РАЗДЕЛ 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
ОДНОВАЛЬНОГО БЕТОНОСМЕСИТЕЛЯ ПРИНУДИТЕЛЬНОГО
ДЕЙСТВИЯ
Основной целью настоящих теоретических исследований является разработка научных
предпосылок для создания эффективного одновального бетоносмесителя
принудительного действия, обеспечивающего качественное приготовление жестких и
пластичных цементобетонных смесей и строительных растворов.
В настоящее время для приготовления цементобетонных смесей широко используются
бетоносмесители со свободным (гравитационным) и принудительным перемешиванием
[6, 70, 73, 93]. Бетоносмесители со свободным перемешиванием служат для
приготовления пластичных цементобетонных смесей [93]. Они просты по
конструкции, обладают малой энергоемкостью, а также имеют и недостатки:
некоторую неоднородность смеси и повышенное время перемешивания [70, 93].
Бетоносмесители с принудительным перемешиванием используются для приготовления
пластичных, умеренно жестких и жестких бетонных смесей. Недостатком известного
устройства является большая энергоемкость и металлоемкость, а также сложность
привода, обеспечивающего синхронное вращение лопастных валов [70]. В этом
смесителе происходит дробление минерального материала в результате его
заклинивания между торцами лопаток и корпусом смесителя.
Предлагаемый лопастной смеситель [63 – 65] (рис. 2.1) включает корпус 1 с
загрузочным 2 и выгрузочным, закрытым заслонкой 3, отверстиями и лопастной вал
4, который при помощи подшипниковых опор 5 установлен внутри корпуса 1.
Центральные лопатки 6 жестко закреплены на валу 4 и их рабочая поверхность
расположена под углом = 30 – 350 к плоскости, перпендикулярной оси вала.
Рис. 2.1. Общий вид бетоносмесителя
Периферийные лопатки 7 жестко закреплены на концах центральных лопаток 6 и их
рабочая поверхность расположена под углом = 120 – 1250 к плоскости,
перпендикулярной оси вала 4. При этом высота периферийных лопаток 7 равна 0,2 –
0,3 радиуса рабочей поверхности корпуса. Ширина центральных лопаток 6 равна 0,3
– 0,4 этого радиуса и отношение ширины периферийных лопаток 7 к ширине
центральных лопаток 6 составляет 1,35 – 1,6. Центральные 6 и периферийные 7
лопатки равномерно расположены по длине смесителя. Лопастной смеситель
соединяется с приводом (на рисунке не показан) при помощи полумуфты 8.
Лопастной смеситель работает следующим образом.
Включается привод смесителя и через загрузочное отверстие 2 во внутрь корпуса 1
подают предварительно отдозированные минеральные материалы и воду. При вращении
вала по часовой стрелке лопасти интенсивно перемешивают смесь, одновременно
перемещая ее по двум противоположно направленным потокам: в центральной части и
по периферии. Под действием центральных лопаток 6 смесь переводится во
взвешенное состояние и образуется центральный поток, который перемещается в
продольном направлении в сторону, противоположную зоне выгрузки, и одновременно
закручивается вокруг продольной оси. Под действием периферийных лопаток 7
образуется кольцевой периферийный поток, который вращается вокруг продольной
оси и одновременно перемещается в продольном направлении к зоне выгрузки. При
этом каждая частица испытывает вихревые движения и периодически перемещается из
одного потока в другой, что обеспечивает интенсивный массообмен и ускоряет
процесс обволакивания минеральных частиц вяжущим.
При предлагаемом диапазоне соотношения основных параметров достигается наиболее
эффективная работа лопастного смесителя. Закрепление центральных лопаток под
углом = 30 – 350 к направлению вращения является наиболее рациональным, так как
при этих значениях угла обеспечивается перевод смеси во взвешенное состояние и
завихрение минеральных частиц, что способствует интенсивному перемешиванию, и
создается необходимая скорость транспортирования центрального потока.
При угле < 300 уменьшается объем смеси, возбуждаемой каждой лопастью, и для
нормальной работы смесителя необходимо уменьшить шаг между лопастями, т.е.
увеличить их количество, что приводит к усложнению конструкции смесителя.
При угле > 350 смесь практически не переводится во взвешенное состояние, что
замедляет процесс перемешивания и увеличивает его энергоемкость.
Закрепление периферийных лопаток на центральных лопатках под углом = 120 – 1250
к плоскости, перпендикулярной оси вала, обеспечивает необходимую скорость
транспортирования, достаточно интенсивное перемешивание кольцевого потока смеси
и минимальные затраты энергии на перемешивание. При угле <1200 уменьшается
скорость транспортирования кольцевого периферийного потока смеси и возрастает
расход энергии на перемешивание. При угле > 1250 увеличивается скорость
транспортирования периферийного потока, и смесь неравномерно распределяется по
смесителю, скапливаясь у торцевой стенки в зоне выгрузки, что также замедляет
процесс перемешивания.
Высота периферийных лопаток, равная 0,2 – 0,3 радиуса рабочей поверхности
корпуса, является рациональной, так как при больших значениях возрастают
затраты энергии на перемешивание, при меньших значениях уменьшается массообмен
между периферийным кольцевым потоком и центральным потоком, что замедляет
процесс перемешивания.
При ширине центральных лопаток, равной 0,3 – 0,4 радиуса рабочей поверхности
корпус, обеспечивается необходимое возбуждение и перевод смеси во взвешенное
состояние. При меньших значения ширины возбуждается меньший объем смеси и
лопасти необходимо ставить ближе одна к другой, что увеличивает их количество и
усложняет конструкцию смесителя. При больших значениях ширины центральных
лопаток увеличиваются затраты энергии на перемешивание и возрастает
металлоемкость смесителя.
При отношении ширины периферийных
- Київ+380960830922