Проектирование и расчет барабанного смесителя

 

Цель работы: приобретение практических навыков расчёта и проектирования барабанного смесителя.

Задание: Рассчитать и сконструировать барабанный смеситель для сыпучих продуктов, если известны: производительность Q, кг/ч, необходимое число перемещений продукта в барабане, обеспечивающее заданное смешивание в минуту k, объемная плотность компонентов, входящих в смесь, соответственно ρ ₁, ρ ₂, кг/м³, процентный состав отдельных компонентов, входящих в смесь, согласно рецептуре смеси соответственно X₁, X₂, %, угол естественного откоса φ , время, необходимое для загрузки барабана t_заг, мин, начальное сопротивление сдвигу τ ₀, Па. Рабочим органом смесителя является барабан, имеющий отверстие для разгрузки исходных компонентов и разгрузки смеси. Схема барабанного смесителя представлена на рис.5.1. Компоненты смеси перемешиваются во время вращения барабана до получения однородной смеси. Исходные данные для задачи взять из приложения 1.

 

 

Рис. 5.1. Схема барабанного смесителя

Определяем m₁, m₂, кг – массу отдельных компонентов в смеси, необходимых для часовой производительности смесителя:

 

, (5.1)

 

где i – число компонентов смеси;

Q – производительность, кг/ч.

 

Объемную плотность смеси ρ _с (кг/м³) определяем, зная объемную плотность и массу компонентов, входящих в смесь:

 

(5.2)

 

Объем V (м³), занимаемый продуктом в барабане, определяем по формуле

 

(5.3)

где Q – производительность, кг/ч;

ρ _с – объемная плотность смеси, кг/м³;

k – необходимое число перемещений продукта в барабане, обеспечивающее заданное смешивание;

n – частота вращения барабана, n = 20 мин ^-1;

t_заг – время, необходимое для загрузки барабана, мин;

t_раз – время, необходимое для разгрузки барабана, t_раз =1 мин.

 

Объем емкости барабана V₁ определяем, приняв коэффициент заполнения барабана смесью ψ = 0, 5…0, 6:

(5.4)

 

Геометрические размеры барабана определяем из формулы объема барабана, используя соотношение диаметра барабана к длине, равное D/L = (0, 8…1, 0), принимаем D/L = 1, тогда

 

(5.5)

Принимаем D = L

Диаметр выпускного отверстия D₀ (м), согласно рекомендациям, принимаем

 

D₀ = 0, 5·D (5.6)

 

Для определения скорости истечения груза из выпускного отверстия барабана v, м/с определим значения гидравлического радиуса для круглого отверстия, приняв размеры мелкозернистого груза (0, 5·10^-3 < α ≤ 2·10^-3). Отсюда

 

α =(α _min + α _max)/2 (5.7)

 

где А₀=D₀ – диаметр отверстия, тогда

 

(5.8)

 

Коэффициент подвижности m_ид определяем зная, что внутренний коэффициент трения продукта равен

 

f₁= tgφ (5.9)

 

отсюда

 

(5.10)

 

Критический радиус отверстия истечения , м:

 

(5.11)

 

где τ ₀ – начальное сопротивление сдвигу, Па;

 

При гидравлическом радиусе истечения , скорость истечения ν (м/с) определяется по формуле

 

(5.12)

При гидравлическом радиусе истечения , скорость истечения определяется по формуле

 

(5.13)

 

Скорость истечения определяем принимая коэффициент истечения сыпучих грузов λ = 0, 2…0, 65:

Принятое время разгрузки должно быть больше рассчитанного, то есть t_раз > t, где рассчитанное время t (c) определяем предварительно определив площадь выпускного отверстия F_отв (Н) в барабане, которое равно:

 

(5.14)

 

тогда

(5.15)

Проверяем правильность выбора частоты вращения барабана при условии выполнении следующего выражения, исходя из предельной частоты вращения барабана:

 

;

Сила тяжести продукта в барабане G_пр, Н:

 

(5.16)

Время подъема продукта на высоту угла естественного откоса t_под (с) определяем по формуле

 

(5.17)

 

Расстояние от оси вращения до центра тяжести продукта R₀, м определяем, зная, что длина хорды сегмента при ψ =0, 5 равна диаметру барабана С = D = L и предварительно определим площадь F_см, м² поперечного сечения перемешиваемой смеси в барабане:

 

(5.18)

 

отсюда

(5.19)

 

Высоту подъема продукта от горизонтального положения до угла естественного откоса определяем, зная угол естественного откоса φ :

 

(5.20)

 

Мощность, необходимую для преодоления трения в подшипниках смесителя N₁, кВт, определяем, зная силу тяжести продукта в барабане G_пр, приведенный коэффициент трения скольжения стальной цапфы по бронзовой втулке μ = 0, 15, радиус цапфы вала барабана принимаем конструктивно r_ц =0, 02 м. Угловую скорость барабана ω (c^-1) определяем из выражения

 

(5.21)

Сила тяжести барабана G_б, H:

 

(5.22)

 

где D = L – диаметр и длина барабана; δ = 0, 002 м – толщина металлического листа, из которого изготовлен барабан; ρ _м=7800 кг/м³ – плотность материала из которого изготовлен барабан.

