РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА СМЕШИВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ ЦЕНТРОБЕЖНЫМ СМЕСИТЕЛЕМ
Цель теоретических исследований - разработка математической модели центробежного смесителя сыпучих кормов и обоснование его рациональных технологических, конструктивных, кинематических и энергетических параметров.
2.1. Разработка и обоснование способа смешивания и конструктивно-технологической схемы центробежного смесителя
На основании проведенного анализа теоретических исследований процесса смешивания сыпучих материалов, обзора конструкций смесителей, критического анализа их достоинств и недостатков следует считать, что предложенные способы смешивания сыпучих материалов и конструкции смесителей не в полной мере отвечают современным зоотехническим требованиям. Основным недостатком существующих конструкций смесителей является то, что смешиваемые компоненты, движущиеся параллельными потоками, подвергаются равнозначному воздействию рабочих органов, вследствие чего происходит хаотическое перераспределение частиц между потоками, которое не обеспечивает заданной однородности смеси.
Для достижения цели управления перераспределением частиц смешиваемых компонентов в предлагаемом нами способе [10, 12, 14] смешиваемые компоненты движутся по пересекающимся траекториям, причем один из компонентов находится в псевдоожиженном состоянии, а вводимые компоненты подаются под прямым углом к направлению движения основного компонента с различной скоростью. Значения скоростей рассчитывается для отдельно взятого потока частиц, чем и обеспечивается равномерное распределение вводимых компонентов в смеси. Графическая схема реализации предложенного способа представлена на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Графическая схема реализации способа смешивания сыпучих материалов: - направление движения вводимых компонентов; - основного компонента
Предлагаемый способ смешивания сыпучих материалов может быть реализован в вертикальной цилиндрической камере, внутри которой движется основной псевдоожиженный компонент в виде полого цилиндра, а подача вводимых компонентов осуществляется с помощью вращающегося диска, ограниченного по периметру частью Архимедовой спирали.
На рис.2.2 изображена технологическая схема центробежного смесителя сыпучих материалов. Устройство для смешивания сыпучих материалов состоит из цилиндрического корпуса 1, патрубка 2 для подачи вводимых компонентов, патрубка 3 для подачи основного компонента, направляющей 4, ротора 5, выполненного в виде диска с рабочими каналами и ограниченного по периметру частью Архимедовой спирали, выгрузного патрубка 6 и электродвигателя 7. Принцип работы предлагаемого смесителя сыпучих материалов заключается в следующем.
Рис. 2.2. Технологическая схема центробежного смесителя сыпучих материалов: 1 - корпус цилиндрический; 2 - патрубок загрузочный вводимых компонентов; 3 - патрубок загрузочный основного компонента; 4 - направляющая; 5 - ротор; 6 - патрубок выгрузной; 7 - электродвигатель; - направление движения вводимых компонентов; - основного компонента
Основной компонент смеси подается через загрузочный патрубок 3 и распределяется между корпусом 1 и направляющей 4, образуя при этом псевдоожиженный поток. Вводимые компоненты через патрубок 2 подаются на вращающийся ротор 5, где частицы, двигаясь по диску с различной длиной рабочих каналов, приобретают различную скорость и за счет этого внедряются в поток основного компонента на различную глубину, образуя при этом однородную смесь.
2.2. Исследование динамики частиц добавок по ротационной поверхности центробежного смесителя
2.2.1. Предварительные замечания
Ротационные рабочие органы получили широкое распространение в машинах для внесения минеральных удобрений в почву [104- 106], в дозаторах и смесителях сыпучих материалов [13, 15, 107]. Наиболее распространенные конструкции таких рабочих органов дозаторов и смесителей включают плоский диск, на поверхности которого расположены лопатки либо рабочие каналы прямолинейной или криволинейной формы. Однако качество выполнения технологического процесса рабочей машиной в значительной степени зависит от правильного выбора формы лопатки либо формы рабочего канала, а также их расположения на рабочем диске.
Наиболее фундаментально процесс движения частицы по ротационным поверхностям рассмотрен академиками П.М. Василенко [108, 109, 110] и П.М. Заикой [111, 112], однако в приведенных работах при составлении математической модели движения частицы материала по ротационной поверхности с прямолинейными и криволинейными лопатками авторы заранее устанавливали формы лопаток и их расположение. В работах В.В. Адамчука [113, 114, 115] также рассмотрены задачи по определению относительной скорости схода частицы с ротационной поверхности с прямолинейными лопатками и не рассматривается вопрос о рациональной форме лопатки и ее расположении, которые в значительной степени влияют на качество выполнения технологического процесса [107].
Как следует из обзора последних исследований, объективные зависимости для определения форм лопаток и рабочих каналов ротационных поверхностей в настоящее время отсутствуют, хотя они необходимы при создании новых машин.
2.2.2. Физическая постановка задачи
Рассматривается движение материальной частицы вдоль канала заданной формы, выполненного в твердом теле несущего диска радиуса (рис. 2.3). Диск вращается вокруг вертикальной оси с постоянной угловой скоростью . Канал в начальной точке является касательным к радиусу диска и представляет собой дугу окружности радиуса , расположенную так, что вектор главной нормали ее направлен в сторону противоположную направлению вращения диска.
Рис.2.3. Расчетная схема движения материальной частицы вдоль криволинейной поверхности лопасти вращающегося диска
Материальная точка, которая вначале находится в точке на расстоянии от оси вращения , под действием центробежной силы начинает движение из состоян