1. Введение
Двухвальные-смесители широко используются в бетонной, сухой строительной, химической и природоохранной промышленности благодаря своим преимуществам: сильному сдвиговому усилию, отсутствию мертвых зон при смешивании и высокой эффективности смешивания. Являясь основным компонентом смесителя, лопасть непосредственно участвует в процессах толкания, резки, метания и конвекции материала. Его конструктивные параметры (толщина, ширина, угол и др.) определяют состояние течения материала и качество перемешивания. Среди них толщина лезвия не только связана с жесткостью конструкции и износостойкостью, но также напрямую влияет на траекторию перемешивания материала, прочность на сдвиг и энергопотребление. Поэтому изучение влияния толщины лопастей на эффект перемешивания имеет большое значение для оптимизации производительности смесителя.
2. Механизм влияния толщины лезвия на эффект смешивания.
2.1 Слишком тонкое лезвие (<12 мм)
Когда толщина лезвия меньше разумного диапазона, общая жесткость недостаточна, и оно склонно к упругой деформации или даже пластическому изгибу под воздействием и трением материалов (особенно твердых заполнителей, таких как камни). Его негативное влияние на эффект смешивания в основном отражается в следующих аспектах:
Плохая однородность смешивания и сильная сегрегация.: Деформированное лезвие не может эффективно поднимать и выбрасывать материалы, не обеспечивая достаточную конвективную циркуляцию. Зазор между лезвием и вкладышем увеличивается, что приводит к невозможности создания эффективной срезающей силы. Микрокомпоненты, такие как цемент и добавки, не могут быть полностью диспергированы, что приводит к разделению заполнителей и пасты, агломерации цемента и локальному дисбалансу пропорций. Однородность смешивания (значение CV) часто превышает 15%, что не соответствует производственным требованиям.
Увеличение времени смешивания и снижение эффективности.: Чтобы компенсировать проблему неравномерного смешивания, время смешивания необходимо увеличить более чем на 50%. Первоначальный 30-секундный цикл смешивания удлиняется до более чем 1 минуты, что нарушает производственный ритм смесительной станции, приводит к задержкам на последующих звеньях дозирования и разгрузки и снижает общую эффективность производства на 30–50%.
Нестабильная выгрузка материала и серьезные остатки: Тонкое лезвие имеет слабую спиральную толкающую силу, что делает невозможным полное проталкивание материалов со стенок и днища цилиндра к выпускному отверстию. После каждого смешивания остается 5–15% материалов, которые затвердевают и смешиваются с новыми материалами, еще больше усугубляя неравномерность смешивания и образуя «твердый шлифовальный слой», ускоряющий износ лезвия и гильзы.
Сильная вибрация оборудования и повышенное энергопотребление: Деформированное лезвие приводит к нестабильной транспортировке материала, нестабильной нагрузке перемешивания и большим ударным нагрузкам во время работы. Это вызывает сильную вибрацию оборудования, ускоряет усталостный износ смесительного вала, увеличивает зазор подшипников и старит шестерню редуктора. При этом переменная нагрузка приводит к увеличению энергопотребления на 10–20%.
2.2 Умеренная толщина лезвия (12–20 мм)
Когда толщина лопасти находится в разумном диапазоне (12–20 мм для смесителей малого и среднего- размера, 20–24 мм для больших смесителей), она обладает достаточной жесткостью и износостойкостью, обеспечивает стабильное перемешивание материала и оптимальный эффект смешивания. Его преимущества заключаются в следующем:
Отличная однородность смешивания и отсутствие расслоения.: Лезвие не деформируется в процессе эксплуатации, сохраняя разумный зазор (3–5 мм) с гильзой. Он может эффективно поднимать и выбрасывать материалы, создавая сильную конвективную циркуляцию и сдвиговое действие. Материалы полностью перемешиваются во всех направлениях (осевое, радиальное и окружное), с однородностью смешивания (значение CV) 8–12%, отсутствием сегрегации агрегатов или агломерации цемента и стабильным качеством продукции.
