Устройство и расчет вращающихся питателей

 

Вращающиеся питатели характеризуются тем, что их рабочий орган совершает вращательное движение вокруг неподвижной оси. Основными типами вращающихся питателей являются барабанные, лопастные (шлюзовые) и винтовые.

 

Барабанные питатели

 

Принцип действия барабанного питателя сводится к тому, что смонтированный на горизонтальной оси барабан перекрывает выпускное отверстие бункера. При вращении барабана материал увлекается силой трения и равномерно подается на приемный конвейер. Производительность барабанных питателей находится в пределах 10–150 м³/ч и регулируется с помощью частоты вращения барабана, а также высотой поднятия шибера (рис. 4.2).

 

 

Рис. 4.2.  Схема барабанного питателя

1 – бункер; 2 – барабан; 3 – рукав; 4 – шибер

 

Производительность барабанного питателя

 

  кг/с,

 

где F = h _ш ^.В – площадь выпускного отверстия, м² (h _ш – высота поднятия шибера; В – ширина питателя);

 – окружная скорость барабана, м/с (D – диаметр барабана, м; n – частота вращения, с^-1);

 – коэффициент использования объема,

 – насыпная плотность материала, кг/м³.

Давление, действующее на затвор, относят к так называемым «местным», зависящим от способа формирования материала в бункере, и определяют

 

 Па,

 

где R  – гидравлический радиус выпускного отверстия (  где S – площадь, П – периметр отверстия);

f _вн – коэффициент внутреннего трения материала;

m – коэффициент подвижности;

k _ф – коэффициент формирования материала в бункере (k _ф = 2 при неподвижном материале; k _ф  = 1  при движении).

Для большинства сыпучих грузов m ^. f _вн ≈ 0,18, тогда

 

Р_з = 5,6 ^. k _ф ^{.  .} q = 55 ^. k _ф  ^. p ^. R  Па.

 

Мощность на работу затвора

 

N = (M₁ + M₂ + M₃) ^. ω, Bт

 

где М₁ – момент сопротивления при сдвиге материала на уровне шибера, Н^.м;

  М₂ – момент сопротивления в цапфах барабана, Н^.м;

  М₃ – момент сопротивления от трения материала о боковую поверхность, Н^.м;

   – угловая скорость, рад/с.

 

 Н^.м,

 

где F₁ – сила сопротивления сдвигу материала, F₁ = P_з ^. а ^.В ^. f _внт   (f _внт – коэффициент внутреннего трения материала);

  D – диаметр барабана, м.

 

  Н^.м,

 

где m _б – масса барабана, кг;

     f _ц – коэффициент сопротивления в цапфах;

    d _ц – диаметр цапфы, м.

 

Нм,

 

где L – длина дуги, по которой движется материал, м;

f – коэффициент трения материала о внутреннюю поверхность барабана;

ε – коэффициент бокового давления;

Р_б  – боковое давление на боковую поверхность, Па.

Шлюзовые питатели

Шлюзовые питатели применяются для подачи материала в аппараты с повышенным или пониженным давлением (топки, сушилки, пневмотранспортные установки). Состоят из цилиндрического барабана 1 (рис. 4.3), на поверхности которого вдоль продольной оси закреплены лопасти 2. При вращении барабана лопасти захватывают материал  и перемещает его к нижнему разгрузочному окну.

Производительность шлюзового питателя

  кг/с,

 

где V – объем одной ячейки барабана, м³;

   z – число ячеек, шт;

    n – частота вращения барабана, с^-1;

    p – насыпная плотность материала, кг/м³;

 – коэффициент использования объема.

 

 

Рис. 4.3. Схема шлюзового питателя

1 – бункер; 2 – барабан

 

Мощность на валу барабана определяется по аналогии с барабанным питателем при коэффициенте трения в опорах цапф           (f _ц  = 0,05 – для подшипников качения и  f _ц = 0,15 – для подшипников скольжения).

 

Винтовые питатели

Широко используются на заводах благодаря главному их достоинству – герметичности. Винтовой питатель (рис. 4.4) состоит из вала с приваренным к нему винтом 1, концевых подшипников 2 и привода. Вследствие небольшой длины питателей 1–3 м промежуточный подшипник не применяется. Для уплотнения материала и создания герметичности винт питателя в средней части делается с меньшим шагом.

 

 

Рис. 4.4. Схема винтового питателя

1 – винт; 2 - подшипники

 

Производительность винтовых питателей

 

т/ч,

 

где D_в и d_в – диаметры винта соответственно наружный и внутренний, м;

  S – шаг винта (S ≈ D_в), м;

Ψ = 0,8 – коэффициент использования объема винта.

Мощность приводного двигателя

 

 кВт,

 

где к₃ = 1,1 1,2 – коэффициент запаса;

L_Г – длина горизонтальной проекции питателя, м;

ω – коэффициент сопротивления (для неабразивных материалов ω = 1,2 1,5; для угольной пыли ω = 1,2 2,5);

Н – высота подъема (для наклонных питателей), м.

Если питатель установлен таким образом, что воспринимает часть веса материала, находящегося в бункере, то дополнительную мощность на преодоление этого сопротивления следует учесть аналогично, как в круглом затворе.

Крутящий момент на валу

М_кр = Р ^. 1000 / ω  Н^.м,

 

где ω – угловая скорость вала,  рад/с.

Продольная сила на винт

 

,

 

где r = (0,7 0,8)  – радиус действия силы, м;

 = аrсtg  – угол подъема винтовой линии (S – шаг винта);

 φ – угол трения материала о винт.

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Дайте определение понятию питатель.

2. Как классифицируются питатели?

3. Перечислите основные конструктивные элементы пластинчатого питателя.

4. Выполните расчёт производительности и мощности питателя.

5. Назовите отличие ленточного питателя от пластинчатого питателя.

6. Устройство и расчёт барабанного питателя.

7. Назовите область применения шлюзовых затворов и приведите его конструкцию.

8. Устройство и расчёт винтового питателя.

 

Тема 5. ДОЗАТОРЫ

Вопросы темы: Назначение дозаторов. Ленточный дозатор с механической связью. Тарельчатый дозатор.

 

Дозаторы применяются для точной дозированной подачи материала при составлении смесей определенной рецептуры. Дозирование материалов может осуществляться по объему и массе. Объемный метод пригоден только для дозирования порошкообразных материалов, имеющих постоянный гранулометрический состав и не склонных к слипанию и комкованию. Точность дозирования по массе более высокая, так как в этом случае не влияет изменение плотности исходного материала. Объемные дозаторы проще по устройству, но их точность ниже, чем у весовых.

 

Ленточный дозатор

 

При непрерывном технологическом процессе широко используют автоматические дозаторы непрерывного действия, которые за определённый отрезок времени подают равномерным потоком заданное количество дозируемого материала.

Ленточный стационарный дозатор с механической связью датчика и регулятора (рис. 5.1) для сыпучих материалов состоит из приемной воронки 5, короткого ленточного конвейера, который служит весовой платформой дозатора, и весового рычажного механизма с грузоприёмным роликом, расположенным под весовым участком ленты. На раме 1 дозатора смонтирован ленточный конвейер, ведущий барабан 3, который приводится в движение от электродвигателя 2. Над лентой 9 дозатора на стойке 4 установлена приёмная воронка 5. Материал из воронки поступает на ленту дозатора, которая захватывает материал и вытягивает его из воронки.

Весовой механизм дозатора представляет собой рычаг с весовым роликом 8 на одном плече. На ролик действует сила тяжести ленты с находящимся на ней материалом. Другое плечо рычага тягой соединено с коромыслом 10, на котором имеется гиря 7. Если материал поступает равномерным потоком, то коромысло находится в равновесии. Как только масса материала изменится, изменится и давление на ролик. Когда количество материала на ленте увеличится, ролик начнёт опускаться, одновременно другой конец рычага через тягу будет поднимать правое плечо коромысла. Вследствие этого левое плечо коромысла и связанная с ним заслонка 6 начнут опускаться, уменьшая впускное отверстие приемной воронки. В результате выход материала на ленту будет уменьшаться до тех пор, пока не восстановится заданная производительность. При уменьшении количества материала на ленте произойдет обратное – грузоприёмный ролик поднимется и коромысло поднимет заслонку, вследствие чего увеличится подача материала на ленту.

 

 

Рис. 5.1 Ленточный стационарный дозатор с механической

 связью датчика и регулятора

 

Производительность дозатора

 

                                   Q = 3600 ^. v ^. m т/ч,                             (5.1)          

 

где v – скорость ленты, м/с;

m – масса материала на 1 м ленты, т.

 

Тарельчатый дозатор

 

Тарельчатый дозатор представляет собой вращающийся диск 5 (рис. 5.2, а), на который высыпается материал из бункера 1. Неподвижным скребком 3 материал сгребается с диска и направляется в рукав 4. Регулирование производительности питателя осуществляется с помощью подвижной манжеты 2, которая перемещается гидроцилиндром 6. Тарельчатые питатели могут использоваться при работе с любыми материалами. Но из-за сложности герметизации на заводах по переработке торфа распространение получили только для дозирования различных минеральных компонентов.

 

Рис. 5.2. Схемы тарельчатого питателя (а), действующих

на частицу сил (б) и схема (в) для определения

 производительности питателя

 

Частота n вращения диска питателя подбирается таким образом, чтобы сбрасывание частиц материала под действием центробежной силы не происходило (для организации правильной разгрузки материала в месте установки скребка).

Частица массой  m  находится под действием сил трения

                                 F_f  =  m ^. g ^. f                                           (5.2)   

 

и центробежной силы

                    F_ц = m ^. ,                           (5.3)

 

где v – окружная скорость вращения диска, м/с;

n – частота вращения диска, с^-1.                    

Для удержания частицы на поверхности диска должно быть соблюдено условие (рис. 5.2, б) F_f  > F_ц.

Используя формулы (5.2) и (5.3), получаем

 

                                    ,                                   (5.4)

 

где  R₁ – радиус основания конуса, м,

     f  – коэффициент трения материала по диску.

Радиус (рис. 5.2, в)

 

                          R₁ = D / 2 +│h / (tg φ)│,                                (5.5)

где D – внутренний диаметр манжеты, м;

φ – угол естественного откоса в движении;

h – зазор между манжетой и диском.

Производительность Q _т.пит тарельчатого питателя при наибольшем съеме материала с диска (снимается кольцо, в поперечном сечении имеющее фигуру треугольника ABC – рис. 5.1, в)

 

                          Q_т.пит = 3,6 Ω _ABC 2 π ^. R _ц.т ^. п ^. ,                        (5.6)

где R _ц.т  – расстояние от центра тяжести треугольника ABC до оси вращения R _ц.т = R + h / (3 tgφ);

Ω _ABC  – площадь поперечного сечения срезаемой фигуры

 

Ω _ABC = .

Тогда

                 Q _т.пит = 3,6 ^. 2π (R + ) ^. п ^.  =

                       = 3,6 (R + ) ^. п ^. .                      (5.7)

Мощность двигателя питателя складывается из двух составляющих:

_т.пит – мощности на преодоление сил трения материала по дну диска;

_т.пит – мощности на преодоление трения материала по скребку.  

Сила трения  (Н) материала по дну диска

 

                          = Ω _ABC 2π ^. R _ц.т   ^{. .} g ^. f₁ ,                          (5.8)

 

где  f₁  – коэффициент трения материала по дну диска.

Используя формулы (5.6) и (5.7), получаем

 

                                        (5.9)                                           

 

Скорость v_м (м/с) перемещения материала вдоль скребка может быть прибавлена к скорости перемещения центра тяжести треугольника ABC, так как материал течёт сплошным непрерывным потоком

 

                         v _м = 2π ^. R _ц.т ^. n = 2π(R + ).                   (5.10)              

Тогда составляющая мощности (кВт)

 

                             _т.пит = 10^{-3 .  .} v_м .                                          (5.11)

 

При перемещении материала на скребок действует сила, равная силе трения материала по диску. Скребок установлен на диске под углом β. Нормальная к скребку сила равна ^. cos β, а сила трения   материала по скребку

 

                              = ^. cos β ^. f₂ ,                              (5.12)

где  f₂  – коэффициент трения материала по скребку.

Тогда _т.пит = 10^{-3 .  .} v_м = 10^{-3 .  .} f₂ ^. v_м ^. cos β.

Общая мощность (кВт) электродвигателя

 

P _т.пит = ( _т.пит  + _т.пит) / η_пр = 10^{-3 .  .} v _м (1 + f₂ ^. cos β) / η_пр.

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Для чего предназначены дозаторы?

2. Перечислите методы дозирования.

3. Перечислите основные элементы ленточного дозатора.

4. Вычертите схему тарельчатого дозатора.

5. Выведите формулу производительности тарельчатого дозатора.

6. Чему равна мощность на привод тарельчатого дозатора.

 

 

Тема 6. СМЕСИТЕЛИ

Вопросы темы: Назначение и устройство смесителей. Их классификация. Барабанные смесители. Лопастные смесители.

 

Под смешением принято понимать такой механический процесс, в результате которого первоначально находящиеся раздельно компоненты после равномерного распределения каждого из них в смешиваемом объеме образуют однородную смесь. Под термином «перемешивание» понимается следствие воздействия рабочего органа на сыпучий материал, которое не всегда приводит смесь к однородному состоянию.

Качество (однородность) смешивания зависит от длительности, физико-механических свойств смешиваемых материалов и конструкции смесителя.

Смесители сыпучих материалов можно классифицировать по одному из следующих признаков:

- по способу их установки (передвижные, стационарные);

- по характеру протекающего в них процесса смешивания (периодического или непрерывного действия);

- по скорости вращения рабочего органа (тихоходные, скоростные);

- по способу воздействия на смесь (гравитационные, центробежные, пневматические).

