CC BY
38
УДК 62-932.4 62-405.6
ЭЛАСТИЧНЫЕ ОБОЛОЧКИ КАК УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СЫПУЧИХ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ
Основным в развитии теории смешивания является создание
конструкций, обеспечивающих
оптимальную эффективность процесса смешивания. Получение смеси требуемой однородности является критерием оптимальной эффективности смешивания. При этом энергозатраты на приготовление сыпучих многокомпонентных смесей должны быть сведены к минимуму.
Основой качественного смешивания является равномерное распределение исходных компонентов в объеме смеси.
Широкое распространение в качестве смесителей получили смесители
циркуляционного типа. В качестве циркуляционных смесителей наибольшее применение находят смесители барабанного типа без внутренних перемешивающих устройств, к основным достоинствам которых можно отнести простоту конструкции, смешение компонентов без истирания и дробления [1].
При смешивании компонентов, склонных к сегрегации, следует выполнять условия: 1) компоненты загружают в смеситель последовательно, в порядке возрастания их склонности к сегрегации; 2) производить загрузку компонентов в зоны, максимально удаленные от центров сегрегации; 3) компоненты, не склонные к сегрегации загружают одновременно параллельными потоками [2].
Перечисленные условия накладывают дополнительные требования на процесс смешения и конструирование смесителей. Учитывая недостатки смесителей барабанного типа, к которым относится плохое продольное перемешивание, вследствие чего увеличивается
длительность процесса смешения, ранее предлагалось для смешения использовать процесс осевого циркуляционного смешивания [3]. Рассматриваемый процесс
М.В. Суханова ФГОУ ВПО АЧГАА
смешения имеет детерменированно-стохастическую направленность. Процесс можно осуществлять с помощью устройств, создающих пульсирующие циклы напряженных состояний во взаимно перпендикулярных плоскостях (способ «взбивания подушки») (рис. 1).
Такие пульсации обуславливают комбинированное смешение, включающее конвективное и диффузионное смешение и сводящее к минимуму сегрегацию, так как центры сегрегации разрушаются в течение одного цикла перемешивания. Для интенсификации процесса
приготовления многокомпонентных смесей подачу компонента наиболее склонного к сегрегации можно осуществить позже подачи других компонентов.
Целью исследования является рассмотрение способа приготовления многокомпонентных смесей путем создания циклических колебаний смеси в эластичных смесителях.
Осуществить процесс можно различными способами, например принудительным давлением на упругие стенки внутренней оболочки камеры смешения или созданием циклических колебаний смесителя [4]. В этом случае напряженное состояние сыпучего тела будет меняться во взаимно перпендикулярных плоскостях,
обуславливая процесс скольжения по площадкам сдвига (рис. 1). Овал напряжений будет находиться в состоянии максимально допустимых пульсаций, позволяющих изменять положение площадок скольжения в сыпучем теле, способствуя, тем самым, перемешиванию компонентов смеси [4].
Для решения поставленной задачи предлагается следующий способ приготовления смеси сыпучих материалов [5]. Заданные порции компонентов
сыпучей смеси подаются в смеситель, производится перемешивание компонентов циклическим колебанием смеси по дуге относительно вертикальной оси (рис. 2). При таком перемешивании частицы компонентов смеси совершают
произвольные перемещения в продольных, поперечных и наклонных плоскостях. Порции компонентов смеси
поворачиваются вокруг продольной оси смесителя на 3600. Разрушение ядра сегрегации происходит при отсутствии дробления частиц.
Способ приготовления смеси сыпучих материалов заключается в следующем (рис. 2). Через загрузочный патрубок 5 засыпают компоненты смеси, включают реверсивный привод 1, который тянет поочередно гибкие тяги 3 смесителя. Под действием сил натяжения тяг смеситель совершает колебательные движения по дуге и изменяет горизонтальное положение на наклонное положение, одновременно изгибаясь в поперечных плоскостях. Стенки смесителя давят на частицы компонентов смеси и способствуют их перемещению (рис. 2). Наличие свободного пространства (0,3.. .0,43 общего внутреннего объема
смесителя) внутри изогнутого и наклоненного смесителя обеспечивает перемещение частиц компонентов смеси по произвольным траекториям,
переворачивание порций компонентов смеси вокруг продольной оси на угол 3600, перемешивание компонентов смеси без образования застойных зон и разрушение ядра сегрегации.
