Обладнання для композиційного транспортування бетонних сумішей

розкриття механізму переходу суцільного потоку бетонної суміші в повітряно-бетонний потік при створенні турбулентної течії стислого повітря з великими вихорами, на підставі чого обгрунтовані конструктивні особливості додаткової камери змішування;

профіль повітровідділювача по SICI-спіралі, який знайдено в результаті виявлених умов розподілу потоків суміші і вільної води;

критерій оптимізації умов використання обладнання для композиційного транспортування будівельних сумішей - мінімізація енерговитрат;

результати експериментальних досліджень;

методика розрахунку обладнання композиційного транспортування будівельних сумішей, його розробка і виготовлення.

В опублікованих працях, що виконані в співавторстві, здобувачу належать: в роботі [1] - аналітичні залежності для визначення дальності транспортування суміші по трубопроводу після додаткової камери змішування; в роботі [2] - аналітичний опис процесу взаємодії потоку бетонної суміші зі стислим повітрям в камері змішування; в роботі [3] - визначення необхідного тиску стислого повітря при руйнуванні суцільного бетонного потоку; в роботі [4] - аналітична залежність для визначення довжини ділянки трубопроводу L, на якому з імовірністю P відбудеться усереднення швидкості всіх часток бетонної суміші; в роботі [5] - висвітлення особливостей композиційного транспортування будівельних сумішей; в роботі [6] - технологічна схема композиційного транспортування бетонних сумішей; в роботі [7] - розробка методики розрахунку камери змішування; в роботі [8] - розкриття особливостей обладнання з позицій композиційного транспортування; в роботі [9] - рівняння регресії, що дозволить визначити параметри обладнання і робочого процесу; в роботі [10] - обгрунтування профіля повітровідділювача; в роботі [11] - залежність для визначення швидкості проникнення струменя повітря в бетонну суміш; в роботі [12] - залежність для визначення витрат потужності обладнанням композиційного транспортування; в роботі [13] - конструкція додаткової камери змішування; в роботі [14] - привод розчинобетононасоса.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи доповідались на науково-технічних конференціях ХДТУБА (2000, 2001, 2002, 2003рр.); міжнародній конференції “Heavy Mashinery” (Kralijevo, Yugoslavija, 2001); міжнародній науковій конференції “Автомобільний транспорт і шляхове господарство на рубіжі третього тисячоліття” (Харків, 2000 р.); міжнародних науково-технічних конференціях “Интерстроймех-2000” (Харків, 2000 р.), “Интерстроймех-2001” (Санкт-Петербург, 2001 р.), “Интерстроймех-2002” (Могилів, 2002 р.), міжнародній науково-технічній конференції “Нові машини для виробництва будівельних матеріалів і конструкцій, сучасні будівельні технології” (Полтава, 2000 р.), IV міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми економії енергії” (Львів, 2003 р.); представлені на виставках “Наука Харківщини 2000”, “Слов'янський базар” (Харків, 2000, 2002 рр.).

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи розкриті в 12 наукових статттях загальним обсягом 65 сторінок машинописного тексту, що опубліковані в спеціалізованих виданнях, затверджених ВАК України; за темою дисертації отримано два патенти України.

Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, висновків і містить 161 сторінку машинописного тексту, 69 рисунків, 24 таблиці, бібліографічний список з 83 найменувань і 6 додатків.

Основний зміст роботи

Стан питання і задачі досліджень. Будівництво з монолітного залізобетону, штукатурні роботи, а також великі обсяги ремонтних робіт в будівництві вимагають вдосконалення існуючих, а також розробки нових ефективних видів обладнання для подачі і укладання сумішей в умовах будмайданчика.

Найефективнішим способом подачі і укладки будівельних сумішей є спосіб транспортування по трубах, що вимагає чіткої організації робіт, своєчасної доставки сумішей на об'єкти, використання мобільних і універсальних машин та обладнання.

Транспортування сумішей по трубах здійснюється в різноманітних видах будівництва і дозволяє подавати суміш в малодосяжні, обмежені місця. Для цієї мети найбільш широко використовують бетоно- і розчинонасоси, рідше пневмонагнітачі.

Перекачування малорухомих сумішей за допомогою таких машин ускладнене, а дальність транспортування дуже обмежена. В зв'язку з цим проблема створення обладнання для транспортування малорухомих бетонних сумішей актуальна і становить інтерес для сучасного будівництва України.

Серед обладнання, що використовують для гідротранспортування бетонних сумішей, заслуговують на увагу прямоточні поршневі бетононасоси, що випускаються фірмами “Швінг”, “Штеттер”, “Путцмайстер”, “Торкрет” (ФРН); безпоршневі ротаційні насоси, що випускаються фірмами Ф. Небел (Австрія), В. Хоунекке (США), “Вібау Челлендж” (ФРН).

