employee
The four ways to intensify the mixing process was proposed and developed, implemented in devices with a stirrer according to the type of working units movement: the operating shaft moves with intracyclic angular velocity, the shaft performs a complex spatial movement, the working units was made in the form of 3,4 and 5 mobile units, with two and more working shafts with different motion laws. Nine new classification groups of devices with a stirrer with a lot of variants in each group were created. The devices have a high degree of intensification of mixing liquid and hard-mixing agricultural materials.
spatial mechanisms, mixers, base unit, intracyclic angular variable speed.
В сельскохозяйственном производстве перемешивание материалов является одним из распространенных процессов, который осуществляется в основном механическими устройствами - аппаратами с мешалкой и смесителями. Эти устройства работают при стационарном режиме работы, т.е. при постоянной угловой скорости рабочего органа.
При таком способе перемешивающие устройства не обеспечивают требований производства и технологий, так как процесс смешения протекает слабо и длителен во времени, энергоемок, при этом качество готовой смеси неудовлетворительное. Это объясняется тем, что в аппаратах с мешалкой имеются зоны, где движение материала незначительно или вообще отсутствует [1, 2].
Стационарный режим работы достаточно хорошо исследован как отечественными учеными [3], так и зарубежными [5, 6, 7]. По мнению ученых, стационарный режим работы уже исчерпал свои возможности и потенциал.
Учеными изыскиваются способы увеличения интенсификации процесса смешения, в частности, использование сложного пространственного движения, вращение с переменной скоростью и т.д. [4].
Однако исследования и разработки таких устройств пока малочисленны и разрозненны, нет общей теории создания конструкций аппаратов с мешалкой, нет классификации пространственных устройств, оптимизации на стадии проектирования, практического использования в сельскохозяйственном производстве и других отраслях народного хозяйства. Кратко можно отметить, что данная тематика пока находится в начальной стадии проектирования, изготовления, исследования и внедрения в производство.
Таким образом, создание новых способов перемешивания и устройств, реализующих эти способы, является актуальной и важной задачей, тема входила в Координационный план научно-исследовательских работ АН СССР по проблеме «Теория машин и система машин» (1.11.1) на 1981-85 гг.
Цель данной работы – создать новые способы перемешивания, аппараты с мешалкой и новую классификационную группу пространственных устройств.
Анализ и обсуждение результатов. Нами поставлена задача - разработать способы интенсификации процесса, которые отвечали бы требованиям производства и которые можно было бы реализовать как в известных устройствах (аппараты с мешалкой, смесители и др.), так и во вновь проектируемых. В результате поиска решений удалось разработать четыре группы способов: с внутрицикловым, внешнецикловым изменением угловой скорости, комбинированным и импульсным.
В данной работе рассматривается только внутрицикловой способ,сущность которого заключается в том, что исполнительный орган (лопасти, емкость и т.д.) вращают с внутрицикловой переменной угловой скоростью косинусоидального характера с амплитудой, равной половине за оборот средней по величине скорости вращения [8].
Принято называть изменение угловой скорости ведомого вала при повороте ведущего вала на одном обороте как внутрицикловое. Внутрицикловое изменение угловой скорости поясняется графиком на рисунке 1а. График угловой скорости рабочего органа при существующем стационарном способе показан штриховой линией.
ωср=0,5(ωmax+ωmin). (1)
Амплитуда изменения угловой скорости
a = 0,5 w ср.
Изменение угловой скорости за оборот удобнее выражать через коэффициент неравномерности движения или степень неравномерности, который определяется δ = (ωmax - ωmin) / ωcр. (2 )
По степени неравномерности δ (безразмерный коэффициент) можно судить о величине неравномерности вращения, по этому показателю проектируют и преобразующий передаточный механизм.
1. Strenk F. Peremeshivanie i apparaty s meshalkami/ F. Strenk.-«Khimiya», 1975g. - 385s.
2. Vasil´tsov E.A., Ushakov V.G. Apparaty dlya peremeshivaniya zhidkikh sred. Spravochnoe posobie. - L.: Mashinostroenie, 1979. - 272 s.
3. Braginskiy L. N. Peremeshivanie v zhidkikh sredakh: Fizicheskie osnovy i inzhenernye metody rascheta / L. N. Braginskiy, V. I. Begachev, V. M. Barabash.- L.: Khimiya, 1984.- 336 s.
4. Vasil´ev V.A. Proektirovanie i razrabotka smesitel´nykh apparatov so slozhnym dvizheniem rabochikh organov: Dis..kand. tekhn. nauk. M, MIKhM, 1989. - 234 s.
5. Fluent 6.2 User’s Guide Documentation, Fluent Inc., Lebanon, NH 2003.
6. Hall K R.. Godfrey B. I. - Trans. Inst. Chem. Engrs (London), 1970. v. 48, № 7-10, p. 1.
7. Ihuaku Ihejirika, Farhad Ein-Mozaffari, Using CFD and Ultrasonic Velocimetry to Study the Mixing of Pseudoplastic Fluids with a Helical Ribbon Impeller. Chem. Eng. Technol. 2007, 30, No. 5, s 606-614.
8. A.s. №950216 (SSSR). Sposob protravlivaniya i ustroystvo dlya osushchestvleniya sposoba //Mudrov P.G., Mudrov A.G., Galiullin Sh.R. Opubl. B.I. №30, 1982.
9. A.s. №898228 (SSSR). Sposob sushki sypuchikh materialov //Mudrov P.G., Mudrov A.G., Galiullin Sh.R., Mardanov R.Sh. Opubl. B.I.№2, 1982.
10. A.s. №1292832 (SSSR). Sposob mekhanicheskoy obrabotki materialov /Mudrov P.G., Mudrov A.G., Getmanskiy A.P. Opubl. B.I. №8, 1987.
11. A.s. №617058 (SSSR). Ustroystvo dlya peremeshivaniya zhidkostey //Mudrov P.G., Mudrov A.G. Opubl. B.I. №23, 1978.
12. A.s. №863318 (SSSR). Meshalka. Mudrov P.G., Mudrov A.G. Opubl. B.I. №34,1981.
13. A.s. №754141 (SSSR). Testomesil´naya mashina. Mudrov P.G., Mudrov A.G. Opubl. B.I. №31,1980.
14. A.s. № 1186706 (SSSR). Ustroystvo dlya gal´vanoplasticheskoy obrabotki detaley. Mudrov P.G., Mudrov A.G. Opubl. B.I. №39, 1985.
15. A.s. №854350 (SSSR). Testomesil´naya mashina. Mudrov P.G., Mudrov A.G. Opubl. B.I. №30, 1981.
16. A.s. № 841663 (SSSR). Smesitel´ dlya vyazkikh zhidkostey. Mudrov P.G., Mudrov A.G. Opubl. B.I. №24, 1981.
17. A.s. №1769941 (SSSR). Apparat s nestatsionarnym protsessom peremeshivaniya //Mudrov P.G., Mudrov A.G., Matyashin A.V. Opubl. B.I. №39,1992.