Мощность, необходимая для привода барабана N, кВт, определяется по формуле

 

N = N₁+N₂+N₃ (5.23)

 

где N₁ – мощность, необходимая для преодоления трения в подшипниках смесителя, кВт; N₂ – мощность, необходимая для преодоления силы тяжести продукта при его подъеме в барабане до угла естественного откоса, кВт; N₃ – мощность, необходимая для перемешивания продукта, кВт.

 

(5.24)

 

(5.25)

 

(5.26)

 

Для обеспечения вращения барабана смесителя с частотой n разработаем кинематическую схему привода смесителя.

Кинематическая схема представлена на рис. 5.2. Крутящий момент от электродвигателя через ременную передачу передается на быстроходный вал редуктора, с тихоходного вала редуктора крутящий момент через муфту передается на вал барабана смесителя.

 

Рис. 5.2. Кинематическая схема барабанного смесителя:

1 – барабан; 2 – муфта; 3 – редуктор; 4 – ременная передача;

5 – электродвигатель

 

В качестве электродвигателя применяем электродвигатель с частотой вращения n_дв =1000 мин ^–1.

Тогда общее передаточное число привода i определяем по формуле

(5.27)

 

Для рассчитанного передаточного отношения необходимо установить редуктор и ременную передачу, которая позволит установить точную частоту вращения барабана смесителя.

Общее передаточное число i в нашем случае состоит из произведения передаточного числа редуктора i_ред и передаточного числа ременной передачи i _р.п и представлено выражением:

 

(5.28)

 

В качестве редуктора применяем цилиндрический двухступенчатый редуктор типа Ц2У с передаточным отношением i_ред, тогда передаточное число ременной передачи i_р.п. определяем из формулы

(5.29)

 

Общий коэффициент полезного действия можно определить по формуле, которая для данного случая имеет вид

(5.30)

 

где η _ред. – КПД редуктора, η _ред =0, 8;

η _р.п. – КПД ременной передачи, η _р.п. = 0, 95.

Установленная мощность привода N_пр, кВт:

 

(5.31)

 

Выбираем для привода барабанного смесителя электродвигатель по ГОСТ19523-74 с N_э.д, n_э.д (Приложение 2).

По передаточному отношению и крутящему моменту на тихоходном валу редуктора выбираем редуктор.

Крутящий момент M_кр, H·м:

 

(5.32)

 

На основании рассчитанных данных выбираем цилиндрический двухступенчатый редуктор по ГОСТ 21426-75.

Таким образом, на основании проведенных расчетов определены геометрические и кинематические параметры барабанного смесителя.

 

Порядок оформления отчета. Отчет о расчетно-практической работе оформляется в соответствии с требованиями, изложенными в [10], и включает в себя следующие разделы:

– цель работы;

– расчетную часть, в которой приводится расчет барабанного смесителя согласно предлагаемому варианту (приложение 1);

– графическую часть, в которой даются чертеж схемы барабанного смесителя и кинематическая схема барабанного смесителя с указанием рассчитанных параметров передач.

 

Приложение 1

 

Таблица 5.1– Исходные данные для расчета

 

 

Номер варианта	Производительность, Q кг/ч	Число перемещений продукта в барабане, k	Угол естественного откоса φ , град	Начальное сопротивление сдвигу τ 0, Па	Время загрузки продукта в барабан tзаг, с	Исходные компоненты
Насыпная плотность, кг/м3	Процентное содержание компонентов в смеси, %
ρ 1	ρ 2	X1	X2

 

 

 

Приложение 2

 

Таблица 5.2–Технические данные двигателей серии АИР

(тип/асинхронная частота вращения, мин ^-1)

Мощность Рдв, кВт	Синхронная частота, мин -1
0, 37 0, 55 0, 75 1, 1 1, 5 2, 2 5, 5 7, 5 18, 5	- 63В2/2730 71А2/2820 71В2/2805 80А2/2850 80В2/2850 90L2/2850 100S2/2850 100L2/2850 112M2/2895 132M2/2910 160S2/2910 (1) 160M2/2910 (1) 180S2/2919 (1) 180M2/2925 (1)	- 71A4/1357 71B4/1350 80A4/1395 80B4/1395 90L4/1395 100S4/1410 100L4/1410 112M4/1432 132S4/1440 132M4/1447 160S4/1455 (2) 160M4/1455(2) 180S4/1462(3) 180M4/1470(1)	71A6/915 71B6/915 80A6/920 80B6/920 90L6/925 100L6/945 112MA6/950 112MB6/950 132S6/960 132M6/960 160S6/970 (4) 160M6/970 (5) 180M6/980 (3) - -	- 80В8/700 90LA8/695 90LB8/695 100L8/702 112MA8/709 112MB8/709 132S8/716 132M8/712 160S8/727 (3) 160M8/727 (3) 180M8/731 (3) - - -
Примечания: 1. Отношение максимального вращающего момента к номинальному Тmax /Т = 2, 2; для отмеченных (в скобках) 1) 2, 7; 2) 2, 9; 3) 2, 4; 4) 2, 5; 5) 2, 6. 2. Пример обозначения двигателя: Двигатель АИР100L2 ТУ 16-525.564-84.

Практическая работа №6

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: