Введение. Требования, предъявляемые различными отраслями промышленности, таких как строительная, пищевая, фармацевтическая, нефтеперерабатывающая, молочная, пивная, парфюмерная, сельскохозяйственная и многими другими, всегда опережают внедрение в практику эффективного смесительного оборудования, способного не только перемешивать, но и при этом одновременно гомогенизировать, диспергировать, а если требует технология производства, то и поризовывать, а также частично измельчать и при этом механоактивировать компоненты смеси. С учетом такой подачи необходимых требований, итоговым результатом процесса смешения является обеспечение высокой степени однородности показателей, характеризующих смесь, для исходного объема произведенной смеси, а определяется как получение наиболее максимальных, имеющихся в его составе необходимых для промышленности параметров [1].Процесс смешения – это целый комплекс химико-технологической системы, главной составной частью которой является смешивающее оборудование [2]. При этом должна быть высокая надежность узлов и деталей самой установки, её мобильность. Также возможность использования установки для смешения различных компонентов смеси для различных отраслей промышленности и пожеланий заказчика при сохранении высоких технологических параметров готового продукта. С учетом наличия множества актуальных аппаратов применяемых для решения задач смешения отлично себя показали следующие типы смесителей, помольно-смесительные роторно-пульсационные аппараты (РПА), основанные на принципах с реализацией электрогидравлического эффекта [3]. Их знаковыми особенностями являются небольшие габариты и при этом высокая производительность. Также конструктивной особенностью установок является создание значительных величин деформации и напряжений сдвига и обеспечение их равномерности в объеме рабочей камеры рабочего корпуса, что обеспечивает высокие показатели смешения компонентов многокомпонентной смеси.Методы, оборудование, материалы. В качестве методов, применяемых к обоснованию рекомендаций к обоснованному выбору типоразмеров корпуса и ударных элементов роторно-пульсационного комплекса приняты работы [1–5].Основная часть. Размер корпуса напрямую связан с тремя основными технологическими параметрами помольно-смесительного роторно-пульсационного комплекса производительностью, потребляемой мощностью и параметром, характеризующим эффективность работы комплекса – знакопеременное давление в каналах ротора и статора.Размер корпуса его ширина и диаметр, и соотношение диаметра и ширины продиктованы размерами рабочих элементов сегмента статора и ротора и их площадями сечений, и количеством прорезей.Для корпуса (рис. 1) диаметром 380 мм и шириной 125 мм. Расчет основных параметров мощности и производительности будет определен согласно аналитическим выражениям 1-7.   Рис. 1. Корпус ПСРПК с диаметром корпуса 380 мм и шириной 125 мм  Обоснование и выбор электродвигателя:Определение объема твердой фазы V [2]:V=G/r,                                  (1)где V – объем твердой фазы, м3;G – величина загрузки твердых включений, из соотношений на 1 м3 для марки пенобетона средней плотностью в сухом состоянии 600 кг/м3, ПЦ 500Д0 503 кг, песок Мк=1,35 27 кг, G=530 кг;r – плотность воды затворения, r = 1000 кг/м3.V=530/1000= 0,53 кг/м3.Величина концентрации твердой фазы в суспензии f [2]: ,                              (2)где V1 – объем воды затворения, V1=0,292 м3. .Определяем значение коэффициента динамической вязкости суспензии (3) [2]. ,                          (3)где μж – динамический коэффициент вязкости, жидкости, в данном случае воды, μж =0,001 Па с. Па·с.Поскольку в конструкции ПСРПУ имеется три кольцевых зазора, то необходимо произвести расчет затрачиваемой мощности для каждого кольцевого пространства.Рассчитываем центробежный критерий Рейнольдса ReЦ по формуле (4). ,                                (4)где d – начальный диаметр зоны кольцевого пространства, м.Находим ReЦ: . . .Поскольку значения центробежного критерия Рейнольдса ReЦ во всех кольцевых пространствах больше 3∙102, то во всех трех зонах доминирующим являются турбулентные течения и расчет параметра мощности KN, который зависит от конструктивных величин комплекса, а также от значений физико-химических параметров среды и расхода, будем производить для турбулентного режима.Согласно [2] критерий мощности рассчитывается для турбулентного режима по формуле (5).  .                              (5) Рассчитываем критерий мощности:для первого зазора  , для второго зазора  , для третьего зазора  . Затраты мощности рассчитываем по зависимости (6) [2]. ,                  (6)где Р – затраты мощности в зазоре, Вт.