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搅拌设备设计讲座(第十二讲)——搅拌臂数目与叶

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  搅拌设备设计讲座(第十二讲)——搅拌臂 数目与搅拌叶片面积 第穆拿月工榴瓣_l 渤詹矿 ◇搅拌设备设计讲座(第十二讲)◇ 搅拌臂数目与搅拌叶片面积 长安大学冯忠绪李彰王卫中赵利军 1 搅拌臂数目 搅拌臂数量的多少对搅拌机的工作效率及混合 料的搅拌质量有一定的影响,不仅单根轴上相邻搅 拌臂问的相位角与搅拌臂的数量密切相关,而且双 轴上搅拌臂排列组合形式及其合理逆流的最小相位 差也与搅拌臂的数量有关. 1.1 确定拌臂数目的相关因素分析 搅拌臂数量多,必然使搅拌轴长度增加使其结 构强度,刚性下降,使搅拌机拌筒的长度增加使其长 宽比不合适.而且搅拌机拌筒的长度增加,卸料门的 长度也要增加,这对总体布置不利.另外,搅拌臂越 多,使石料被叶片挤碎的可能性增大,这将影响到骨 料的级配精度.搅拌臂数量少,必然减少物料的循环 次数,减少物料与搅拌的叶片直接接触而发生强制 作用的机会,影响搅拌质量.所以,确定搅拌机合理 的搅拌臂数目也具有重要的意义. 通过分析认为,确定搅拌臂数目要考虑的相关 因素有: (1)单根搅拌轴每转一圈,物料沿轴向行程不 小于相邻搅拌臂沿搅拌筒轴向空间长度.若以 n 表 示单根轴上搅拌臂数目,0 表示相邻搅拌臂之问的 相位角,则 n?360.,一般 360.n?720.. (2)两根搅拌轴转动时,两轴上转向相反的搅 拌臂叶片最小空间距离决定了搅拌机所能适应的骨 料最大粒径.否则,不是骨料被挤碎,就是搅拌臂及 叶片受损.当然,上述最小空问距离与搅拌臂数 量,叶片几何尺寸,叶片安装角度及搅拌臂问相互布 置等有关. (3)单根轴上相邻叶片的轴向投影应有一定重 叠,以保证料流的连续性,同时卸料时可最大限度地 减少拌筒内的混合料残留,给拌筒清洗带来方便. 搅拌臂数目与相位角除了必须符合关系式 360.n?≤720.外,还与双轴搅拌臂的布置形式 有关.尤其是在搅拌臂正正平行排列时,若搅拌臂数 目与单轴搅拌臂相位角的大小匹配不合理,就难以 找到完全符合搅拌臂布置基本原则的排列方案.搅 拌臂正正平行排列条件下,搅拌臂数目与其相位角 大小的匹配关系是: 1)360.n?720.: 2)0=90.时,n 不可以取 5,7,即 n 不宜为奇数; 3)=60~时,n 不可以取 6,8,10,且口 n 不勘偶数; 4)=45.时,n 不可以取 9,11,13,15,即 n 不 宜取奇数. 下面仅以 0=90.,n=5 时的情况为例进行说 明.图 1 所示为可能的 4 种排列组合,其中序号 1,5 同时代表搅拌臂及其上安装的返回叶片(详见参考 文献[2]). 在搅拌轴旋转一周的过程中,组合(a)将出现搅 拌臂每转过 90.,同时达到搅拌区的叶片数总数及 其中的返回叶片数不能保证是 5 个和 2 个.而且,叶 片 1,5 分别同时到达搅拌区,发生干涉;组合(b)也 出现同时达到搅拌区的叶片数不一致的情况;组合 (c)的 2,4 叶片分别发生干涉;组合(d)与(b)类似. 可见都不符合搅拌臂的排列原则(详见参考文献 [2】).所以,这种匹配关系在实际设计中要尽量避免. 1.2 合理拌臂数目的试验 根据确定合理拌臂数目时的主要相关因素,结 合试验装置结构条件,选取与单轴上相邻拌臂不同 相位角相匹配的 4 种拌臂数目 5,6,7,8,在不同的 双轴拌臂排列组合形式下,分别采用宽短型和窄长 型拌筒搅拌混凝土,测试搅拌质量指标值和搅拌功 率消耗值.试验结果列于表 1. 从表中的数据来看,不同数目的搅拌臂对混凝 土拌和物的宏观匀质性影响较大,但对混凝土的 7 天抗压强度和搅拌功率的消耗来说,影响都比较小, 没有明显的规律性.