Центробежные (маятниковые) смесители

Принцип действия маятникового смесителя (рис. 1.3.2.1) состоит в следующем. На роторе, вращающемся около вертикальной оси, на маятниках или кривошипах смонтированы два или три катка, расположенных в горизонтальных плоскостях на разных уровнях. При вращении ротора катки под действием центробежных сил отклоняются на маятниках к борту чаши. Благодаря особому ограничительному устройству катки, однако, не доходят до соприкосновения с бортом на величину небольшого регулируемого зазора.

Рис. 1.3.2.1. Принцип работы маятникового смесителя:

1 – ротор; 2 – катки; 3 – плужок; 4 – резиновая обкладка борта чаши;

5 – воздух от вентилятора; 6 – отсос

Составные части замеса, загруженные в смеситель сверху, сбрасываются с ротора центробежной силой в кольцевое пространство между ротором и бортом чаши. Далее они поднимаются со дна чаши при помощи плужков, укрепленных на роторе, число которых соответствует числу катков. Материал подгребается этими плужками и подается ими в виде струй или потоков, стелющихся по цилиндрическому борту чаши, под катки, которые проезжают по этим потокам. Катки и цилиндрический борт чаши облицованы резиной. Смеситель продувается воздухом от вентилятора, что способствует охлаждению и обеспыливанию смеси.

Выдача готового замеса производится через открывающуюся дверцу в борту чаши. Маятниковый смеситель, таким образом, является смесителем периодического действия. Ввиду того что ротор его вращается примерно втрое быстрее, чем вертикальный вал обыкновенных смешивающих бегунов, продолжительность обработки в нем замеса значительно меньше. Так, для единой формовочной смеси цикл обработки, включая загрузку составных частей и выдачу замеса, составляет 1,5 мин, а для облицовочных и стержневых смесей – до 3 мин. Емкость замеса маятниковых смесителей 0,25 – 2 м³.

В маятниковом смесителе плужки со значительной скоростью бросают смесь на резиновую поверхность борта чаши (рис. 1.3.2.2), где смесь движется по окружности борта и за счет центробежной силы прижимается к борту. При этом пограничный слой смеси, прилегающий к борту чаши, тормозится трением о резиновую поверхность борта (рис. 1.3.2.3). Чем дальше отстоит элементарный слой потока смеси от резины борта чаши, тем меньше сказывается это торможение. Следовательно, в потоке смеси, движущейся по поверхности борта чаши, происходит взаимное скольжение элементарных слоев потока относительно друг друга, т.е. перетирание смеси.

Рис. 1.3.2.2. Схема движения смеси в маятниковом смесителе:

1 – неподвижная чаша; 2 – ротор; 3 – катки; 4 – плужки; 5 – траектория смеси

Рис. 1.3.2.3. Схема движения потока смеси по борту чаши

в маятниковом смесителе:

1, 2, 3, 4 – элементарные слои потока смеси;

– скорости их движения

Это перетирающее действие и является, как видно, главным элементом рабочего процесса маятникового смесителя, обеспечивающим перемешивание и обволакивание песчаных зерен смеси влажной глинистой составляющей. Роль катков в этом смесителе, по-видимому, является подсобной. Они в лучшем случае могут проезжать по струям смеси, если расположение катков выбрано правильно. Незначительная роль катков в маятниковом смесителе мод. 115 была экспериментально подтверждена в производственных условиях. Для опыта такой смеситель был запущен со снятыми катками; все показатели качества формовочной смеси (для формовки отопительных радиаторов) от этого не ухудшились.

Основы теории и расчета. В центробежном смесителе смесь со значительной скоростью бросается на резиновую поверхность обечайки чаши. Частицы смеси, подхваченные плужком, двигаются вверх по его плоскости с относительной скоростью, одновременно перемещаясь с плужком вокруг вертикальной оси вращения ротора с переносной скоростью. Скорость, при которой частицы смеси срываются с плужка, является абсолютной скоростью частиц и равна геометрической сумме относительной и переносной скоростей (рис. 1.3.2.4, а).

Эти скорости находятся в следующей взаимозависимости:

,

где – диаметр чаши;

– частота вращения ротора смесителя с плужками.

Рис. 1.3.2.4. К расчету центробежных смешивающих бегунов

Соскальзывая с плужка, частицы смеси двигаются по цилиндрической стенке чаши с начальной скоростью , находясь при этом под действием центробежной силы , силы трения и силы тяжести (рис. 1.3.2.4, б).

Центробежная сила, действующая на частицу смеси,

где – радиус чаши смесителя.

Сила трения частицы о стенки чаши направлена в сторону, противоположную движению частиц и равна , где – коэффициент трения частицы смеси о стенку чаши.

Рассматривая движение частицы смеси как движение материальной точки на плоскости, можно составить уравнение движения этой точки под действием вышеупомянутых сил:

Сделав необходимые преобразования и решив эти уравнения, можно найти положение частицы смеси на поверхности обечайки чаши в каждый данный момент времени, т.е. определить траекторию потока смеси в чаше смесителя.

Для высококачественного, смешивания необходимо, чтобы зерна песка при движении по обечайке чаши были прижаты друг к другу и перекатывались, вращаясь вокруг своих осей. Такое явление может иметь место лишь на восходящих ветвях траекторий. Поэтому необходимо, чтобы катки смесителя не пересекали частиц смеси, движущихся по этим ветвям, так как разрушение струй смеси приведет к ухудшению качества смешивания.

Мощность , потребляемая смесителем, затрачивается на перемещение плужков , катков и преодоление потерь .