Аналитическое определение параметров лопастных смесителей для турбулентного перемешивания сухих смесей

ротора 1) содержит большое количество мелкой фракции, что приводит к худшей усвояемости корма животными. Проба 3 (конструктивное исполнение ротора 3), средний размер частиц которой составляет 600 мкм, является наиболее благоприятной для усвоения организмом животных ввиду однородности состава

Выводы

1. Оптимальным профилем ротора, позволяющим получать однородную по своему составу массу, является ротор № 3. Наличие лопаток на периферии диска обеспечивает равномерную загрузку рабочих элементов, равномерное измельчение зерна, отсутствие застаивания смеси в выпускном патрубке, наименьшее потребление электроэнергии.

2. Гранулометрический состав оказывает большое влияние на качество корма. В ходе проведения исследований выявлена конструкция измельчающих органов (конфигурация ротора № 3), позволяющая получать требуемое качество помола — 600 мкм, являющееся наиболее благоприятным для усвоения организмом животных.

Библиографический список

1. Зиггерс Д. Эффективность — главное в кормлении / / Комбикорма. - 2009. -№ 6. - С. 33.

2. Венедиктов А.М. и др. Кормление сельскохозяйственных животных. — М.: Рос-сельхозиздат, 1988. — 340 с.

3. Борщев В.Я. Оборудование для измельчения материалов: дробилки и мельницы: учебное пособие. — Т.: ТГТУ, 2004.

УДК 631.363.7 А.В. Чупшев,

В.В. Коновалов, В.П. Терюшков, Г.В. Шабурова

АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЛОПАСТНЫХ СМЕСИТЕЛЕЙ ДЛЯ ТУРБУЛЕНТНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ

СУХИХ СМЕСЕЙ

Ключевые слова: смеситель, мешалка, лопасть, емкость, смесь, мощность, коэффициент вариации, равномерность смеси, крутящий момент, конструктивные параметры.

Введение

В перспективе около 54% производимого в стране фуражного зерна будет перерабатываться комбикормовой промышленностью, а оставшаяся часть — использоваться для производства комбикормов непосредственно в хозяйствах или на межхозяйствен-ных предприятиях [1, 2]. В связи с этим потребность в смесителях, способных приготавливать качественные смеси, неизбежно растет [3, 4]. Известные в настоящее время смесители разнообразны по конструкции, принципу действия и способу реализации технологического процесса [1-6]. Однако далеко не все они способны приготовить качественную смесь из сухих компонентов.

Объекты и методы исследования

В ФГОУ ВПО «Пензенской ГСХА» изготовлен смеситель (рис. 1), состоящий из емкости 1, установленной на раме 7, за-

грузного бункера 6 и привода. Внутри емкости размещен вертикальный вал 2, на котором закреплена мешалка 3. Ее лопасти выполнены из прутков круглого сечения и имеют Г-образную форму. Привод смесителя осуществляется от электродвигателя 8 мощностью 1,5 кВт посредством клиноременной передачи 9 [5, 6].

При подаче крутящего момента на вал смесителя начинает вращаться мешалка с лопастями, перемешивая загруженные в емкость смесителя компоненты. Наличие центробежных сил при воздействии лопасти Г-образной формы на компоненты способствует перемещению компонентов смеси по днищу от центра к периферии емкости, а затем вверх по ее стенкам. При определенной высоте насыпи происходит пересыпание корма вновь к центру емкости. При этом компоненты смеси участвуют также и в круговом движении, обеспечивая турбулентный характер движения потоков. После окончания смешивания при открытии заслонки 4 готовая смесь выгружается по лотку 5.

Рис. 1. Схема и общий вид смесителя:

1 — емкость смесителя; 2 — вертикальный вал; 3 — мешалка; 4 — заслонка;

5 — выгрузной лоток;

6 — загрузочный бункер; 7 — рама;

8 — электродвигатель мощностью 2,2 кВт;

9 — клиноремённая передача

Результаты и их обсуждение

Для решения задачи внешнего обтекания тел в условиях перемешивания возможно применение уравнений Навье-Стокса и неразрывности потока. Для решения этой задачи используют теорию подобия.

