ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Лабораторная работа 1

БУНКЕРНОЕ УСТРОЙСТВО

Цель работы: Изучение конструкции бункерного устройства. Определение основных технических характеристик: производительности, скорости и коэффициентов истечения дисперсного материала.

Методические указания

Бункеры – это ёмкости для кратковременного хранения сыпучих материалов. Собственно, бункеры, загрузочные и разгрузочные устройства, побудители истечения, затворы, питатели, приборы контроля и автоматизации составляют бункерные устройства.

С целью обеспечения достаточно полного опорожнения днища бункеров должны иметь наклонные стенки. При конструировании бункеров необходимо учитывать основные физико-механические свойства сыпучих материалов, поэтому для начала проектирования бункера необходимо провести экспериментальные исследования сыпучего материала и определить его физико-механические характеристики. Параметрами, от которых зависит надёжное истечение сыпучего материала из бункера, являются формы бункера и его воронки, угол наклона стенок, размеры выпускаемого отверстия, материала покрытия стенок.

При истечении сыпучего материала из бункера в зависимости от свойств этого материала возможно либо образование свода над разгрузочным отверстием, вследствие чего истечение материала прекратится полностью, либо происходит зависание части материала на стенках бункера, что не позволяет его опорожнить полностью. Для предотвращения зависания и разрушения сводов в бункерах могут быть установлены механические, электромеханические, электромагнитные, аэрационные и другие побудители движения сыпучего материала.

Правильный выбор конструкции бункера для хорошо сыпучего материала и наличие стабилизатора потока у выходного отверстия бункера позволяют во многих случаях обходиться без установки побудителей.

36

Сводообразование и методы его устранения

Различают два вида этого вредного явления: сводообразование крупнокусковых материалов, когда случайная комбинация крупных кусков образует стойкий свод под отверстием, и сводообразование мелкокусковых материалов, обладающих связностью частиц.

Если выпускное отверстие больше сводообразующего, устойчивый свод не образуется и истечение материала происходит беспрепятственно.

Размеры сводообразующего отверстия определяют по формуле:

где φ – угол внутреннего трения; Rcв – гидравлический радиус сводообразующего отверстия; τ0 – удельное сопротивление сдвигу, характеризующее сцепление между частицами; γ0 – насыпная плотность материала.

Для улучшения процесса истечения материала из бункера часто применяют стабилизатор давления. Простейшим стабилизатором давления является горизонтальная пластина или двухскатный козырек.

Для разрушения образующихся в бункерах сводов (также для обрушения зависшего материала) применяют различные побудители: механические, вибрационные, электромеханические.

Истечение сыпучего материала из бункера

Различают нормальное истечение из бункера, сплошное и гидравлическое (рис. 14).

При нормальном истечение материал движется в виде столба, расположенного над отверстием, в верхней части столба образуется воронка (рис. 1.1, а). Материал, расположенный у стенок бункера, за пределами движущего столба, остаётся неподвижным.

Нормальное истечение происходит в большинстве стационарных бункеров, имеющих вблизи выпускного отверстия наклон стенок к горизонтали в пределах от 45 до 55 градусов.

При сплошном истечении весь материал в бункере находится в движении. Свободная поверхность материала при этом не имеет чётко выраженной воронки, скорость движения отдельных частиц носит стохастический характер. При сплошной форме истечения в бункере отсутствуют застойные зоны.

Такая форма истечения имеет место в бункере с очень большим углом наклона стенок к горизонту (от 70 до 80 градусов).

При гидравлическом истечении материал движется подобно жидкости, свободная поверхность не имеет чётко выраженной воронки, отсутствуют застойные зоны (рис. 14, б).

37

Порядок выполнения работы

1.Определить насыпную плотность заданных сыпучих материалов, для чего: а) мерный стакан заполнить сыпучим материалом до определённого объёма; б) определить массу навески.

2.Результаты замеров занести в табл. 1.

3.Подготовить набор сменных вставок в бункер.

4.Вставить необходимую сменную вставку в бункер, перекрыв отверстие истечения.

5.Заполнить бункер сыпучим материалом, добиться устойчивого режима работы бункерного устройства, т.е. равномерного выхода сыпучего материала.

6.С помощью мерного стакана установить необходимое время отбора проб.

7.Отобрать заданное количество проб сыпучего материала через установленный промежуток времени.

8.Взвесить отобранные пробы, результаты занести в табл. 2.

9.Провести аналогичную серию экспериментов на другом материале в соответствии с пунктами 1 – 8.

Результаты экспериментальных исследований

Задание для выполнения лабораторной работы Дано: исходный сыпучий материал: – песок речной, песок кварце-

вый, соль поваренная.

1. Экспериментальные данные по определению насыпной плотности исходных материалов

39

2. Экспериментальные данные по определению производительности бункерного устройства

1

…

…

30

Обработка опытных данных

1. Рассчитать насыпную плотность материалов по формуле:

где Мср – масса навески, кг; Vср – объём навески, м3.

2. Рассчитать среднее арифметическое значение материала в пробе по формуле:

где n – число проб.

3. Рассчитать отклонения массы пробы от среднеарифметического значения и занести в табл. 1.2.

4. Рассчитать среднеквадратичное отклонение:

40

5. Рассчитать величину доверительного интервала по формуле:

, то необходимо повторить расчёты с п. 2 по п. 5 без учёта максимальной разности. Расчёт проводить до тех пор, пока t не станет

Контрольные вопросы

1.Перечислите основные физико-механические характеристики сыпучих материалов.

2.Какие свойства сыпучих материалов оказывают наибольшее влияние на конструктивные особенности бункеров.

3.Перечислите способы разрушения сводов в бункерных устрой-

ствах.

4.Режимы истечения материала из бункера.

5.Конструктивные особенности затворов бункера.

6.Из каких соображений определяются размеры бункеров?

7.Что включает методика расчёта бункера на прочность?

8.Какие типы побудителей устанавливаются в бункерных устройст-

вах?

9.Какие факторы влияют на скорость истечения материала из отверстия?

41

Лабораторная работа 2

ВИНТОВОЙ ПИТАТЕЛЬ

Цель работы: Изучить конструкцию винтового питателя. Приобрести практические навыки расчёта производительности винтового питателя и мощность привода.

Методические указания

Винтовые питатели применяют для подачи хорошо сыпучих порошкообразных и зернистых (с размером зерна до 5 мм) материалов с влажностью 1,5% и насыпной плотностью до 1800 кг/м3.

В противоположность весовому дозированию, осуществляемому с помощью весов, используется объёмное дозирование, при котором материал или соответствующий удельный (в единицу времени) поток не взвешивается, а дозируется «косвенным методом», т.е. измерением объёма, соответствующего определённой массе.

Конструкции винтовых питателей стандартизированы и выпускаются серийно ОСТ 26-01-132–81 с диаметром винта от 63 до 250 мм и производительностью от 0,061 до 42 м3/ч.

Кроме стандартизированных питателей с одним шнеком существует несколько типов двухвальных шнековых питателей. Второй шнек может концентрически охватывать первый, может располагаться параллельно основному шнеку, над ним или рядом с ним так, чтобы витки его заходили между витками основного шнека.

Назначение шнека, концентрически охватывающего основной или расположенного над основным – разрыхление сыпучего материала с целью стабилизации насыпной плотности. Это повышает точность дозирования. Шнек, расположенный рядом с основным, с расстоянием между осями шнеков меньше их диаметра очищает витки питающего шнека, что создает возможность дозирования материалов повышенной влажности. Двухвальные шнековые питатели называются дифференциальными.

Производительность винтового питателя Q, м3/с следует рассчитывать по формуле:

где D и d – диаметр соответственно наружных витков и вала винта, м; tш – шаг винта, м; b – толщина витков, м; φ – коэффициент заполнения лопастей винта (принимают 0,3…0,8 в зависимости от физико-механи-

42

ческих свойств дозируемого материала и экспериментальных данных); k – коэффициент проскальзывания дозируемого материала в полостях винта (устанавливают экспериментально; обычно k = 0,3…1 в зависимости от свойств дозируемого материала и противодавления газовой среды

где Q – производительность питателя, т/ч; Н – высота подъема материала (для дозаторов, установленных под углом к горизонтали), м; L – расстояние, на которое перемещается материал винтом по горизонтали, м; k – КПД привода.

К недостаткам шнековых питателей можно отнести быстрый абразивный износ винта и корпуса, а также повышенный расход энергии, трудность использования таких питателей для подачи материалов с повышенной влажностью.

Описание конструкции винтового питателя

Установка представляет собой винтовой питатель 1 (рис. 16), установленный на раме и источник постоянного тока Б5-219, который позволяет плавно менять число оборотов шнека в широких пределах.

Винтовой питатель (иногда его называют шнековый питатель) состоит из следующих основных узлов: цилиндрического корпуса 2, имеющего загрузочный и разгрузочный штуцеры 3, 4; транспортирующего винта 5, смонтированного на подшипниковых опорах 6, электродвигателя 7, редуктора 8, установленного на станине.

Рис. 16. Схема лабораторной установки

43

Производительность питателя регулируют изменением частоты вращения транспортирующего шнека, устанавливая определённое напряжение.

Шнек вращается в цилиндрическом корпусе и транспортирует материал к выходному штуцеру. В загрузочном бункере часто устанавливают побудитель движения сыпучего материала той или иной конструкции.

Порядок выполнения работы

1.Заполнить бункер нанодисперсным порошкообразным мате-

риалом.

2.Установить необходимое время отбора проб.

3.Произвести отбор заданного количества проб порошкового материала через определённый промежуток времени.

4.Взвесить отобранные пробы, результаты занести в табл. 3.

5.Произвести аналогичную серию экспериментов в соответствии

спунктами 1 – 4 при других установленных значениях напряжения.

Результаты экспериментальных исследований

Дано: Исходный материал: соль поваренная, калиевая селитра.

3. Экспериментальные данные по определению производительности винтового питателя

44

Рассчитать величину доверительного интервала и сравнить полученные данные с табличными (см. прил.). Если t < tmax, то экспериментальные данные попадают в доверительный интервал.

d) Рассчитать производительность по формуле:

при различных числах оборотов шнека.

2.Различать теоретическое значение производительности по формуле при различных значениях чисел оборотов, заданных преподавателем.

3.Построить график зависимости производительности от числа оборотов шнека Q = f (n) по экспериментальным и теоретическим данным.

Сравнить полученные результаты.

4.Рассчитать значения мощности привода винтового питателя, по полученным опытным данным: N = IU при различных числах оборотов шнека.

5.Рассчитать теоретическое значение производительности винтового питателя по формуле (40) при различных числах оборотов.

6.Построить график зависимости мощности привода от числа оборотов шнека N = f (n) по экспериментальным и теоретическим данным. Сравнить полученные результаты.

7.Сделать выводы по работе.

45

Контрольные вопросы

1.Объясните принцип действия винтового питателя. Назначение его основных узлов.

2.От чего зависит производительность винтового питателя?

3.Назначение обратных витков на валу шнека?

4.Какие геометрические параметры шнека оказывают наибольшее влияние на производительность шнекового питателя?

5.В чем различие питателя от дозатора?

6.Каким образом регулируется число оборотов шнека?

Лабораторная работа 3

ПИТАТЕЛЬ БАРАБАННЫЙ

Цель работы: Изучить конструкцию питателя барабанного, его кинематическую схему. Приобрести практические навыки расчёта производительности.

Методические указания

Качество переработки сыпучих материалов в значительной мере зависит от подачи материалов с помощью питателей и дозаторов. Питателями называют механизмы, при помощи которых осуществляется равномерная регулируемая подача сыпучих материалов промежуточной ёмкости или технологические аппараты. Если точность подачи сыпучего материала питателем достаточна для технологических целей, и питатель подает материал непосредственно в технологический аппарат, то он тем самым выполняет функцию дозирования.

Важность выполняемых при помощи питателей и дозаторов операций, различие свойств перерабатываемых материалов и постоянное повышение требований к качеству продуктов переработки обусловили многообразие этих механизмов и разработку новых конструкций.

Барабанные питатели и дозаторы работают на принципе объёмного дозирования. Преимущество объёмного метода перед весовым заключается в простоте конструкции и эксплуатации дозирующих устройств. Применение питателей с объёмным принципом действия сдерживается значительной погрешностью при наличии колебаний физико-механических характеристик дозируемого материала, а в первую очередь насыпной плотности и текучести, которые зависят от большого числа параметров таких как гранулометрический состав, форма частиц, влажность и т.д.

46

Основной путь получения максимальной точности – это обеспечение постоянных условий при заполнении мерной ёмкости и при прохождении материала через узел, формирующий поток, выходящий из дозатора.

Вращающиеся барабаны с лопастной насадкой широко применяются для подачи отдельных мелких деталей. Использование этого типа дозаторов для порционной непрерывной подачи порошкообразных материалов началось сравнительно недавно.

При проектировании барабанных питателей общего назначения задаются основные параметры питателя: диаметр барабана, угловая скорость вращения (до 0,3 от критической); размеры приёмной части лотка (S1, S2, H1, H2, L); количество, формы и размер лопастей. Количество лопастей желательно брать максимально большим, а их размеры – меньшими. Однако, этот выбор ограничивается необходимостью обеспечения стабильного осыпания материала с лопастей и попадания его в приёмную часть лотка.

Углы β1, β2 (рис. 17) определяются при допущении, что материал начинает попадать в приёмную часть лотка с момента прохождения ссыпающего края лопасти над ближним по направлению вращения барабана краем лотка и прекращает – после прохождения над дальним его краем. Объём материала q, попадающий в поток с одной лопасти, при сделанных допущениях равен:

где r1, r2 – длина открытой поверхности сыпучего материала, находящегося на лопасти в положениях, характеризуемых соответственно углами β1, β2.

Рис. 17. Схема расположения сыпучего материала в барабанном питателе с лопастной насадкой

47

Производительность дозатора определяется по формуле:

где N – число лопастей.

Описание работы барабанного питателя

Дозатор содержит барабан-накопитель 1, привод-лоток 2 с приёмной частью, смонтированной на кронштейне 3 с помощью шарнира 4 и фиксатора 5. Приёмная часть лотка снабжена подвижной крышкой 8, которая

а)

б)

Рис. 18. Схема барабанного питателя:

а– принципиальная схема барабанного смесителя;

б– динамика потока сыпучего материла

48

закреплена на шарнире. Положение крышки фиксируется тягой 10 и гайкой. Кронштейн представляет собой телескопическое соединение «труба в трубе». Вертикальные положения кронштейна фиксируются болтом 6, горизонтальные – болтом 7.

Сыпучий материал засыпается в барабан-накопить, включается привод. При вращении барабана-накопителя дозируемый материал захватывается лопастями 9, укреплёнными на стенках барабана, поднимается вверх и осыпается с лопастей несколькими веерами. При достижении некоторого угла наклона лопасти материал, ссыпающийся с неё, начинает попадать в приёмную часть лотка, а при повороте барабана еще на некоторый угол поступления материала в приёмную часть лотка прекращается. По лотку дозируемый материал под действием гравитационной силы соскальзывает сплошным потоком или отдельными порциями (в зависимости от установленного режима дозирования) за пределы питателя.

Регулирование режима питания и производительности питателя осуществляется за счёт изменения положения подвижной крышки над приёмной частью лотка.

Опыт эксплуатации описанного питателя показывает, что в нем возможно зависание трудносыпучего материала с последующим его обрушением, что приводит к значительным колебаниям производительности, поэтому питатель целесообразно применять для подачи хорошо сыпучих негигроскопичных продуктов.

4. Технические характеристики барабанного питателя

Производительность

Число оборотов барабана

Электродвигатель привода

Мощность привода, n

Редуктор

Число оборотов электродвигателя

49

Порядок выполнения работы

1.Ознакомиться с устройством и принципом действия питателя барабанного.

2.Составить принципиальную схему кинематики питателя.

3.Включить привод и произвести измерения частоты вращения ба-

рабана.

4.Определить геометрические параметры барабана, открытой зубчатой передачи.

5.Результаты измерений занести в таблицу исходных данных.

6.Составить кинематическую схему барабанного питателя.

7.Предложить один из вариантов кинематической схемы привода барабанного питателя.

8.Определить угол естественного откоса сыпучего материала.

9.Замерить длину лопасти, определить число лопастей.

10.Результаты измерений занести в табл. 5.

5. Результаты экспериментальных исследований

50

Обработка опытных данных

Обработка экспериментальных данных производится в соответствии

срезультатами исследований.

1.Составить кинематическую схему привода. На кинематической схеме привода должны быть указаны: мощность двигателя, частота вращения выходного вала двигателя и всех других валов машины, диаметры зубчатых колес.

Рис. 19. Блок-схема расчёта барабанного дозатора

51

2.Выполнить кинематический расчёт, включающий: а) расчёт общего передаточного отношения привода барабана; б) определение передаточного отношения открытой зубчатой пары.

3.Рассчитать теоретическую производительность питателя: а) сделать эскиз схемы ссыпания материала с лопастей барабанного дозатора

сучётом угла естественного откоса материала; б) по схеме определить углы β1, β2 и r1, r2; в) определить объём материала, попадающего в лоток

содной лопасти; г) определить производительность по формуле (42); д) для расчёта оптимальных значений параметров питателя воспользоваться блок-схемой расчёта (рис. 19).

Контрольные вопросы

1.Объясните принцип действия питателя барабанного.

2.Поясните назначение основных узлов питателя барабанного.

3.Назовите основные факторы, влияющие на производительность питателя барабанного.

4.Каким образом определяется точность дозирования питателя барабанного?

5.Назовите конструктивные особенности и основное назначение внутренних устройств питателя барабанного.

6.Как влияют физико-механические свойства сыпучего материала на его распределение по реакционному объёму барабана?

7.Как влияют коэффициенты трения движения и покоя на движение сыпучего материала в барабане?

8.Назовите достоинства и недостатки питателя барабанного.

9.Как правильно выбрать число оборотов питателя барабанного?

Лабораторная работа 4

ДОЗАТОР ВЕСОВОЙ

Цель работы: Изучить принцип работы и конструкцию весового дозатора. Приобрести практические навыки определения погрешности дозирования.

Методические указания

Дозаторы, в отличие от питателя, предназначены для автоматического отмеривания и подачи сыпучих материалов заданной массы или объёма, а также штучных материалов. Дозаторы, непрерывно отмеривающие

52

заданную массу сыпучих материалов, называются весовыми. Если материал отмеривается по объёму, то дозатор называется объёмным. Дозатор включает в себя, как правило, питатель и систему автоматического регулирования по параметру дозирования, состоящую из датчика измерения параметра, устройства управления и измерительного механизма. По принципу действия различают дозаторы дискретного и непрерывного действия; по способу регулирования различают дозаторы с регулированием питания и регулированием скорости транспортирующего устройства; по способу управления – дистанционные и с местным управлением. Основным параметром, характеризующим качество работы дозатора, является погрешность дозирования, представляющая собой выраженное в процентах отклонение расхода сыпучего материала по отношению к заданному значению. В зависимости от величины достигаемой погрешности дозирования промышленные дозаторы подразделяются по классам точности: дискретные –

0,4; 0,5; 1,0; 2,0; 2,5 и непрерывные – 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 4,0. При этом класс точности численно равен проценту погрешности дозирования.

Описание конструкции весового дозатора

Дозатор (рис. 20) состоит из следующих узлов, имеющих самостоятельное функциональное значение: бункера 1, предназначенного для размещения сыпучего материала, необходимого для обеспечения непрерывной подачи; ленточного питателя 2, являющегося исполнительным механизмом дозатора и осуществляющего регулируемую подачу сыпучего материала; транспортера 3, предназначенного для непрерывного измерения массы расчётного участка потока материала (линейной плотности) и передачи воспринимаемого полезного усилия к уравновешивающему механизму 4; воронки 5 и корпуса 6.

Принцип действия дозатора состоит в обеспечении заданной весовой производительности непрерывного потока сыпучего материала за счёт поддержания определённой массы материала на ленте весового транспортёра 3.

Механизм, уравновешивающий 4, воспринимает тарное и полезное усилия, поступающие к нему от транспортера 3. Тарное усилие уравновешивается грузом, а полезное передается на электросиловой преобразователь, который выдает в систему автоматического регулирования пропорциональный этому токовый сигнал. Регулирование осуществляется изменением скорости подачи материала ленточным питателем 2 за счёт изменения скорости вращения привода. При этом поддерживается постоянная скорость движения ленты весового транспортера 3. Отдозированный сыпучий материал ссыпается в воронку 5.

53

из бункера 1 поступает на ленточный питатель 2 и далее поступает на ленту транспортера 3, движущуюся с постоянной скоростью. Масса дозируемого материала, находящегося на ленте 3 и с помощью весоизмерительного устройства через передаточный механизм воздействует на электросиловой преобразователь, преобразующий это усиление в электрический токовой сигнал 0…0,5 мА, пропорциональный текущей производительности дозатора. Далее этот сигнал преобразуется в пропорциональный ему стандартный сигнал напряжения постоянного тока 0…10 В. Затем полученный сигнал напряжения дифференцируется и суммируется с первичным сигналом, а их сумма складывается с сигналом здания.

При отклонении значения текущей производительности от заданной формируется регулирующее воздействие, поступающее на обмотку якоря электродвигателя ленточного питателя 2. Регулирующее воздействие таким образом воздействует на двигатель, чтобы устранилась разность между сигналом здания и текущей производительности дозатора при производной равной нулю, т.е., чтобы текущая производительность дозатора была равна заданной.

Порядок выполнения работы

1.Погрешность дозирования определяется в автоматическом режиме работы дозатора путём отбора пяти контрольных проб и взвешивании их на весах. Время работы дозатора должно составлять 6 минут.

2.Погрешность определяется по формуле:

где Gа, Gф – заданная и контрольная масса пробы за время Т, определяется по секундомеру; Qmax – наибольший предел производительности рабочего диапазона дозатора, т/ч.

3.Qmax равно среднему арифметическому из массы трёх проб, взятых за время Т и приведённому к часу.

4.Погрешность дозирования не должна быть больше 1,5% от наибольшего предела производительности.

Для включения дозатора в работу необходимо проделать следующие операции при местном пуске:

а) включить выключатель подачи напряжения; б) установить задатчиком необходимую производительность доза-

тора;

55

в) установить переключателем автоматический способ включения дозатора;

г) включить соответствующими выключателями вольтметр, усилитель, комплекс питания и счётчик;

д) включить автоматический выключатель подготовки цепей электрических двигателей.

После проведения подготовительных операций дозатор включается в работу нажатием кнопки «Пуск». Останов дозатора в рабочем порядке осуществляется нажатием одной из кнопок «Стоп». Аварийный останов производится поворотом рукоятки аварийного выключателя.

Перед включением дозатора студент должен изучить устройство и работу дозатора и пройти инструктаж по технике безопасности. Включение производить только в присутствии преподавателя.

Обработка опытных данных

1. При выборе рабочего диапазона производительности необходимо определить требуемую скорость Vр ленты весоизмерительного транспортера по формуле:

где Q – наибольшая требуемая производительность дозатора в т/ч; ρ – объёмная плотность материала, т/м3.

Скорость выбирается ближайшая наибольшая из следующих значе-

ний: 0,02; 0,04; 0,06; 0,08 м/с.

Если значение скорости превышает 0,08 м/с, то обеспечение требуемой производительности невозможно.

2. Количество материала Рр, которое должно находиться на весовом транспортере, рассчитывается по формуле:

где V – фактическая скорость ленты в м/с.

3.Масса гирь, которые должны быть установлены на контрольной

призме, будет равна 0,565Рр с округлением до ближайшего значения кратного 10 г.

4.Установить имитирующие гири на контрольной призме весового транспортера и произвести настройку преобразователя П-Э1. При этом указатель вторичного прибора должен устанавливаться против отметки 100 – 5%, а при уменьшении массы гирь вдвое показания также уменьшаются вдвое.

56

Контрольные вопросы

1.Дозирование сыпучих материалов как один из основных технологических процессов.

2.Перечислите устройства для осуществления процесса дозирования сыпучих материалов.

3.Назовите основное сходство и различие конструкций питателей и дозаторов.

4.Назовите способы подключения дозатора в работу.

5.Назовите основные режимы работы автоматического дозатора.

6.Назовите основные характеристики сыпучего материала, оказывающие влияние на процесс дозирования.

Лабораторная работа 5

ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬ БАРАБАННЫЙ

Цель работы: Изучить конструкцию измельчителя и кинетику измельчения.

Методические указания

Измельчитель барабанный представляет собой вращающийся корпус (барабан), заполненный мелющими телами (шары, стержни). Корпус измельчителя изготавливается из листовой стали в виде коротких обечаек, которые затем свариваются. К торцам корпуса привариваются фланцы, на которые устанавливают крышки, закрывающие корпус с обоих торцов, они снабжены цапфами. Цапфы устанавливаются в подшипниках скольжения с принудительной смазкой. Имеются конструкции барабанных измельчителей, в которых используются подшипники качения и цапфы с опорными роликами.

Внутренняя поверхность корпуса футерована броневыми плитами. Для быстрой замены плиты крепятся к корпусу либо индивидуально с помощью болтов, либо пакетом; причём, плиты объединяются в пакет соединениями типа «шип-паз», а пакет крепится к внутренней поверхности распорными клиньями. Плиты изготавливают из сталей, содержащих марганец и хром, с предварительной отливкой заготовок. Крышки корпуса также футеруются плитами, однако меньшей толщины. В разгрузочной крышке устанавливается лифтер (оребрённый конус) с целью улучшения выгрузки материала через цапфу. Загрузка исходного материала из бункера осуществляется через загрузочную цапфу.

57

Внутренняя поверхность обоих цапф снабжается винтовыми ребрами для улучшения условий передвижения материала.

Вращение барабана осуществляется с помощью привода, включающего электродвигатель и редуктор. Различают центральный привод, соединяемый с разгрузочной цапфой через зубчатую муфту и переферийный, который передает вращение через венцовую шестерню, размещенную на корпусе аналогично машинам барабанного типа.

Форма корпуса может быть цилиндрической или цилиндроконической. Типоразмер барабанного измельчителя характеризуется внутренним (без футеровки) диаметром D и длиной цилиндрической части барабана L.

В зависимости от соотношения L/D барабанные измельчители подразделяются на три группы: короткие L/D < 1; длинные L/D <= 3; трубные – L/D > 3. Длинные и трубные измельчители разделяются на секции, причём мелющие тела в секциях имеют разный размер от крупного – в зоне загрузки, к мелкому – в зоне выгрузки.

Движение мелющих тел и расчёт равновесных параметров

Мелющие тела занимают часть внутреннего объёма вращающегося барабана. Характер движения загрузки определятся частотой вращения, внутренним диаметром и коэффициентом заполнения, равным отношению объёма загрузки мелющих тел к объёму барабана.

При оптимальном движении мелющих тел, называемым водопадным, шары увлекаются барабаном в сторону вращения, поднимаются и достигнув верхней зоны, отрываются от слоя и свободно падают по параболической траектории. Измельчение материала происходит вследствие стеснённого удара, а затем за счёт раздавливания и истирания при перекатывании мелющих тел. При уменьшении частоты вращения мелющие тела поднимаются и скатываются параллельными слоями, т.е. отрыва и свободного падения не происходит. Такой режим движения шаров называется каскадным.

При увеличении частоты вращения зона отрыва поднимается и, достигнув наивысшего положения, наступает безотрывное вращение мелющих тел в барабане. Угловая скорость, при которой шар проходит верхнюю зону без отрыва от внутренней поверхности корпуса, называется критической. Численное значение критической угловой скорости может быть найдено из равенства веса мелющего тела и центробежной силы:

58

Оптимальный режим измельчения отвечает такой частоте вращения барабана, при котором высота падения мелющего тела будет наибольшей (при этом максимальна кинетическая энергия в момент стеснённого удара). Численно она составляет 76% от критической угловой скорости вращения

Масса загрузки в барабанный измельчитель складывается из массы мелющих тел mT:

где ρм – плотность материала мелющих тел, µ – коэффициент неплотности загрузки (для шаров µ = 0,57, для стержней µ = 0,78), φз – коэффициент заполнения барабанного измельчителя мелющими телами

(φз = 0,26…0,32).

Мощность электродвигателя для привода вращения барабанного измельчителя расчитывается по формуле:

= 0,85…0,32 – при периферийном).

Установочную мощность двигателя принимают на (10…15)% больше расчётной, для преодоления пускового момента.

Кинетика измельчения

Под кинетикой измельчения понимают закономерность изменения гранулометрического состава материала, подвергаемого измельчению, т.е. закономерность уменьшения количества крупного (расчётного) класса (остатка на контрольном сите) в процессе измельчения.

Согласно одной из гипотез, скорость измельчения крупного класса (остатка на контрольном сите) пропорционально содержанию R крупного остатка к моменту времени t,

Параметры n и k очень точно определяют сложные процессы, проходящие в барабанном измельчителе, и зависят от коэффициента заполнения, частоты вращения, кинетической энергии падения шаров, крупности и плотности мелющих тел и измельчаемого материала. В зависимости

59

от характера измельчения, n может принимать значения от отрицательных до сравнительно высоких положительных. Оптимальный режим измельчения имеет место при n < 1. Интегрирование уравнения кинетики при n ≠ –1 даёт:

Параметры n и k определяются по данным опытов измельчения материала при различном времени. Прологарифмировав исходное уравнение, получим:

/. (52)

Параметр n можно получить графическим дифференцированием экспериментальных данных по кинетике измельчения. В координатах

/и lgR, получим прямую линию, а n – её угловой коэффи-

циент.

Описание конструкции лабораторной установки

Измельчитель лабораторный представляет собой полый вращающийся барабан 1, установленный на обрезиненных валках 2, один из которых является приводным (рис. 21).

Барабан снабжён сменной крышкой, через которую загружают мелющие тела и навеску измельчаемого материала. Вращение приводного валка осуществляется электродвигателем 6 через муфту 4. Регулирование

Рис. 21. Схема лабораторной установки – измельчитель барабанный:

1 – барабан, 2 – валки, 3 – подшипники, 4 – муфта, 5 – редуктор; 6 – электродвигатель; 7 – регулятор скорости

60

скорости вращения осуществляется изменением питающего напряжения через трансформатор 7. Двигатель, валки и трансформатор размещены на массивной станине. Режим работы измельчителя – периодический. Внутренний объём измельчителя – 0,0047 м3, внутренний диаметр –

210 мм, длина – 140 мм.

Порядок выполнения работы

1.Рассчитать массу загружаемых шаров и материала, критическую

иоптимальную частоты вращения, коэффициент загрузки.

2.Произвести ситовый анализ исходного материала, предварительно взвесив навеску. Данные занести в табл. 6.

6. Экспериментальные данные

поддон

3.Отрегулировать оптимальную частоту вращения с пустым бара-

баном.

4.Подготовить мелющие тела, измельчаемый материал и осуществить их загрузку в количестве, соответствующем расчёту.

5.Включить лабораторный измельчитель в течение заданного времени цикла измельчения (τц = 10 мин).

6.Выгрузить материал, взвесить навеску и произвести ситовой анализ. Данные занести в табл. 6.

7.Повторить цикл измельчения, загрузив материал в барабан.

Обработка экспериментальных данных

1.Рассчитать средний диаметр исходного измельченного материала

вкаждом цикле измельчения:

где mi – масса остатка материала на сите размером отверстия di .

61

2. Рассчитать кратность измельчения для каждого цикла:

i1 = dоср / d1ср; i2 = dоср / d2ср и т.д.

3.Построить график зависимости кратности измельчения от времени.

4.Для контрольного сита построить зависимость R(t).

Контрольные вопросы

1.Назовите принципиальное отличие конструкций барабанного измельчителя и машин барабанного типа.

2.Назовите основные механизмы измельчения сыпучего материала

вбарабанном измельчителе.

3.Назовите параметры оптимального режима движения мелющих тел, отвечающего наибольшей интенсивности измельчения сыпучего материала.

4.Поясните, что такое степень измельчения сыпучего материала?

5.Что такое остаток сыпучего материала на контрольном сите?

Лабораторная работа 6

СМЕСИТЕЛЬ БАРАБАННЫЙ

Цель работы: Изучить устройство и принцип действия барабанного смесителя. Исследовать закономерности смешивания сыпучих материалов.

Методические указания

Машины барабанного типа используются в качестве смесителей как периодического, так и непрерывного действия.

Смесители барабанные относятся к смесителям диффузионного смешивания, которые выпускаются, в основном, с цилиндрическим корпусом, расположенным горизонтально или с небольшим углом наклона к горизонту (до 4 градусов).

Смесители барабанные относятся к тихоходным машинам, так как окружная скорость вращения составляет от 0,17 до 1 м/с. Рабочая скорость вращения обеспечивает оптимальное качество смеси.

Сыпучие материалы можно подавать в смеситель непрерывно или порционно. Последнее возможно благодаря тому, что барабанный смеситель обладает высокой сглаживающей способностью.

62

В смесителях барабанных рекомендуется поддерживать каскадный режим движения материла в корпусе. При этом режиме частицы материла, находящиеся в глубине слоя, движутся по круговым траекториям вплоть до выхода на поверхность в верхней части ската, образованного свободной поверхностью слоя смешиваемого материала. После выхода частиц на поверхность слоя, они скатываются по склону. Вся верхняя часть ската представляет собой слой небольшой толщины, состоящий из хаотически движущихся вниз частиц. Именно в этом тонком слое и происходит, в основном, процесс смешивания частиц. Каскадный режим движения частиц достигается при частоте вращения корпуса ω 0,6ωкр , где ωкр – критическая частота вращения корпуса, при которой частицы прижимаются к его стенкам:

Оценка качества смеси

В процессе смешивания в рабочем объёме смесителя происходит взаимное перемешивание частиц разных компонентов, находящихся до перемешивания раздельно или в неоднородно внедренном состоянии. В результате перемещений возможно бесконечное разнообразие расположения частиц в рабочем объёме смесителя.

Вэтих условиях соотношение компонентов в микрообъёмах смесей – величина случайная, поэтому большая часть известных методов оценки однородности (качества) смеси основана на методах статистического анализа. Для упрощения расчётов все смеси условно считаются двухкомпонентными, состоящими из так называемого ключевого компонента и условного, включающего все остальные компоненты смесей. Подобный приём позволяет оценивать однородность смеси параметрами распределения одной случайной величины – содержанием ключевого компонента в пробах смеси. В качестве ключевого компонента обычно выбирают такой компонент, который легко анализировать, либо распределение его в смеси особенно важно по техническим требованиям.

Вкачестве критерия оценки однородности смеси используют коэффициент вариации:

63

Порядок выполнения работы

1.Заполнить таблицу исходных данных.

2.Подготовить навески исходных компонентов.

3.Открыть крышку барабанного смесителя и заполнить барабан смешиваемыми компонентами. Закрыть крышку.

4.Установить барабан на ролики и включить привод.

5.Отбор проб производить в соответствии с методикой, описанной выше, через каждые 15 минут не менее четырёх раз.

6.Произвести анализ проб на содержание компонентов.

7.Результаты экспериментальных исследований занести в табл. 7.

Результаты экспериментальных данных

7. Исходные данные

66

Обработка опытных данных

1.Рассчитать концентрацию ключевого компонента в отобранных

пробах.

2.Рассмотреть среднее квадратическое отклонение содержания ключевого компонента в пробах смеси и коэффициент вариации по формулам:

где – концентрация ключевого компонента в i-й пробе смеси; С – среднее арифметическое значение концентрации компонента во всех n пробах.

3.Результаты экспериментальных исследований занести в табл. 8.

8.Экспериментальные данные

4. Построить график кинетической кривой процесса смешивания Vc = f (t) и проанализировать полученные результаты.

Контрольные вопросы

1.Назовите методы оценки качества смеси сыпучих материалов.

2.Назовите конструктивные особенности установки смесителя барабанного.

3.Каким образом выбрать оптимальное число оборотов барабана смесителя?

4.Как определить коэффициент заполнения барабана продуктом?

5.Назовите достоинства и недостатки барабанных смесителей.

6.Назовите достоинства и недостатки работы барабанного и статического смесителя.

7.Укажите варианты приводов смесителей барабанного типа.

8.Назовите основные пункты методика обработки проб сыпучего материала на содержание ключевого компонента.

67

Лабораторная работа 7

СМЕСИТЕЛЬ ГРАВИТАЦИОННЫЙ

Цель работы: Изучить устройство, принцип действия и особенности процесса смешивания сыпучего материала в смесителе гравитационного типа.

Методические указания

Статические смесители, или гравитационные, применяются в следующих процессах: перемешивание, гомогенизация, интенсификация теплообмена, диспергирование, масообменные процессы, экстрагирование, сорбирование.

Существует большое количество конструкций статических смесителей (с винтовыми элементами, промежуточными камерами, пластинчатыми и гофрированными элементами и т.п.).

Для каждого вида статических смесителей характерна своя картина смешивания, однако, общим является то, что увеличение поверхности раздела между компонентами смеси достигается двумя способами: за счёт сдвигового течения и за счёт расщепления и переориентации потоков вещества.

Задача многократного разделения и рекомбинации смешиваемых компонентов статическим способом в некоторых конструкциях решается установкой набора пластин под определёнными углами к потокам. Плоские элементы, последовательно расположенные вдоль корпуса, обеспечивают разделение сыпучих материалов на отдельные потоки и их направленное движение по сложным каналам, где они многократно воссоединяются и вновь дробятся до высокой степени гомогенизации.

Широкое распространение получили смесители, в которых элементы набираются в виде своеобразной пространственной решётки из взаимно перпендикулярных пластин, ориентированных вдоль цилиндрического корпуса по ходу потока. Стремление максимально увеличить межфазную поверхность смешиваемых материалов, не увеличивая размеров смесителя, привело к созданию еще одного типа статических смесителей – сепараторов, в которых элементы представляют собой пакеты гофрированных металлических или пластмассовых пластин, соприкасающиеся поверхности которых образуют пересекающиеся каналы. При работе статических смесителей других типов разделение и воссоединение потоков совершается при пропускании материалов через образованные элементами каналы.

68

Особенность работы смесителей с гофрированными элементами состоит в том, что отдельные потоки непосредственно контактируют в пересекающихся направлениях друг с другом, совершая при этом активный массообмен.

Процесс смешивания регулируется подбором числа гофрированных смесительных пластин. Ввиду того, что число пересечений каналов увеличивается пропорционально площади поперечного сечения смесителя, и, следовательно, количество пересечений одинаково на единицу массы потока, степень смешивания не зависит от диаметра корпуса. Существуют различные конфигурации гофрированных смесительных пластин, которые выполняются в зависимости от типа смесителя.

Статические смесители – аппараты с неподвижными узлами, в которых при перемешивании материалов используется энергия потока. По сравнению с динамическими, статические смесители имеют следующие преимущества: пригодность для материалов с широким диапазоном вязкости, малый интервал времени пребывания продукта, легкая приспособляемость к имеющейся трубной системе; дополнительная площадь часто не требуется (смесители часто устанавливаются в линию); уход и износ незначительны; капитальные и эксплуатационные затраты низкие, температуростойкость, бесшумная работа.

Оценка качества смеси

Для оценки качества смеси, получаемой в смесителях гравитационного типа периодического действия, используют, в основном, два метода отбора проб: 1) метод квартования; 2) метод точечного отбора.

Метод квартования включает в себя следующие операции:

1)выгрузка приготовленной композиции из смесителя на противень;

2)распределение смеси ровным слоем небольшой высоты;

3)деление всей площади исследуемой массы на квадраты;

4)отбор проб и их анализ.

Недостатками метода являются невозможность выявления мёртвых зон в смесителе, большая трудоёмкость, нарушение действительной картины распределения вещества в объёме смесителя при выгрузке материала.

Описание установки гравитационного смесителя

В прямоточном гравитационном смесителе компоненты смешиваются в результате движения сыпучего материала под действием сил тяжести. Известны следующие конструкции этих смесителей: лотковый, бункерный, ударно-распылительный, виброгравитационный.

69

7.Провести не менее четырех циклов смешивания.

8.Результаты экспериментальных исследований занести в табл. 9.

Результаты экспериментальных исследований

9. Исходные данные

Обработка опытных данных

1.Рассчитать концентрацию ключевого компонента в отобранных

пробах.

2.Рассчитать среднее квадратическое отклонение содержания ключевого компонента в пробах смеси и коэффициент вариации по формулам:

где – концентрация ключевого компонента в i-й пробе смеси; С – среднее арифметическое значение концентрации компонента во всех n-пробах смеси.

