Вестник отделения строительных наук РААСН 2011 №15

Подождите немного. Документ загружается.

240

____________________________________________

УДК 519.876.5:693.546.3

(Научно-

исследовательский

КОНДРАЩЕНКО В И

(

Московский государственный университет путей сообщения

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РО

УПЛОТНЕНИЯ ЛЕГКОБЕТО

При ротационном у

плотнении бетонной смеси кинетическая энергия сообщается ее

частицам не воздушным потоком как при торкретировании а встречно вращающимися рот

рами [1]. Выбор и обоснование параметров роторных метателей для безвибрационного у

лотнения бетонных смесей был в

перимента на структурно-

имитационной модели ротационного уплотнения бетонных смесей

[2]. Результаты численного эксперимента были использованы для оптимизации параметров

опытно-

промышленной установки

ми. Общий в

ид установки представлен на рисунке

а)

Рисунок 1 – Опытно-

промышленный образец ротационной установки с металлическими роторами

а – узел установки: 1 –

металлические роторы

роторов; 3 –

электродвигатель; 4

вид установки: 1 – бункер-

накопитель бетонной смеси

4 – дозатор валковог

о типа

При работе установки бетонная смесь из бункера

па

ет на ленточный питатель 2 (рисунок

1, б), подающего бетонную с

месь

движение от электродвигателя 5 (рис

сунок 1, а

). При этом скорость встречно вращающихся роторов регулируется диаметро

шкивов, закрепленных на осях роторов и элект

Роторами бетонная смесь набрасывается в форму размещенную на поддоне движ

щемся синхронизированно под роторами на конвейерной линии

Работа

выполнена

по

пр

оекту

№

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ И СТРОИТ

МОСКВА

____________________________________________

_____________________________________________________________________

ЯРМАКОВСКИЙ В.Н.

исследовательский

институт строительной

физики РААСН, г. Москва)

КОНДРАЩЕНКО В.И.

, ГРЕБЕННИКОВ Д.А.,

СЕМАК А В

Московский государственный университет путей сообщения

, г Москва

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РО

ТАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

УПЛОТНЕНИЯ ЛЕГКОБЕТО

ННЫХ СМЕСЕЙ

плотнении бетонной смеси кинетическая энергия сообщается ее

частицам не воздушным потоком как при торкретировании, а встречно вращающимися рот

рами Выбор и обоснование параметров роторных метателей для безвибрационного у

лотнения бетонных смесей был в

ыполнен по результатам проведения вычислительного эк

имитационной модели ротационного уплотнения бетонных смесей

Результаты численного эксперимента были использованы для оптимизации параметров

промышленной установки

, вып

олненной предварительно с металлическими ротор

ид установки представлен на рисунке

б)

промышленный образец ротационной установки с металлическими роторами

металлические роторы; 2

– пластины,

расположенные вдоль образующих

электродвигатель; 4

– шкивы с клиноременной передачей; 5 –

рама установки б

накопитель бетонной смеси; 2

– ленточны

й питатель

о типа; 5

– электродвигатель; 6 –

металлические роторы

При работе установки бетонная смесь из бункера

накопителя 1 (рис

ет на ленточный питатель 2 (рисунок

1, б), а из него – в доза

тор валкового типа рисунок

месь

к металлическим роторам 6 (рисунок

движение от электродвигателя 5 (рис

унок 1, б) посредство

м клиноременной передачи р

При этом скорость встречно вращающихся роторов регулируется диаметро

шкивов закрепленных на осях роторов и элект

родвигателя.

Роторами бетонная смесь набрасывается в форму, размещенную на поддоне движ

щемся синхронизированно под роторами на конвейерной линии.

оекту

№

-08-

13560

офи

Российского

фонда

фундаментальных исследований

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТ

ЕЛЬНЫХ

НАУК

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

_____________________________________________________________________

институт строительной

СЕМАК А.В.

