ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Для определения энергозатрат на смешивание в лопастном смесителе была изготовлена установка, представленная на рисунке 1. Она состоит из станины 1, корпуса цилиндрической формы 2, вала 3, закрепленных на валу лопаток 4, шкивов 5 и 11, троса 6, электродвигателя с редуктором 7 и динамометра 8. Электродвигатель расположен на платформе 9 и имеет возможность свободного перемещения за счет колес 10. С одной стороны он соединен через динамометр 8 с неподвижно закрепленной стенкой, а с другой через шкивы 5 и 11 посредством намотанного на них длинного троса 6 с валом 3 смесителя. На валу расположено восемь лопаток в четыре ряда. В каждом ряду по две лопатки. Расположение лопаток по номерам представлено на рисунке 2. Схема движения материала за один оборот вала представлена на рисунке 3. Эксперименты проводились следующим образом: в емкость 2 загружался материал; вал с лопатками приводился в движение через трос посредством электродвигателем; при перемещении электродвигателя отмечались показания на динамометре (пусковая сила -p_п, максимальная -p_макс, минимальная -p_мин.); изменялся угол поворота лопатки относительно оси вращения валаaи опыты повторялись.

Расчет производился по следующим зависимостям:

Момент на валу, Нм:

(1)

гдеd- диаметр шкива(d=30мм=0,03м)

Потребляемая мощность, Вт:

(2)

гдеw- угловая скорость, с ^-1

(3)

Частота вращения валаn=36 мин ^-1.

Коэффициент заполнения 40%.

По формуле (2) рассчитывались три мощности:

n_п- пусковая потребляемая мощность, Вт;

n_макс.- максимальная рабочая потребляемая мощность, Вт;

n_мин.- минимальная рабочая потребляемая мощность, Вт.

Площадь лопаткиs_лоп.=0,025ґ0,029=0,000725 м ²

Удельная потребляемая мощность, Вт/м ²;

(4)

Приp_макс.в материале находится 4 лопатки, приp_мин.в материале находится 2 лопатки. При этомp_мин.<>_макс./2, т.к. имеется сила инерции после выхода 2 лопаток из материала.

Удельная потребляемая мощность в зависимости от изменения объема захватываемого лопатками материала при изменении угла поворотаa:

(5)

гдеs* _лоп. - площадь проекции лопатки на плоскость оси вращения (площадь захвата материала одной лопаткой),м ².

s*_лоп.=0,000725ґcos(a),м².

В эксперименте применялись два вида материалов: пшено и песок. Размер частиц составлял у пшенаd=1,93мм., у пескаd=0,26мм. Плотность у пшенаr=0,98 кг/м ³, а у пескаr=2,18 кг/м ³.

По полученным данным были построены графики зависимости пусковой и удельных потребляемых мощностей от угла поворота лопатки относительно оси вращения валаa(рисунок 4 и 5). На графике отчетливо видно, что дляaв пределах от 0 ⁰ до 10-15 ⁰ изменение мощности происходит незначительно и составляет достаточно высокие значения. В пределах же от 10-15 ⁰ до 45-50 ⁰ значения мощности изменяются (n_уд.иn_п.уменьшаются,n_уд.^*совершает синусоидальное изменение). Причем приaот 30 ⁰ до 50 ⁰ наблюдаются наиболее стабильные характеристики мощностей. В пределах же от 50 ⁰ до 90 ⁰ наблюдается «обвальное» изменение значений.

Данные зависимости позволяют проводить оптимизацию работы смесителей с учетом применяемых в конкретном производстве материалов, а также важны с точки зрения проектирования новых конструкций смесителей и их рабочих органов. Экспериментальные исследования подтверждают принципиально новый теоретический подход к решению вопроса о характере движения частиц сыпучего материала под воздействием лопатки прямоугольной формы. Данный подход позволяет объективно отразить процессы, протекающие в лопастных смесителях посредством предлагаемой математической модели, а также является основой для создания новых видов рабочих органов и конструкций смесителей, обеспечивающих стабильный уровень качества смесеприготовления при снижении удельных энергозатрат.