Викликають інтерес результати робіт щодо розробки і впровадження розчинонасосів, створених в Полтавському технічному університеті, - школа проф. А.Г. Онищенко. Заслуговують на увагу розчинобетононасоси, розроблені Харківським державним технічним університетом будівництва і архітектури, що вже мають широку апробацію на будівельних об'єктах Харкова та інших міст України.

Істотний внесок в розвиток теорії і практики гідротранспортування бетонних сумішей по трубопроводах зробили праці В.М. Карасика, Ю.К. Вітошкіна, І.А. Асауленко, В.Ф. Очеретько, В.І. Войтенко. Викликають інтерес результати досліджень, що проведено Г.П. Бовиним, Г.В. Івянським, Н.С. Марчуковим, Н.П. Шиповським, І.І. Шаровим, М.Г. Дюженком, І.І. Кобзарем.

Всебічні дослідження розчинобетононасосів проведені І.А. Ємельяновою, А.М. Барановим, А.А. Задорожним, О.М. Проценком. Однак транспортування насосами малорухомих сумішей пов'язане з рядом труднощів: різко скорочується дальність подачі суміші і збільшуються енерговитрати. Це змушує шукати шляхи подальшого вдосконалення машин.

Відоме також пневмонагнічувальне устаткування, що застосовується для транспортування бетонних сумішей, що випускаються фірмами “Швінг” (ФРН), “Рансон” (США), акц. товариством “Аір комприме” (Франція).

Для аналізу процесу пневматичного транспортування бетонних сумішей викликають інтерес роботи Б.І. Броунштейна і О.М. Тодеса, Е.З. Орловського, В. Берта, В.А. Успенського і Г. Вельтора. Однак використання пневмонагнічувального устаткування для транспортування малорухомих бетонних сумішей також неефективне. Отже можна констатувати, що на цей час відсутнє ефективне обладнання для транспортування малорухомих сумішей на далекі відстані.

Одним із шляхів вирішення означеної проблеми може стати композиційне транспортування, що об'єднає позитивні сторони гідравлічного і пневматичного транспортування сумішей і дасть можливість керувати їхніми реологічними характеристиками. Така подача дозволить на першому етапі перекачувати рухому бетонну суміш, а на другому етапі за рахунок вилучення надлишкової вільної води отримати суміш пониженої рухомості. Проведення широкого спектру досліджень для створення обладнання, що зможе працювати на сумішах різноманітної рухомості з кінцевим виходом на малорухомі суміші, дозволить вирішити важливі питання сучасного будівництва.

Теоретичні дослідження робочих процесів обладнання композиційного транспортування. Обладнання композиційного транспортування (рис. 1) включає в себе двопоршневий прямоточний розчинобетононасос з компенсатором нерівномірності подачі, камеру змішування потоків бетонної суміші і стислого повітря, магістраль подачі бетонної суміші від насоса до камери змішування і магістраль подачі повітряно-бетонної суміші після камери змішування, гаситель швидкості повітряно-бетонного потоку в кінці транспортування, повітряні шланги, пересувну компресорну установку.

В камеру змішування 3 прямоточним розчинобетононасосом 1 з постійною швидкістю V1 подається бетонна суміш, а від пересувної компресорної установки 8 надходить стисле повітря. В камері змішування потік бетонної суміші руйнується струменями стислого повітря і утворюється багатофазний, полідисперсний потік повітряно-бетонної суміші, що в подальшому, після руху, що встановився, транспортується по трубопроводу з постійною швидкістю V2.

При композиційному транспортуванні бетонних сумішей по трубопроводу спостерігаються два різноманітні процеси:

- рух бетонної суміші як неньютонівської (бінгамівської) рідини від насоса до камери змішування;

- рух диспергованої бетонної суміші в турбулентних потоках стислого повітря після камери змішування.

Відмінною, характерною особливістю композиційного засобу транспортування є можливість транспортування сумішей підвищеного вологоутримання на першому етапі поршневим насосом, а на другому етапі - стислим повітрям.

Руйнування суцільного потоку бетонної суміші стислим повітрям відбувається в камері змішування (рис. 2).

В подальшому спостерігається рух повітряно-бетонного потоку, в якому суміш визначена як частки, що летять окремо. Структура повітряно-бетонного потоку визначає режим руху матеріалу по трубопроводу, кількість вилучаємої води в гасителі і залежить від характеру взаємодії потоків бетонної суміші і стислого повітря в камері змішування. Камера змішування складається з трьох елементів: 1 - камери руйнування, де відбувається взаємодія потоків бетонної суміші і стислого повітря; 2 - повітряної камери, що виконує функції ресивера і розподільника повітря; 3 - камери переходу до трубопроводу, що транспортує. Камера руйнування і повітряна камера з'єднані рядами сопел подачі повітря.

