Міністерство аграрної політики України

Вінницький національний аграрний університет

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

Для виконання лабораторних робіт з дисципліни

«МАШИНИ ТА ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ПЕРЕРОБКИ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОЇ ПРОДУКЦІЇ»

для студентів напряму підготовки

0919 – Механізація та електрифікація сільського господарства спеціальності 6.091902 – Механізація сільського господарства

денної та заочної форми навчання

Лабораторна робота №2 Розрахунок мішалок

Вінниця

2010

Методичні вказівки для виконання лабораторних робіт з дисципліни «Машини та обладнання для переробки сільськогосподарської продукції» для студентів напряму підготовки 0919 – Механізація та електрифікація сільського господарства спеціальності 6.091902 – Механізація сільського господарства денної та заочної форми навчання. / Укладачі: В. М. Бандура, Л.В.Фіалковська, І.М. Берник. – Вінниця: ВНАУ, 2010. – с.

Укладачі: к.т.н., доцент кафедри «Процеси та обладнання переробних і харчових виробництв ім. професора П.С. Берника» В. М. Бандура; к.т.н., доцент кафедри «Процеси та обладнання переробних і харчових виробництв ім. професора П.С. Берника» Л. В. Фіалковська; старший викладач кафедри «Процеси та обладнання переробних і харчових виробництв ім. професора П.С. Берника» І.М. Берник.

Відповідальний за випуск І.П. Паламарчук, д. т. н., професор ВНАУ

Рецензенти: д.т.н., професор ВНАУ М.Ф. Друкований; д.т.н., професор Вінницького національного технічного університету І. О. Сивак

Рекомендовано до друку:

- на засіданні методичної комісії факультету механізації сільського господарства ВНАУ протокол № 1 від “ “ 2010 р.

- рішенням навчально-методичної комісії Вінницького національного аграрного університету протокол № від “ “ 2010 р.

Розрахунок мішалок

Рівняння для визначення критерію потужності К_п в різних конструкціях мішалок, мають наступний вигляд (табл. 3.1). Мішалка дволопатева при

, (3.3)

де d - діаметр робочого органа, м;

h - висота лопаті, м;

Н - висота рідини в посудині, м;

D - діаметр посудини, м.

Мішалка чотирьохлопатева з кутом нахилу лопатей 45 ° при Re > 4∙10⁴ Re.

В посудині без перегородок:

• при русі рідини вниз ємності :

=1,09 (3.4)

В посудині без перегородок:

• при pyci рідини знизу догори ємності:

=1,58 (3.5)

В ємності з перегородками:

• при pyci вниз

(3.6)

=0,541

• при pyci рідини догори:

=0,79

Мішалка чотирьохлопатева з вертикальними лопатями при Re>4∙10⁴:

• в посудині без перегородок K_N = 11,1 Re

• в посудині з перегородками K_N = 5,55 Re;

Мішалка якірна і рамна при Re_e = 10^{2 ÷} 3x10

д е С = 7,9 - для мішалки без горизонтальних лопатей

С= 10,3 - з однією горизонтальною лопаттю;

С = 12,0 - з двома лопатями.

Мішалка пропелерна трьохлопатева

В посудині без перегородок при Re_в = 10^2÷10⁴:

=0,56 (3.9)

при Re>10⁴- K_N =0,146 Re (3.10)

де t - крок гвинта;

(3.11)

x

Значення x в залежності від відношення D/d

D/d	2	2,5	3	3,5	4
X	2,8	2,5	2,1	1,5	0,7

В посудині з перегородками при Re>10⁴:

=0,253 (3.12)

де z- кількість перегородок;

b - ширина перегородок.

Мішалка турбінна без направляючого пристрою при Re>10⁴.

В посудині без перегородок, мішалка з плоскими лопатями:

=3,58Fr , (3.13)

де

z₂— кількість лопатей.

В посудині з перегородками:

=С (3.14)

де - довжина лопаті;

С = 9,4 - лопаті мішалки плоскі;

С = 7,27 - лопаті зігнуті.

М ішалка турбінна закрита з шістю зігнутими лопатями і направляючим пристроєм з 20 лопатками при Re>10⁴:

K=1,95 Re (3.15)

ІІотужність, що втрачається на тертя в сальнику, визначається за формулою:

N_c = 9,84 (p +0,98∙10⁵) f_m l_c п d Вт, (3.16)

де р - надмірний тиск в апараті, Н/м²;

f_m -- коефіцієнт тертя набивки сальника;

- довжина набивки сальника, м;

d_e - діаметр вала мішалки, м;

п - частота обертання робочого органа, об/с.

Розрахунок розмірів перерізу лопатей виконується з врахуванням згинаючих і крутних моментів, що виникають від сил опору середовища і діють на окремі елементи лопаті.