, г. Москва)

ТАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

ННЫХ СМЕСЕЙ

плотнении бетонной смеси кинетическая энергия сообщается ее

частицам не воздушным потоком как при торкретировании а встречно вращающимися рот

о-

рами Выбор и обоснование параметров роторных метателей для безвибрационного у

п-

ыполнен по результатам проведения вычислительного эк

с-

имитационной модели ротационного уплотнения бетонных смесей

Результаты численного эксперимента были использованы для оптимизации параметров

олненной предварительно с металлическими ротор

а-

б)

промышленный образец ротационной установки с металлическими роторами

расположенные вдоль образующих

рама установки; б

– общий

й питатель; 3

– рама установки;

металлические роторы

накопителя 1 (рис

унок 1, б) посту-

тор валкового типа 4 (рисунок

1, б), приводимым в

м клиноременной передачи 4 (р

и-

При этом скорость встречно вращающихся роторов регулируется диаметро

Роторами бетонная смесь набрасывается в форму размещенную на поддоне, движ

у-

офи ц Российского фонда фундаментальных

исследований

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТЕЛЬНЫХ

НАУК

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

_________________________________________________________________________________________________________________

241

Было установлено, что использование металлических роторов приводит к существен-

ному изменению гранулометрического состава заполнителей, вызванному дроблением пре-

имущественно крупного заполнителя, относительное содержание которого может снижаться

в зависимости от скорости метания бетонной смеси в среднем на 39 (при скорости 20 м/с) и

на 67% (при скорости 40 м/с) от исходного состава (рисунок 2).

Рисунок 2 – Изменение гранулометрического состава заполнителей в зависимости от линейной

скорости их метания на установке с металлическими роторами: а – исходный состав;

б – скорость метания 20 м/с; в – то же, 30 м/с; г – то же, 40 м/с

Для возможного исключения или, по крайней мере, существенного уменьшения этого

негативного эффекта при ротационном уплотнении легкобетонной смеси была разработана

конструкция роторов с эластичными элементами. Принципиальная схема узла формования

представлена на рисунке 3.

Основным рабочим органом устройства является двухроторная метательная головка, у

которой лопастные роторы 1 и 2 (см. рисунок 3) вместо жестких металлических лопастей ос-

нащены эластичными трубчатыми элементами 3, установленными параллельно образующей

цилиндрических роторов. При этом роторы смонтированы так, что они непрерывно взаимо-

действуют между собой во всех фазах перемещения друг относительно друга. Такое решение

уменьшает захват воздушных масс, а перемещение смеси производится путем защемления ее

элементарными порциями в полостях 4 между роторами, образующимися в те моменты, ко-

гда выступающий трубчатый элемент одного ротора совпадает при вращении с промежутком

между двумя соприкасающимися трубчатыми элементами другого ротора.

Для обеспечения заданных геометрических размеров (толщины и ширины) формуемо-

го изделия 5 в конструкцию формующего узла вводится система подачи с повышенной точ-

ностью дозировки, состоящая из расходного бункера 6 с регулирующей заслонкой 7, ленточ-

ного транспортера 8 и калибрующего барабана 9. Кроме того, для ограничения бокового рас-

сеивания сырьевой смеси приводной барабан 10 транспортера 8 и лопастной ротор 2 со сто-

роны разгрузочного конца транспортера снабжены ребордами 11.

Для точной регулировки постоянства водосодержания узел формования снабжен сис-

темой вторичного доувлажнения путем распыления воды форсунками 12.

Тем самым вода затворения вводится в два этапа: на первом этапе – в процессе пред-

варительного перемешивания смеси при подготовке ее к формованию роль воды заключается

в предварительном смачивании сухих компонентов, устраняя, таким образом, пылеобразова-

ние; на втором этапе вода вводится вблизи от места укладки бетонной смеси, чем обеспечи-

51,01

16,47

15,3

3,83

30,3

1,53

10,53

3,07

16,49

53,08

8,33

1,8

0,47

4,5

1,64

35,72

16,94

0,51

1,54

5,03

2,13

4,21

35,59

20,14

1,07

21,43

2,43

1,32

3,98

0,88

2,37

5,62

14,4

2,12

30-20 мм 20-10 мм 10-5 мм 5-2,5 мм 2,5-1,25 мм 1,25-0,63 мм 0,63-0,315

мм

0,315-0,14

мм

< 0,14 мм

242

____________________________________________

ваются сок

ращение уноса воды воздухом стабильность состава бетона и достигается доу

лажнение смеси до требуемого водоцементного отношения

Рисунок 3 –

Схема узла форм

Для опытно-

промышленного образ

ными испытаниями было выявлено повышение производительности от нескольких до сотни

кубометров бетонной смеси в час уменьшение непроизводительных энергозатрат на дробл