Основні габаритні розміри камери змішування визначаються з урахуванням наступних вимог:

діаметр циліндричної частини повинен забезпечити утворення турбулентных структур, що здатні захопити всі частки бетонної суміші і створити усереднену швидкість повітря, вищу за швидкість витання всіх компонентів суміші;

довжина циліндричної частини повинна бути не менш суми розмірів турбулентних структур, що виникають після розширення і перед звуженням потоку в зонах переходу трубопроводу до камери змішування;

звуження потоку не повинно викликати зворотних струменів і залягання суміші, що транспортується, в зв'язку з чим кут звуження конічних частин камери змішування не повинен перевищувати 38°... 40°.

В камеру змішування стисле повітря надходить з повітряної камери через ряди сопел круглого перетину. При цьому кожний ряд сопел створює вихрову структуру в камері змішування і розміри великомасштабних вихрових структур складають 70…75% від діаметру камери. Відстань між рядами сопел відповідає початку шляху руйнування великомасштабного вихора, тобто складає 50% від діаметру камери змішування.

Струмінь повітря зі швидкістю V0 (рис. 3) ударяється в суцільний потік бетонної суміші, що подається розчинобетононасосом. Головна частина контактної поверхні струменя повітря з бетонною сумішшю - полусфера діаметром D. Струмінь повітря утворено за допомогою сопла кругового перетину діаметром d, що проникає в середовище з постійною швидкістю. Щільність бетонної суміші с0 в багато разів більше щільності повітря с в струмені, а швидкість її проникнення U значно менш а за швидкость V0.

Швидкість проникнення струменя повітря в бетонну суміш може бути знайдена із залежності:

,

де V=V0-U - відносна швидкість повітря, м/с, (швидкість U настільки незначна по відношенню до V0, що V? V0); М= V/с - число Маха, с0 - середня щільність бетонної суміші, кг/м3; с - щільність повітря в струмені, кг/м3; е - коефіцієнт ущільнення бетонної суміші при об'ємній пластичній деформації; з - показник адіабати; с - швидкість звука, м/с.

Добуток кутової швидкості вихора на його радіус і пульсаційна складова швидкості повітряного потоку в трубопроводі повинні бути одного порядку зі швидкістю витання часток. Лінійний масштаб вихора обмежений діаметром камери і при цьому прикордонний шар біля стінки і поперечні флуктуації вихора зменшують розмір вихора до 0,7 …0, 75 діаметру камери.

Поле тиску, що виникає навколо вихору, визначається наближено за законами квазістаціонарного обтікання колового циліндра, що обертається, ідеальною рідиною, яка не стискається, і визначається з рівняння Бернуллі. Тиск, квазістаціонарний відносно вихора, зберігається в істинній течії, але переміщується з центром вихора, швидкість якого дорівнює місцевій усередненій швидкості потоку. Отримувана таким чином хвиля тиску, що біжить, не дає осідати часткам бетонної суміші, які знаходяться в вихорі, і рух повітряно-бетонного потоку здійснюється з малим ступенем контакту часток і стінок трубопроводу.

Довжина ділянки трубопроводу L, на якій з імовірністю Р відбудеться усереднення швидкостей всіх часток бетонної суміші, визначається згідно залежності:

,

де Gб.с. - продуктивність обладнання, м3/с; С - масова концентрація повітря в повітряно-бетонному потоці; сб.с. - щільність бетонної суміші, кг/м3; свозд. - щільність повітря в камері змішування, кг/м3; dmax - максимальний діаметр крупного заповнювача, м; vвит. - швидкість витання часток крупного заповнювача максимального діаметру, м/с; mкр.з. - маса крупного заповнювача максимального діаметру в 1 кубічному метрі бетонної суміші, кг/м3; Р - імовірність усереднення. В умовах використання прямоточного двопоршневого розчинобетононасоса для транспортування бетонних сумішей з максимальною фракцією заповнювача 10мм по трубопроводу діаметром Dтр. = 0,05м при тиску в камері змішування 0,4 МПа з імовірністю 0,95 можна стверджувати, що рух повітряно-бетонного потоку на відстані 11,3 м від камери перейде в автомодельний режим, а на відстані 17,3 м це твердження має імовірність вище 0,99. Отримані результати досліджень свідчать про те, що дальність транспортування сумішей повинна визначатися з урахуванням відстані, на якій рух повітряно-бетонного потоку відбувається в автомодельному режимі.

Далі за межами трубопроводу до удару об поверхню гасителя частки бетонної суміші і краплини води здійснюють рух у вільно затопленому струмені повітря.

Закон Стокса розповсюджується на рух краплин води діаметром, меншим ніж 0,1 мм, і підтверджує раніше зроблене твердження про рух повітряно-бетонного потоку у вільно затопленому струмені повітря.

Процес, що протікає в гасителі на першому етапі, описується вільно затопленим струменем, який зіштовхується з екраном (рис. 4).