Короткое время смешивания и высокая эффективность: Лопасть средней-толщины обеспечивает высокую производительность перемешивания материала, обеспечивая равномерное перемешивание за заданное время (30–60 секунд). Производственный ритм стабилен, а эффективность максимизируется при обеспечении качества смешивания.
Стабильная разгрузка и низкий остаток: Лезвие имеет достаточную толкающую силу, эффективно соскабливая материалы со стенок и днища цилиндра, с остатком на выходе менее 3%, что позволяет избежать проблемы затвердевших остатков, влияющих на качество смешивания.
Стабильная работа оборудования и низкое энергопотребление: Нагрузка стабильна во время работы, с равномерным крутящим моментом, отсутствием сильной вибрации и нормальным сроком службы компонентов трансмиссии, таких как вал, подшипники и редуктор. Потребление энергии находится в пределах номинального диапазона и имеет высокую экономическую-эффективность.
2.3 Слишком толстое лезвие (>24 мм)
Чрезмерное увеличение толщины лопасти (более 24 мм) приведет к избыточному весу и чрезмерному сопротивлению перемешиванию, что отрицательно скажется на эффекте перемешивания и производительности оборудования:
Повышенное сопротивление перемешиванию и локальные мертвые углы: слишком толстое лезвие имеет большую площадь контакта с материалами, что значительно увеличивает сопротивление перемешиванию и энергопотребление (увеличивается более чем на 20%). В то же время толстое лезвие склонно к застреванию и скоплению материала у основания, образуя локальные мертвые углы перемешивания, что приводит к неравномерному перемешиванию материалов на некоторых участках.
Уменьшенная высота выброса материала и ослабленная конвекция.: Слишком тяжелое лезвие имеет медленную реакцию на вращение, что снижает высоту подъема и выброса материала, ослабляет эффект конвективной циркуляции и в определенной степени продлевает время смешивания.
Повышенная нагрузка на оборудование и ускоренный износ: Собственный-вес лопасти и сопротивление перемешиванию слишком велики, что приводит к длительной-высокой-работе смесительного вала, подшипников и редуктора, ускоряя усталостный износ и сокращая срок службы компонентов трансмиссии. Кроме того, скопившиеся затвердевшие материалы на внутренней стенке цилиндра усиливают истирание конструкции цилиндра.
Низкая экономическая-эффективность: Чрезмерно толстое лезвие имеет чрезвычайно высокую износостойкость, а корпус лезвия почти не изнашивается, но избыточный вес чрезмерен, что увеличивает затраты на производство и техническое обслуживание и снижает экономические выгоды.
3. Оптимальный диапазон толщины лезвия и технический выбор.
3.1 Оптимальный диапазон толщины
В сочетании с теоретическим анализом и инженерной практикой оптимальная толщина лопастей двухвальных смесителей определяется следующим образом:
Маленький миксер (<2 м³): 12–16 мм (материал: сталь 65Мн, поверхностная закалка).
Средний миксер (2–5 м³): 16–20 мм (материал: сталь 65Мн, наплавка карбид вольфрама, твердость HRC58–62).
Большой смеситель (>5 м³): 20–24 мм (материал: высокопрочная-марганцовистая сталь, цельное литье + износостойкое-покрытие).
3.2 Принципы инженерного выбора
При фактическом инженерном выборе следует всесторонне учитывать следующие факторы:
Характеристики материала: Для материалов с высокой твердостью и большой абразивностью (например, бетон с крупным камнем) выбирайте толщину, близкую к верхнему пределу; для материалов с низкой твердостью и малой абразивностью (например, сухой раствор) выбирайте толщину, близкую к нижнему пределу.
Модель смесителя: Подбирайте толщину в соответствии с объемом миксера и избегайте «маленького миксера с толстыми лопастями» или «большого миксера с тонкими лопастями».
Эффективность производства: Чтобы обеспечить качество смешивания, выберите умеренную толщину, чтобы сбалансировать эффективность и потребление энергии.
Стоимость обслуживания: Выбирайте толщину с достаточной износостойкостью, чтобы снизить частоту замены лезвия и затраты на техническое обслуживание.