её пластичные свойства.

 

 

 

 

     Наладка лопастных смесителей на оптимальный режим. В зависимости от свойств и состояния перемешиваемых материалов (крупности порошков, их влажности, пластичности) необходимо налаживать смесители на оптимальный режим для каждой смеси отдельно. Наладка заключается в подборе оптимального угла поворота лопастей относительно сечения, перпендикулярного оси лопастного вала. Для каждой смеси материалов этот угол подбирают экспериментально. При малом угле поворота лопастей качество перемешивания улучшается, но скорость продвижения смеси от загрузочной воронки до разгрузочной течки, а следовательно, и производительность снижаются.

      В процессе эксплуатации  лопасти быстро истираются. Наладчик  должен следить за тем, чтобы  зазор . между лопастями вала и корпусом смесителя не превышал 2—3 мм. При большем зазоре качество перемешивания ухудшается и снижается производительность. Выработавшиеся лопасти необходимо своевременно заменять, а износившиеся — наплавлять твердым сплавом и обрабатывать на шлифовальном круге по радиусу соприкосновения с корытом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Технические характеристики

 

Производительность, м³/ч                                               18

Частота вращения рабочих валов,  об/мин                    42

Длина  корыта в свету, м                                                 3,0

Ширина корыта, м                                                           1,4

Наружный  диаметр лопастей, мм                                  600

Шаг лопастей, мм                                                            560

Зазор между  лопастями и внутренней

Поверхностью  корыта, мм, не более                          до 12

Мощность  двигателя электродвигателя, кВт              

Габаритные  размеры, мм

                                      Длина                                         5500

                                      Ширина                                     1800

                                      Высота                                       1950

Масса, кг                                                                         3500                                                                       

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Основные части и принцип работы смесителя

 

Лопастный двухвальный смеситель СМ-447А без пароувлажнения представляет собой корпус 1 в виде корыта, в котором помещены два вала с лопастями 9. Со стороны выгрузочного отверстия 3 конец вала вращается, в опорном подшипнике 11.

Смеситель работает следующим образом. Компоненты обрабатываемой массы перемешиваются лопастями 9,  которые продавливают керамическую массу через отверстия основной 10 и дополнительной 13 фильтрующих решеток смесительного вала 2(3). Посторонние включения, находящиеся в потоке керамической массы, упираются в наклонную решетку, продвигаются вниз и через окно копильника 15 попадают в приемную камеру 14. Это препятствует образованию перед верхней частью решетки 5 грязевого слоя. Шиберная заслонка 16 периодически открывается, и скопившиеся посторонние включения удаляются из приемной камеры без остановки смесителя.

Размеры фильтрующих отверстий устанавливаются  путем совмещения отверстий дополнительной и основной решеток.

 

 

 

 

 

 

 

 

       Смеситель работает по следующей кинематической схеме . Электродвигатель 8, соединенный через фрикционную муфту 7 с редуктором 6 и уравнительной муфтой 5, приводит в движение ведущий вал 2 с лопастями, от которого через шестерни 4 передается вращение валу 3 в противоположную сторону.

 

     

 

 

5. Особенность эксплуатации смесителя

 

     Глина и добавки в заданной пропорции непрерывно загружаются в смесители и смешиваются насаженными на валы вращающимися лопастями, которые одновременно продвигают смесь к разгрузочному отверстию. Скорость смешивания и обработку массы регулируют, изменяя угол наклона лопастей.

Если  производительность смесителя превышает  производительность последующих за ней глинообрабатывающих и формующих машин, то для устранения частых остановок сокращают число оборотов вала.

Лучшее  смешивание и обработка пластичных масс получаются, когда масса, заполняющая  корпус смесителя, покрывает валы, но не выше чем на 1/3 высоты лопастей, находящихся  в порхнем положении. Расстояние между концом лопасти и стенкой корыта смесителя не должно быть больше 2-3 см.

При работе смесителя необходимо следить за тем, чтобы равномерно подавались компоненты шихты. Нельзя допускать перегрузки смесителя.

Корпус смесителя должен бытъ накрыт металлической решеткой. Становиться на нее, а также проталкивать массу сквозь решетку каким-либо предметом запрещается. Брать пробу глины из смесителя во время его работы можно только специальным совком. В процессе работы не допускается открывать крышку и снимать решетку.

Перед прекращением работы сначала выключают машины, подающие материал в· смеситель, и после  выработки всей массы - электродвигатель и устройство, транспортирующее обработанный материал.

В конце  смены вал с ножами и корпус смесителя нужно очищать от налипшей смеси с внутренней и наружной сторон. При износе лопасти смесителя необходимо заменять или наплавлять износостойкими сплавами ОИ-15 и ОИ-7. Применение этих сплавов увеличивает срок службы лопастей более чем в 5 раз.

 

 

 

6. Расчет лопастных смесителей
1. Определение производительности.

     Производительность  циклических смесителей (м³/ч):

 

1.   П=Vz, где V-объем смесителя, м³;

                                                                     z-число циклов в час.   

 

     Производительность  смесителей непрерывного действия  в общем виде:

 

(2)   П=3600FV_ос   ,где F-площадь поперечного сечения потока

         материала в смесителе,м²;

                                                      V_oc — осевая скорость движения материала, м/с.

     С некоторым допущением  рабочие органы лопастного смесителя  могут рассматриваться  как шнек с прерывистым винтом.  Осевая скорость движения материала (м/с) зависит от окружной скорости лопастей,  их формы и  схемы установки:

V_oc=K_ВК_ПVtgß, (3)

  Где K_В- коэффициент возврата смеси, вследствие перемешивания, равный 0,68—0,75;

    К_П- коэффициент прерывистости винтовой поверхности;V=ώR — окружная   скорость   лопастей,   м/с;

     ω- угловая скорость лопастного вала, рад/с;

     R- радиус наружной кромки лопасти, м;

     ß- угол подъема  винтовой линии, образуемой лопастями.