Для осуществления указанного способа предлагается устройство в виде эластичного смесителя 4, состоящего из двух прямоугольных полотен, скрепленных по длинным сторонам (рис. 3). Короткие стороны прямоугольных полотен соединены между собой посредством боковых стенок, выполненных в виде двух круговых сегментов, скрепленных между собой по хорде. Длины дуг сегментов равны меньшим сторонам прямоугольных полотен смесителя. Смеситель соединен с реверсивным приводом 1, к которому крепятся гибкие тяги 3, закрепленные на блоках 2. Другие концы гибких тяг крепятся к углам смесителя. В верхней и нижней частях смесителя располагаются загрузочный и выгрузной патрубки 5.
Рис. 1. Схема создания пульсирующих циклов напряженных состояний
! а
>и
2
*; I У
Рис. 2. Принцип работы эластичного смесителя
4
Рис. 3. Схема эластичного смесителя
Коэффициент наполнения
эластичного смесителя выбирают в пределах от 0,57 до 0,7 общего объема смесителя, причем меньшее значение принимают для компонентов с большим объемным весом, а угол колебания принимается в пределах, больше значения угла внутреннего трения и меньше 1800 [5]. При значении угла, меньше угла внутреннего трения, отсутствует скольжение, и нет возможности
перемешивания компонентов смеси. Верхний предел обусловлен
нерациональным увеличением
энергозатрат на осуществление процесса смешивания. Цикл смешивания повторяют до тех пор, пока смешивание компонентов не достигнет требуемой по технологическим условиям степени однородности. Готовая смесь выгружается через выгрузной патрубок эластичного смесителя. Дополнительно устройство может снабжаться пультом управления с пускателем перемешивающего устройства и таймером, регулирующим время работы смесителя.
В качестве модели, поясняющей принцип работы эластичного смесителя, предложена система, напоминающая
ременную передачу, состоящую из двух роликов-звездочек, соединенных
посредством гибкого эластичного полотна, с определенной шероховатостью поверхности (рис. 4). Смесь, поступающая внутрь полотна, является натяжным устройством, позволяющим осуществлять передачу движения от ведущего ролика к ведомому ролику. Вместе с движением полотна происходит движение нижних слоев смеси, а движение слоев, находящихся выше, вследствие действия сил инерции, запаздывает. Частицы нижележащих слоев поднимаются вверх и скатываются под действием сил тяжести, попадая на верхний слой. Таким образом, происходит перемешивание в целом объеме смеси.
Лабораторная установка является моделью, демонстрирующей способ перемешивания сыпучих смесей в эластичных оболочках-смесителях.
Режимы работы смесителя задаются в соответствии с требуемой степенью однородности, физико-механическим
составом компонентов смеси и другими требованиями.
Рис. 4. Модель эластичного смесителя
Выводы:
- при смешивании компонентов сыпучей смеси необходимо рассматривать систему «смеситель-смесь» как систему переменного состава, чтобы можно было использовать известные теоремы классической механики для создания математической модели смешивания;
- осуществить процесс смешивания можно способом принудительного
давления на упругие стенки внутренней оболочки камеры смешения или созданием циклических колебаний смесителя;
- в качестве устройства для смешивания можно использовать эластичный смеситель, который, по сравнению с «жесткими» смесителями, обладает податливостью стенок, способствующей лучшему перемешиванию смеси.
ЛИТЕРАТУРА
1. Свиридов, М.М. Некоторые вопросы проектирования смесителей сыпучих материалов направленного типа [Текст] / М.М. Свиридов // VIII науч. конф.: пленарные докл. и краткие тез. конф. / Тамбов. гос. техн. ун-т. - Тамбов, 2003. - Ч. 1.- 320 с.
2. Селиванов, Ю.Т. Расчет и проектирование циркуляционных смесителей сыпучих материалов без внутренних перемещивающих устройств / Ю.Т. Селиванов, В.Ф. Першин. - М.: Машиностроение, 2004. - 78 с.
3. Игнатьева, М.В. Формирование многокомпонентных сыпучих смесей для интенсификации кормоприготовления в птицеводстве / М.В.Игнатьева // Научное обеспечение реализации национальных проектов в сельском хозяйстве. Т. II: матер. всероссийской
науч.-практ. конф. / ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА. - Ижевск, 2006. - 564 с.
4. Суханова, М.В. Проблемы проектирования смесителей сыпучих продуктов / М.В. Суханова // Экономика, организация, технология и механизация животноводства: межвуз. сб. науч. тр. - Вып. 4. - Зерноград, 2008. - 343 с.
5. Пат. 2345827 Российская Федерация, МПК Б01Б 3/18 Способ приготовления смеси сыпучих материалов [Текст] / Суханова М.В.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО АЧГАА. - № 2007113084; заявл. 09.04.07; опубл. 10.02.09, Бюл. № 4. - 1 с.
