автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Набрызг-машина непрерывного действия и технологические приемы монолитных футеровочных работ

(V 4

На правах рукописи

Быков Петр Николаевич

НАБШЗГ-МАШИНА НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ МОНОЛИТНЫХ ФУТЕРОВОЧНЫХ РАБОТ

Специальность 05.02.13 - Машины и агрегаты

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технически! наук

(производство стройматериалов)

Белгород - 1996

Работа выполнена в Белгородской государственной технологической академии строительных, материалов на кафедре механического оборудования

Научный руководитель - кандидат технических наук

доцент Е.Ф.КАТАЕВ Научный консультант - доктор технических наук

профессор А.И.Шутов Официальные оппоненты: доктор технических наук

Ведущая организация: АО "Осколцемент"

Защита состоится " 21 " июня " 1996г. в 14 час. на заседании диссертационного Совета К 064.66.03 при Белгородской государственной технологической академии строительных материалов по адресу: ( 308012, Россия, г.Белгород,.ул.Костюкова 46, Главный корпус, ауд.242)

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Белгородской государственной технологической ака-

профессор И.А.Йлельянова кандидат технических наук доцент Н.С.Богданов

М.Ю.Ельцов

1996 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Строительная гядуа-рия »п-ряет ваэдю роль в народном хозяйств, возраставшие объо:,и строительных работ еистязпет необходимость в разработке и выпуске высокопроизводительных мащин для комплексной механизации транспортирования, уклада и уплотнения бетонных, штукатурных, футеровочшх и других смесей без применения вибрации, а такав последовательное сокращение применения тяжелого физического труда на вспомогательных работах. Механизация этих операций возможна при использовании на-брызг-маяип (торкрет-машин), работающих на основе энергии с::атото воздуха. Набрызг-бетоп содержит около 8* увлбхяявщей гядкости от массы тя^алшс с?.:ссе?. и около БО % - от массы легких смесей,отличается от обычного такими свойствами, как меньшая водопроницаемость и усадка,более высокая огнестойкость,лучший контакт со старым бетонок, более пизкая стоимость. Прочностные показатели наб-рмзг-бетона в среднем на Ю'Л выше по сравнении с аналогичным бето но?л вибрационного уплотнения.

Одпой из ведущих отраслей стройиндустрш является цементная промышленность. Ее интенсивное развитие, внедрение печных установок мощностью до 3000 тонн в суиси, во&лечешге в производственный процесс сырьевых материалов боле низкого качества ставит перед цементным производством повпе проблемы.

Особо вауснсе значение для ойятовых печей большой мощяости пр-юбретает стойкость футеровки. Увеличение диаметра печи отрицательно влияет на стойкость футеровки, поэтому эффективность использования печей в значительной степени определяется как сроком слувбы огнеупорной йутерсзхп, так и временам простоя в период ремонта футеровки. Анализ конструкций существущих пабрызг-магош показал, что до настоящего времени не создана машина, удовлетворяющая требованиям укладки футеровочной смеси во вращающихся печах.

Цель работы. Разработка высокоэффективной яабрызг-машны на основа комплексного исследования ее функциональных систем и технологии монолитных футеровочных работ.

Практическая ценность заключается в выполнении теоретических и экспериментальных исследований,позволивших разработать инженерную методику расчета рациональных параметров набрызг-мвшин непрерывного действия. Прикладные вопросы теории и экспериментов получили практическое применение при создании группы новых опытных яабрызг-машин непрерывного действия, экспериментальные иссле-

дования которых позволили разработать основные положения по про ектированию в расчету промышленной набрызг-машины.

По результатам промышленных исследований ведения монолитны: работ набрызг-машиной непрерывного действия и эксплуатации на С-рызг футеровки в течение двух лет установлено повышение ее стойкости Еа 30-40Я6 по сравнению с монолитной футеровкой, выполненно) ручным способом в печи 5x185 м. Сроки ведения работ сокращают^ о 10...12 суток до 1,6...2 суток при объеме укладываемой смеси д< 120 м3.

Рабочие гипотезы.•

1. Обеспечение работоспособности набрызг-машины непрерывной действия за счет естественного "пробкообразования" из непрерывж транспортируемой рабочим органом смеси, разделяющей зону высокого давления камеры смешивания твердых частиц с воздухом и зон: низкого давления загрузочного бункера машны.

2. Сокращение срока выполнения футеровки путем эффективной использования нового конструктивного решения набрызг-машины и рациональных приемов пневматической укладки смеси. Повышение стойкости и механической прочности футеровки подготовительной зоны Цб мантной обжиговой печи.

Научная идея. Установление и целенаправленное использование закономерностей поведения системы "транспортирующий рабочий орган - частицы смеси, пневмосистема - частицы смэси, футеруемая пс верхность - частицы смеси" при разработке наиболее зффективног оборудования для укладки и уплотнения жестких смесей способоь пневматического вабрызга;

Научная новизна работы представляется в следующем:

- Выполнена классификация способов набрызга и конструкций наб-рызг-машин.