Рассчитываем затраты мощности:для первого зазора  Вт,для второго зазора  Вт,для третьего зазора  Вт.Общие затраты мощности в кольцевых зазорах, PЗЦ, будут равны: ,                          (7)  Вт.Зависимость мощности от размеров корпуса ПСРПК и его основных рабочих органов –статора и ротора, представлены в графическом виде на рисунке 2.Для размерного ряда корпуса помольно- смесительного роторно-пульсационного комплекса рассмотрим расчет параметра потребляемой мощности комплексом размер корпуса 420 мм и длиной 142 мм, представленного на рисунке 3.   Рис. 2. Зависимость мощности от частоты вращения элементов статора и ротора размеры корпуса380 мм и шириной 125 мм Рис. 3. Корпус ПСРПК с диаметром корпуса 380 мм и шириной 125 мм  Для исходного материала пенобетона средней плотностью в сухом состоянии 600 кг/м3 коэффициент динамической вязкости суспензии берем из расчета, формула 3 равного  Па·с.Остальные параметры зависят от геометрических параметров корпуса ротора и соответственно параметров статора и ротора.Находим ReЦ: . . .Поскольку значения центробежного критерия Рейнольдса ReЦ во всех кольцевых пространствах больше 3·102, то во всех трех зонах доминирующим являются турбулентные течения и расчет критерия мощности KN, который зависит от конструктивных величин комплекса, а также от значений физико-химических параметров среды и расхода, будем производить для турбулентного режима.Согласно [2] критерий мощности рассчитывается для турбулентного режима по формуле (5).Рассчитываем критерий мощности:для первого зазора  , для второго зазора  , для третьего зазора  . Затраты мощности рассчитываем по зависимости (6) [2].Рассчитываем затраты мощности:для первого зазора  Вт,для второго зазора  Вт,для третьего зазора  Вт.Общие затраты мощности в кольцевых зазорах, PЗЦ, будут равны:  Вт.Зависимость мощности от размеров корпуса ПСРПК и его основных рабочих органов -статора и ротора, представлены в графическом виде на рисунке 4. Рис. 4. Зависимость мощности от частоты вращения элементов статора и ротора размеры корпуса 420 мм и шириной 142 мм Для размерного ряда корпуса помольно – смесительного роторно – пульсационного комплекса рассмотрим расчет параметра потребляемой мощности комплексом размер корпуса 460 мм и длиной 146 мм, представленного на рисунке 5. Для исходного материала пенобетона средней плотностью в сухом состоянии 600 кг/м3 коэффициент динамической вязкости суспензии берем из расчета, формула 3 равного Па·с. Рис. 5. Корпус ПСРПК с диаметром корпуса 460 мм и шириной 146 мм  Остальные параметры зависят от геометрических параметров корпуса ротора и соответственно параметров статора и ротора.Находим ReЦ: . . .Поскольку значения центробежного критерия Рейнольдса ReЦ во всех кольцевых пространствах больше 3·102, то во всех трех зонах доминирующим являются турбулентные течения и расчет критерия мощности KN, который зависит от конструктивных величин комплекса, а также от значений физико-химических параметров среды и расхода, будем производить для турбулентного режима.Согласно [2] критерий мощности рассчитывается для турбулентного режима по формуле (5).Рассчитываем критерий мощности:для первого зазора  , для второго зазора  , для третьего зазора  . Затраты мощности рассчитываем по зависимости (6) [2].Рассчитываем затраты мощности:для первого зазора:  Вт,для второго зазора  Вт,для третьего зазора  Вт.Общие затраты мощности в кольцевых зазорах, PЗЦ, будут равны:  Вт.Зависимость мощности от размеров корпуса ПСРПК и его основных рабочих органов - статора и ротора представлены в графическом виде на рисунке 6. Рис. 6. Зависимость мощности от частоты вращения элементов статора и ротора размеры корпуса 460 мм и шириной 146 мм  Согласно полученным расчетным значениям потребляемой мощности, принимаем мощность электродвигателя Рн=30 кВт, выбираем электродвигатель марки АИР200М4, параметры занесем в таблицу 1. Выбор электродвигателя марки АИР обусловлен высоким к.п.д. и коэффициентом мощности двигателей данной серии. Данная серия относится к двигателям пятого поколения, которые отличаются улучшенными характеристиками, что обусловлено применением новых ферромагнитных материалов. Таблица 1Параметры электродвигателя ТипоразмерМощностькВтСинхронная частота  мин-1При ном. нагрузкеТп/ТномТmax/ТномТmin/ТномIп/IномАИР200М4301500390,50,891,92,91,87            Проведем расчет двигателя по перегрузу по формуле (8)DP=(РН – Р)/РН ·100 %,                    (8)DP=(30–24)/24·100 % = 25 %,где DP- процент недогруза электродвигателя, %;РН – мощность выбранного электродвигателя, кВт;Р – расчетная мощность, потребляемая электродвигателем, кВт.