 

Барабанные смесители

 

Барабанные смесители с вращающимся корпусом относятся к наиболее распространенным в настоящее время машинам, применяемым для смешения сыпучих материалов. Различаются они формой корпуса и его расположением по отношению к оси вращения. В промышленности используются следующие типы барабанных смесителей: цилиндрический горизонтальный с осью вращения, совпадающей с осью цилиндра (рис. 6.1, б); биконический горизонтальный с осью вращения, совпадающей с осью корпуса (рис. 6.1, в); биконический вертикальный с осью вращения, перпендикулярной к оси вращения корпуса (рис. 6.1, г); граненый горизонтальный с осью вращения, совпадающей с осью корпуса (рис. 6.1, д); бицилиндрический, иногда называемый V- образным (рис. 6.1, е); кубический (рис. 6.1, ж); тетраэдрический (рис. 6.1, з); цилиндрический с осью вращения, наклоненной к оси корпуса, так называемая «пьяная бочка» (рис. 6.1, и).

 

 

Рис. 6.1 Схемы основных типов барабанных смесителей

 

Барабанные смесители относятся к тихоходным машинам, так как окружная скорость вращения их корпуса невелика и составляет 0,17–1 м/с. Рабочая скорость вращения, обеспечивающая оптимальное количество смеси, зависит в основном от типа смесителя и физико-механических свойств перемешиваемых компонентов. Устанавливается она экспериментально. Т. Яно (Япония) предлагает находить оптимальную рабочую скорость вращения по эмпирической формуле

 

n _опт = (1500  2000)  об/мин,

 где d _ч – среднеарифметический диаметр частиц смешиваемых компонентов;

 R _max – максимальный радиус вращения корпуса смесителя.

 

Лопастные смесители

 

Лопастные смесители получили широкое распространение в промышленности. Они отличаются простотой конструкции, непрерывностью действия, большой производительностью и лёгкостью обслуживания.

Недостатки лопастных смесителей: 1) не обеспечивается тщательное смешение компонентов и 2) лопасти смесителя вгоняют воздух в смешиваемую массу, что ухудшает её пластичность.

Смесители бывают одно- и двухвальные. Остановимся на рассмотрении более совершенных – двухвальных смесителей.

Двухвальные лопастные смесители при меньшей длине лучше смешивают материалы, чем одновальные. Двухвальные смесители бывают с одинаковым и разным числом оборотов лопастных валов, прямоточные и противоточные.

Двухвальный лопастный прямоточный смеситель с одинаковым числом оборотов лопастных валов (рис. 6.2) широко распространен для смешивания как сухих, так и влажных пластичных материалов. Смеситель имеет широкое корыто 1, закрытое с двух сторон крышками, на кронштейнах 2 которых установлены подшипники 3 валов 4 и 5. Внутри корыта на каждом валу по прерывистой винтовой линии закреплены лопасти 6. Обычно лопасти обоих валов имеют общую прямую линию соприкосновения. Существуют также мешалки, в которых лопасти одного вала входят в промежутки между лопастями другого вала, что обеспечивает более тщательное перемешивание. Вал 4 мешалки приводится во вращение от электродвигателя 7 через редуктор 8, а вал 5 – от вала 4 через пару цилиндрических зубчатых колёс 9.

Материалы, непрерывно загружаемые в смеситель, смешиваются вращающимися навстречу друг другу лопастями валов 4 и 5. Лопасти измельчают также комья и подвигают массу к разгрузочному отверстию 10.

Техническая характеристика двухвальных и одновальных смесителей приведена в табл. 6.1.

Рис. 6.2 Двухвальный лопастный смеситель СМ-447

 

Таблица 6.1

Техническая характеристика лопастных смесителей

 

Показатели	Двехвальные смесители			Одновальные смесители
	СМ-447	СМ-440 пароувл.	СМ-246 пароувл.	ССМ-240	ССМ-241
Ширина корыта,м	1,14	1,14	1,595	0,8	0,8
Длина корыта, м	3	3	3,5	3	4
Угловая скорость лопастных валов, об/мин	32	32	31	24	24
Наружный диаметр лопастей, мм	600	600	750	764	764
Передаточное число редукторов	23,34	23,34	31,8	-	-
Производительность смесителя, м3/ч	20	20	35	10	10
Мощность электродвигателя, кВт	28	28	40	12	15
Габариты (длина, ширина, высота), м	5,6х1,6хх1,02	5,7х1,6хх1	5,6х1,6хх1,02	4,4х1,2х х1,1	5,4х1,8х х1,1
Масса смесителя, т	3,5	4,2	6,6	2,4	2,5

Для более тщательного перемешивания применяются двухвальные противоточные смесители. Конструктивно они идентичны смесителю СМ-447, но углы установки лопастей на валах противоположны. Такая схема создаёт встречные потоки частиц при общем движении частиц к разгрузочному окну, поскольку угловая скорость одного вала больше угловой скорости другого.

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: