Гравитационные бетоносмесители

На основании передачи тепла от факела лучеизлучением определим температуру стенки трубы. Составим зависимость температуры от нагрузки.

Т_тп

Т^ВН

Тср

δ ст

Составим баланс горения:

Q₄ + Q_г + Q₅ = Q₇

здесь Q₄- тепло технологического газа, кДж/1000нм³;

Q_г- теплогоренияДж/1000нм³;

Q₅- тепло потока воздуха, кДж/1000нм³;

Q₇- тепло дымовых газов в зоне горения, кДж/1000нм³.

Расчитаем тепло дымовых газов:

Q₇=t_г∑ Cp_i n_i^д.г.

где: n_i^д.г.-

Q₅ =203661,51 кДж/1000нм³

Q₄ =129918,48 кДж/1000нм³

Q_д.г. =24322,58 кДж/1000нм³

Q_т.п.=δφ((T_пл/100)⁴-(T^н_сл/100) ⁴)

где: δ

φ

T_пл -

T^н_сл –

Расчитаем площадь реакционных трубок:

F_тр.=π*D_н*l*n_тр

где: D_н –

l

n_тр -

F_тр.=3,14*0,114*10*504=1805м²

Q_т.п.=11830751,43*10³/3600*40,8/1805=74283,57 Вт/м²

Расчитаем температуру пламени горелки:

T_пл = (T_г- T_дг)/ln(T_г/ T_дг)

где: T_г –

T_дг –

Расчитаем

φ_пл=1/(1/ς_ст+f_х(1/ς_пл-1))=0,24

где: ς_ст –

f_х -

f_х =F_тр/(F_оп+F_тр)

где: F_тр –

F_оп -

F_оп =2*12,685*9,94+2*20,99*9,94=669,36м₂

f_х =1805/(669,36+1805)=0,37

φ_пл=1/(1/0,8+0,73(1/0,2-1))=0,24

Q_т.п.=δφ((T_пл/100)⁴-(T_сл/100) ⁴)

(T_сл/100) ⁴=(T_пл/100)⁴- Q_т.п./ δφ

T_сл =100*((T_пл/100)⁴- Q_т.п./ δφ)^0,25

T_сл =100*((T_пл/100)⁴-74283,57/5,67*0,24)^0,25

Q₇=t_г(0,08*53,14+0,72*32,67+0,03*34,73+0,17*42,34)=36,01 t_г

Q₄ + Q_г + Q₅ = Q₇

12918,48+203661,51+24322587,3=36,01 t_г

t_г =1794 ºС

T_пл =1794-1000/ln(1794/1000)=794/0,58=1368 ºС =1641К

T_сл =100*((1641/100)⁴-74283,57/5,67*0,24)^0,25=100*11,59=1159К=886 ºС

Увеличим нагрузку на 5%

T_сл =100*((1641/100)⁴-74283,57*1,05/5,67*0,24)^0,25=100*8,17=1113К=840ºС

Увеличим нагрузку на 10%

T_сл =787 ºС

Увеличим нагрузку на 15%

T_сл =724 ºС

Увеличим нагрузку на 20%

T_сл =647 ºС

Увеличим нагрузку на 25%

T_сл =543 ºС

При поддержании температуры стенки постоянной производительность можно повышать за счет изменения коэффициента λ и постоянной тепловой нарузке труб.

q=α(T_ст-T_ст)

q_т=(λ_ст/Rln(1+δcт/R)*(T_ст-T_ст)

74283,57=18/0,057ln(1+0,02/0,057)(887- T_ст)

74283,57=1125,77(887- T_ст)

T_ст = T_ст –q/1125,7

T_ст =887-74283,57/1125,7

T_ст =822 ºС

α =q/(T_ст-T_ст)

α =74283,57/134

α =554,36

Полученные данные сведем в таблицу

Нагрузка,	Tст	Tст	q	Δt	λ
			74283,57		554,36
			85426,1		694,52

При увеличении нагрузки на 15%

ГРАВИТАЦИОННЫЕ БЕТОНОСМЕСИТЕЛИ

В гравитационных смесителях исходные компоненты смеси поднимаются во вращающемся барабане, на внутренней поверхности

которого жестко закреплены лопасти, и затем под действием силы тяжести падают вниз. Процесс повторяется несколько раз, благодаря чему получается смесь, однородная по составу. Загрузка исходных компонентов смеси производится через загрузочное отверстие в барабане, а разгрузка или через разгрузочное отверстие, или путем опрокидывания барабана.