- Впервые проведена работа по комплексному исследованию движения компонентов смеси в набрызг-машшэ непрерывного действия с вертикальным шнековым рабочим органом и роторным нагнетателем.

- Исследованы закономерности взаимодействия лопастей ротора с материалом и обоснован выбор формы лопасти.

- Исследованы закономерности взаимодействия частиц смэси со инековым рабочим органом и разработана методика определения его конструктивных параметров с учетом абразивного изнашивания.

- Впервые установлены аналитические зависимости, определяющие паргмАтрч загрузочного участка <"пробкового" участка), обеспечива

цэго эффективную динамическую смесевую закупорку с целью предот-ращения прохождения скатого воздуха из вот высокого давления амары смешивания тверда частиц с воздухом в зону низкого давания питапцего Сака.

- Определены условия повышения дальности транспортирования сме-з. по рабочим шлангам, установлено влияние геометрии "пробковой" эсти на дальность транспортирования.

- Получено уравнение множественной регрессии для определения 1ВИСИМОСТИ дальности транспортирования от параметров пневмотран-юртной системы.

- Исследовано влияние конструктивных параметров и реюмных жгоров набрызг-ыашина на эксплуатационные показатели.

- Теоретически обоснована методика укладки футеровочной смеси учетом геометрии обрабатываемой поверхности.

- Приведены рекомендации по технологии нанесения футеровочной te си на внутреннюю поверхность печного агрегата с позиции уменьшил отскока.

- IIa основе анализа способов и конструкций набрызг- (торкрет-) шаратов разработаны принципиально новне патентно чистые схемы 1брызг-машин с различными "пробковыми" механизмами.

Реализация работы. Разработанные и исследованные в промышлен-х условиях образцы набрызг-маяганы непрерывного действия переда: на заводы: Черкесский цензнтный завод (1968г.), Шебекинский ршчный завод (1990г.), АО "ОскоЛЦемэНТ" (1993г.), Староосколь-ому строительно-монтажному управлению крупнопанельного домо-рения (КОД АО "ЯШ" 1995г.).

Экономия от внедрения на одной сеча 5x185 м по Черкесскому ментному заводу в 1989 году составила 95,0 тыс.руб. в ценах пе-ода внедрения.

Апробация работы, основные положения работы докладывались научных конференциях профессорско-преподавательского состава лГТАСН с участием представителей проектных организаций (196788 г.г.), на технических советах заводов России и стран (ЯП1 988-1996 г.г.), на Всесоюзных научно-технических конференциях; скорение научно-технического прогресса а промышленности строи-яьннх материалов и строительной индустрии* / -Белгород, 1987. ГИШ/; "Фундаментальные исследования и новые технологий в 'строи-львом материаловедении" / -Белгород, 19в9.-ВТИСМ/; "4язик0-хя-ческие проблемы материаловедения и вовне твхнологяя"/-Белгород,

б

19Э1.-БТИСУЛ На Маздународных конференциях: "Рвсурсо- и енерго-сберегающие технологии строительных материалов, изделий и кон-струкций"/-Велгород, 1993,1995.-БелГТАСМ/; "Прогрессивные технологии и машины для производства стройматериалов, изделий и. кояст-рукций"/Полтавшшй технический университет,-Полтава, 199S/.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в двух отчетах но научно-исследовательской- тематике кафедры механического оборудования Белгородского.. технологического института строительных материалов, в 12 статьях, вошедших в сборники научных прудов и научно-технические журналы. В процессе работы получено 3 авторских свидетельства на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация, состоит из четырех глав, общих выводов, списка литературы (130 наименований) и приложения, которые включают результаты теоретических и экспериментальных исследований, акты внедрения промышленных испытаний и расчет экономической эффективности* Общий объем диссертации • 135 страниц машинописного текста.содержащих тд рисунков и 7 таблиц.

На зашит? выносятся оледупцие основные положения работы«

1. Результаты исследований (в том числе анализ способов наб-рызга и конструкций набрызг-машин) и внедрения разработанных наб-рызг-машин.

Z. Комплексный подход й изучении механики процесса транспортирования компонентов смеси на загрузочном и транспортирующем участках машины.

3. Новая методика расчета конструктивных параметров гильзы в снека с использованием модели абразивного изнашивания.

4. Модель естественного образования "пробковой" зоны в транспортирующей шоковой части маяшш в способ определения геометрических параметров "пробки".

6. Методика определения рациональной формы лопасти ротора и силы "подпора" (напора) ротором потока смеси.

6. Графоаналитический метод выбора рациональных соотношений геометрических параметров ротора и шнека.

7. Инженерный расчет конструктивных параметров камер» смешивания твердых частиц с воздухом.

8. Математическая модель определения оптимальной дальности транспортирования ь « f(Q , П , Н, D) в зависимости от расхода сжатого воздуха, количества поступающей твердой фазы, высоты "пробковой" части и диаметра транспортного трубопровода.

9. Методика расчета технологических и энергетических показа-злей набрызг-машины.

