1.2.3. Особливості розрахунку гвинтових мішалок

В лопатевих та гвинтових мішалках безперервної дії швидкість подачі продукції, здебільшого, є величиною змінною. При цьому у гвинтових мішалках продукція переміщується безперервно з різною інтенсивністю по поперечному перерізу машини, а в лопатевих мішалках – імпульсно. Робоча поверхня гвинта має постійний крок та змінний кут нахилу, а в лопатевих мішалках робоча поверхня має постійний кут нахилу або кут зустрічі лопаті з продукцією, що перемішується.

Складна форма лопатів гвинтової мішалки призводить до руху шарів рідини не тільки перпендикулярно до осі обертання, але і вздовж її.

Серед основних кінематичних параметрів гвинта можна відзначити радіус зовнішньої окружності , радіус внутрішньої окружності, крок гвинта H, мінімальний та максимальний кут нахилу розгортки гвинта

Продуктивність горизонтальної гвинтової мішалки визначається формулою (20).

(20)

де ω – кутова швидкість гвинта; ψ– коефіцієнт заповнення перерізу гвинта продукцією; μ– в’язкість рідини.

При відсутності обертання матеріалу та наявності напрямних продуктивність гвинтової мішалки можна визначити як:

(21)

Поверхня рідини, що обтікається гвинтом, визначається за формулою:

(22)

де Е – коефіцієнт, що враховує зменшення площі, що описується гвинтом: Е=0,25 ;– діаметр гвинта.

Тиск, що створюється гвинтом, складає:

(23)

де – ікеруноуено – швидкісний натиск; ρ– густина рідини; – швидкість руху рідини по осі гвинта, м/с; – абсолютна швидкість руху рідини у резервуарі, м/с; – секундна продуктивність мішалки, м³/с; D – діаметр резервуара, м.

Потужність, що витрачається на привод мішалки, визначається як:

(24)

де η – механічний к.к.д. приводу мішалки, який, як правило, складає

η= 0,7...0,8.

2. Розрахунок основних параметрів машин для механічного перемішування сипучої сировини

2.1. Особливості розрахунку лопатевих мішалок для обробки сипучої продукції

Робочі органи, що рухаються у сипучому середовищі, долають граничну напругу зсуву, пасивний опір маси продукції, тертя між шарами продукта, що зсовуються у процесі перемішування тощо. Питомий опір при цьому можна виразити залежністю:

(25)

складові якого були охарактеризовані вище.

(26)

де ρ – густина продукції, кг/м³; h – глибина занурення лопаті, м; n≤1 – показник степені; – кут внутрішнього тертя покою;– коефіцієнт, що враховує стабілізуючий ефект.

Тоді технологічна потужність даної машини становить:

N =10–3RSV, кВт (27)

де S – площа лопаті, м²; υ – швидкість руху лопаті, м/с;

При перемішуванні сипучих тіл ( при n=5...150 об/хв) опір рухомої лопаті не залежить від швидкості її руху ( що було доведено експериментально).

У лопатевих горизонтальних мішалках робочі органи, що нахилені під кутом α до осі машини, обертаються з постійною кутовою швидкістю ω=υ/r (υ– лінійна швидкість робочої частини лопаті ).

Продуктивність лопатевої мішалки з прямими лопатями постійної ширини можна визначити за формулою:

(28)

де φ – коефіцієнт заповнення продукцією перерізу лопатевої частини мішалки;

b – ширина лопаті, м; z – кількість лопатів, що умонтовані в одному ряду; – відповідно максимальний та мінімальний радіуси лопаті, м.

Для мішалок, що мають ширину лопаті пропорційну радіусу, тобто b=ψr, продуктивність становить:

(29)

Радіус лопаті або гвинта приймають в залежності від розмірів жолоба робочої камери. Так:

(30)

де r – радіус жолоба робочої камери; с – зазор між обечайкою робочої порожнини та лопаттю: с=2...4 мм. Кут нахилу лопаті приймають α=50...600 або в залежності від тривалості обробки.

Враховуючи, що загальний питомий опір дорівнює:

(31)

де bV² – динамічний напір, b=0,5ρ, то загальний опір, щостворюєсередовище рухомій лопаті, дорівнює:

(32)

де – умовний початковий опір; a,m– постійні коефіцієнти, що залежать від виду, реологічних та структурних властивостей маси продукції.

Потужність, що необхідна для приводу до дії лопатевої мішалки, визначають, враховуючи втрати енергії на здолання опору середовища , тертя маси по лопатіта тертя маси по днищу жолобу, тобто:

(33)

При цьому

(34)

(35)

(36)

де – бокова поверхня жолобу, по якому зміщується маса продукції; – середній тиск маси продукції на стінки робочої камери, н/м²;т – абсолютна швидкість руху маси, що переміщується по стінках робочої порожнини, м/с;μ – коефіцієнт тертя ковзання матеріалу продукта по лопаті; φ – коефіцієнт, що враховує стабілізуючий ефект при обертанні в одній площині декількох лопатів; I – довжина лопаті.

Для мішалки, що має косопоставлену лопать, опір середовища складає: (37)

де S – площа лопаті, м²; γ – кут тертя матеріалу по лопаті.

Потужність, що витрачається на здійснення процесу перемішування за даних робочих органів становить: =++, де

(38)

Витрати потужності, що необхідні для здолання тертя маси продукції

2

по поверхням лопаті та стінок робочої камери, визначаються за

формулами (6.32), (6.33).