Момент сили на обертання, Н м

Потужність на одній лопатці, кВт:

(4.51)

Повна потужність з урахуванням кількості лопаток Z, що одночасно діють у суміші,

Р_пер= Р₁ Z.

Отже, розглянутий підхід і формули (4.48) – (4.51) з певними припущеннями дають змогу визначити силу опору і потужність з урахуванням інерційних сил.

Цей підхід ураховує один (можливо, го­ловний) вид опору, що виникає під час руху лопатки в суміші.

Другий підхід ґрунтується па враху­ванні опору також у вигляді одного кое­фіцієнта q, проте на відміну від коефіці­єнта с (див. (4.50)) вій має розмірність.

Значення сили d F, що діє на елементарну площадку лопатки, залежить від

коефіцієнта q, проекції ширини лопатки b на площу, перпендикулярну до напряму обертання, і радіуса r від центра обертан­ня лопатки до точки прикладання сили:

d F=qbdr.

Фізичний зміст коефіцієнта q полягає в тому, що він визначає ефективне на­пруження в паскалях (Па), яке потріб­но створити для необоротного дефор­мування (перемішування) суміші. Кое­фіцієнт q можна подати як питому робо­ту деформування одиниці об'єму суміші, H/м²

q=A/V

де А - робота, що виконує лопатка під час руху в суміші, Дж; V - об'єм, що деформується, м³.

Дослідженнями К. М. Корольова вста­новлено, що коефіцієнт опору залежить від складу суміші, кількості в ній води і швидкості руху лопаток (табл. 4.12).

За відомого значення коефіцієнта опо­ру момент сили на обертання, Н м:

Якщо змішувач має однакові відстані лопаток від центра обертання до своїх зовнішніх кромок, то потужність, кВт,

(4.52)

Таблиця 4.12. Коефіцієнти опору,кПа, при швидкості руку в суміші v =1,8..2,0м/с

де w - кутова швидкість лопатевого вала рад/с; z — кількість лопаток; j — ступінь заповнення змішувача; h — ККД приводу.

Якщо лопатки розміщені на різних радіусах і під різними кутами, то потуж­ність двигуна, кВт,

(4.53)

де b₁,..., b_i — проекції ширини відповід­них лопаток на радіус, м; r_iвн,....r_iзов, r_1вн…..r_швн - радіуси відповідно зовнішніх і внутрішніх кромок лопаток, м.

Ці два підходи до визначення сил опору й потужності у своїх залежностях
(4.48) — (4.53) не враховують фізико-механічних властивостей переміщуваних
матеріалів, за винятком щільності та ін­тегрального коефіцієнта опору q. Oчевидно, що в загальному випадку потуж­ність є функцією більшої кількості параметрів:

Р = f(p,sV,V₀,v₀,d,m,g), (4.54)

де крім уже відомих параметрів важ­ливими є також динамічна в'язкість m, швидкість звуку в суміші v₀, Діаметр лопатей d, прискорення вільного піднімання g.

Подання функціональної залежності (4 54) в аналітичному вигляді як рівняння руху є завданням дуже складним, оскільки фізико-механічні характеристики су­мішей змінюються у процесі перемішуван­ня і нелінійно залежать від робочих пара­метрів. Через це рівняння руху доцільно подавати в критеріальній формі на основі теорії подібності з використанням прин­ципів моделювання.

Виходячи із загального уявлення, що будівельні розчини та суміші належать Д грубодисіїерсиих і в'язкоиластичних матеріалів, залежність (4.54) можна ви­разити через такі критерії:

P=f(Re, Fr, Be, We), (4.55)

де Re, Fг, Ве, Wе - відповідно критерії Рейнольдса, Фруда, Берстоу і Вебера.

Критерій Рейиольдса враховує вплив сил внутрішнього тертя, критерій Фруда — сил тяжіння, а критерії Берстоу і Вебе­ра - стискання рідини і поверхневий на­тяг. Щодо процесу перемішування, то найвпливовішими є критерії Рейиольдса і Фруда.

Відносно енергії, яка йде на подолання сил, можна застосувати критерій Ейлера Еu, що враховує сили лобового тиску. Тоді ці критерії з урахуванням їх відношення до сил інерції об'єднують у критеріальне рівняння, яке описує процес взаємодії ро­бочого органа із середовищем:

Еu= k(Re)^x (Fr)^y, (4.56)

де k— коефіцієнт подібності; х, у - по­казники степеня, що визначають частку виливу того чи іншого критерію. Критеріальне рівняння (4.56), перетворене для змішувачів має такий вигляд:

(4.57)

де Р — потужність, яка потрібна для пере­мішування компонентів суміші, кВт; р — густина суміші, кг/м^3; n — частота обер­тання вала, об/с; d — діаметр лопаті, м; m — ефективна в'язкість суміші, Па c.