10. Новые конструкции набрызг-машин непрерывного действия.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Показана сптуяльпость разработки и выпуска высоко-юиаводателышх мшш для комплексной механизации транспортиро-шйя, укладки и уплотнения бетонных, футеровочннх и др. смесей >з применения вибрации.Отдано предпочтение набрызг-машшам (тор-зет-машинам), работающим на анергии сжатого воздуха.

Первая глава посвящена обзору существующих конструкций наб-гаг-машн, основных направлений развитая технология пабрызга бе-11шых смесей, в том числе набразга футерогочшх смесей в тепловых •регатах цементной промааяепяости.

В результате анализа работ но современному состоянию моноли-гщг Футерован во вращающихся цементных печах выявлено, что одним | прогрессганшх способов ведения работ является пневматический Iбрызг (торкретирование), обладающий широкими возможностями как и укладке новой монолитной Футеровки, так и при восстановлении ношенной, причем восстановление изношенной футеровки возможно в лодном или горячем состоянии специально подобранными смесями, нвко,данный способ не находит широкого применения из-за отеутст-я высокоэффективных средств механизации, включащих набрызг-маш-нопрерывного действия.

В развитии пневматического набрызга одно из централышх мест нимали работы ученых В.М.НОсткова, А.Н.Агрызкова, Н.С.Марчуко-, Р.Линдера, М.Т.Дкданко, И.А.Емельяновой и других исследовато-й. Кромо того,в трудах М.Т.Диюнко п И.А.Емельяпсвой глубоко остаются вопросы механического набразга.Современные методы л тех-вогии ведения футеровочных работ пзложзны в трудах К.Д.Нэкрасо-, М.И.Итсрпва, в.И.Шубина, А.П.Агуршза и других авторов.

Анализ результатов их трудов позволил автору в диссэртацион-Я работе систематизировать способы набрызга и отдельно конструк-1 пабрызг-машин в обще классификации.

Работы ученых,в основном.носят технологический характер: ис-здовано сцепление торкрет-бетона с. арматурой} изучены вависнмос-физико-механических свойств набрызг-бетона от состава смэси.ве-шны отскока, размера частиц крупного заполнителя, однако мало мания в них уделялось разработке и. создании мобильных гегсоко-шзводительных машин для сухого способа набрызга.

"Пробковый" механизм в набрызг-машинах. а с. N 1364769

а.с N 1323729

воздух

->-4Ч

Рис.1 Наклонный барабан с открытыми Рис.2 Столб смеси, заключенный в сужающуюся

ячейками и резиновым уплотнением гильзу с конусным шнеком

ас. N 1618869

воздух

воздух

Рис.3 Столб сиеси е эластичной втулке

Рис.4 Столб смеси, заключенный в цилиндрическую гильзу со шнеком

Отечественные разработки по созданию конструкций набрызг-ма--машин известны по работам Е.Ф.Катаева и Ф.Й.Азимова. Это шнековые а екекцяошше машины непрерывного действия, работающие по сухому способу. В России и ближнем зарубекье приведенные выше устройства по получили шфокого распространения ввиду значительных недоработок конструкций, имеидих малую дальность транспортирования и ■ низкую надежность.

Чрезвычайно ограниченный объем и номенклатура выпускаемых отечественной промышленностью набрнвг-машин непрерывного действия пе позволяло накопить достаточний опыт а информации, необходимые для совершенствования существующих и создания новых конструкций, однако, индивидуальность каждой серийно и единично изготовленной цабрузг-машины по типоразмерности, конструктивному выполнению и другим особенностям не исключает , выявление неких общих закономерностей нв которые обращено внимание при создании новых машин. В частности, такой закономерностью является необходимость образова-яия перепада давления между системой питания и системой пневмо-транспортировашм. Механизм, образующий этот перепад,условились называть "пробковым". Автором предлагаются ноше конструктивные ре-вения набрнзг-меяш с различными механизмами "пробкообразования" (рио.1...4).По разработанным схемам изготовлены модем и лабора-эаторные образщ машин, анализ их недостатков и положительных сто-юп по главным показателям (совершенству кинематической и сило-зой схем. технологичности изготовления, удобству експлуатации, шдемгостя, производительности) показал,что наиболее рациональным техническим решением, с учетом намеченного целевого ийюльзова-ш - производства монолитных футэровочных работ цементах печей, шляется схема набрызг-машны с далавдрическим вертикальным шне-;ом и лопастным роторным загрузчиком в никяей его части (рве.4). «явление путай создания и определения исходных положений к раз-йботке и расчету основных параметров шоковой набрывг-машины надрывного действия, глубокое изучение закономерностей взаимодей-:твия ее рабочего органа с транспортируемой смесью, установление [акономерностай движения сыпучей смеси на загрузочном участке каюра смешивания с воздухом н транспортирующих трубопроводах, а ■акке методов укладки смесей в тепловых агрегатах - все эти воп-юсы актуальны на данном втапв.