3.Результаты экспериментальных исследований занести в табл. 10.

4.Построить график кинетической кривой процесса смешивания

ипроанализировать полученные результаты.

71

10. Экспериментальные данные

Контрольные вопросы

1.Назовите особенности конструкции смесителя гравитационного.

2.Из каких соображений выбирается угол наклона полок смесителя?

3.Назовите основные методы отбора проб приготовленной смеси.

4.Назовите существующие модели процесса смешивания.

5.Укажите критерии оценки качества смеси.

6.Дайте характеристику кинетики процесса смешивания в смесителях периодического действия.

7.Назовите достоинства и недостатки смесителей гравитационных.

Лабораторная работа 8

ГРАВИТАЦИОННЫЙ СМЕСИТЕЛЬ НАПРАВЛЕННОГО ДЕЙСТВИЯ

Цель работы: Изучить устройство, принцип действия и особенности процесса смешивания сыпучего материала в гравитационном смесителе направленного действия.

Методические указания

Приготовление однородных по составу композиций из сыпучих дисперсных материалов, находящихся в зернистом, пылеили порошкообразном состоянии, их смешивание является широко используемым во многих отраслях промышленности процессом. Во многих случаях от его исхода зависит качество готового продукта. Несмотря на многообразие смесителей, в том числе гравитационного типа, литература, посвященная исследованию процессов, происходящих в них, не дает однозначного пути повышения эффективности смесеобразования. Как правило, в этих работах основное внимание уделяется технологическим параметрам – качеству смешивания, потребляемой мощности, производительности и некоторым другим и фактически отсутствуют данные о характеристиках движения потоков материалов (рис. 26).

72

Порядок выполнения работы

1.Заполнить таблицу исходных данных, замерив насыпную плотность материала и размер частиц.

2.Подготовить навески исходных компонентов сыпучих материалов.

3.Заполнить бункеры гравитационного смесителя исходными дисперсными материалами.

4.Подключить гравитационный смеситель к электрической сети.

5.Определить время смешивания различных смесей.

6.Произвести отбор проб методом квартования и проанализировать пробы на содержание компонентов.

7.Провести не менее трёх циклов смешивания для не менее трёх различных смесей.

8.Результаты экспериментальных исследований занести в табл. 12.

9.Рассчитать основные геометрические и технологические параметры гравитационного смесителя и процесса смешивания.

Методика расчёта гравитационного смесителя

В качестве примера можно привести методику инженерного расчёта гравитационного смесителя направленного действия. Блок-схема расчёта представлена в прил. 2.

Целью расчёта является определение основных геометрических и режимных параметров гравитационного смесителя. Исходными данными для расчёта являются:

−производительность по готовому продукту;

−соотношение компонентов в смеси;

−физико-механические свойства компонентов (размер и форма частиц, плотность, текучесть, коэффициенты внутреннего и внешнего трения).

Основной задачей является создание необходимой для осуществления процесса смешения геометрии веера, ссыпающегося потока материала.

Последовательность расчёта

1.Согласно заданной производительности установки и соотношения компонентов в смеси определить размеры бункеров.

2.Определить площадь зазора, необходимую для истечения ключевого компонента.

3.Рассчитать скорость истечения ключевого компонента.

74

4.Определить характеристики вибратора, исключающие сводообразование в объёме истекающего ключевого компонента.

5.По полученной скорости найти максимальное время процесса.

6.Зная время процесса, повторить пункты 2 – 5 для основного компонента.

7.Найти коэффициент разрыхления К по основному компоненту,

т.к. он более нагружен; по полученному Кмин определить геометрию потока; по ширине раскрытия веера потока материала определяем размер ёмкости для готовой смеси.

8.По имеющимся данным найти длины траекторий, определить высоту слоя материала на ссыпающем краю направляющей плоскости и скорость материала на ней.

9.Имея ширину раскрытия веера и коэффициент разрыхления для основного компонента повторить пункты 7 – 10 для ключевого.

10.В случае, если параметры вееров материалов существенно отличаются, провести корректировку геометрических размеров установки.

Результаты экспериментальных исследований

12. Экспериментальные значения

Смесь 1

среднее

Смесь 2

среднее

Смесь 3

среднее

75

Обработка результатов эксперимента

1.Рассчитать концентрацию ключевого компонента в отобранных

пробах.

2.Рассчитать среднее квадратическое отклонение содержания ключевого компонента в пробах смеси и коэффициент вариации по формулам:

где – концентрация ключевого компонента в i-й пробе смеси; С – среднее арифметическое значение концентрации компонента во всех n-пробах смеси.

3.Результаты экспериментальных исследований занести в таблицу.

4.Построить график кинетической кривой процесса смешивания Vc = F(t) и проанализировать полученные результаты.

5.Рассчитать основные конструктивно-технологические параметры смесителя.

13.Экспериментальные данные

Контрольные вопросы

1.Назовите отличия конструкции гравитационных смесителей направленного типа от других представителей данного типа.

2.Какие требования предъявляются к углам наклона направляющих гравитационного смесителя?

3.Назовите основные методы отбора проб приготовленной смеси.

4.Укажите критерии оценки качества смеси.

5.Дайте характеристику кинетики процесса смешивания в смесителях периодического действия.

6.Назовите достоинства и недостатки гравитационных смесителей направленного действия.

76

Лабораторная работа 9

СЕПАРАТОР ВОЗДУШНЫЙ

Цель работы: Изучить устройство и принцип работы сепаратора воздушного. Исследовать закономерностей разделения сыпучих материалов воздушным потоком.

Методические указания

Воздушные сепараторы используются при классификации сыпучих материалов с размером частиц менее 1 мм. Их работа основана на разделении сыпучего материала либо в восходящем потоке. Такой метод разделения относится к динамическим, причём скорость потока воздуха может поддерживаться постоянной и изменяться. В обоих случаях разделение сыпучего материала происходит путём выноса фракции наиболее мелких частиц, т.е. меньше заданного размера. Все частицы, скорость витания которых меньше максимальной скорости потока, выносятся из сепаратора. При этом разделяемый материал, аналогично процессу грохочения, делится на две фракции, соответствующие верхнему и нижнему классам.

Скорость витания частицы определяют из условия равенства двух сил: аэродинамического воздействия и тяжести:

g – ускорение свободного падения; Wв – скорость витания частиц; ξ – коэффициент сопротивления частицы, является функцией критерия Рейнольдса.

Приравнивая выражения для двух сил, получим

Коэффициент сопротивления витающей частицы является сложной функцией критерия Рейнольдса, в которой выделяют три характерные области: ламинарную, переходную и турбулентную. Для каждой из этих

77

областей существуют зависимости. На практике чаще пользуются универсальной зависимостью в виде

Если частица движется в потоке воздуха, то скорость её движения равна разности скоростей движения газа и витания частицы. При разделении во вращающемся воздушном потоке на частицу, помимо аэродинамической силы воздуха и силы тяжести, действует центробежная сила. При этом крупные частицы движутся в горизонтальном направлении к периферии и оседают вдоль стенок сепаратора. Мелкие частицы выносятся потоком воздуха в верхнюю зону. Скорость движения частицы в горизонтальном направлении можно определить, приравнивая центробежную силу и силу аэродинамического воздействия:

где aц – центростремительное ускорение.