Критериальное уравнение для мешалок имеет вид:

Кы = \ (Reц, Ргм , Г1, Г2, ...),

или

кы = л*ецт' Гр Г/, _

где Reц — циркуляционный критерий Рейнольдса;

Ргм — критерий Фруда; Г1,

Г2 — симплексы геометрического подобия; численные значения коэффициентов А, п', т', р', д' для подобных мешалок устанавливаются экспериментально.

Сила сопротивлению движения горизонтальной лопасти от перемещаемого материала определяется:

РуклЬ = (Р • Н1  кн • ЛЯ • с*г • 5т(а)) •

• Ьд (а + ф) •

9 +

К,2)

tg

кН

, Н.

di-sin

Сила сопротивления перемещению горизонтальной лопасти FVl4ni пропорциональна физико-механическим свойствам (плотности р и т.д.) перемещаемого материала, высоте его слоя H, диаметру лопасти d,, а также квадрату угловой скорости ш и радиусу мешалки R. В соответствии с этим в критериальную модель (1) кроме критериев Рейнольдса и Фруда вводятся и аналогичные симплексы подобия.

Предлагается дополнительно ввести следующие симплексы геометрического подобия: длины лопастей L;, м — Гц диа-

- г _ D метра лопастей — 1^ = —; кинетического

г 25

режима — 1П= —; высоты заложенного материала Но, м — Гц/ = .

Для расчета смесителя используется метод расчета (РД 26-01-90-85), основанный на равенстве моментов, создаваемых вращающимися лопастями мешалки и возникающих сопротивлений стенок корпуса аппарата (рис. 2).

Крутящий момент, т.е. момент сил, возникающих при вращении лопастей мешалки, будет уравновешиваться:

Мкр = Мкор + МВн ,

где Мкор, Мвн - моменты сил сопротивления, возникающие на стенках корпуса аппарата и внутренних устройствах соответственно, Н-м.

Крутящий момент на валу мешалок:

МКР = zM £ Ku Н м,

где zM — количество лопастей, шт.;

К, — коэффициент мощности перемешивания;

£ — коэффициент гидравлического сопротивления, определяемый эмпирически.

Момент сопротивления стенки корпуса:

П'^ШУ г-2.75 . т/1.75 vcp

к°р 2,2-Re°-25

Г2.: 1 D

\ Н м,

где Л — коэффициент сопротивления корпуса аппарата:

я =

0,095 при Гд > 2;

*.(20,35 • Гд - 19,1) ПрИ Г° “ 2;

I п .

где У = £’~ + р — параметр высоты заполнения аппарата; (/=8 — без перегородок, р=1 — для аппарата со свободной поверхностью материала), Н — высота заполнения аппарата, м; Гд = 0/с1м — симплекс гидродинамического подобия;

<Зм — диаметр мешалки, м;

О — диаметр емкости, м;

Уср — относительная усредненная окружная скорость материала в аппарате, м/с;

_ 1+0,4-т/>1+0,5-т/>2+1,75-

К1=^1+-Фг )2;

где \у1 и ц/2 — параметры профиля окружной скорости материала; Значения \у1 и ^2 связаны соотношением: 1/>2 = _$1 — Яг *^1, Б1 и б2 — коэффициенты профиля окружной скорости:

7-Гд-б 28-ГД-27

51 = ------------и 5т =

11.Г___оп ^

21-Го-20 Л 21-Г£,-20 Мощность на перемешивание:

N = Кц • р 'П6 • , Вт,

где р — плотность смеси, кг/м3;

-1

п — частота вращения мешалки, с . Критерий мощности перемешивания:

= 3,87 ‘ гм • £ • К1г (9) После экспериментального уточнения показателей уравнение мощности, затрачиваемой на перемешивание сухого корма, имеет вид, Вт:

N =А№ец)' 73 (Гг)-6 3 [(Г¥ — 1,36667г1

(93,83

(Г¿+94,372)° 78 (Ги)44'8] (Гп)' где коэффициент:

А = 0,309372 а Ь [КпРс п3 Ым5];

( , А1,161

А =-

1,855049 3,87

1

Ь = ( - 0,389 + 0,834- Гп - 0,009Г2 + 0,512- Гп • Г/79,93

Длительность перемешивания смеси определяется на основе объема смеси, режима смешивания и необходимого количества воздействий лопастей для достижения потребной равномерности смеси [7].