从试验测试指标的最优值分布 情况来看,在单轴相邻拌臂相位角为 60.,双轴拌 臂排列形式为正正组合时,对于宽短型拌筒,搅拌臂 的合理数目是 5 个;而对于窄长形拌筒,搅拌臂的合 一 61— 3L ,』 I, ]l,5 (b) 3L 厂., I\ ]1,5 _J4 【,5, .....一 ,, /II 言 2r _J2 3,....一 , /U 4厂 图 1 搅拌臂排列方案筛选 确定搅拌臂最佳数目试验的各指标试验结果 理数目为 7 个. 2 搅拌叶片的面积 搅拌叶片的面积对物料的循环运动和物料之间 的相互作用有着重要的影响,叶片面积过小,减弱了 物料的循环作用和两轴之间的对流作用,使物料达 到宏观均匀搅拌时间增长;若叶片面积 s 过大,不但 增大了搅拌功率,还需要减小叶片个数/1,,否则叶片 在搅拌筒内运动时会相互干涉,因此 5 有一个下限 一 62 一 和一个上限 5 一.应根据拌筒尺寸和工作装置各 参数,主要是搅拌叶片的个数,设计出合理的叶片搅 拌面积. 由于与叶片面积相关的因素较多,主要通过试 验来分析各种因素的影响,试验内容包括: 1)相同的长宽比,相同叶片面积情况下,不同叶 片个数对搅拌效果的影响; 2)相同的长宽比,相同叶片个数情况下,不同叶 片面积对搅拌效果的影响; 孝鼬管工移斑辫_I 母岛锄 31 相同叶片面积,叶片个数时,不同的拌筒长宽比下 搅拌效果的比较. 2.1 试验方案 试验方案见表 2. 在这次普通搅拌机参数优化试验中,有 4 种叶片面 积,每一种面积下有 3 种选择,拌筒长宽比选择了两种. 所以,根据试验内容,共有 24 组试验(4×3×2=24).其 中,1~12 组为窄长形拌筒,13~24 组为宽短形拌筒. 2.2 试验结果 试验结果见表 3.从试验结果可以看出: (1)在本试验条件下,第 12 组,第 9 组,第 17 组结 果较好,表明合理的叶片面积和叶片个数的匹配对搅拌 质量的影响较大,这几组结果可作为设计人员选择参数 时的参考. (2)叶片面积增大对搅拌功 率的影响很大,但混凝土强度并 不一定会提高;当叶片面积过大, 叶片个数过少时,混凝土的均匀 性很差;同时,增大叶片面积,减少 叶片个数,会增大混凝土的含气 量. (3)从对混凝土的搅拌质量 的影响而言,叶片个数的变化要 比叶片面积的变化影响大.当叶 片个数过多或叶片面积过大时, 都会使相邻叶片之间的空间距离 减小,反而使物料流动不畅,搅拌 质量下降.对比试验结果见表 4. (4)当拌筒长宽比和容积利 用系数不同时,即使相邻叶片之 间的空间距离相同,叶片面积相 同,搅拌效果也不相同.这表明搅 拌室容积利用系数和长宽比也要 影响叶片面积和叶片个数的选 择. 当然,混合料的最大粒径也 是影响搅拌叶片个数和叶片面积 选择的重要因素.我们在试验中 的混合料最大粒径为 40mm. 2.3 综合评判指标 由上所述可见,搅拌叶片个 表 2 叶片面积试验方案 叶片面窄长型宽短型 积/em 组数叶片个数组数叶片个数 12243 26323234 34225 I 44225 19243213 65195 74182 13085173 96164 105152 93.6116143 127134 表 3 试验结果 拌和物匀质性 28d 硬化混凝土试块抗压强度搅拌功率 试验号 }%△G,%厂/MPa,MI)aCv,l【W 10.422.3924.162-20.O913_20 20_270.9727.671.7010.0613.50 30.741.0326.980.6O10.0224.40 41.441.4826.701.3600.0513.26 50.550.9427-381.0780.0393.80 60.580.4929.040.6800.0234-30 70.610.9525.781.7800.O693_20 80.490.7227.570.5300.0193_35 90.410.4729.230.5900.0203.60 