Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Механизация приготовления кормов. Часть 2. Учебное пособие.pdf
Рис. 26. Кинематика процесса смешивания
Из анализа кинетики процесса смешивания следует, что процесс
смешивания складывается из трёх составляющих (рис. 26).
1. Конвективное смешивание: перемещение группы смежных частиц из одного места смеси в другое внедрением, вмятием, скольжением слоёв (участок I на рис. 26).
2. Диффузионное смешивание: постепенное перераспределение
частиц различных компонентов через свежеобразованную границу их
раздела. Процесс протекает на уровне микрообъёмов (участок II на
рис. 26).
3. Процесс сегрегации: сосредоточение частиц, имеющих одинаковую массу, в соответствующих местах смесителя под действием гравитационных или инерционных сил (участок III на рис. 26). Процесс
ухудшает качество смеси, так как по своему действию он противоположен первым двум. Если участок ab представляет собой полосу допустимых значений показателя изменчивости, то в конце участка II
процесс смешивания должен быть закончен, так как дальнейшее воздействие мешалок на материал не улучшает качества смеси. Оптимальное время смешивания для данного смесителя и вида кормов определяется экспериментально. Для большинства смесителей кормов
периодического действия оптимальное время смешивания 8…12 мин.
1.10. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ СМЕСИТЕЛЕЙ
Технологический расчёт смесителей предусматривает определение подачи и мощности, потребной для их привода, а также основных
конструктивных параметров.
Лопастные смесители. Подачу горизонтального лопастного смесителя непрерывного действия определяют по формуле:
2
ωρϕ
н
=SDq
л
, (86)
8
61
где D – диаметр вращения лопастей, м; S – шаг лопастей, м; ω – угло-
′
α=′
α=α=′
вая скорость лопастей, c–1; ρ – насыпная объёмная масса смешиваемых
кормов, кг/м3; ϕн – коэффициент заполнения емкости (ϕн = 0,3).
Для лопастных смесителей порционного действия допускают загрузку до ϕн = 0,8 их объёма для влажных и ϕн = 0,7 для густых увлажнённых кормов.
Скорость вращения лопастей находят из условия, что центробежная сила mω2Rл не должна превышать силы тяжести этой частицы,
иначе она сойдёт с лопасти и выйдет из активного процесса перемешивания.
При mω2Rл ≤ fmg максимально допустимая угловая скорость лопастной мешалки определится из формулы
fg
=ω , (87)
кр
R
л
где Rл – наибольший радиус вращения лопасти, м.
Мощность Nл для привода лопастного смесителя определяют с
учётом действующих на лопасти сопротивлений.
Рассмотрим схему сил, действующих в плоскости, перпендикулярной к оси вала мешалки, когда лопасть погружена в перемешиваемый корм (рис. 27).
На лопасть действует равнодействующая R всех сопротивлений,
отклонённая от нормали N на угол трения ϕ. Для преодоления этой
равнодействующей необходимо приложить со стороны лопасти равное
R, но противоположное по направлению усилие Р.
Нормальную составляющую Pn этого усилия разложим по направлениям окружной и осевой скоростей, в результате чего получим
усилия
ремещающие эти частицы в осевом направлении. При этом
′
, сообщающие частицам вращательное движение, и
P
p
и
α=′cos
PP
np
sin
PP , (88)
nо
P
о
, пе-
где α – угол наклона лопасти к оси вращения вала мешалки, град.
Кроме того, под действием нормальной составляющей равнодействующей R в плоскости движения частиц по лопасти возникает сила
трения Fтр = f Pn, направленная против относительного движения частиц по лопасти.
Разложим силу трения Fтр на окружную и осевую составляющие:
′
тртр. nр
fPFF
,
α=α=
sinsin
тртр. nо
fPFF
coscos
, (89)
где f – коэффициент трения.
62
α+α=′+′
=
(
P
′
о
а) б)
Рис. 27. Расчётные схемы лопастного смесителя:
а – схема действующих сил; б – конструктивные размеры
Суммируя полученные векторы по направлениям, получим значения окружного усилия
′
лия
′
−
= cossin
тр.
nооо
тр.р
α−α=
fPFPP
()
npp
)
.
sincos
fPFPP
; осевого уси-
При движении погруженной в материал лопасти сопротивления
вдоль неё распределяются по закону треугольника (рис. 27, б) и точка
приложения равнодействующей силы R находится в центре тяжести
этого треугольника, т.е. на расстоянии двух третей длины лопасти,
погруженной в корм. При не полностью заполненной ёмкости и при
вращении лопасти глубина её погружения является величиной переменной. С учётом этого нормальная составляющая сил сопротивлений
определится по формуле
ϕ
⎛
2
FghP
45tg
⎜
n
лcp
⎝
⎞
, (90)
+°ρ=
⎟
⎠
2
где hср – средняя глубина, равная наибольшей глубине погружения
лопасти, м; Fл – проекция площади лопасти, погруженной в материал,
на направление вращения, м2; ϕ – угол внутреннего трения материала,
град.