Закон зміни усередненої швидкості повітряного потоку на різноманітних відстанях від осі потоку і зрізу сопла визначений в результаті обробки експериментальних даних. Швидкість повітря v (x, y) в будь-якій точці потоку визначається залежністю:

,

де y - відстань від осі потоку, м; x - відстань до зрізу сопла, м; vоси (x) - швидкість повітря по осі струменя на відстані x від зрізу сопла, м/с.

Для визначення величини максимальної швидкості струменя повітря Wm, який стелиться по екрану і виносить вільну воду за межі гасителя, припускається, що в процесі розвороту зберігаються сумарні витрати і кінетична енергія повітряної складової повітряно-бетонного потоку, т. ч.

,

,

де Wm і W0 - максимальна і відносна швидкості повітря у вільно затопленому струмені.

Після перетворень:

,

де R0 - відстань від осі струменя повітря.

Наведені залежності, що характеризують поведінку повітряно-бетонного потоку при композиційному транспортуванні, дозволяють розрахувати процеси розподілу потоків бетонної суміші і крапель вільної води, що уносяться повітрям.

Струмені вологого повітря, що стеляться по екрану, повинні видалятися з гасителя за траєкторією, яка здійснює ламінарний рух, що відвертає виділення вологи з повітря і його осідання на бетонній суміші. Для цього пропонується виконати профіль повітровідділювача по SICI-спіралі (рис. 5), рівняння якої в декартових прямокутних координатах (ХY) має вигляд: X=ci(x), Y=si(x), де ci(x) - інтегральний косинус; si(x) - інтегральний синус; x - дійсний параметр.

Головними властивостями SICI-спіралі є: довжина дуги від точки x=0 до точки x0 дорівнює ln x0; кривизна ч=x0, а профіль повітровідділювача виконано по кривій, еквівалентній ділянці SICI-спіралі при зміні параметру x від 3,07 до 10.

Запропонована конструкція повітровідділювача відвертає контакт вологого повітря і бетонної суміші. Таким чином, вилучення крапель води, що не беруть участь в гідратації, з бетонної суміші в кінці транспортування здійснюється за допомогою гасителя, який складається з плоского екрану і двох симетричних повітровідділювачів (рис. 6).

Критерієм оптимізації умов роботи обладнання процесу композиційного транспортування будівельної суміші є мінімізація енерговитрат на транспортування в кінцевий пункт суміші найменшої рухомості. Енерговитрати на транспортування (Nобщ) з урахуванням кКд насоса і компресора можна уявити як:

,

Рк.с. = л•(L- L1)•св•vв /(2D) + (h- h1) • св• vв /С• (vв - vвит) + св• v2м / 2С +

+ лм • св• v3в• (L -L1) /(2 С•D vм) ++,

де Рк.с. - тиск в камері руйнування, Па; L= L1+ L2 - загальна довжина транспортування бетонної суміші, м; H= H1+ H2 - загальна висота транспортування бетонної суміші, м; 0 - гранична напруга зрушення, Па; - динамічна в'язкість, Пас; Q - подача суміші по трубопроводу, м3/с; L1 - довжина магістралі від насоса до камери змішування, м; H1 - висота подачі бетонної суміші від насоса до камери змішування, м; - середня щільність бетонної суміші, кг/м3; g - прискорення вільного падіння, м/с2; R - радіус транспортної магістралі від насоса до камери змішування, м; л - коефіцієнт опору руху повітря; D - діаметр трубопроводу від камери змішування до гасителя, м; св - щільність повітря, кг/м3; vв - середня швидкість руху повітря, м/с; С - масова концентрація повітря в повітряно-бетонному потоці; vвит - швидкість витання часток крупного заповнювача, м/с; vм - швидкість руху часток бетонної суміші, м/с; лм - коефіцієнт опору матеріалу; - подача компресора, м3/с; - показник адіабати; V - відносна швидкість повітря в камері руйнування, м/с (див. формулу 2.6); с - швидкість звука, м/с; - щільність повітря в середині камери руйнування, кг/м3; ж - коефіцієнт місцевого опору; K1, K2 - коефіцієнти опору руху суміші через конфузор і перегини шланга.

В таблиці 1 наведені результати розрахунку загальних витрат потужності на перекачування бетонних сумішей у двох випадках: за схемою композиційного транспортування (Nобщ) і при використанні прямоточних розчинобетононасосів (Nдв), для кінцевої рухомості суміші П=7см при незмінній висоті підйому H=4м.

Таблиця (1).

Порівняльні дані витрат потужності на процес подачі бетонних сумішей при різноманітній дальності транспортування.

z - кількість розчинобетононасосів.

Розрахунки показують, що при композиційному транспортуванні суміші на далекі відстані витрати потужності складають менше 70% від витрат потужності при перекачуванні бетонних сумішей насосами, які працюють в аналогічних умовах.