 

tgß=t/2πR,  t-шаг винта.

 

 

 

 

 

 Коэффициент К_П представляет собой отношение площади проекции лопастей на винтовую поверхность к площади сплошной винтовой поверхности в пределах одного шага. При очертаниях лопастей, близких к прямоугольным, отношение площадей можно заменить отношением проекций ширины лопастей на винтовую линию, к длине винтовой линии (рис. 3), тогда

 

 

 

      Подставив  значение К_П в формулу (3), а потом в (1)

 

,  где

 b-ширина лопасти, м;

 Z₁ и Z₂ - число лопастей в пределах одного шага соответственно с   положительным                                                             и отрицательным   углами   установки;

 - угол  наклона  лопасти  к  винтовой  поверхности;   

 -  коэффициент   заполнения   смесителя,   обычно   равный 0,5….0,6. 

F=1,3 м²

 

 

 

 

 

 

 

2. Определение потребной мощности

 

 С увеличением угловой скорости  производительность возрастает.  
Однако с возрастанием скорости продвижения смеси уменьшается 
и время нахождения ее в смесителе, т. е. время перемешивания, что 
может повлиять на качество перемешивания. 

    Чтобы обеспечить  стабильность качества перемешивания при изменении угловой скорости лопастных валов, необходимо увеличить длину смесителя или изменить схему установки лопастей.

    Мощность привода лопастных  смесителей затрачивается на  преодоление сопротивлений деформирования и резания массы лопастями 
и на перемещение материала в корпусе смесителя, т. е. на транспортирование массы. При перемешивании керамических масс невысокой влажности лопасти смесителя, по существу, режут ее. При погружении лопасти в глиняную массу последняя сначала уплотняется. Когда удельная нагрузка на лопасть станет равной удельному сопротивлению резания K_P, начнется процесс резания и переноса  массы. 

   Элементарная сила  сопротивления движению, оказываемая  средой элементарной площадке dF (рис. 3), выделенной на лопасти будет равна (Н)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3 Cхема к расчету мощности лопастных смесителей.

 

 

 

 

 

 

 Крутящий момент, необходимый  для вращения лопасти, (Нм)

 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

Мощность, затрачиваемая на вращение вала с Z лопастями (кВт)

 

 

 

 

 

 

 

K_P- коэффициент удельного сопротивления резанию (для глиняных масс влажностью 15-20%, K_P =(2…3)10⁵Н/м² );

b- ширина лопасти, м;

- угол   между   плоскостью   лопасти   и   осью   вала;

R_H и R_B- наружный   и   внутренний   радиус   лопасти,   м;

- угловая скорость вала, рад/с;

Z- количество лопастей на валу;

К_Н- коэффициент заполнения материалом барабана смесителя.

Мощность, затрачиваемая на транспортирование  смеси, определяется по методике расчета винтовых конвейеров, (кВт)

 

 

 

 

П- производительность  смесителя,   м³/ч;

- объемная масса, кг/м³;

L- длина корыта смесителя, м;

- коэффициент сопротивления движению  (для   глины   равен 4-5,5).

 

 

 

Коэффициент заполнения корпуса смесителя материалом:

 

  ,

где  М_З- масса замеса, кг; (М_З=1000кг)

        - объемная масса, кг/м³;

        V- объем рабочей части корпуса смесителя (ниже уровня осей валов), м³.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мощность двигателя (кВт)

 

 

η- К.П.Д. привода

Для данного  привода  коэффициент полезного  действия равен 

 

 

 

Используется  двигатель типа: 4А180М4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Модернизация смесителя.

     В ходе данной работе, я подошел к модернизации. Для  данного двухвального лопастного смесителя СМ-447 А(с наклонной решеткой) я хочу предложить следующие модернизации:

      Уменьшить угол  наклона  лопасти  к  винтовой  поверхности 30⁰ до 28⁰;

       Уве

      Увеличить ширину лопасти (b) с 0,1м до 0,11м

       Уменьшить шаг (t) с 560мм до 570мм, следовательно увеличиться угол подъема винтовой линии, образуемой лопастями () с 9⁰ до 11⁰,уменшиться угол   между   плоскостью   лопасти   и   осью   вала с 65⁰ до 64,5⁰, увеличиться длина корыта (L) с 3м до 3,04м.

Отсюда,

 

 

 

    Производительность  увеличилась с 18м³/ч до 24.81 м³/ч, что составляет   38%.

    Теперь  проверим, не увеличилась ли при  этом мощность:

 

Мощность, затрачиваемая на вращение вала с Z лопастями (кВт)

 

 

 

 

   Мощность, затрачиваемая на транспортирование смеси, определяется по методике расчета винтовых конвейеров, (кВт)

 

 

 

 

Мощность двигателя (кВт)

 

 

η- К.П.Д. привода

Для данного  привода  коэффициент полезного  действия равен 

 

 

  Мощность увеличилась, следовательно, берем двигатель 4А200М4 ( 37 кВт),

стоимость которого составляет 31100 руб., что выше стоимости электродвигателя

4А180М4 на 6420 руб. Но так как у нас  производительность увеличилась  на 38% ,то эта разница себя окупит.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Литература

 

1. А.В. Туренко :«Расчеты глиноперерабатывающего оборудования и прессов пластического формования для производства керамических строительных изделий»
2. М.Я. Сапожников : « Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций »
3. М.Я. Сапожников  Н.Е. Дроздов :« Справочник по оборудованию заводов строительных материалов »
4. В.А.  Бауман :  «Механическое  оборудование предприятий, строительных материалов, изделий и конструкций»