ние заполнителя и его отскок; возможност

кости; сокращение (по сравнению с ме

улучшение санитарно-

гигиенических условий работы в связи с устранением пыления а также

вибрации на рабочих местах; обеспечен

счет существенного (в разы) уменьшения степени дробления крупного заполнителя а также

сокращения объемов уноса мелких частиц заполнителя с воздушным потоком

На следующем этапе повышения эффективности

ного способа уплотнения легкобетонных смесей усовершенствование конструкции роторн

го метателя было направлено на упрощение конструкции повышение ее производительн

сти и расширение технологических возможностей рисунок

Установка снабжена установленным на входе в метатель рассекателем системой у

лажнения загруженной смеси узлом периодической остановки питателя и гитарой

синхронизатором. Предусматривается увлажнение внутренних и внешних слоев смеси Узел

периодической ос

тановки питателя выполнен в виде связанного с приводом питателя храп

вого механизма. Гитара-

синхронизатор кинематически связана с питателем и смонтирована на

соединенных с приводом валах роторов с возможностью изменения расстояния между ними

При этом пове

рхность роторов выполнена в виде чередующихся выступов и впадин причем

радиус последних значительно превышает радиус выступов а выступы роторов находятся

напротив один другого с образованием полости между двумя впадинами для захвата укру

ненной элемента

рной порции метаемой смеси

Форсунки системы увлажнения внутренних слоев смеси установлены во внутренней

зоне рассекателя и направлены на внутренние слои подаваемой смеси а форсунки увлажнения

внешних слоев смеси установлены с наружных сторон рассекателя

слои подаваемой в метатель смеси

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ И СТРОИТ

МОСКВА

____________________________________________

_____________________________________________________________________

ращение уноса воды воздухом, стабильность состава бетона и достигается доу

лажнение смеси до требуемого водоцементного отношения

Схема узла форм

ования изделия из легкобетонных

смесей (см. пояснения в тексте)

промышленного образ

ца метате

льного устройства (рисунок

ными испытаниями было выявлено: повышение производительности от нескольких до сотни

кубометров бетонной смеси в час; уменьшение непроизводительных энергозатрат на дробл

ние заполнителя и его отскок; возможност

ь укладки смесей повышенной с и выше жес

кости сокращение по сравнению с ме

таллическими роторами) на 12-

гигиенических условий работы в связи с устранением пыления а также

вибрации на рабочих местах; обеспечен

ие бó

льшей стабильности состава бетонной смеси за

счет существенного в разы) уменьшения степени дробления крупного заполнителя а также

сокращения объемов уноса мелких частиц заполнителя с воздушным потоком

На следующем этапе повышения эффективности

практической реализации ротацио

ного способа уплотнения легкобетонных смесей усовершенствование конструкции роторн

го метателя было направлено на упрощение конструкции, повышение ее производительн

сти и расширение технологических возможностей (рисунок 5).

Установка снабжена установленным на входе в метатель рассекателем системой у

лажнения загруженной смеси, узлом периодической остановки питателя и гитарой

синхронизатором Предусматривается увлажнение внутренних и внешних слоев смеси Узел

тановки питателя выполнен в виде связанного с приводом питателя храп

синхронизатор кинематически связана с питателем и смонтирована на

соединенных с приводом валах роторов с возможностью изменения расстояния между ними

рхность роторов выполнена в виде чередующихся выступов и впадин причем

радиус последних значительно превышает радиус выступов), а выступы роторов находятся

напротив один другого с образованием полости между двумя впадинами для захвата укру

рной порции метаемой смеси.

Форсунки системы увлажнения внутренних слоев смеси установлены во внутренней

зоне рассекателя и направлены на внутренние слои подаваемой смеси, а форсунки увлажнения

внешних слоев смеси установлены с наружных сторон рассекателя

и направлены на внешние

слои подаваемой в метатель смеси.

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТ

ЕЛЬНЫХ

НАУК

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

_____________________________________________________________________

ращение уноса воды воздухом стабильность состава бетона и достигается доу

в-

ования изделия из легкобетонных

льного устройства (рисунок

4) проведен-

ными испытаниями было выявлено повышение производительности от нескольких до сотни

кубометров бетонной смеси в час уменьшение непроизводительных энергозатрат на дробл

е-

ь укладки смесей повышенной (60 с и выше) жес

т-

% угла метания

;

гигиенических условий работы в связи с устранением пыления, а также

льшей стабильности состава бетонной смеси за

счет существенного в разы уменьшения степени дробления крупного заполнителя, а также

сокращения объемов уноса мелких частиц заполнителя с воздушным потоком.