Косо поставленные лопасти в смесителе действуют подобно шнеку и сообщают перемешиваемой массе корма окружную (вращатель-
63
ную) vр и осевую vо скорости. Значение окружной скорости можно
⋅ω=
(
)
(
(
(
(
)
π
=
определить по формуле
v r
p
, (91)
cp
где rcp – средний радиус или расстояние от оси вращения до точки
приложения равнодействующей сил сопротивлений, м.
Осевая скорость перемешиваемой массы корма равна
. (92)
pо
α⋅α= sincosvv
Мощность Nл (кВт), потребная на привод лопастной мешалки, определяется по формуле
N
=
л
+
1000
zPP
vv
л
ооpp
, (93)
где zл – число одновременно погружаемых лопастей.
Шнековые смесители. Теоретическую подачу Qт (кг/с) горизонтального шнекового смесителя определяют по формуле:
Q
т
22
)
ωρϕ−=SdD
н
, (94)
8
где D и d – диаметры соответственно шнека и его вала, м; S – шаг винта, м; ω – угловая скорость, с–1; ρ – объёмная масса корма, кг/м3; ϕн –
коэффициент заполнения сечения шнека массой (для горизонтальных
шнеков ϕн = 0,3...0,4, для вертикальных – ϕн = 0,7...0,8).
При перемещении зернистых или пастообразных материалов осевая скорость будет значительно ниже теоретической, так как материал
частично вращается вместе со шнеком. Это вызывает расслоение части
потока и отставание некоторых частиц от массы, движущейся с максимально возможной скоростью
где
– средний радиус шнека,
r
cp
2
, (95)
r
αω= tgv
cpmax
35,0 dDr −⋅= , м; α – угол
cp
22
подъёма винтовой линии, град.
Минимальная подача горизонтального шнека с учётом отставания
частиц будет
=
Q
min
где αcр – средний угол развёртки винта
22
)
frdD
)
sincossin
ρϕα−α⋅αω−
нсрсрcp
, (96)
8
,2tg
α
rS
град.
cpср
64
Для шнеков с малыми углами подъема винта (α < 10°) и для кус-
=
=
=
=
ковых материалов подача будет приближаться к максимальной,
для углов α > 10°, а также при перемещении комбикормов или влажных рассыпных смесей действительная подача будет ближе к минимальной.
Подачу двух- и многошнековых смесителей определяют по формуле
, (97)
QzQ ϕ=
p1д
где z – число шнеков; ϕ1 – коэффициент, учитывающий перекрытие
рабочими деталями свободного сечения шнека, град; Qp – расчётная
подача одним шнеком, кг/с.
Подачу вертикальных шнековых смесителей порционного действия определяют с учётом времени tц цикла смешивания одной порции,
загруженной в бункер смесителя.
Время однократного воздействия t
на материал определяется по выражению
Vtρϕ
=
о.в
рабочего органа смесителя
о.в
нсм
, (98)
Q
min
где Vсм – вместимость смесителя, м3.
Тогда минимально необходимое время смешивания tсм будет
Ktt = , где Kц – кратность циркуляции массы корма. Для верти-
цо.всм
кальных шнеков 7...6
Подача смесителя порционного действия будет равна
где t
и t
заг
выг
t мин, для горизонтальных 10...8
см
V
ρϕ
Q
=
см
нсм
ttt
++
выгзагсм
t .
см
, (99)
– соответственно время загрузки и выгрузки корма, с.
Мощность, потребную для привода шнековых смесителей, определяют по формулам:
для горизонтального
kQLgN
г
, (100)
для вертикального
QLgN
в
, (101)
где k – приведённый коэффициент сопротивления движению корма по
кожуху шнека (для зерна и комбикорма k = 1,2; измельчённых корнеплодов k = 8…10).
65
1.11. СМЕСИТЕЛИ-ЗАПАРНИКИ КОРМОВ
Смесители для рассыпных влажных кормов. Для приготовления
влажных кормовых смесей из стебельных кормов и корнеклубнеплодов применяют одно- или двухвальные смесители порционного действия. Промышленность выпускает двухвальные унифицированные смесители нескольких типоразмеров, согласованных между собой по технологической схеме и основным конструктивным параметрам. Смеситель С-12 является базовой моделью. Цифра после бук
сителя указывает на полезную вместимость корпуса (м
вы в марке сме-
3
).