В соответствии с поставленной цель» диссертационной работы р кению подлежат следующие задачи:

1 .Анализ существующих способов (технологий) набрзга и конетру ций набрызг-машин, выбор принципиальной схемы машюш для моноли ных футеровочных работ.

2.Разработка комплексной методики расчета набрызг-машины, вклот щей:

-изучение механики процесса транспортирования компонентов с: си на загрузочном и транспортирующем участках!

-исследование закономерностей образования "пробковой" зоны шнековой части машины;

-выявление основных энергетических и технологических пароме ров машины.

3. Проведение экспериментальных работ для проверки и у точной данных аналитических исследований.

4.Определение технологических возможностей набрызг-машшш в пр< и*.родственных условиях.

Во второй главе представлено описание предлагаемой комплеш ной методики расчета конструктивно-технологических параметров ш брнзг-малшны.

Разработана методика расчета геометрических параметров шле кового рабочего органа с использованием модели абразивного изгц вания.В случае взаимодействия частица смеси с внутренней пов )f Xhi CTb» гильзь; при вращении шнека под действием центробежной сш образуется ялоаддка контакта, радиус которой определен по форми

, - з/ 1/Е.+ 1/Е_

8 - AvfoГ 1/г + 1/1 • < 1

г

где í - контактное усилив; Е, и Ег -модули упругости первого ро да плоскости контакта и твердой частицы; г и йг-радиус час тицы заполнителя и внутренней поверхности гильзы; [оЬдопус каемое напряжение смятия; (ol= ot / ns, где х^ -коэф|яциен sanaca.

Посла ряда преобразований и решения квадратного уравнения получе

НО!

(2 г + К + Ук(2 Г + К) )

R =--i--- . ( 2 )

н,

1

гг^а^О)-//:-^

а)

зонз сжатия

о

зона растяжения

Рис. 5 Взаимодействие абразивной частицы с полуплоскостью в момент прямого контакта

а-радиальное внедрение; б-внедрение с перемещением

Рис. б Зависимость радиуса гильзы от частоты вращения шнекэ

В выражении ( 2 ) величина К = 1,02| в^ст] >

г рг

где и - частота вращения шнека; р - плотность частицы, величина Е = 1/Б1+ 1/^.

Выражение ( 2 ) позволило расчитать основной параметр - радиус гильзы шнека (рио.Б) иа условия дозированного износа, ограниченного величиной параметра (а]. Кроме того,представляется возможным определить взаимосвязь таких параметров, как частота вращения шнека, размер куска заполнителя и радиус гильзы (рис.6).

Определено минимальное расстояние между поверхностями лопастей шнека

А - 1.866 О ¿5^. (3)

ГД0 4*»х И ~ максимальный диаметр крупной и мелкой частиц заполнителя.

Минимально возможная высота лопасти шнека

где Д1 - зазор между торцом лопасти шнека и внутренней поверхностью гильзы.

В работе исследовано образование "пробкового" механизма в ине-поаой и бесшнековой части машины .По так называемой глобулярной модели сухая бетонная смесь представлена в виде укладки глобул (паров) одинакового размера, в которой сами глобулы служат моделью частац скелета »пробки"; а промежутки между ними имитируют пори. Между отдельными элементами твердой части нет устойчивых и прочных связей (смесь порозностная),а свободные объем между частица!а! образует плававдие поры со связывающими их каналами. Рассматривая смесь в динамике,видим,что размеры пор.их взаиквое расположение и связь случайны. Статистическая составлявшая избыточного давления воздуха камеры смешивания частиц с воздухом и сила выталкивания лопастью шнека способствуют двухстороннему сжатию "пробкового" столба и уменьшению в нем количества пор ,а встречный поток воздуха в свою очередь производит "фильтрацию" мелюи частиц вяжущего и заполнителя. Непрерывное сложное движение каркаса смэсевой "пробки" позволяет значительно уменьшить время на перегруппировку порознастных частиц, ускорить образование тупиковщ пор,препятствуют! проникновению сжатого воздуха из зоны высокого давления

камеры смешивания частиц с воздухом в зону низкого давления загрузочного бункера.

Высота столба смеси ("пробки") исключающая утечку сжатого

воздуха

h = — In — , ( 5 )

4W Р0

где D -диаметр столба смеси; К ткоэффнциент сопротивления движению смеси; Р - давление сжатого воздуха; р - избыточное давление воздуха в загрузочном бункере (близкое к атмосферному); f - коэффициент внешнего трэния частиц смеси.

Расчет коэффициента сопротивления движению смеси выполнен в предположении пространственной пирамидальной укладки глобул при сухом внешнем и внутреннем трении на основе дифференциального уравнения движения сыпучей среда .

tg(<p+Ct) tg(g-H(>)

к = - , ( б )

[2+tg(<p+cO tgip+ф)] doosp

где (p - угол внешнего трения глобул о поверхность контакта; а -угол отклонения образующей гильзы от вертикали; р - угол укладки глобул; ф - угол внутреннего трения частиц; d -диаметр глобулы (частицы).