Експериментальні дослідження обладнання композиційного транспортування бетонних сумішей. З метою перевірки адекватності запропонованих математичних моделей і висунутих тверджень проведені експериментальні дослідження.

Були досліджені:

вплив конструктивних особливостей камери змішування на процес турбуленізації повітряно-бетонного потоку;

розподіл поля швидкостей повітряного потоку в гасителі після удару вільно затопленого струменя об екран і на вході в повітровідділювач, що виконан по SICI-спіралі;

стан повітряно-бетонного потоку після камери змішування з метою визначення умов початку автомодельного режиму його руху.

Для проведення досліджень використовувався комплект обладнання, що входить до технологічної схеми, наведеної на (рис. 1).

Досліджувався характер взаємодії потоків бетонної суміші і стислого повітря в камері руйнування, в яку повітря надходило з повітряної камери через ряд сопел круглого перетину (рис. 2).

На виході з камери змішування здійснювалася фотозйомка повітряно-бетонного потоку. Оцінка стану повітряно-бетонного потоку і розмір часток суміші в ньому визначалися по фотографіям. Експерименти проводилися навколо точки факторного простору, де припускався, згідно теоретичним уявленням, оптимум. Реалізований був не весь експеримент, а тільки репліка, враховуючи результати проведених дослідів за алгоритмом оптимізації “розгалужень і меж”.

Аналіз результатів досліджень підтвердив теоретичні висновки: на виході з камери змішування був досягнутий турбулентний повітряно-бетонний потік при наступних значеннях факторів: тиску в повітряній камері - 0,15 МПа, діаметрі сопел подачі повітря d=3 мм; відстані від початку повітряної камери до першого ряду сопел - 25 мм; відстані між рядами сопел - 25 мм; рухомості бетонної суміші П=11…13 см.

Експерименти проводилися при швидкості повітря на зрізі сопел подачі в камеру руйнування vп=145 м/с і швидкості повітря на виході з камери змішування vк=41,4 м/с.

Для визначення швидкостей повітряного потоку в зоні розвороту гасителя після удару вільно затопленого струменя об екран був виготовлений стенд. Тарування даного стенду здійснювалося за допомогою анемометра У5 ГОСТ6376-84. Заміри проводилися на висотах від 10 мм до 200 мм при різноманітних відстанях від наконечника трубопроводу до екрану, кутах взаємного зіткнення струменя з екраном і різноманітній швидкості повітря на осі струменя.

Дослідження розподілу швидкостей повітря на різноманітних відстанях від екрану як по горизонталі, так і по вертикалі дозволили зробити висновок про низьку транспортуючу спроможність струменя повітря, що стелиться вздовж екрану, і підтвердили висновок про те, що вологе повітря видаляється з гасителя за допомогою повітровідділювачів, профіль яких виконаний по SICI-спіралі.

Результати досліджень розподілу швидкості повітря при ударі об екран і на вході в повітровідділювач дозволили оптимізувати конструктивні параметри гасителя і перейти до досліджень удару повітряно-бетонного потоку з його екраном. Дослідження показали, що налипання суміші на екрані гасителя при куті И =30° буде практично відсутнім. Крім того, кут співудару повітряно-бетонного потоку з екраном гасителя впливає не тільки на розподіл швидкостей в повітряному струмені вздовж екрану, але й на процес розвантаження гасителя, що в свою чергу визначає аеродинаміку вилучення вологого повітря.

Автомодельність процесу транспортування бетонної суміші по трубопроводу оцінювалась її однорідністю на виході з трубопроводу. Результати обробки експериментальних даних показали, що, починаючи з 12 метрів руху повітряно-бетонного потоку, настає автомодельний режим, що співпадає з результатами раніше проведених теоретичних досліджень.

Показниками, що характеризують роботу обладнання для композиційного транспортування бетонних сумішей, прийняті:

У1 - змінення рухомости бетонної суміші;

У2 - змінення однорідності бетонної суміші;

У3 - витрати потужності на транспортування бетонної суміші.

Факторами, що впливають на роботу обладнання, були обрані: x1 - швидкість повітряного потоку на зрізі наконечника транспортного трубопроводу, v, м/с; x2 - кут, під яким потік бетонної суміші співударяється з екраном гасителя - И, рад; x3 - відстань від зрізу наконечника транспортного трубопроводу до екрану гасителя, L1, м; x4 - дисперсія значень ваги крупного заповнювача в бетонній суміші, що подається в розчинобетононасос, т, кг; x5 - вхідна рухомість бетонної суміші до транспортування П0, см; x6 - довжина транспортного трубопроводу від насоса до камери змішування L2, м; x7 - довжина транспортного трубопроводу від камери змішування до гасителя L3, м.

В результаті математичної обробки експериментальних даних отримані адекватні рівняння регресії для визначення всіх вищенаведених функцій. На рис. 7 і рис. 8 наведені перетини факторного простору за осями в точці з координатами:

x1=-1 (v=40 м/с); x2=1 (И = 0,75 рад); x3=1,8 (L1=0,59 м); x4=0 (т = 0,1кг); x5=0 (Писх=14 см); x6=-1 (L2=44м); x7=0 (L3=100м).