100.681.1927.441.3600.0493.10 110.590.9528-300.6400.0223.50 120.170.6930.010.0510.0173.70 132.007.6923.971.5250.O643.90 140.592-3326.461.oo00.0384.10 150.990.7225.111.2370.0494.20 160.69l-2225.1l1.4900.0594.40 170.02027.170.0820.0304.80 180.702.8226.440.3660.0l35-30 191.365.7723.662.5460.1084.00 200.791.2224.841.4490.0584.65 210.2l0.7126.280.4030.0155.90 221-351.4525.792.7900.1084_30 230.700.9026.830.6750.0254.90 240.690.4826.4l0.5800.0226_30 — 63 一 - 比试验结果 弧度排出的体积,所以 p=1T×[R2(R—b)]×W×COS×/360.(1) p=1T×b×W×COS××(2R—b)/360.(2) 式中:p——叶片旋转一周排出的物料体积,m,; R——搅拌轴总成的旋转半径,m; 0r 叶片的轴向安装角度,(.); 叶片的宽度,m; 6——叶片的高度,m; 叶片从人料到出料旋转过的角度,(.). 将 S=wxb 代人(2)式得 p=1T×S×COS××(2R—b)/360.(3) 搅拌轴搅拌一周,双卧轴搅拌机所有叶片推动 的物料量总和 G: G=4×po+2(n 一 2)×PI(4) 式中:p 返回叶片排出的物料量,m; --——— 64-?-—— 图 2 叶片安装图 图 3 叶片在 X—Y 面的投影图 p,——主叶片(参见参考文献【1—21))排出的物 料量,m; G——搅拌轴旋转一周,搅拌机所有叶片推动 物料量总和,m; n——单轴上的叶片个数. 由于搅拌机的工作条件不变,搅拌过程是一个 周期性稳态运动过程,所以角度总是在一个平均 值附近上下起伏,式中的就取这个平均值.容积利 囊孝,口凹幸 2工 用系数决定着 0 的大小,一定时,由式(3)可以 看出,在 O/,K,和 0 一定的情况下,P 都有唯一的对 应值.设 0=G,o/(5) 式中:——搅拌机的出料容积,ITI; —— 搅拌轴搅拌一周,叶片推动物料总量占 出料容积的比值. 设计搅拌机时,若叶片面积 5,叶片个数/7,和容 积利用系数三者之间匹配合理,就有一个较优 值与之对应,将这些值与 S,/7,,K 作成对应曲线, 可以指导搅拌机的设计. 在本次试验中,对于两种长宽比,除了叶片面积 和叶片个数的不同,其余的因素都相同.所以,对于 式(3)和式(4)中的变量,除了 5 和/7,两个变量,其他 变量取值都相同.窄长型试验值与宽短型试验值横 向比较,只不过再加上了变量 0.容积利用系数 0.18 的窄长型的 0 取值大约是 95.;容积利用系数 0.25 时,宽短型的 0 大约是 125..窄长型试验中,第 12 组和第 9 组的试验值较好,宽短型则是第 17 组较 好,根据公式(4)和(5),代人相关数据计算: 窄长型 S=93.6cm;n=7,Gl=0.105m;S=I30cm; n=6,G2=0.11m 宽短型 S=I30cm;n=4;G3=0.106m; 01=0.105÷0.1=1.05;2=0.11÷0.1=1.1;3=0. 106÷0.1=1.06. 初步确定,在出料容积 V=0.1ITI 的搅拌机中, 0=1.05~1.1 时较合理.再考虑到功率消耗,确定窄 长型中第 9 组最好,即面积 130cm,叶片个数为 6 — 65—

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