В работе также приведены частные случаи определения коэффициента сопротивления для сужающейся,цилиндрической и расширялцейся "пробковой" части набрызг-машгош. Выявлено.что расширяпцаяся бесшнеко-вая часть гильзы оказывает меньшее сопротивление перемещению смеси рабочим органом машины.

Частный случай изменения h-f(P) изображен на рис.7, который покэзые )вт,что для устойчивой работы пневмотранспортной системы расчетная высота смесевой "пробки" должна быть не менее 0,6 м при диаметре гильзы шнека tel50 мм.

В соответствии с выбранной принципиальной схемой набрызг-машшш подача материала в шоковый механизм осуществляется лопастным ротором.

Проведены аналитические исследования взаимодействия лопасти ротора с частицами смеси.

Установлено .что для радиальной лопасти максимальный угол отклонения вектора абсолютной скорости вылета порции материала относительно' вектора окружной скорости составляет 45°.

0.6 аг

02 Ч< 0.6 0.8 РДТа

Зависимость парам трое "пробковой" части от давления воздуха

Рис.8 Построение формы попасти

-гг-/

£ у//

к У/у

4 Ул

о

Рис.?,

Загрузка шнека смесью аффективна при приближении (отклонении) вектора абсолютной скорости к радиальному положению.что оказалось возможным при изменении угла наклона лопасти (рис.8). Отношение значения относительной скорости движения порозностных частиц смеси вдоль лопасти вращающегося ротора с учетом коэффициента трения к значению относительной скорости, определенной на основании теории кинетической энергии без учета сва трения,названо коэффициентом формы лопасти.

( 7 )

0.25И [е "*(/?ГТ " *>_ е Ч*(/А~7 - Г)]®

Кф =-еЬ---;---:-

г г / ' (Ш Ь2

<Г+1 ) (Л=- й^) ▼ 4- ■ -+1-2 -Нл- -.....

р л (щ Нр^ГЯЬ у (^ЯеС^ЭЬ)

где (о - угловая скорость ротора; х - время полета частиц смеси.

Расчетное значение коэффициента формы лопасти в зависимости от увеличения угла ее наклона равно 0,89...0,85. Выпуклая лопасть в направлении вращения ротора оказывает меньшее сопротивление движению потока смеси по ее поверхности при свободном выбросе частиц. Автором предлагается методика определения напора потока смеси (силы "подпора" частиц шнеку лопастями ротора.).

«у И З-1л 7

Н = 2.7 X 10^пда-Сов 7Н(1 - & + л1ш ), ( 8 )

где а - угол выброса частиц смеси лопастями ротора; 7н-угол наклона лопасти; высота лопасти; ср- диаметр ротора; пр- частота вращения ротора.

Предлагаемая методика расчета напора потока смеси относится к идеальному случаю при числе лопастей и отсутствии энергетических потерь. В реальном движении частиц смеси при наличии определенного количества лопастей и влиянии различных отрицательных факторов эффект напора значительно снижается.

Расчет количества лопастей при осевой подаче смеси предлагается вести из условия полного проникновения в меилоласгное пространство частиц максимального диаметра на малом радиусе лопастей.

0,159 ыр- (9)

Рис.9. Образование "мертвых" Рис.10. Исключение "мертвых" зон М внутришнекового зон М при выбросе частиц пространства выпуклой лопастью

Рис 11. Схема к опредепенню высоты камеры смешивания с воздухом

где и - угловая скорость ротора: б1- толщина лопасти ротора; в ускорзние свободаого падения.

На эффект "подпора" потока смеси лопастями ротора оказывает большое влияние такие факторы, как соотношение диаметров ротора и шнека,геометрия загрузочного окна шнека, угол вылета частиц с лопастей ротора.

Гра$о-аналитический метод выбора рациональных соотдавений ротора и шнека (рис.9,10) позволил установить взаимосвязь их параметров, которая выражается зависимость:)

ф1= 2агоооз -р— , (10.)

1 + <

ш

где ф1- угол загрузки шнека; Бр и йи~диаметр ротора и шнека.

Главными параметрами камеры смешивания твердых частиц с воздухом являются входвой ее диаметр и высота (рис.11).В работе приводится методика расчета параметров камеры с учетом скорости по-

1ачи твердой фазы и расхода сжатого воздуха. Высоту камеры определяем по фэрмуле

Ь. = 1,25 Ч„/ - , ( ц )

в пр

'де ав- расход сжатого воздуха; йц^ - максимальный диаметр куска шолнителя; р - плотность куска заполнителя; а - предельное картельное напряжение в слое порозностого материала.

В дальнейших исследованиях приводятся основные теоретические шожения транспортирования частиц смеси по трубопроводу. Внпол-:ен анализ структуры модели транспортирования полидисперсного атериала в горизонтальных трубопроводах - В.А. Минька, методик ранспортирования двухфазной смеси с учетом изменения высоты -.Н. Евстифеева и Д.С. Шшхина, позволяющих определить суммарные отери давления в транспортной системе. Определен диаметр пневмо ранспортного трубопровода набрызг-машины.