К преимуществам гравитационных смесителей относятся простота конструкции и кинематической схемы, возможность работы на смесях с наибольшей крупностью заполнителей (до 120-150 мм), незначительное изнашивание рабочих органов, малая энергоемкость, простота в обслуживании и эксплуатации и низкая себестоимость приготовления смеси. Оптимальное время смешения в таких смесителях составляет 60... 90 с, а полный цикл, включая загрузку, смешение, выгрузку и возврат барабана в исходное положение, - 90... 150 с.

Бетоносмеситель СБ-103 входит в комплект оборудования бетонных заводов и установок и бетоносмесительных цехов заводов железобетонных изделий. Бетоносмеситель состоит из рамы, опорных стоек, смесительного барабана, траверсы, привода вращения барабана и пневмоцилиндра для опрокидывания барабана.

Смесительный барабан представляет собой металлическую

емкость в виде двух конусов, соединенных цилиндрической обечайкой, внутренняя поверхность которой снабжена футеровкой из сменных листов из износостойкой стали. В барабане на кронштейнах закреплены три передние и три задние лопасти. К цилиндрической обечайке барабана с внешней стороны на прокладках приварен зубчатый венец и к торцу переднего конуса фланец.

Траверса представляет собой сварную конструкцию коробчатого сечения, выполненную в виде полукольца с цапфами на концах. Цапфы с подшипниками закреплены на стойках и служат для поворота смесительного барабана. На траверсе смонтированы опорные и поддерживающие ролики, обеспечивающие вращение и удержание барабана при разгрузке. На наружной стенке левой стойки установлен - пневмопривод. На правой стойке находится выводная коробка и два конечных выключателя крайних положений барабана. Опорный ролик, вращающийся в подшипниках, установлен на эксцентриковой оси, позволяющей регулировать положение роликов для нормального зацепления шестерни и зубчатого венца при монтаже, и изнашивании роликов. Оси установлены на двух опорах и крепятся к стойке траверсы болтами. Поддерживающие ролики также смонтированы в подшипниках на эксцентриковых осях, позволяющих регулировать зазор между коническими поверхностями зубчатого венца и ролика. Для смещения ролика в осевом направлении предусмотрены регулировочные шайбы. Пневмокинематическая схема бетоносмесителя СБ-103: Двухступенчатый редуктор закреплен на вертикальной стенке траверсы. Движение от электродвигателя через муфту и редуктор передается шестерне и зубчатому венцу барабана.

Пневмопривод служит для опрокидывания барабана при разгрузке готовой смеси, возврата и фиксации его в рабочем положении и заключает в себя пневмоцилиндр, воздухораспределитель, маслораспределитель, запорный вентиль, резинотканевые рукава и трубы. Пневмоцилиндр выполнен с тормозным устройством, позволяющим изменять скорость движения поршня в конце опрокидывания и подъема барабана.

Бетоносмеситель СБ-10В состоит из рамы со стойками, траверсы с опорными и поддерживающими роликами, загрузочного устройства, зубчатого венца, пневмопривода, смесительного барабана, привода и электрооборудования. Смесительный барабан соединен в середине обечайкой, к которой приварен зубчатый венец. Внутри барабан снабжен футеровкой из износостойкой стали.

Пневмокинематическая схема бетоносмесителя СБ-10В включает в себя механический привод вращения барабана и пневматический привод опрокидывания его при разгрузке. Электромеханический привод вращения барабана состоит из электродвигателя, соединенного муфтой с зубчатой двухступенчатой передачей, шестерни и зубчатого венца. В пневматический привод опрокидывания барабана входят запорный вентиль, влагомаслоотделитель, воздухораспределитель и пневмоцилиндр, связанный с рычагом опрокидывания барабана (поворота траверсы).

Бетоносмеситель СБ-92 состоит из рамы, смесительного барабана, траверсы со встроенным редуктором, механизма вращения и механизма опрокидывания барабана.

Бетоносмеситель СБ-16Б аналогичен по конструкции бетоносмесителю СБ-91 и может использоваться либо индивидуально, либо в качестве комплектного оборудования бетонного завода. В первом случае он имеет скиповый подъемник.