Сила опору середовища, що діє на окремий елемент лопаті визначається за формулою:

(3.17)

д е N- потужність, Вт, що затрачується на перемішування, розраховується з рівняння;

- кутова швидкість обертання робочого органа, 1/с;

- кут нахилу лопаті до горизонталі;

z_I - кількість лопатей;

(3.18)

для прямокутного елемента лопаті рамної, турбінної і якірної мішалок:

для еліпсного елемента якірної мішалки:

(3.20)

для якірної мішалки, що має прямокутні елементи і один еліпсний.

При розрахунку мішалок з прямокутними елементами робочих органів (лопатеві,рамні,турбінні), член рівняння в коефіцієнті А не враховується. При спрощених розрахунках еліпсний елемент може бути замінений прямокутним рівнозначної площі.

Елементи мішалки розглядаються тільки для однієї половини лопаті, що в рівнянні для визначення Р_і враховано коефіцієнтом z_1.

При визначенні коефіцієнтів В і А приймається:

h - висота елемента лопаті, м;

R, r. - зовнішній і внутрішній радіуси елемента, м;

R, r - зовнішній і внутрішній радіуси еліпсного елемента лопаті у напрямку більшої півосі еліпса, м.

Відстань від осі обертання робочого органа до точки прикладання сили опору Р_і : для прямокутного елемента лопаті мішалки:

(3.21)

для еліпсного елемента лопаті якірної мішалки:

(3.22)

Відстань від більшої півосі еліпса до точки прикладання сили :

(3.23)

Приклади розрахунку

Приклад 1. Розрахувати потужність пропелерної мішалки при n =900 об/хв., що затрачається на перемішування рідини густиною =900 кг/м³ і в'язкістю =0,005 Н*с/м². Діаметр ємності без перегородок D = 1200 мм, діаметр пропелера d= 300 мм, крок гвинта t = 600 мм.

Розв'язання. Значения критерію Рейнольдса при п = 15 об/с

К ритерій потужності:

=0,146Fr

Тоді:

Потужність на перемішування:

Вт = 3.26 кВт

Приклад 2. При перемішуванні рідини якірною мішалкою (рис. 3 2) n = 55 об/хв. в ємності D = 1200 мм і Н = 1600 мм затрачається потужність N= 1,4 кВт. Кількість лопатей мішалки z = 2.

Рис. 3.2. Розрахункова схема якірної мішалки.

Розрахувати товщину лопатей мішалки в місці їх закріплення на валу, якщо допустиме напруження матеріалу лопатей [] = 1,08 ∙10⁸ Н/м².

Розв'язання. Приймаємо відстань між лопаттю мішалки і стінкою корпуса 5 = 25 мм; відстань верхньої кромки ємності до рівня рідини = 135 мм. При цих даних висота рідини в ємності:

H =0,75H =0,75*1600 = 1200 мм.

Загальна висота робочого органа:

Діаметр робочого органа:

= D-2 = 1200-2*25 = 1150 мм.

Ширина лопаті:

b = 0,07 d =0,07 -1150 = 80,5 мм.

Радіуси еліпсного елемента лопаті у напрямку малої півосі:

r_m =h_d - =270-25 = 245 мм,

r_м = R_M - b = 245 – 80,5 = 164,5 мм,

де h = 270 мм - висота еліпсного днища ємності без врахування шдбортовки приймається з табл. 3.2 в залежності від діаметра.

Таблиця 3.2.

	500	600	700	800	900	1000	1200	1400	1600	1800	2000	2500	3000
	125	150	175	200	225	250	300	350	400	450	500	625	750

Висота прямокутного елемента мішалки:

h₁=h-R_M = 1440-245 = 1195 мм.

Радіус мішалки:

r₁ =R₁ -b =575-80,5 = 495 мм,

Кутова швидкість обертання лопаті:

l/c

Згальний коефіцієнт знаменника А формули (3.17):

Зусилля, що діє на прямокутний елемент лопаті:

Зусилля, що діє на еліпсний елемент лопаті:

Р₂ == 1400*3,14(0,575³ *0,245-0,495³ *0,165) = 37,2 Н. 16*2*5,77*0,0171

Відстань від осі мішалки до точок прикладання сил Рі Р :

Відстань від великої півосі еліпса до точки прикладання сили Р₂

Відстань від місця закріплення лопаті до точки прикладання сили Р₁ (по вертикалі):

Згинаючий момент в перерізі закріплення лопаті:

М_з=Р₁ x+ Р₂х₂ =184*0,54 + 51,5*0,433 = 121 Н*м.

В даному випадку, при одному місці закріплення лопаті, згинаючий момент дорівнює крутному моменту на валу мішалки:

Крутний момент в перерізі закріплення лопаті:

М_кр=Р₁ *l = 184*0,501 = 92,1 Н*м.

Момент опору перерізу лопаті:

Товщина лопаті:

3 врахуванням прибавки на корозію, приймаємо =15 мм.