Мощностные затраты набрызг-машины определяются следущев за-исимостью

"„.*.= \ + ( 12 ) № N -затраты мощности ротора; Nзатраты мощности пшеном.

п3 р

на.г. Кф К1 *2 Л Ц Т ^ К \ взФ(0.94 Р^О*2), < 13 )

где величина к = 0,486 10~7иЯ оова й2 и г,

где ыи - угловая скорость шнека; ав- угловой параметр шнека;

в - число рабочих витков шнека; Р - количество смеси поступающей в меклопастное пространство за единицу времени; К^ коэффициент учитываодий сопротивление движения потока смеси от элементов шнека;-Кг- коэффициент учитывающий сопротивление турбулентному движению частиц смеси в загрузочном бункере; т) - КЦД ротора.

В третьей главе излагается методика и проводятся результаты экспериментальных исследований.

Целью экспериментальных исследований является црактическая проверка научно-технических способов расчета набрызг-машин непре рывного действия, определение технологических возможностей разработанного оборудования для набрызга футеровочных смесей.

В соответствии о поставленной целью и задачами экспериментальных исследований разработана про грамма,предусматривающая выполнение работ в два этапа.

Первый этап - проведение лабораторных исследований. Для этих, далей изготовлено 7 установок, часть принципиальных схем которых показано на рис.1...4. По каадой из испытуемых установок измерялись и анализировались энергетические и режимные параметры, на основании чего выбрана схема набрызг-машины с вертикальным цилиндрическим мнеком и роторным-загрузчиком в нижней части,по которой изготовлен стенд для исследований. Дана характеристика стенда и приведен перечень рабочих органов,подвергшихся испытаниям.

Лабораторные испытания проводились на реальных материалах с использованием бездобавочного цемента марки 400 Белгородского и Старооскольского цементных заводов.в качестве заполнителя использовался гранитный щебень максимальной крупности до 20 мм горного предприятия "Хурзук" и шамотный бой с максимальной ггрушюстью до б мм (дробленые отходы шамотной футеровки цементной печи). Кроме того, для испытаний на моделях использовался полиэтилен с диаметром гранул 1,5...4 мм.

В приведенной главе описана методика тензометрических измерений по определению бокового давления на стенки гильзы с использованием изготовленных штокомембранных датчиков специальной конструкции.

Второй этап экспериментальных исследований проводился в ре алышх условиях производства по двум технологическим схемам.На На рачаево-Черкесском цемонтясм завода набрызг-машнна устанавливалось яп второй опорэ цомэитпой врощввдейсп печи и загружалась ИЗ специальной емкости смесью, подаваемой краном.

На Старооскольском цементном заводе набрызг-машгаа устанавли валась у ссиоваши опори. В этом случае высота подачи смеси наб разг-маакпой Сила больпо на 12...15 м. Загрузка осуществлялась н*> прерывно автобетоносмесителем.

Сравнительная оценка результатов экспериментов с данными ана литических расчетов подтвердила правильность основных теоретических положений.В частности,расховдение расчетных показателей коэффициента форм лопасти и экспериментально установленного составило 5 %. Кроме того, определена необходимая частота вращения шнека при его диаметре 0,13 м и шаге 0,09 м для достижения производительности <—4 м3/ч. Частота вращения шнека составила п =1,65.. 2,9 с-1. Еаявлен коэффициент скольжения смеси ф =0,4, учитываемый при определили производительности шнека. Для достижения данной производительности пабрызг-машины определена частота вращения роторного загрузчика,она составила п=2,3...4,3 с-1 при диаметре ротора Б =0,16 м п двух лопастях высотой 0,06 м.

Установлено влияние Сесшнековой "пробковой" части на показатели работа набрызг-машшш.Согласно теоретическим предположениям о влиянии геометрии "пробковой" части на силу трения столба смеси бил изготовлен насадок из трех частей по 0,09 м каждый с об щим углом паклона образующей внутреннего конуса. Определено, что беспгаековая расширяющаяся "пробковая" часть гильзы с углом наклона образующей внутреннего конуса > 18° способствует перемещению столба порозностной смеси о минимальным сопротивлением,а увеличение высоты конусообразной смэсевой "пробковой" части в 3 раза поз воляет увеличить приведенную дальность транспортирования твердых частиц по трубопроводу на 30...50%.

Результаты второго этапа экспериментальных исследований в ре альннх условиях показали,что работа шнековой набрызг-машины с про изводительностью 3 м^/ч, установленной на второй опоре цементной печи,возможна при расходе воздуха 6 м3/мин и его давлейш 0,4 ЫПа. Высота транспортирования составляла 2,5...5 м и длина до БО м.При установке набрызг-машины на нулевой отметке у основания второй опоры печи, высоте подачи смеси - 16...17 м и длине транспортиро-

вашя до 50 м, давление воздуха в пневмотранспортной системе машины достигало 0,6 Ша при одинаковом расходе воздуха. В обоих случаях диаметр резинотканевых шлангов для транспортирования смеси составлял - 50 мм.

