Смесители для приготовления строительных растворов.

Для приготовления строительных растворов применяют смесителипринудительного перемешивания циклического и непрерывного действия. Промышленностью выпускаются растворосмесители с объемом готового замеса 60, 100, 250, 800 л.

Смеситель объемом 325 л (рис. 197) представляет собой корыто­образный барабан 7, установленный на раме 1. Компоненты пере­мешиваются двумя винтовыми лопастями 12, закрепленными на валу 11, установленном на подшипниках 13. Вал при­водится во вращение дви­гателем 6 через ременную передачу 5, шкив 4 и ре­дуктор 3, установленный на кронштейне 2. Для предот­вращения разбрызгивания смеси барабан закрыт крыш­кой 8. Готовая смесь выгру­жается через люк, закрывае­мый затвором 10 при помощи пневмоцилиндра 9.

В последнее время для приготовления строительных растворов успешно применя­ют более эффективные, бы­строходные роторные и тур­булентные смесители.

Роторный растворосмеси­тель (рис. 198) объемом 800 л (по готовой смеси) состоит из неподвижного цилиндриче­ского корпуса 1 закрытого крышкой 6 с быстросъемными

замками 7. На крышке установлен двигатель 5 и редуктор 4, вращающий ротор 10, на котором закреплены лопасти 9. Для предотвращения поломок лопастей при их заклинивании кронш­тейны удерживаются в рабочем положении рессорными аморти­заторами 8. Сухие компоненты загружаются через входную воронку 2, а вода поступает по патрубку 3. Готовая смесь раз­гружается через затвор 11, управляемый пневмоцилиндром 12. В турбулентном растворосмесителе (рис. 199) перемешивание материалов производится при интенсивном движении смеси по сложной траектории. При вращении лопастного ротора 5, за­крепленного на валу 4, который установлен в подшипниках 3, смесь под действием центробежных сил отбрасывается к конус­ной стенке корпуса 7, движется по ней вверх и затем, под дей­ствием сил тяжести, стекает в центральную часть ротора. Кроме того, смесь циркулирует и по окружности. Характер воздейст­вия на материал такого быстроходного (до 500 об/мин) смеши­вающего аппарата аналогичен характеру воздействия рабочего колеса центробежного насоса. Компоненты смеси подаются по патрубку 10 в крышке 11, а готовая смесь разгружается через затвор 6, управляемый пневмоцилиндром 9. После того как ос­новная часть смеси выйдет из барабана, оставшаяся часть смеси отбрасывается ротором и прилипает к стенкам. Очистка стенок корпуса и удаление оставшейся смеси производится лопастями 16, подвешенными на шарнирах 15 к рычагам 14. Во время смешива­ния эти лопасти поднимаются и плавают по поверхности и по мере выхода смеси они постепенно опускаются и очищают стенки. Очистные лопасти приводятся возвращение через валик 8,муф­ту 13 и редуктор 12. Вал ротора вращается двигателем 17, установленным на раме 1, через ременную передачу. 2.

Мощность двигателя привода бетона- и растворосмесителей смесителей. Бетонные и растворные смеси в зависимости от их состояния имеют одновременно свойства связно-сыпучих тел и вязких жидкостей. Их реологическое состояние может харак­теризоваться преобразованным уравнением Ньютона:

При предельно разрушенной структуре такие смеси с извест­ным приближением можно рассматривать как псевдожидкости, обладающие некоторой эффективной вязкостью.

Ввиду сложного движения струй смеси в смесителях и непо­стоянства некоторых свойств смеси во времени уравнения движе­ния их решаются в критериальной форме на основе теории подо­бия. Преобладающее значение при перемешивании имеют лобовое давление, силы трения и тяжести. Выражая эти силы в крите­риальной форме, т. е. в их отношении к силам инерции, можно описать этот процесс в виде степенных функций определяющих критериев:

где Eu — критерий Эйлера, выражающий отношение лобового давления к силам инерции; Re— критерий Рейнольдса, выражающий отношение сил внутреннего трения к силам инерции; Fr — критерий Фруда, выражающий отношение сил тяжести к силам инерции.

На основе теории подобия и экспериментальных исследований ВНИИстройдормаш предложил рассчитывать мощность (кВт) двухвальных горизонтальных бетоносмесителей по формуле:

где L—длина смесителя, м; d—диаметр лопастей; п—частота вращения вала, об/мин; φ — степень заполнения смесителя.

