4. Keverőgépek, keverőtelepek
4.2. Keverőgépek méretezése
4.2.1. Gravitációs keverőgépek méretezése
A keverődob geometriai térfogata (Vg) a ciklusonként előállítandó keve-rék mennyiségen kívül függ a keverőedény alakjától és üzemeltetési módjától is. Alapkövetelmény, hogy a keveréskor a gépbe betöltött anyag (Vn) felszíne az ürítő nyílás szintje alatt maradjon*, és elegendő szabad hely legyen ahhoz, hogy a lapátok az anyag egy részét a dobban lévő ke-verékszint fölé tudják emelni. A gyakorlatban szokásos geometriai ará-nyok esetén a töltési tényező:
6 0 4
0, ,
V V c
g n
t (4.3)
A keverődobok általában különböző forgástestből (henger, csonkakúp, gömbsüveg) vannak összeállítva, és tengelyük is sok esetben ferde, ezért a dobban lévő anyaghalmaz geometriai jellemzői csak bonyolult össze-függésekkel írhatók fel. Ugyanakkor bármely forgástest elemi henger-szeletekre felbontható, ezért a további számítási eljárásokat a jegyzet a vízszintes tengelyű, hengerdobos keverőgépre vonatkoztatva mutatja be.
4.2.1.1. A keverék mozgása a keverődobban
A keverődob fordulatszámát (nd) úgy kell megválasztani, hogy a szem-csék a centrifugális erő hatására ne tapadhassanak fel a dob falára. A –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
* Ennek ellenőrzésekor a mixerkocsinál a közlekedéssel járó hatásokat (útpálya emelkedése, a jármű indítása, fékezése) is figyelembe kell venni.
szakirodalom a megengedhető centrifugális gyorsulás értékére a gravitá-ciós gyorsulás 20%-át adja meg, vagyis:
2 5 / g R
ac d d ,
melyből a keverődob megengedett percenkénti fordulatszáma:
d d
A minél rövidebb keverési ciklusidő érdekében a keverődobok fordulat-számát a megengedett felső határ közelében szokás megválasztani, ezért pl. a betonkeverő-szállító gépkocsik keverődobjának maximális fordulat-száma – a gyártó cégtől függetlenül – általában 12 - 14 1/perc.
A dob alján elhelyezkedő anyaghalmaz felszínének hajlásszögét a dob tengelyére felírt nyomatéki egyensúlyi egyenletből határozhatjuk meg. A 4.21. ábra jelöléseinek megfelelően:
0 tömegközéppontjá-nak távolsága a dobtengely-től, értéke: kialakuló anyagfelszín A (4.5) egyenletbe a h és a centrifugális gyorsulás értékét behelyettesítve, az egyszerűsítések után egy másodfokú egyenlethez jutunk, melyből a felszín hajlásszöge kiszámítható. Az így meghatározott elméleti hajlás-szög () azonban csak akkor tud kialakulni, ha az anyaghalmaz termé-szetes rézsűszöge r > . Ellenkező esetben a halmaz felső része leomlik
még azelőtt, hogy a felszíne elérné a értékét. Ilyenkor a keverék felszíne megközelítőleg a keverék rézsűszögének megfelelő hajlásszöget vesz fel.
4.2.1.2. A hajtás teljesítményigénye
A keverődob forgatásának teljesítményigénye két részből származik, a beton keveréséből, és a támasztógörgők súrlódási ellenállásából:
(M k M s)
P (4.7)
ahol: Mk – a keverés nyomatékigénye [Nm];
Ms – a támasztógörgők súrlódási és gördülési ellenállásából eredő nyomatékigény [Nm];
– a keverődob szögsebessége [1/s]
– a hajtási lánc mechanikai hatásfoka.
A keverőedény forgatásakor a dobba beadagolt anyagmennyiség – az el-helyezkedése alapján – három részre oszlik:
2
1 m
m m
mö (4.8)
ahol: mö – a keverődobban lévő összes anyag tömege [kg];
m – a dob alján elhelyezkedő anyagmennyiség tömege;
m1 – a keverőlapátok által felemelt anyag tömege;
m2 – a lapátokról lehulló, levegőben tartózkodó keverék tömege.
Az egyes részmennyiségek aránya elsősorban a lapátozás kialakításától (mérete, száma, hajlásszöge stb.) függ, de a keverék tulajdonságai (első-sorban a konzisztenciája) is befolyásolják értékét. Előzetes számításokhoz felvehető, hogy a gépbe feladott anyag 70%-a a keverőedény alján he-lyezkedik el, és 15 - 15% tartózkodik a levegőben, ill. a lapátokon.
A szabadonejtő keverőgépekben a keveredés kétféle módon jön létre, egy-részt a lapátok által kiemelt anyag visszaszóródása révén, másegy-részt a dob alján elhelyezkedő anyaghalmazban létrejövő belső mozgások hatására. Az utóbbiak azt eredményezik, hogy a keverék felszíne a forgásiránynak megfelelő hajlásszögű síkot vesz fel, így a keverés nyomatékigénye a dob alján lévő, és a lapátokon elhelyezkedő anyagmennyiségek súlyerejének, a dob forgástengelyére vonatkozó nyomatékából határozható meg.
Az előzőekben leírtak alapján – a 4.22.