В четвертой главе дан опыт промышленной эксплуатации шнеко-вой набрызг-машины непрерывного действия и приведены рекомендации и методика выполнения монолитной набрызг-футеровки.

Промышленная набрызг-машина предназначена для нанесения смесей с максимальной крупностью заполнителя 20 мм при ручном способе укладки смеси и 30 мм при механизированном вождении сопла. Она оснащена ступенчатым приводом и дополнительными комплектующими изделиями-.гасителем для укладки смеси за опалубку,транспортными рукавами диаметром 25,25,50,65 мм и соответствующими соплами.

Общий объем выполненной монолитной футеровки в зоне цепной завесы печи составил в 1988Г - 70 м3, в 1989г - 120 м3.

На основании опыта укладки монолитной футеровочной смеси и длительной эксплуатаци выполненной футеровки в данной главе приведены рекомендации по способу укладки смеси в зоне цепной завесы с минимальным процентом отскока крупного заполнителя. Эксплуатация измененной автором конструкции сойла набрызг-машны позволило облегчить футеровщику удержание сопла и повысить качество перемешивания смеси с увлажняющей жидкостью. Установлено, что давление жидкости должно быть больше чем давление сжатого воздуха в гоне подачи жидкости на 0,1...0,12МПа.

Установка дополнительной камеры смачивания с жидкостью за 4 м до концевой части транспортного трубопровода, обеспечило более высокую однородность по влажности укладываемой смеси.

Рекомендуемый фракционный состав футеровочной смеси при размере зерен заполнителя! 0...Ю мм составляет 30-3556 ваподнителя фракции 0...5 мм и 65-75)6 заполнителя фракции 5...10 мм,-если состав зерен заполнителя 0...20 мм,тогда необходимо следумцее соотношение по фракциям - 45» - 0...Б мм, 30# - 5...10 мм и 25* -

10...20 мм.

При нанесении футеровочного слоя до 150 мм угол отклонения сопла от радиального положения в печи 5x185 м должен составлять 20...30°.

Выполнение футеровки набрызг-машиной позволило сократить сроки простоя печи на данных видах работ в Я.5...3 раза.

Общие вывода.

1 .Разработана высокоэффективная иабрызг-машша для футеро-очных монолитных работ на основе комплексного исследования ее ункциональных систем и технологических возможностей.

2.проведен анализ существующих способов набрнзга и пгрепек-ив ил развития. Выявлено,что одним из прогрессивных способов яв~ яется сухой пневматический набрызг.Разработана классификация спо-о'са цаорыага.-

3.Газр&оотана принципиальная схема набрызг-мешияы с вертика-ьным транспортирующим органом и роторным загрузчиком сухой бетон-ой смеси, основанная на результатах предложенной классификации е аналогов.

4.Исследованы основы и начальные условия развития абразивно-о изнашивания рабочих органов набрызг-машны, предложена новая етодика определения конструктивных параметров гильзы,шнека и до-устимого диапазона частоты вращения шнека п=1,1...5,0 с-1 при ра-оте на смесях с крупностью заполнителя до 20км.

5.Рассмотрена модель "пробковой" части набрызг-мазины, объя-нянцая кинематику движения частиц смеси.Разработана методика рас-эта геометрических параметров "пробковой" часта в зависимости от авления воздуха в пневмотранспортной системе.Определено, что для стойчивой работа пневмотранспортной систеш машины высота "проб-овой" части составляет 0,6м.Сопротивление движению смеси а "проб-овой" части машины снижается (К£-0) при отклонении образующей ко~ уоа от вертикали на угол 18°н более по ходу движения смеси.

6. Исследована кинематика движения частиц смеси в контакте с опастнкм ротором.Разработана методика построения кривизны лопас-и я выявлена оптимальная Форма лопасти.Расчитан коэФ1лциоат форы лопасти, равный О,86...0,89.

Предложен графо-аяалитический метод выбора рациональных со-тношений конструктивных параметров ротора и шнека (Н(/ нщ=1,2Э>.

7.Дана методика инженерного расчета конструктивных парапетов камеры смешивания твердых частиц с воздухом.

Приведены основные теоретические положения процесса транс-ортирования компонентов сухой смеси по материальным шлангам.

8.Разработана методика расчета технологических и энергетичйс-их показателей шнековой набрызг-машны непрерывного действия.

Э.Проведены экспериментальные исследования закономерностей »бота ччсрцзг-машины на стендовой установке, результатом которых

определено следующее:

-установлена величина коэффициента скольжения Х= 0.4, используемая при расчете технологических параметров машины}

-выявлен приемлемый диапазон частоты вращения шнека п=2,0... 2,5 о"1 при вождении сопла набрызг-машивд ручным способом.

-экспериментально Подтверждена правильность разработанной методики аналитического расчета "пробковой" части набрызг-машины. Применение конусообразной бесшнековой "пробковой" част позволило увеличить ее высоту в три раза, что привело к увеличению приведенной дальности транспортирования на 30...50% .