Наведені графічні залежності в кодованому вигляді ілюструють вплив окремих параметрів обладнання і процесу композиційного транспортування на показники, що досліджуються.

Аналіз виконаних досліджень показав, що теоретичні передумови підтверджені експериментально, а обладнання, що розроблене, дозволяє за рахунок гасителя отримати в кінцевій точці транспортування малорухомі та в деяких випадках жорсткі суміші при знижених витратах потужності.

Практичне застосування результатів досліджень.

Розроблені алгоритми розрахунку:

камери змішування;

гасителя;

енерговитрат при використанні обладнання композиційного транспортування.

Наведені результати розрахунку камери змішування в редакторі Excel.

В додатку Ж дисертаційної роботи наведено розрахунки енерговитрат також в редакторі Excel при різноманітних умовах роботи обладнання.

Розроблено принципи створення обладнання композиційного транспортування.

В таблиці 2 наведені основні характеристики комплекту обладнання композиційного транспортування бетонних сумішей з різноманітними значеннями максимального діаметру заповнювача.

Обладнання, що розроблене і виготовлене на кафедрі “Механізації будівельних процесів” Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури, використовувалось при будівництві магазина будматеріалів в м. Полтаві. Проведені роботи проілюстрували ефективність використання обладнання композиційного транспортування бетонних сумішей на далекі відстані: при вхідній рухомості суміші П1=11 см на виході була отримана рухомість суміші П2=6 см.

Таблиця (2).

Характеристики обладнання композиційного транспортування бетонних сумішей.

Техніко-економічне обгрунтування використання комплекту обладнання композиційного транспортування. Річний економічний ефект від використання одного комплекту обладнання композиційного транспортування продуктивністю Птехн.=3,6-4,0м3/год при виробничій програмі 2400 м3 бетону/рік складає 24368 грн.

ВИСНОВКИ

1. Для умов композиційного транспортування будівельних сумішей на дальні відстані з можливістю зниження їх початкової рухомості створене обладнання, що включає додаткову камеру змішування і гаситель, який слід розташовувати на відстані 0,6 м від наконечника трубопроводу.

2. З'ясовано механізм переходу суцільного потоку бетонної суміші в повітряно-бетонний потік шляхом створення турбулентної течії стислого повітря з великими вихорами, на підставі чого обгрунтовані конструктивні особливості додаткової камери змішування. При цьому дальність транспортування суміші повинна визначатись з урахуванням руху повітряно-бетонного потоку в автомодельному режимі.

3. Турбулентний повітряно-бетонний потік при використанні сумішей рухомістю П=11…13 см і пересувної компресорної установки досягається на виході з камери змішування, що має наступні конструктивні параметри:

діаметр сопел подачі стислого повітря в камеру руйнування - d=3 мм;

кількість рядів сопел по довжині камери - 3;

кількість сопел в одному ряді - 6.

4. Профіль повітровідділювача в гасителі запропоновано виконувати по SICI-спіралі, що визначена виявленими умовами розподілу потоків суміші і вільної води: кут співудару потоку будівельної суміші з екраном гасителя Q=30є. Встановлено, що кут співудару повітряно-бетонного потоку з екраном гасителя впливає не тільки на розподіл швидкостей в повітряному струмені, але і на процес розвантаження гасителя, а, отже, на аеродинаміку вилучення вологого повітря.

5. Знайдено критерій оптимізації умов використання обладнання композиційного транспортування будівельних сумішей - мінімізація енерговитрат на процес транспортування. Експериментально доведено, що розроблене обладнання дозволяє на виході з гасителя одержувати малорухомі бетонні суміші (П2 ? 7 см) при використанні початкової рухомості сумішей П1=11…13 см.

При цьому гранична дальність транспортування Lmax=300…400м; Нmax=70м, а енерговитрати в 1,5 …2,5 рази нижче у порівнянні з енерговитратами на подачу таких же сумішей з вищезазначеною кінцевою рухомістю групою прямоточних двопоршневих розчинобетононасосів.

6. Побудовано адекватні математичні залежності зміни рухомості і однорідності бетонних сумішей, а також витрат потужності обладнанням від основних параметрів композиційного транспортування. При цьому встановлено параметри, що визначають робочий процес:

- швидкість повітряного потоку на зрізі наконечника транспортного трубопроводу;

- відстань від зрізу наконечника транспортного трубопроводу до екрану гасителя;

- початкові рухомість та однорідність бетонної суміші.

7. На підставі теоретичних і експериментальних досліджень розроблено алгоритми розрахунку обладнання композиційного транспортування, які дозволили сконструювати додаткову камеру змішування і гаситель, виконати аналіз витрат потужності обладнанням.