Гравитационные бетоносмесители непрерывного действия являются встроенным оборудованием бетоносмесительных установок и предназначены для приготовления бетонных смесей подвижностью 2 см и более и крупностью заполнителей до 70 мм.

Их используют при возведении сооружений, где требуется большое количество одномарочного бетона (гидротехническое, дорожное и аэродромное строительство).

Принципы выбора бетоносмесителей

1. Для приготовления растворов или лёгких бетонов применяются смесители принудительного действия.

2. При крупности заполнителя до 40 мм не применяются гравитационные смесители т.к. получается неудовлетворительная структура бетонной смеси.

3. При крупности заполнителя от 40-120 мм можно применять смесители гравитационного действие.

4. Смесители принудительного действия применяются при крупности заполнителя до 70 мм.

5. При большой производительности 300-320 тыс. м³/год следует применять мешалки непрерывного действия, или самые большие циклического действия.

6. Если плотность смеси меньше 1600 кг/м³ (лёгкий заполнитель) то применяют смесители принудительного действия.

Плотность бетона:

Б=Ц+(В+Д)+М+Кр (1)

Б=565+190+462+1184=2401

7. При крупности заполнителя до 40мм для очень подвижных смесей могут применяется турбинные смесители.

По производи- тельности	По виду заполни- теля	По крупности	По удобоукла- дываемости	МАРКА СМЕСИТЕЛЯ
1.непре-рывного действия а) прину-дитель. б)грави-тац.   2.Циклич. а) прину-дитель. б)грави-тац.	+   +	1. Прину-дитель.   2. Грави-тац.	+	1. Прину-дитель.   2. Грави-тац.   3. Турбу-лентные	-     +     -	БГ (ргав) БП-2Г (прин с 2-мя гориз) РН (р-ра смесит. с низкооб валом) РВ(высокоб турбул) БП (принуд. роторн)	+-     -   -     -	СБ-153

Подбор марок бетоносмесителей и определение необходимого их количества.

После выбора приемлемых типов смесителей, по заданной годовой производительности – П_г смесительного узла(по данному виду смеси) определяется требуемая часовая производительность (техническая) всех смесителей – П_кч с учетом коэффициента использования мощности (коэффициента снижения производительности) К_п.

Годовая фактическая производительность смесительного узла:

(2)

где П_кч -техническая часовая производительность всех смесителей по данному виду смеси, м³/ч;

К_п - коэффициент снижения производительности, зависящий от состояния оборудования и организационных факторов. Эта величина должна быть не менее 0.85;

, (3)

К_i - коэффициент неравномерности выдачи смеси: для машин периодического действия К_i =1.25; для машин непрерывного действия К_i = 0.8;

Т_г.р. - годовой фонд рабочего времени, ч; Т_г.р. определяется, исходя из 41-часовой рабочей недели (при пяти рабочих днях в неделю средняя продолжительность смены составит Т_см = 8.2 часа).

(4)

где Т_см - продолжительность смены;

n_см - количество смен в сутки;

N_Г = 365 - годовой фонд времени, дней;

N_П = 7 - количество праздничных дней;

N_В = 104 – количество выходных дней.

Количество рабочих дней в году регламентируется общероссийскими нормами технологического проектирования с учетом Т_см=8ч.

Из формулы (_) следует:

(5)

П_кч=72,37

Часовая техническая производительность П_кч смесительного узла обеспечивается работой К смесителей производительностью П_ч каждый

(6)

Производительность смесителя цикличного действия.

(7)

где V_Г - объём готового замеса смесителя, л;

(8)

β - коэффициент выхода смеси,

(9)

β = 0,75

V_емк - емкость смесителя по загрузке, равная сумме объёмов сухих компонентов, л;

е - число замесов в час,

(10)

е = 25,71

где t_з - продолжительность загрузки смесителя, с; при загрузке из сборной воронки в случае высотной компоновки смесительного узла t_з = (5-10) с; при загрузке скиповым ковшом в случае ступенчатой компоновки t_з = (15-20) с;

t_в - продолжительность выгрузки смеси, t_в = (10-15) с;

t_{п -} продолжительность перемешивания

Величина времени перемешивания t_п зависит (ГОСТ 7473-85 «смеси бетонные. Технические условия): от типа смесителя (смесители гравитационного действия требуют при том же виде смеси больших затрат времени на перемешивание); от емкости смесителя (с увеличением емкости продолжительность перемешивания увеличивается); от крупности заполнителя (при большей крупности время t_п уменьшается); от удобоукладываемости смеси (с увеличением подвижности время t_п уменьшается); от плотности заполнителя (с уменьшением плотности продолжительность перемешивания увеличивается).