Если разделению подлежит сыпучий материал, частицы которого имеют форму отличную от шаровой, то в зависимости вводится коэффициент формы d / сф. Известно, что коэффициент формы шаровидной частицы принят сф = 1. Тогда для овальных частиц можно принять сф = 1,1; для пирамидальных – сф = 3,8.

Оценка качества сепарации сыпучего материала

В условиях реальной работы сепараторов невозможно точно разделить смесь на два класса (фракции), так как невозможно обеспечить идеальный стабильный режим работы. При идеальном режиме работы вся

78

зона сепарации разделяет частицы только по одному значению их размеров. Круговые траектории движения равновесных частиц в пределах зоны являются устойчивыми. Попадая в любое место сепарационной зоны частицы, размер которых больше граничного значения, будут по спирали удаляться на периферию, а мелкие частицы (их размер меньше граничного значения) – также по спирали к центру.

В реальном сепараторе существует не один граничный размер разделения, а некоторая область, причём движение равновесных частиц по круговым траекториям носит неустойчивый характер. Флюктуация потока, изменения концентрации частиц, их размеров и пр. будут переводить частицы на неравновесные спиральные траектории и направлять в один из классов продукта. Вследствие этого в мелкий класс попадают крупные частицы и наоборот. Эффективность сортирования оценивается по формуле:

·100%, (69)

где m, m0 – масса мелкого продукта после сепаратора и в исходном материале. Засорённость продукта:

где m1, m2 – масса пробы продукта после сепаратора и после отсева мелкой фракции.

Описание конструкции проходного воздушного сепаратора

Лабораторная установка (рис. 27) включает в себя воздушный вентилятор 1, бункер исходного сыпучего материала 2 и сепаратор.

Установка работает следующим образом. Воздух, подаваемый вентилятором, подхватывает частицы исходного сыпучего материала, подаваемого из бункера и забрасывает их в корпус сепаратора 3. Из-за расширения канала крупные частицы выпадают из потока под действием силы тяжести и выводятся из патрубка 7. Воздушный поток, содержащий мелкие частицы, закручивается направляющими лопастями (дифлекторами) и частицы попадают во внутреннюю камеру (циклон). Здесь происходит отделение мелких частиц от воздуха, как в обычном циклоне. Очищенный воздух отводится через патрубок 5, а мелкие частицы – через патрубок 6.

79

14. Экспериментальные данные

3.Рассчитать и построить функцию распределения массы частиц по размерам R(б) для исходного материала и продуктов, найти граничные значения размера частиц.

4.Рассчитать коэффициенты эффективности сортирования Е и засорённости Кз .

5.Проанализировать полученные результаты.

Контрольные вопросы

1.Дайте определение понятию классификация сыпучего материала.

2.Назовите преимущества и недостатки воздушной сепарации.

3.Каким образом рассчитывается коэффициент сопротивления одиночной частицы?

4.Дайте характеристику силам, действующим на частицу в зоне сепарации.

81

Лабораторная работа 10

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ СИЛ ТРЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ И СИЛ ТРЕНИЯ ПОКОЯ

Цель работы: Приобретение практических навыков по определению коэффициентов трения нанодисперсных материалов.

Методические указания

Многие технологические процессы переработки нанодисперсных порошков требуют перераспределения концентраций исходных компонентов. Основным их представителем является смешивание. Структурно этот процесс можно представить следующим образом:

Учитывая, что любое направление реализации процесса по схеме (72) происходит за счёт перемещений микрообъёмов по реакционному пространству, процесс принят как механический. Однако в результате происходит изменение концентраций по объёму готового продукта, т.е. скорость процесса характеризуется стремлением к определённому соотношению потенциалов масс компонентов. Такое свойство процесса заставляет отнести его к классу массообменных. Особенностью является большая связанность порошков в отличие от газов или жидкостей и как следствие инициатором его служит большее количество энергии, требуемое на механические перемещения обрабатываемых масс компонентов. Принимая существование случайных и регулярных структур смеси на этапе проектирования оборудования получаем целевую картину распределения компонентов в финале процесса. По известной схеме загрузки исходных материалов и окончательной структуре смеси определяются траектории перемещения микрообъёмов продуктов за время процесса. Анализ на минимум перемещений с учётом времени позволяет рассчитать оптимум энергозатрат. Реализация процесса по представленной схеме – направленная и для определения затрат на перемещение частиц компонентов необходимо знание сил сопротивления движению частиц.

Для определения сил трения покоя Европейский стандарт рекомендует данную установку и методику проведения эксперимента. Данная установка, созданная по размерам, рекомендуемым евростандартом, состоит из 3-х секций круглой формы, прижимной и опорной плит, измерительного устройства, рамы и привода (рис. 28).

82

3.Произвести заполнение секций 1 и 3 в исходном положении исследуемым материалом 1.

4.Для материала 1 с помощью прижимной плиты 2 менять нормальную силу P (0, 5, 10 H) по трём ступеням (повторить пункт 3 – 4–5 раз).

5.Полученные экспериментальные данные записать в табл. 15.

6.Для материала 2 аналогично повторить пункты 1 – 5.

Обработка результатов эксперимента

1.Заполнить табл. 15 экспериментальными данными.

2.Рассчитать средние значения коэффициентов τп, τд по формуле

τпр = f σ.

3. Используя формулы (fд = τпр д / σд; fп = τпр п / σп) и средние значения экспериментальных данных, определить коэффициенты трения дви-

жения fд и покоя fп для исследуемых материалов.

4.Для исследуемых дисперсных материалов 1 и 2, воспользовавшись выражением (αi = arctg fтр) рассчитать углы αп и αд.

5.Построить график функций τпр = f (P).

Содержание отчёта

1. Краткое описание и схема экспериментальной установки

(рис. 30).

2.Таблица результатов экспериментальных измерений (табл. 15).

3.Расчёт углов и коэффициентов внутреннего трения.

4.График функций.

5.Выводы по работе.

15.Экспериментальные данные

1

5

сред.

85

1

5

сред.

1

5

сред.

Контрольные вопросы

1.Дайте определения понятию «сыпучий материал».

2.Назовите основные физико-механические характеристики сыпучего материала.

3.Объясните принцип работы экспериментальной установки.

4.Объясните разницу между коэффициентами трения покоя и дви-

жения.

5.Что такое насыпная плотность сыпучего материала и как она определяется?

6.В чём разница между углом естественного откоса и углом обру-

шения?

7.Различием каких исходных характеристик сыпучих материалов объясняется разница в углах и коэффициентах трения?

86