8. Обладнання композиційного транспортування використане для бетонування фундаменту магазина будматеріалів підприємства ПП “Вітас” (м. Полтава).

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Емельянова И.А., Баранов А.Н., Задорожний А.А., Никонов Д.В., Лихолет М.А. Изучение возможностей двухпоршневых прямоточных растворобетононасосов для транспортирования бетонных смесей // Науковий вісник будівництва, - Вип.8. -Х.: ХДТУБА. - 1999. - С.149-154.

2. Емельянова И.А., Баранов А.Н., Никонов Д.В. Теоретические основы взаимодействия потоков бетонной смеси и сжатого воздуха при композиционном транспортировании // Зб. наукових праць, - Вип.6, ч.1. - Полтава: ПДТУ. - 2000. - С.34-39.

3. Емельянова И.А., Баранов А.Н., Никонов Д.В. Особенности композиционного транспортирования строительных смесей // Вестник Харьковского государственного автомобильно-дорожного университета, - Вып. 12,13. - Харьков: ХГАДТУ. - 2000. - С.131-135.

4. Емельянова И.А., Баранов А.Н., Никонов Д.В. Выявление условий усреднения скоростей частиц воздушно-бетонного потока при композиционном транспортировании // Техніка будівництва України: Академія будівництва України -№ 9 -К: 2001, - С.26-28.

5. Емельянова И.А., Баранов А.Н., Сигаев А.А., Никонов Д.В., Саханенко П.В. Условия стабилизации воздушно-бетонного потока бетонной смеси при процессах торкретирования // Научн. труды КГПУ - Вып.1. -Кременчуг: КГПУ 2001. - С.445-447.

6. Емельянова И.А., Баранов А.Н., Сигаев А.А., Никонов Д.В., Саханенко П.В. Особенности процесса торкретирования при использовании нового оборудования // Труды международной научно-технической конференции “Интерстроймех-2001”. - Санкт-Петербург: СПбГТУ. - 2001. - С.289-291.

7. Емельянова И.А., Баранов А.Н., Никонов Д.В. Теоретические основы оборудования для композиционного транспортирования бетонных смесей // Коммунальное хозяйство городов. -Вып.42. -Киев: Техника. -2002. - С.63-69.

8. Емельянова И.А., Баранов А.Н., Задорожний А.А., Никонов Д.В., Непорожнев А.С. Новое оборудование для торкрет-работ // Труды международной научно-технической конференции “Интерстроймех-2002”. - Могилев: МГТУ - 2002. - С.41-43.

9. Емельянова И.А., Баранов А.Н., Никонов Д.В. Результаты исследований оборудования для композиционного транспортирования бетонных смесей в условиях строительной площадки // Науковий вісник будівництва. - Вип.19. -Х: ХДТУБА. - 2002. - С.21-26.

10. Емельянова И.А., Непорожнев А.С., Никонов Д.В. Технологические комплекты оборудования для ремонта и реконструкции заданий и сооружений // Труды IV-ой международной научно-практической конференции: Проблеми економії енергії. - Львів: Львівська політехніка, - 2003. - С. 236 - 241.

11. Емельянова И.А., Баранов А.Н., Никонов Д.В., Непорожнев А.С. Особенности оборудования пневмотического набрызга для условий строительства // Промислова гідравліка і пневматика: Всеукраїнський науково-техничний журнал. - №1. - Вінниця: ВДАУ. - 2003. - С. 16-20.

12. Емельянова И.А., Баранов А.Н., Никонов Д.В. Оптимизация условий процесса композиционного транспортирования бетонных смесей // Науковий вісник будівництва. Вип. 21. - Х: ХДТУБА. - 2003. - С. 97-100.

13. Деклараційний патент на винахід 48338А Україна F17D1/00, B65G51/00. Спосіб подачі будівельних сумішей / Ємельянова І.А., Баранов А.М., Задорожний А.О., Ніконов Д.В. - Заявл. 27.12.1999. Опубл. 15.08.2002. Бюл.№8.

14. Деклараційний патент 50924Е 04F21/06, 21/12. Двоциліндровий диференційний розчинонасос з кулачковим приводом / Ємельянова І.А., Баранов А.М., Задорожний А.О., Непорожнєв О.С., Ніконов Д.В. - Заявл. 29.05.2001. Опубл. 15.11.2002. Бюл. №11.

Анотація

Ніконов Д.В. “Обладнання для композиційного транспортування бетонних сумішей”. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.02 - Машини для виробництва будівельних матеріалів і конструкцій. - Харківський державний технічний університет будівництва і архітектури, Харків, 2004.

Дисертація присвячена розкриттю механізмів взаємодії суцільного потоку бетонної суміші зі стислим повітрям в камері змішування і поведінки повітряно-бетонного середовища при зустрічі з екраном гасителя, що дозволяє створити обладнання композиційного транспортування бетонних сумішей з можливістю керувати їхніми реологічними характеристиками з метою досягнення мінімальної рухомості.