Із рівняння (4.57) маємо вираз для визначення потужності:

Для визначення показників х і у по­трібно експериментально їх встановити для будь-яких двох основ. Так, досліда­ми встановлено показники степенів для потужності двовальних горизонтальних бетонозмішувачів, що змінюються пропор­ційно n^-0.3 і m_c^0.7 . Тоді формула для по­тужності з урахуванням виконаних дослі­дів матиме вигляд

(4.58)

де L — довжина лопатевих валів, м; j — коефіцієнт заповнення. Отже, кожний із трьох розглянутих під­ходів дає змогу визначити потужність на виконання технологічного процесу перемі­шування суміші. Застосування тієї чи ін­шої формули залежить від знання вхідних параметрів, поглядів на процес та ін.

Портальний віброгазобетонозмішувач (рис. 4.51) застосовують для при­готування газобетонних суспензій при ви­робництві ніздрюватих бетонів, оскільки виготовлену масу потрібно швидко вкла­сти у форму, не зупиняючи процес пере­мішування, — технологія приготування легких бетонів відрізняється від техно­логії приготування сумішей на важких за­повнювачах. На порталі 10, що рухаєть­ся рейковим шляхом за допомогою при­водів 1, на пружних підвісках 3 встанов­лений бункер 5, на якому закріплені вібра­тори 9, що надають йому високочастотних коливань. У бункері розміщений вертикальний вал 6 із нижнім приводом, що складається з двигуна і конічного редук­тора 11. На вал 6 надітий захисний по­рожнистий стакан 8, з'єднаний гумовим фланцем з днищем. До верхнього флан­ця вала 6 кріпиться труба, що вільно охоп­лює стакан 8, до якого прикріплені змішу­вальні лопаті 7. Така система дає змогу захистити підшипники й редуктор від про­никнення в них агресивної суміші. Ком­поненти перемішуються при сумісній дії вібрації і лопатей на суміш. Для підви­щення інтенсивності перемішування до внутрішніх стінок бункера прикріплені відбійні лопаті 4.

Шлам і воду у бункер змішувача по­дають крізь лійки, розміщені в кришці. Шлам з водою перемішують приблизно 60 с, після чого в суміш вводять алюмі­нієву суспензію. Одночасно з перемішу­ванням агрегат пересувається до форми. Через зливні патрубки 2 газобетонна су­міш виходить у лотоки — гасники швид­кості 13 і далі крізь отвори в днищі лотоків до форми. На патрубки 2 надіті гу­мові рукава — заслінки. Пневмоциліндр 12 через систему важелів та обойму стискує рукава, закриваючи в такий спосіб вихід суміші.

Для приготування бетонних сумішей з легкими заповнювачами (керамзитом, пем­зою тощо) застосовують бігункові змішу­вачі, які одночасно з перемішуванням част­ково подрібнюють керамзит, що сприяє щільнішому компонуванню зерен запов­нювача та забезпечує приготування бето­нів високої якості.

Керамзитозмішувач (рис. 4.52) має вигляд рами 3, на якій установлена чаша 5, футерована із середини замінни­ми плитами 4. Суміш перемішується ре­шітчастими котлами, які складаються з дисків 6 і стрижнів 7. До вертикально­го вала шарнірно прикріплені водила із закріпленими в них осями 12 з кот­ками.

При обертанні вертикального вала 15, привід якого здійснюється двигуном 1, через редуктор 2 і конічну пару зубчас­тих коліс 16, котки перекочуються по колу і одночасно обертаються навколо горизонтальних осей.

Рис. 4.51. Портальний віброгазобстоиозмішувач

Рис. 4.52. Керамзитозмішувач

Для переміщення суміші в зону дії котків передбачені лопаті 14. Зазор між днищем і котками регулюєть­ся болтовим фіксатором 9. Вода подаєть­ся у змішувач кільцевою перфорованою трубою 8, а сухі компоненти — крізь отвір 11 у кришці змішувача. Готова суміш ви­вантажується через донний люк, що за­кривається затвором за допомогою пневмоциліндра 13.