10.Спроектирован и изготовлен промышленный образец набрызг-маштаы непрерывного действия дня использования на футеровочных ра ботах цементной вращающейся печи .

11 .Разработаны технологическая схема ведения футеровочных работ и рациональные приемы укладкп смеси в зоне цепной завесы,обеспечивающие высокое качество монолитной футеровки.

Основные положения диссертации опубдакованы в следующих работах:

1. Катаев Ё.Ф. «Быков П.Н. Новые способы футеровки тепловых агрегатов./ Тез.до;сл. Всесоюзной конф."Ускорение научно-технического прогресса в ПСМ и строительной индустрии". -Белгород, 1987.-Часть 6.- С.132.

2. Катаев Е.Ф.,Быков П.Н. Исследование процесса набрызга бетона малашами безопалубочного бетонирования. /Отчет с научно-исследовательской работе. Тема N аб-Б-13.-Белгород, 1987.- С.1Б

3. Катаев Е.Ф..Быков П.Н.Исследованае и отработка новой технологии ведения футеровочных работ методом набрызга. /Отчет о на-учноисследовательской работе.Тема N 11/87,- Белгород, 1988.-О.35.

4. Катаев Е.Ф. .Быков П.Н. Шнековая установка с роторным метателем. /Модернизация оборудования предприятий по производству строительных материалов:Сб. науч. тр. - Белгород, 1983.- 0.24-29.

6. Катаев Е.Ф.,Быков П.Н.Технология выполнения футеровочных работ./ "Фундаментальные исследования и новые технологии в строительном материаловедении". Тез. докл.- Белгород, 1989.-С.12.

fi. Катаев Е.Ф. .Быков П.Н. .0 механизации возведения опор мельниц методом набрызга бетона./Совершенствование техники и технологии измельчения материалов:Сб. науч. тр.-Белгород, 1989,- 0.219.

7. Катаев Е.Ф.,Быков П.Н..Платонов B.C..Шевченко H.H., Калю-rimp П.Ф. Механизация футеровочных работ на Карачаево-Черкесском

ементном заводе./Цемент.- 1990.- К9.- С.11-12.

в. Катаев Е.Ф..Баков П.Н.,Шевченко И.Н. .Лунев Г.С. О некото-ых факторах влияющих на работу набрааг-маишш непрерывного дей-твия./ Тез.докл. Всесоюзной кояф."Машины и 'комплекта для зколо-ически чистых производств строительных материалов". - Белгород, 991.-Часть 3.-С.121. •"''';

9. Быков П.Н. .Катгзв Е.Ф. .Сергеев 0.0. .Герасимов Ы.Д. Машина »прерывного действия для пзбриаг-Сетонннх работ.//Строительные с эрокные машины.1991.- N3.- О. 8-10.

10. Катаев Е.Ф..Быков П.Н. Исследование формования структуры задаваемого слоя футеровки в тепловых агрегатах методом набрыз-а./ Тез.докл. Международной ков}. "Ресурсосберегающие технологии гроительных материалов .изделий и конструкций". -Белгород, 1993.-?асть 4.- С. 30-31.

11. Быков П.Н.,Селиверстов Ю.И. Влияние конструктивных пара-этров инекового рабочего органа небрызг-машины на скорость транс-зртирования частиц футеровочной смесп. /Машины и комплексы для звых экономически чистых производств строительных материалов: 5. науч. тр.- Белгород, 1994,- С. Б5.

12. Быков П.Н..Катаев Е.Ф. Иатенсифахация процессов пвевмо-занспортирования за счет использования вибрационных эффектов в збрызг-маяшне. /Машины и комплексы для новых экономически чистых эоизводств строительных материалов:Сб. науч. тр.- Белгород, 1994. С. Б5.

13. Быков П.Н. .Катаев Е.Ф.Шрспективная технология дисперсно-1р?.я!ровэнного нэбрызг-бетона./Тез,докл.Международной конференции. >есурсо-и энергосберегающие технологии строительных материалов, далий и конструкций". -Белгород, 1995.-Часть 4.-С. 21.

14. Быков П.Н. .Катаев Е.Ф. Установка для активированного на-шзга./Тез. докл.Первая всеукраинская научно-практическая конфе-1НЦЯЯ."Прогрессивные технология и малины для производства строи-льных материалов, изделий и конструкций".- Полтава, 1995.- С.

15. A.c. N1323729 (СССР) "Набразг-машина" (Катаов Е.Ф..Быков Н.), Б.И., 198?.-иге.

16. A.c. m384769 .(СССР) "Установка для набрызг-бетонврова-я" (Быков П.Н..Катаев Е.Ф.). Б.Ц., 1988.- N12.

17. A.c. N1618889 "Набрызг-машина" (Катаев Е.Ф.,Быкбв П.Н., атонов B.C.,Редько Ю.Г., Шевченко H.H., Коэка В.Н., Кэчепорвнко В.),В. К Я 1991.-Mt.