Минимальное количество лопастей мешалки составляет, шт.;

1 2-7Г

гм —  - —  г,.

'1 П-

где тР, — время полета, с;

тК1 — время прохождения лопастью длины клина из материала перед лопастью, с; ю — угловая скорость мешалки, рад/с.

¿/эт (а) , „

ТК1 = ----- , с,

ш-Я,- 4 7

Рис. 2. Схема смесительного аппарата:

1 — подшипниковая опора верхняя;

2 — емкость смесительная; 3 — вал;

4 — лопасть мешалки;

5 — втулка крепежная мешалки;

6 — подшипниковая опора нижняя;

7 — материал смеси

ТРІ —

<и-К[ 2-

д+(д-Н1-к]ХТ+ш2-Кі2)-ґд(а | •5Іп(а) Л 9~ д-Ні-кщ+(о2-кі2

с

где Ri — положение центра тяжести рассматриваемого ,-го сектора относительно оси вращения вала смесителя, м;

д — ускорение свободного падения, м/с2;

, #цтг

/Сцт = ----соотношение высоты центра

тяжести поднимаемого сектора Нцт! относительно всей высоты материала в центре тяжести элементарного сектора, Н,, м;

, Нж—АН

кн =-------соотношение высоты слоя

поднимаемого материала (Н, — АЬ) относительно всей высоты элементарного сектора.

Минимальная высота смесительной емкости, м:

яс>1д

где Нг — расчетная высота материала при загрузке в емкость смесителя (из объема загруженной смеси и площади днища), м;

в — угол сводообразования воронки, для сухих концентрированных кормов — 33-35°.

На основе полученных аналитических выражений разработана компьютерная программа расчета смесителя на базе математического пакета МаЖСАР 2001. Погрешность расчетов не превышает 10%.

Библиографический список

1. Коновалов В.В., Щербаков С.И., Дмитриев В.Ф. Механизация технологиче-

ских процессов животноводства: учебное

пособие. — Пенза: РИО ПГСХА, 2006. — 274 с.

2. Коновалов В.В., Чугунов А.И., Мирзо-янц Ю.А., Калюга В.В., Коновалов В.В. Устройство и технологический расчет оборудования для кормления свиней: учебное пособие. — Пенза: ПГСХА, 1998. — 176 с.

3. Вагин Б.И. Лабораторный практикум по механизации и технологии животноводства: учебное пособие. — Вел. Луки, 2003. — 560 с.

4. Коновалов В.В. Механизация приготовления и раздачи кормов: учебное пособие.

— Пенза: РИО ПГСХА, 2002. — 190 с.

5. Коновалов В.В. Обоснование технических средств приготовления и выдачи кормов в свиноводстве: монография. — Пенза: РИО ПГСХА, 2005. — 314 с.

6. Коновалов В.В., Чупшев А.В. Влияние технологических параметров на показатели работы смесителя микродобавок // Нива Поволжья. — 2009. — № 2 (11). — С. 76-81.

7. Коновалов В.В., Чупшев А.В., Терюш-

ков В.П. Определение потребного количества воздействий лопастей на смесь // Научно-технический прогресс в животноводстве: стратегия машинно-технологического

обеспечения производства продукции на период до 2020 г.: сб. тр. 12-й Междунар. науч.-техн. конф., ГНУ ВНИИМЖ. — Подольск, 2009. — Т. 20. — Ч. 3. — С. 107-115.