Для небольших свиноводческих ферм и индивидуальных хозяйств выпускаются одновальные смесители СКО-Ф-3 и СКО-Ф-6,
предназначенные для запаривания и приготовления кормосмесей из
концентрированных и зелёных кормов, а также пищевых отходов (используют пар низкого давления до 0,07 МПа).
Смесители периодического действия СКО-Ф-3 и СКО-Ф-6 предназначены для приготовления кормовых смесей влажностью 60…80%
на свиноводческих и других фермах из измельчённых зелёных и сочных кормов (корнеплодов, силоса, бахчевых культур и т.п.), а также
комбикормов и концентратов (измельчённого фуражного зерна). Приготавливать корма можно с запариванием и без него.
СКО-Ф-3 и СКО-Ф-6 (табл. 2) выпускаются в двух исполнениях:
I – для применения в технологических линиях кормоцехов, II – для
использования в качестве самостоятельного агрегата. Отличие их состоит в том, что во второй вариант комплекта входят загрузочный
и выгрузной конвейеры ТС-Ф-40. Смесители отличаются только габаритами.
Смеситель СКО-Ф-6-I состоит из следующих узлов и агрегатов:
корпуса 1 (рис. 28), мешалки 3, установленной внутри корпуса, выгрузного шнека 9, системы управления задвижкой выгрузной горловины 7, системы парораспределения 11, рамы привода, электродвигателя
12, редуктора 13, клиноременной передачи, муфты оросителя 15, указателя температуры, мотор-редуктора 10 и муфты.
Корпус смесителя является ёмкостью для приготовления кормосмесей. На нем установлено большинство узлов смесителя. В нижней
части корпуса установлен выгрузной шнек 9, приводимый моторредуктором 10 через муфту. В верхней части корпуса крепится крышка
2 со смотровым люком 6 и загрузочной горловиной 4. Люк 6 закрывается с помощью маховичка, а герметичность его обеспечивается резиновой прокладкой. Оросители 15 в торцовых стенках корпуса подают
воду в резервуар смесителя через расходомер. На раме установлен
электродвигатель 12 и редуктор 13. Основным рабочим органов
66
2. Технические характеристики одновальных смесителей
Показатель
Производительность без
запаривания при продолжительности смешивания
10…15 мин, т/ч
Вместимость смесителя, м
Мощность электродвигателей, кВт
Расход электроэнергии,
кВт⋅ч/т
Габариты, мм
длина
ширина
высота
Масса, кг
кормов СКО-Ф-3 и СКО-Ф-6
СКО-Ф-3
с конвейерами
4,7
3
3
11,07
2,4
4000
6700
4600
2370
3600
1900
2400
1700
СКО-Ф-3
без конвейеров
4,7
3
7,37
1,67
СКО-Ф-6-I
10
6
9,37
0,95
2302
1893
2302
2200
СКО-Ф-6-II
10
6
13,37
1,40
4584
6675
4584
2300
смесителя является мешалка 3, перемешивающая корм и подающая его
в зону выгрузки. Мешалка приводится в движение от электродвигателя
12 через клиноременную передачу и редуктор 13.
Система парораспределения включает трёхпозиционный кран с
рукояткой, соединительный фланец, магистральную трубу, патрубки и
заглушки для удобства очистки парораспределительной системы от
остатков кормосмеси. Кран предназначен для подачи пара и воды в
смеситель. По окончании запаривания поворотом рукоятки перекрывают пар и подают некоторое время воду в смеситель, что предотвращает попадание корма в патрубки.
Для контроля температуры запариваемого корма на торцевой
стенке корпуса смесителя установлен указатель температуры.
Выгрузная горловина смесителя состоит из трубы, к которой приварен диск, обечайки, направляющих и скобы для крепления рычагов.
Задвижка при движении вниз прижимается к уплотнению рычагами и
герметически закрывает горловину. Подъём и опускание задвижки
производится штоком системы управления.
67
Рис. 28. Схема смесителя СКО-Ф-3-I:
1 – корпус; 2 – крышка; 3 – мешалка; 4 – загрузочная горловина;
5 – шиберная заслонка; 6 – смотровой люк; 7 – привод выгрузного шибера;
8 – выгрузной шибер; 9 – выгрузной шнек; 10 – привод выгрузного шнека;
11 – парораспределитель; 12 – электродвигатель; 13 – редуктор;
14 – пульт управления; 15 – ороситель
Система управления (рис. 29) состоит из электродвигателя 3, винта 2, штока 1, верхнего и нижнего концевых выключателей 8, 6 и рычага 7. При выгрузке готовой смеси включают электродвигатель 3
привода задвижки. Шток 1, поднимаемый винтом 2 при своем
вращении двигателем 3, поднимает задвижку, открывая выгрузную
горловину. При крайнем верхнем
положении рычаг 7, нажав на
концевой выключатель 8, отключит электродвигатель 3 и включит
привод выгрузного шнека смесителя.