В общем случае момент (Н·м), необходимый для вращения лопасти (рис. 200):

где k—коэффициент сопротивления движению лопасти, Н/м²; b—проекция ширины лопасти на плоскость, перпендикулярную направлению вращения, м; r_н и r_в — радиусы наружной и внутренней кромок лопасти, м.

Для смесителей с горизонтальными ва-
лами, имеющих лопасти, одинакового раз-
мера, мощность двигателя (кВт):

где ω — угловая скорость вала, рад/с; z — число лопастей; η— КПД привода.

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

где b₁;b₂,… b_п— проекции ширины соответствующих лопастей, м; r_1н; r_2н…r_nн— радиусы наружных кромок лопастей, м, r_1в, r_2в, r_nв— радиусы внутренних кромок лопастей, м.

В этих смесителях лопасти полностью погружены в смесь, поэтому здесь φ= 1. Коэффициент сопротивления движению лопасти в смеси зависит от состава смеси, содержания в ней воды и скорости движения лопасти.

Исследованиями К. М. Королева установлено, что с увеличе­нием содержания воды коэффициент сопротивления сначала воз­растает, а затем уменьшается (рис. 201). Наибольшие сопротивле­ния перемешиванию имеют место при отношении массы воды к массе цемента в интервале В/Ц=0,3÷0,4. Изменение коэффи­циента сопротивления движению от скорости показано на рис. 202.

При расчетах мощности следует принимать значения коэф­фициентов сопротивления для наиболее тяжелых условий работы смесителя соответствующего типа.

В табл. 24 приведены значения коэффициентов сопротивления движению по рекомендациям К. М. Королева при скорости 1,8— 2,0 м/с.

Расчет геометрических и кинематических параметров ротор­ных смесителей. Эффективность работы (с^-1) роторного смеси­теля К. М. Королевым предложено оценивать критерием:

где υ_ср — условная средняя скорость движения лопастей, м/с; F_a — активная площадь лопастей, равная сумме проекций поверхностей лопастей на плоскость, перпендикулярную направлению движения, м²; V — объем готового замеса, м³.

У современных смесителей λ= 0,5÷ 0,6 с^-1.

Для обеспечения качественного перемешивания условная сред­няя скорость лопастей не должна превышать критическую скорость, при которой центробежные силы, действующие на частицу, могут превышать силы трения, вследствие чего произойдет сегрегация компонентов смеси.

Из схемы (рис. 203) видно, что частица не будет отбрасываться к периферии при условии равенства суммы сил трения fG и fQ силе инерции Р_н:

fG + fQ = P_н.

Сила Q, действующая на частицу со стороны лопасти для обеспечения ее перемещения по днищу, Q = fG.

Учитывая, что

Получаем:

Откуда критическая угловая скорость (с^-1)

где f — коэффициент трения смеси о лопасти [по дан­ным научно-исследовательского института бетона и железобетона (НИИЖБ) f= 0,4÷0,5]; g—ускорение, м/с²; R — радиус, наиболее удаленный от оси вращения лопасти, м.

Условная средняя скорость движения (м/с) по рекомендациям К. М. Королева может приниматься:

Оптимальные геометрические параметры смесителя опреде­ляются в следующем порядке.

Внутренний диаметр чаши (м):

где h — высота слоя смеси в чаше принимается по графику (рис. 204) в зависимости от объема смесителя, м.

Средний радиус вращения лопастей и диаметр стакана d (м):

Суммарная активная площадь лопастей (м²):

где F_i — натуральная поверхность отдельной лопасти, м²; α_i и β_i— угол уста­новки лопасти в соответственно горизонтальной плоскости и вертикальной.

Лопастной аппарат должен быть спроектирован так, чтобы обеспечивалась интенсивная циркуляция смеси, что достигается изменением радиусов и углов α и βПоложительные углы атаки должны чередоваться с отрицательными. Кромки предыдущих

лопастей должны перекрывать кромки последующих.

Схемы лопастных аппаратов оте­чественных роторных смесителей приведены на рис. 205.

Смесь удержится на лопасти горизонтального смесителя (см. рис. 215) при условии:

Выразив в этой формуле центробежную силу Р_и, силу трения F через силу тяжести частицы G, угловую скорость ω и радиус R, получим:

Откуда критическая угловая скорость вала горизонтального смесителя:

где а — угол между лопастью и горизонтальной плоскостью в момент выхода лопасти за зеркало раздела, град.