Vestnik of Kazan State Agrarian UniversityVestnik of Kazan State Agrarian UniversityВестник Казанского государственного аграрного университета2073-04621257410.12737/20641Технические наукиТехнические наукиTHE NEW GROUP OF SPATIAL STIRRED MACHINES О новой группе пространственных аппаратов с мешалкойМудров Александр Григорьевич Mudrov Aleksandr Григорьевич oidkgau@mail.ru
доктор технических наук;
doctor of technical sciences;
Казанский государственный аграрный университетKazan State Agrarian University03082016030820161127782https://zh-szf.ru/en/nauka/article/12574/view
Предложено и разработано четыре способа интенсификации процесса перемешивания, реализованное в аппаратах с мешалкой по типу движения рабочих органов: рабочий вал совершает движение с внутрицикловой угловой скоростью, вал совершает сложное пространственное движение, рабочие органы выполнены в виде 3,4 и 5 подвижных звеньев, с двумя и более рабочими валами с разными законами движения. Создано девять новых классификационных групп аппаратов с мешалкой с множеством вариантов исполнения в каждой группе. Устройства имеют высокую степень интенсификации перемешивания жидких и трудносмешиваемых сельскохозяйственных материалов.
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.
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.
Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками/ Ф. Стренк.-«Химия», 1975г. - 385с.Strenk F. Peremeshivanie i apparaty s meshalkami/ F. Strenk.-«Khimiya», 1975g. - 385s.Васильцов Э.А., Ушаков В.Г. Аппараты для перемешивания жидких сред. Справочное пособие. - Л.: Машиностроение, 1979. - 272 с.Vasil´tsov E.A., Ushakov V.G. Apparaty dlya peremeshivaniya zhidkikh sred. Spravochnoe posobie. - L.: Mashinostroenie, 1979. - 272 s.Брагинский Л. Н. Перемешивание в жидких средах: Физические основы и инженерные методы расчета / Л. Н. Брагинский, В. И. Бегачев, В. М. Барабаш.- Л.: Химия, 1984.- 336 с.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.Васильев В.А. Проектирование и разработка смесительных аппаратов со сложным движением рабочих органов: Дис..канд. техн. наук. М, МИХМ, 1989. - 234 с.Vasil´ev V.A. Proektirovanie i razrabotka smesitel´nykh apparatov so slozhnym dvizheniem rabochikh organov: Dis..kand. tekhn. nauk. M, MIKhM, 1989. - 234 s.Fluent 6.2 User’s Guide Documentation, Fluent Inc., Lebanon, NH 2003.Fluent 6.2 User’s Guide Documentation, Fluent Inc., Lebanon, NH 2003.Hall К R.. Godfrey B. I. - Trans. Inst. Chem. Engrs (London), 1970. v. 48, № 7-10, p. 1.Hall K R.. Godfrey B. I. - Trans. Inst. Chem. Engrs (London), 1970. v. 48, № 7-10, p. 1.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, с 606-614.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.А.с. №950216 (СССР). Способ протравливания и устройство для осуществления способа //Мудров П.Г., Мудров А.Г., Галиуллин Ш.Р. Опубл. Б.И. №30, 1982.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.А.с. №898228 (СССР). Способ сушки сыпучих материалов //Мудров П.Г., Мудров А.Г., Галиуллин Ш.Р., Марданов Р.Ш. Опубл. Б.И.№2, 1982.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.А.с. №1292832 (СССР). Способ механической обработки материалов /Мудров П.Г., Мудров А.Г., Гетманский А.П. Опубл. Б.И. №8, 1987.A.s. №1292832 (SSSR). Sposob mekhanicheskoy obrabotki materialov /Mudrov P.G., Mudrov A.G., Getmanskiy A.P. Opubl. B.I. №8, 1987.А.с. №617058 (СССР). Устройство для перемешивания жидкостей //Мудров П.Г., Мудров А.Г. Опубл. Б.И. №23, 1978.A.s. №617058 (SSSR). Ustroystvo dlya peremeshivaniya zhidkostey //Mudrov P.G., Mudrov A.G. Opubl. B.I. №23, 1978.А.с. №863318 (СССР). Мешалка // Мудров П.Г., Мудров А.Г. Опубл. Б.И. №34,1981.A.s. №863318 (SSSR). Meshalka. Mudrov P.G., Mudrov A.G. Opubl. B.I. №34,1981.А.с. №754141 (СССР). Тестомесильная машина // Мудров П.Г., Мудров А.Г. Опубл. Б.И. №31,1980.A.s. №754141 (SSSR). Testomesil´naya mashina. Mudrov P.G., Mudrov A.G. Opubl. B.I. №31,1980.А.с. № 1186706 (СССР). Устройство для гальванопластической обработки деталей // Мудров П.Г., Мудров А.Г. Опубл. Б.И. №39, 1985.A.s. № 1186706 (SSSR). Ustroystvo dlya gal´vanoplasticheskoy obrabotki detaley. Mudrov P.G., Mudrov A.G. Opubl. B.I. №39, 1985.А.с. №854350 (СССР). Тестомесильная машина // Мудров П.Г., Мудров А.Г. Опубл. Б.И. №30, 1981.A.s. №854350 (SSSR). Testomesil´naya mashina. Mudrov P.G., Mudrov A.G. Opubl. B.I. №30, 1981.А.с. № 841663 (СССР). Смеситель для вязких жидкостей // Мудров П.Г., Мудров А.Г. Опубл. Б.И. №24, 1981.A.s. № 841663 (SSSR). Smesitel´ dlya vyazkikh zhidkostey. Mudrov P.G., Mudrov A.G. Opubl. B.I. №24, 1981.А.с. №1769941 (СССР). Аппарат с нестационарным процессом перемешивания //Мудров П.Г., Мудров А.Г., Матяшин А.В. Опубл. Б.И. №39,1992.A.s. №1769941 (SSSR). Apparat s nestatsionarnym protsessom peremeshivaniya //Mudrov P.G., Mudrov A.G., Matyashin A.V. Opubl. B.I. №39,1992.