Рис. 29. Схема привода шибера
выгрузного
шнека смесителя СКО-Ф-3-I:
1 – шток; 2 – винт;
3 – электродвигатель;
4 – шнек; 5 – корпус шнека;
6, 8 – концевые
выключатели; 7 – рычаг
68
Технологический процесс.
Для приготовления кормосмесей
без запаривания включают привод
мешалки и загружают смеситель
компонентами корма. Обогащение
кормов жидкими кормовыми
дрожжами, мелассовым раствором
и другими добавками производится после заполнения смесителя
основными компонентами. Через 10…15 мин готовую кормосмесь выгружают.
Приготовление влажных смесей с запариванием производится
следующим образом. В смеситель заливают расчётное количество воды, подают пар, который нагревает воду до 90…95 °С. Включают привод мешалки и загружают корма, подлежащие запариванию. После их
запаривания подачу пара прекращают, а корм выдерживается 1…3 ч в
нагретом состоянии. Затем в смеситель доливают холодную воду и
одновременно загружают остальные компоненты. После 10…15минутного перемешивания готовую кормосмесь выгружают в транспортные средства.
Конечный выключатель, установленный возле смотрового люка
на крышке корпуса смесителя, при открытии крышки люка должен
отключать электрические цепи управления смесителем.
Смеситель-запарник кормов С-7 предназначен для приготовления
кормовых смесей влажностью 60…85% на основе концкормов, измельчённых корнеплодов с добавлением других кормов, в том числе и
соломы до 40%. Давление подаваемого пара не должно превышать
0,07 МПа, а длина запаренных или смешиваемых частиц соломы – не
более 50 мм.
В состав агрегата (рис. 30) входят корпус 1, внутри которого установлены две лопастные мешалки 12 и выгрузной шнек 2, система
управления выгрузным шнеком и клиновой задвижкой 10, парораспределитель 11 и привод мешалок и шнека.
Рис. 30. Схема запарника-смесителя С-7
69
Корпус сверху закрывается щитами, на которых смонтированы
переходник для подключения транспортёра загрузки кормов и люк для
наблюдения за процессом загрузки. Смотровой люк закрывается откидной крышкой, сбоку которой установлен конечный выключатель,
обеспечивающий отключение электродвигателя привода лопастных
мешалок при открывании крышки.
В торцевую стенку корпуса вварены две трубы парораспределителя 11 для подачи пара в смеситель. От магистрали 11 отходят десять паропроводов 15 с кранами. Патрубки паропроводов одним концом вварены в днище смесителя, на другом установлена заглушка
для очистки паропровода. При помощи рукоятки включения подачи
пара 13 через тягу 14 открываются краны для ввода пара в корпус
смесителя.
В состав привода смесителя входит электродвигатель мощностью
11 кВт. Через клиноременную передачу 17 вращение передаётся на
редуктор 18. На выходном валу редуктора установлена прямозубая
шестерня с венцом звёздочки привода шнека 2. Эта шестерня входит в
зацепление с большой шестерней 16, которая жёстко закреплена на
одном из валов мешалки. Второй вал через такую же шестерню соединён с первым валом, что обеспечивает встречное движение лопастей
мешалок 12.
Механизм привода подъёма и опускания задвижки 10 и включения вала шнека состоит из электродвигателя, редуктора 6, штока 7,
конечных выключателей 5, копира 8, компенсатора 9, рычагов 4, тяги 3
и двух полумуфт 20 и 21 с пружиной 19. Компенсатор 9 поглощает
инерционные силы вращающихся деталей редуктора и предохраняет
от поломки детали системы управления в момент закрытия горловины
задвижкой 10. Работа привода осуществляется следующим образом.
При включении электродвигателя шток 7, перемещаясь вверх, поднимает задвижку 10 и открывает выгрузную горловину смесителя для
выгрузки корма. Рычаг 4 при движении копира 8 вверх должен повернуть рычаг скользящей полумуфты 20. Полумуфта войдёт в зацепление с приводной полумуфтой 21. В момент прохождения копира среднего выключателя 5 привод смесителя должен остановиться.
После надёжного зацепления полумуфт, которые должны плавно,
без ударов войти на полный профиль зуба, копир 8 освободит конечный выключатель и произойдет включение электродвигателя главного
привода валов смесителя. Начнут одновременно работать мешалка и
выгрузной шнек 2. При последующем движении вверх копир дойдёт
до верхнего выключателя 5 и выключит электродвигатель привода
задвижки.
70