ábrán alkalmazott jelölésnek megfelelő-en – a keverés nyomatékigénye:
mi – az egyes lapátokon elhelyezke-dő beton tömege, [kg]; xi – az egyes lapáton lévő anyagmennyiségek tömegközéppontjainak
távolsága az y tengelytől [m].
A támasztógörgők forgatásához szükséges nyomaték az egyes táma-szokra ható erőkből meghatározott súrlódási, ill. gördülési ellenállásokból számítható. Mivel a gyakorlatban ennek értéke a dob forgatásának nyo-maték szükségletének 4 - 8%-a, ezért közelítő számításokhoz felvehető, hogy a keverődob hajtásának teljesítményigénye:
kW
4.23. ábra. Mixerdobban lévő anyaghalmaz elhelyezkedése keverésnél A hengerdobos keverőgépeknél bemutatott számítási eljárás összetett ala-kú keverődoboknál is alkalmazható, ha a keverődobban lévő
anyaghal-mazt elemi magasságú körhenger szeletekre felosztjuk (4.23. ábra). Ezek mindegyikére alkalmazható az előzőekben tárgyalt számítási eljárás, így a hozzá tartozó kifejezésekből kapott részeredmények összegzéséből kiszá-mítható a keverés nyomatékigénye.
A mixerkocsikra jellemző, hogy a kétbekezdésű csavarvonal mentén el-helyezett lapátozás menetemelkedése kicsi, ezért és a viszonylag híg ke-verék miatt csak kis mennyiséget képesek kiemelni a lapátok a dob alján lévő keverékből, így feltételezhető, hogy az összes anyag a dob alján he-lyezkedik el. A csavarvonal alakú lapátozás szállító hatása miatt, a keve-rék felszíne nemcsak a forgásiránynak megfelelően az x – y síkban (4.23.
ábrán: ), hanem az arra merőleges y – z síkban is ferde helyzetet (4.23.
ábrán: ) vesz fel. A keveréshez tartozó forgásiránynál, jó közelítésként felvehető, hogy .
Ürítéskor – az irányváltás miatt – a előjelet vált, valamint ekkor a csa-varvonalban kialakított lapátozás az ürítőnyílás felé szállítja a keveréket, ezért a is előjelet vált, majd az értéke a dobban még bent lévő anyag-mennyiségtől függően folyamatosan változik.
4.2.1.3. Teljesítőképesség meghatározása
A szakaszos üzemű keverőgépek teljesítőképességét mind a hasznos, mind a névleges térfogatra értelmezik, melyeknek megfelelően az órán-ként megkevert anyagmennyiség:
] / [ , 3600 ,
3600 m3 óra
t V Q
t V Q
c n n
c h
h (4.11)
A (4.11) kifejezésében szereplő ciklusidő (tc) alatt a két keverék-adag el-készülte közti teljes időtartam értendő, az tehát magába foglalja a keverő-edény feltöltésének (tt), magának a keverésnek (tk), valamint a gép kiürí-tésének (tü) időtartamát is, azaz:
ü k t
c t t t
t (4.12)
A töltési idő értéke a keverőgép jellemzői (névleges űrtartalmam, dob vagy a lapátok fordulatszáma stb.) mellett függ, a keverék egyes összete-vőinek mérlegelési és adagolási rendszerétől. Ezért a gépkönyvek a tt ér-tékére vonatkozó adatokat többnyire csak a saját adagoló rendszerrel el-látott berendezéseknél adnak meg, melyekre: tt = 10 - 50 sec.
A keverési idő a keverés módján kívül (lásd: 4.3. ábra) függ a keverőgép dobjának, és lapátozásának kialakításától, de a keverék jellemzői is befo-lyásolják értékét. A sokféle hatás miatt az időszükséglet egzakt matemati-kai formában nehezen írható fel, ezért értékét általában ellenőrző méré-sekből határozzák meg. A kis űrtartalmú billenődobos keverők gépköny-vei a keverési időt többnyire a 90 - 180 s tartományban adják meg. A mixerkocsinál (ha azt a beton készítésére is használják) a keveréshez leg-alább 60 dobfordulat szükséges, melyhez (a dob legnagyobb fordulatszá-ma esetén) kb. 5 - 8 perc keverési idő tartozik.
Az ürítéshez szükséges időt elsősorban a keverőedény úrtartalma és a be-rendezés ürítési módja határozza meg, de tényleges értékét az építéshelyi betonfogadás módszere is befolyásolhatja. Például csővezetékes szállítás-nál a betonszivattyú szállítóképességétől is függ, hogy ki lehet-e hasz-nálni a mixerkocsi maximális ürítési fordulatszámához tartozó legkisebb ürítési időt.
A mixerkocsik ürítéséhez szükséges időtartamot – bizonyos mértékben – a keverék konzisztenciája is befolyásolja, de értéke elsősorban a gépjel-lemzőktől (hasznos űrtartalom, keverőlapátozás kialakítása, dob hajlás-szöge), valamint az ürítési fordulatszámtól függ. A gépgyártó erre vonat-kozó adatai szerint a mixerkocsik kiürítéséhez – a hasznos űrtartalomtól függően – a legnagyobb fordulatszám esetén 5 - 20 perc szükséges.
4.2.2. Függőleges tengelyű keverőgépek méretezése