Обгрунтовані конструктивні особливості додаткової камери змішування, що забезпечує створення турбулентної течії стислого повітря з великими вихорами.

Виявлені умови розподілу потоків суміші і вільної води, на підставі чого обрана схема гасителя. Пропонується профіль повітровідділювача виконати по SICI-спіралі.

Побудовані адекватні математичні моделі залежності зміни рухомості і однорідності бетонних сумішей, а також витрат потужності від основних параметрів процесу композиційного транспортування.

Розроблено алгоритми розрахунку обладнання.

Визначена ефективність використання одного комплекту обладнання.

Ключові слова: бетонна суміш, повітряно-бетонний потік, турбулентні потоки стислого повітря, камера змішування, гаситель, обладнання композиційного транспортування, витрати потужності.

Аннотация

бетонний суміш повітря транспортування

Никонов Д.В. “Оборудование для композиционного транспортирования бетонных смесей”. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.02 - Машины для производства строительных материалов и конструкций. - Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, Харьков, 2004.

Диссертация посвящена раскрытию механизмов взаимодействия сплошного потока бетонной смеси со сжатым воздухом в камере смешения и поведения воздушно-бетонной среды при встрече с экраном гасителя, что позволяет создать оборудование композиционного транспортирования бетонных смесей с возможностью управлять их реологическими характеристиками с целью достижения минимальной подвижности.

Предложен принципиально новый способ транспортирования бетонных смесей, в котором реализован композиция гидро и пневмо транспорта. На первом этапе транспортируется бетонная смесь с низкими значениями напряжения сдвига и вязкости за счет повышенного содержания влаги, что позволяет продлить путь транспортирования бетонной смеси. На втором этапе происходит диспергирование бетонной смеси, и она транспортируется в виде воздушно-бетонного потока причем, свободная вода в виде тумана находится в газообразной фазе. В конце транспортирования происходит разделение воздушно-бетонного потока на бетонную смесь и поток воздуха, содержащий свободную воду. За счет выше описанных эффектов удаётся значительно снизить влагосодержание бетонной смеси в конце транспортирования.

Обоснованы конструктивные особенности дополнительной камеры смешения, обеспечивающей создание турбулентного течения сжатого воздуха с крупными вихрями.

Выявлены условия разделения потоков смеси и свободной воды, на основании чего выбрана схема гасителя. Предлагается профиль воздухоотделителя выполнить по SICI-спирали.

Найден критерий оптимизации условий использования оборудования для композиционного транспортирования строительных смесей - минимизация мощностных затрат на процесс их транспортирования.

Построены адекватные математические модели зависимости изменения подвижности и однородности бетонных смесей, а также затрат мощности от основных параметров процесса композиционного транспортирования.

Разработаны алгоритмы расчета оборудования.

Определена эффективность использования одного комплекта оборудования.

Ключевые слова: бетонная смесь, воздушно-бетонный поток, турбулентные потоки сжатого воздуха, камера смешения, гаситель, оборудование композиционного транспортирования, мощностные затраты.

Abstract

Nikonov D.V. “Machinery for composite transporting of concrete mixtures”. Manuscript.

Candidate's thesis for a scientific degree in speciality 05.05.02 - Vehicles for manufacturing building materials and constructions, Kharkiv State Technical University of Construction and Architecture, Kharkiv, 2004.

The thesis is dedicated to the interaction of the concrete mixture continuous flow with the compressed air in the mixing chamber as well as to the behavour of the air-concrete medium while meeting with the screen extinguisher. All this enables to create machinery for composite transporting of concrete mixtures and to control their reological characteristics to reach the least mobility.

The constructive peculiarities of the additional mixing chamber which provides creating the turbulent flow of the compressed air with great whirlwinds have been grounded.

The conditions of the mixture flow and free water division have been revealed. According to this un extinguisher scheme has been choosen. It is offered the airseparator profile to be made according to SICI-spiral.

Adequate mathematical models of the changing dependence of the movability and homogeneouty of the concrete mixtures as well as power expenditures from the main parametres of the composite transporting process have been built.

Algoritms of the machinery calculation have been elaborated.

The efficiency of one-set machinery usage has been determined.

Key words: concrete mixtures, air concrete flow, turbulent flow of the compressed air, mixing chamber, extinguisher, machinery of composite transporting, power expenditures.

План 2004 р.

Підписано до друку 31.03.04 Формат 60841/16. Папір друк. № 2

Надруковано на різографі. Умовн. друк. арк.. 0,9 Обл.-вид. арк. 1,0.

Тираж 120 прим. Зам. № 804 Безкоштовно.

ХДТУБА, 61002, м. Харків, вул. Сумська, 40

Підготовлено та надруковано РВВ Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури

Размещено на Allbest.ru