2.3. Определение основных технологических

И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ АГРЕГАТОВ АСФАЛЬТОСМЕСИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Тепловой расчет сушильного барабана производится из условия, что сушка и нагрев каменных материалов осуществляют до температуры 180…220 °С методом противоточного нагрева.

При тепловом расчете сушильного барабана решаются следующие задачи: составление материального баланса; составление теплового баланса; определение расхода топлива; определение геометрических параметров барабана.

При составлении материального баланса по заданной производительности (т/ч) и составу смеси определяют количество минерального материала, которое необходимо нагреть, и количество влаги, которое необходимо выпарить за 1 час работы.

Производительность сушильного барабана по сухому материалу, кг/ч:

,

где П_Э – эксплуатационная производительность, т/ч;

– расход битума в процентах от массы смеси;

– расход минерального порошка в процентах от массы смеси;

К_в – коэффициент использования по времени, К_в ≈ 0,85…0,9.

Влажность песка и щебня до сушки принимают равной ω₁ ≈ 5 %. Поэтому количество влаги, кг/ч, которое необходимо удалить, равно

.

При составлении теплового баланса расчет количества тепла, необходимого для сушки и нагрева минеральных материалов, производят в предположении, что сушка и нагрев материалов происходит в три этапа: подогрев материалов и влаги, сушка материала (выпаривание влаги), нагрев сухих материалов до рабочей температуры. В соответствии с этим сушильный барабан условно разделяют на три зоны (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Схема процесса сушки материала в сушильном барабане:

I – зона подогрева материала и влаги; II – зона сушки материала (выпаривание влаги); III – зона нагрева высушенного материала

Расход тепла в I зоне на подогрев материала и влаги, ккал/ч:

,

где с_m – удельная теплоемкость минерального материала, ккал/кг ∙ °С (с_m ≈ 0,2 ккал/кг ∙ °С);

с_В – удельная теплоемкость воды, ккал/кг ∙ °С (с_В = 1 ккал/кг · °С).

Расход тепла во II зоне на выпаривание влаги и подогрев паров воды до температуры дымовых газов, ккал/ч:

,

где r – теплота парообразования, ккал/кг (r ≈ 542 ккал/кг при t₂ = 100°С);

с_П – удельная теплоемкость водяного пара, ккал/кг ∙ °С (с_П = 0,46 ккал/кг · °С);

t_д.г. – температура дымовых газов на выходе, °С (t_д.г. = 150…200°С).

Расход тепла в III зоне на нагрев высушенного материала, ккал/ч:

.

Общее количество тепла, полезно используемое в барабане на сушку и нагрев материала, ккал/ч:

.

Расход топлива зависит от его вида. Количество тепла, выделяемого при сгорании 1 кг топлива (теплотворная способность), оценивается низшей теплотой сгорания . Теплотворная способность жидкого топлива (мазута, дизельного топлива, керосина) = 9 800...10 260 ккал/кг, а газообразного (российского газа) – ≈ 9 130 ккал/м³.

Необходимый расход топлива, кг/ч (м³/ч), только для сушки и нагрева материала равен

.

Кроме полезно используемого тепла, при работе сушильного барабана происходят и его потери: через стенки барабана в окружающее пространство; с уходящими дымовыми газами; от неполноты сгорания топлива и др. Тепловой КПД сушильных барабанов равен 65 ... 70 %, а удельный расход углеводородного топлива составляет 8,5 ... 10,5 кг на 1 тонну высушенного минерального материала.

Определение основных геометрических параметров сушильного барабана

Геометрические параметры барабана: объем V_bap, диаметр D_b и длина L_b – определяются по его основному показателю работы – часовому напряжению по влаге m_V, представляющему собой количество испаренной влаги с 1 м³ объема барабана за один час работы. Показатель m_V зависит от принятой схемы процесса сушки, степени заполнения и частоты вращения барабана, других его характеристик. У сушильных барабанов современных асфальтосмесительных установок m_V = 200 ... 250 кг/м³· ч.

Тогда ориентировочно объем, м³, сушильного барабана равен

,

где П_В – производительность сушильного барабана по влаге, м³.

Длина барабана L_b определяется из условия обеспечения минимального времени, необходимого для сушки и нагрева минеральных материалов. При вращении барабана (рис. 2.13), установленного наклонно под углом α, материал поднимается лопастями перпендикулярно к его оси и свободно падает по вертикали с высоты h_cp, перемещаясь при этом на расстояние h_cp tg α.

Рис. 2.13. Схема к расчету параметров сушильного барабана

В соответствии с этим условием минимальная длина, м, барабана определяется по следующей формуле:

,

где z_cb – число подъемов и сбрасываний материала полками барабана, за один оборот z_cb ≈ 1,75…2,5;

v_b – окружная скорость барабана, м/с (v_b = 0,75…0,85 м/с);

t – время сушки, с (t = 120…240 с).

Угол наклона барабана α принимают равным 3 ... 6°.

Из объема барабана (цилиндра), равного

,

с учетом того, что отношение длины сушильного барабана L_b к его диаметру D_b находится в пределах , диаметр, м, барабана равен

.

Длина барабана, м:

.

Определение основных геометрических параметров

лопастного смесителя периодического действия

Емкость смесителя по загрузке определяется из заданной эксплуатационной производительности АБЗ, а следовательно, смесителя и продолжительности перемешивания, т:

,

где n₃ – число замесов в час.

Число замесов n₃ зависит от продолжительности цикла работы смесителя:

,

где t_v – время цикла работы смесителя, с.

Длительность цикла работы смесителя, с:

,

где t₃ – время загрузки смесителя, с (t₃ ≈ 5 с);

t_cm – продолжительность перемешивания, с (t_cm ≈ 50 с);

t_p – время разгрузки смесителя, с (t_p ≈ 15 с).

Геометрические параметры лопастного смесителя периодического действия (рис. 2.14) определяются по величине радиуса, м, корпуса днища смесителя, который равен

,

где ψ_k – коэффициент, характеризирующий форму смесителя (ψ_k = 0,85 ... 1, большие значения для смесителей большей вместимости);

β₁ – коэффициент заполнения корпуса смесителя (для смесителей периодического действия β₁ = 1);

ρ_cm – плотность смеси, кг/м³ (ρ_cm ≈ 1700 кг/м³).

Рис. 2.14. Схема к определению геометрических параметров смесителя

Межцентровое расстояние валов смесителя, м:

,

где φ – угол между плоскостью осей валов и плоскостью, проходящей через ось вала и среднюю линию днища корпуса (φ = 40...50^О).

Ширина корпуса смесителя, м:

.

Длина корпуса смесителя, м:

,

где С_r – число пар лопастей (С_r = 6...10, большие значения для смесителей большей вместимости).

Полученные значения а, В и L округляются до стандартных значений по ряду Ra40 в большую сторону.

Высота плоской части корпуса смесителя, м:

.

Общая высота корпуса смесителя, м:

.

Необходимая окружная скорость конца лопасти равна, м/с:

.

Требуемая мощность двигателя привода смесителя определяется по следующим эмпирическим формулам, кВт:

для M_cm < 1,4 т;

для M_cm > 1,4 т.