Условие D <20 % выполняется, следовательно, недогруз выбранного электродвигателя будет удовлетворять условиям экономичной работы. Рассчитаем номинальную асинхронную частоту вращения вала электродвигателя по формуле (9).nном=n0-n0 s/100 %,                     (9)nном=1500–1500 ·3/100 %= 1455 мин-1,где nном – номинальная частота вращения вала электродвигателя, мин-1;n0 – синхронная частота вращения, мин-1;s – скольжение, %.Рассчитаем относительное отклонение частоты вращения, от принятого ранее значения для расчетов по формуле (10).Dn=(nном – n)/ nном ·100 %,              (10)Dn=(1455–1450)/1455·100 % = 0,34 %,где DP – относительное отклонение частоты вращения, %;nном – номинальная частота вращения вала электродвигателя, мин-1;n – частота вращения, принятая для расчетов, мин-1. Расчет производительности помольно-смесительного роторно-пульсационного комплекса рассчитываем, на основе использования в качестве подающего устройства в ПСРПК шнекового преднасоса.Значение параметра производительности аппарата обуславливается тем объемом пропускаемой смеси, которое подает шнек преднасоса.Соответственно объем смеси, передаваемой шнеком, то есть объемная производительность ПСРПК Q определяется согласно выражению [5] рисунок 7: ,      (11)где Q – объемная производительность преднасоса, м3; Dнар – наружный диаметр шнека, Dнар = 0,1 м;t – шаг шнека, t=0,04 м;n – частота вращения, n = 1450 мин-1;dвн – внутренний диаметр шнека, dвн = 0,07 м;K1 – коэффициент возврата смеси, K1=0,95;d – толщина лопасти шнека, d= 0,003 м [5].Подставляя значения в формулу 11, получаем: Расчет рабочих диаметров цилиндров роторно-пульсационного аппарата.Согласно [2] допускаем, что диспергирование смеси осуществляется главным образом в зоне между сегментами ротора и статора, для вычислений применяем зависимость [2]                   (12)или, выражая радиус R, получим выражение (13) ,                       (13)где R – максимальный радиус ротора, м;ρ – значение плотности среды, ρ=822 кг/м3;τЗ – предельное напряжение сдвига, при котором газовая среда остается вовлеченной в суспензию, τЗ=0,8 105 Па;ω – значение угловой скорости вращения ротора, рад/с;χ – величина коэффициента турбулентного обмена в зазоре, χ=0,3 [2].  Рис. 7. Расчетная схема к определению производительности ПСРПК Для данного насоса принимаем двигатель с частотой вращения вала 1450 мин-1, тогда угловая скорость вращения ротора равна:w=2 p n/60,                        (14)w=2 3,14  1450/60=151,84 рад/с,где n – частота вращения вала, n= 1450 мин-1.Подставляя полученные значения в формулу (13), получаем максимальный радиус ротора: или максимальный диметр ротора будет равен:dmax= R 2= 0,217 2=0,434 м.Согласно рекомендациям, приведенным в [2], наибольший диаметр ротора принимаем равным dP2= 0,420 м.Для предотвращения проскальзывания необработанной среды применяют двух-  и трехцилиндровые роторы, а также двух- и трехцилиндровые статоры. Исходя из параметров, заложенных для конструктивной прочности, стенки цилиндров должны быть толщиной 10 мм [2], и величине зазора между ротором и статором минимум h=5 мм [2], вычисляем величину диаметров для цилиндров ротора dP1= 0,280 м,   dP2= 0,340 м; и для цилиндров статоров dС1= 0,250 м,   dС2= 0,310 м.  (1 типоразмер корпуса 380 мм), dP2= 0,310 м,   dP2= 0,380 м; для цилиндров статоров dС1= 0,280 м,   dС2= 0,340 м.  (2 типоразмер корпуса 420 мм) а для 3 типоразмера корпуса диаметр 460 мм dP2= 0,330 м,   dP2= 0,390 м; для цилиндров статоров dС1= 0,360 м,   dС2= 0,420 м.  Далее, исходя из размеров роторов и статоров и технологических условий, выбираем число прорезей на роторе и статоре их ширину и высоту.По рекомендациям, приведенным в [2], для первой входной пары сегментов ротор – статор возможно сделать 30 прорезей с шириной 10 мм, zP1= zC1=30, bP1= bC1=0,01 м, на второй – 45 прорезей с шириной 8 мм, zP2= zC2=45, bP2= bC2=0,008 м. Высота прорезей на всех цилиндрах – 30 мм, l =0,03 м.Выводы.1. Получены значения для затрат мощности для каждого зазора в отдельности и общие затраты мощности, для ряда основных типоразмеров комплекса с учетом соотношений диаметра и ширины комплекса.2. Получены графические зависимости мощности от частоты вращения элементов статора и ротора с учетом соотношений диаметра и ширины комплекса.3. Разработаны корпуса комплекса с учетом принятых типоразмеров корпуса и соотношений его диаметра и ширины.4. На основе полученных значений общих затрат мощности для каждого зазора комплекса определили максимальный радиус ротора, с учетом предложенного размерного ряда.5. Учитывая конструктивную прочность толщины стенки цилиндров комплекса, рассчитали для диаметров статора и ротора для предложенного ряда типоразмеров комплекса число прорезей на роторе и статоре. На основе расчетов выбрали их ширину и высоту.