Определение суммарного потребного литража смесительных машин цикличного действия

Для обеспечения заданной годовой производительности П_год все смесители должны иметь суммарную ёмкость по загрузке

(11)

где V₀ - суммарный потребный литраж смесительных машин,л;

К - количество смесителей для приготовления заданного вида смеси;

V_емк - ёмкость по загрузке одного смесителя,л.

Подставив в (6) значения П_ч из формулы (7), получим

(12)

Находим значение: П_ч - из формулы (5), β – из (9), е – из (10).Затем из выражения опредиляем потребный литраж всех смесительных машин:

(13)

V₀ = 3753

Далее необходимо подобрать марки машин цикличного действия, которые имели бы суммарную ёмкость по загрузке не менее величины V₀. Зная тип бетоносмесителя, ориентировочно выбираем по соответствующей таблице марку смесителя с такой вместимостью по загрузке - V_емк, чтобы она была в (2-4) раза меньше, чем суммарная емкость V₀ всех смесителей.

Искомое количество смесителей:

(14)

K ≈ 3 СБ-153

где V₀ - потребный литраж смесительных машин;

V_емк – объем загружаемых в смеситель сухих компонентов на один замес, л

Дробное число К, определяется из формулы (14), округляется до целого в большую сторону.

Вопрос о количестве смесителей при проектировании предприятий должен расширяться технико-экономическими расчетами и сопоставлением вариантов. При предварительном расчете принимают от 2 до 4 смесителей, т.к. при большем их количестве недостаточно одного комплекта дозаторов, а при одном смесителе не обеспечивает резервирования (замены в случае поломки).

Расчёт мощности привода вращения электродвигателя смесительного барабана гравитационных бетоносмесителей.

Мощность P электродвигателя расходуется на подъем смеси в барабане (P₁) и на преодоление сопротивлений трения в опорных механизмах барабана (P₂). При вращении барабана смесь совершает сложное движение. По одной из упрощённых моделей расчёт P₁ основан на том, что число циркуляций смеси, поднимаемой лопастями и по стенкам барабана, равно двум за один оборот барабана. Согласно этой схеме формула для вычисления мощности, потребляемой при подъеме смеси:

где G_см – сила тяжести смеси, H

здесь β – коэффициент выхода смеси; V_емк – ёмкость по загрузке, л (объём сухих компонентов, загружаемых в смеситель), ρ_нб – средняя плотность бетонной смеси, кг/л: для тяжелых бетонов ρ_нб≈ 2,4 кг/л.

g – ускорение силы тяжести, м/с²; R – внутренний радиус цилиндрической части барабана, м,

V_емк – емкость по загрузке, л;

n – частота вращения барабана, с^-1;

,

Мощность P₂ для смесителей, барабан которых установлен на центральном цапфе:

где η – К.П.Д. привода, для смесителей с барабаном на роликах η =0.7, что учитывает затраты мощности на преодоление сопротивления трения в цапфах осей опорных роликов;

для смесителей с барабаном на центральной цапфе η =0.85;

К_з -коэффициент запаса мощности, К_з = 1.2.

Кинематический расчет механизма вращения лопастей бетоносмесителя

Для выбора редуктора находится крутящий момент на его тихоходном валу, с которым соединен рабочий орган (ротор с лопастями)

где Р - мощность электродвигателя, кВт;

η_ред - К.П.Д редуктора. η=0.90;

ω_р.о. – угловая скорость рабочего органа, с^-1;

Частота вращения n об/сек ротора с лопастями известна из таблиц 2-7 приложение методички.

Число оборотов рабочего органа в минуту

Угловая скорость рабочего органа

,

,

Передаточное число редуктора

По величине крутящего момента М_кр и передаточного числу i_ред выбирается редуктор планетарный механизм двухсторонний по справочнику «Приводы машин табл. 1.21. стр.50.