практической реализации ротацио

н-

ного способа уплотнения легкобетонных смесей усовершенствование конструкции роторн

о-

го метателя было направлено на упрощение конструкции повышение ее производительн

о-

Установка снабжена установленным на входе в метатель рассекателем, системой у

в-

лажнения загруженной смеси узлом периодической остановки питателя и гитарой

синхронизатором Предусматривается увлажнение внутренних и внешних слоев смеси. Узел

тановки питателя выполнен в виде связанного с приводом питателя храп

о-

синхронизатор кинематически связана с питателем и смонтирована на

соединенных с приводом валах роторов с возможностью изменения расстояния между ними.

рхность роторов выполнена в виде чередующихся выступов и впадин (причем

радиус последних значительно превышает радиус выступов а выступы роторов находятся

напротив один другого с образованием полости между двумя впадинами для захвата укру

п-

Форсунки системы увлажнения внутренних слоев смеси установлены во внутренней

зоне рассекателя и направлены на внутренние слои подаваемой смеси а форсунки увлажнения

и направлены на внешние

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ И СТРОИТ

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

_____________________________________

_______________________________________________

а)

Рисунок 4 – Опытно-

промышленный образец ротационной установки с эластичными роторами

а – общий вид установки: 1

–

3 – рама установки; 4 –

дозатор валкового типа

валкового типа 4; 6 –

эластичные роторы б

2 –

направляющий желоб подачи бетонной смеси в межроторное пространство

3 –

электродвигатели роторов

Приведем описание работы предложенной конструкции роторного метателя

Перед началом работы в бункер фиг на рисунке загружают увлажненную легк

бетонную смесь 8 и вкл

ючают привод После того как частота вращения роторов и м

тателя 5 достигнет заданного значения включают привод питателя с храповым механизмом

17 (фиг. 5 на рисунке 5) узла 13 синхронной подачи ленточного питателя Увлажненная

смесь поступает

на рассекатель 11, которым разделяется на два симметричных потока

Посредством форсунок 12, 16 и доувлажняются соответственно внутренние и н

ружные слои смеси 8. При этом факел распыления воды форсунками ее расход и дискре

ность подачи регулируются сог

требуемыми водоцементным отношением и производительностью установки

Равномерно увлажненная смесь поступает в промежуток между встречно враща

щимися роторами 9 и 10, из которых дискретными порци

зующимися между впадинами 20 роторов и вбрасывается на формуемую поверхность

при меньшем, чем при использовании металлических роторов угле метания

тем самым равномерность распределения смеси по всей

Дальнейшее усовершенствование конструкции роторного метателя было направлено

на придание дополнительного импульса метаемой связной растворной или бетонной смеси за

счет введения эластичных волнообразных элементов закрепля

(рисунок 6).

Это позволяет уменьшить угол метания

уменьшения производительности установки следовательно снизить и энергозатраты обе

печить стабильность состава уплотняемой бетонной см

крупного пористого заполнителя и потерь воды затворения с мелкими песчаными частицами

и цементом, уносимыми потоком воздуха так как метание смеси происходит в консолидир

ванных объемах, а не в виде дискретных частиц

Конст

руктивные особенности роторного метателя по патенту на полезную модель

№84296 позволяют усилить импульс от разжимающихся эластичных элементов на повер

ности роторов, что достигается введением пружин как это поясняет рисунок При этом

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТ

ЕЛЬНЫХ

НАУК

_______________________________________________

_____________________________

б)

промышленный образец ротационной установки с эластичными роторами

–

бункер-накопитель бетонной смеси; 2 –

ленточный питатель

дозатор валкового типа; 5

– электро

двигатель с редуктором дозатора

эластичные роторы; б

– узел установки: 1 –

эластичные роторы

направляющий желоб подачи бетонной смеси в межроторное пространство

электродвигатели роторов;

4 – шкивы с клиноременной передачей; 5 –

рама установки

Приведем описание работы предложенной конструкции роторного метателя

Перед началом работы в бункер 3 (фиг. 1 на рисунке 5) загружают увлажненную легк

ючают привод 2. После того, как частота вращения роторов и м

тателя достигнет заданного значения, включают привод питателя 4 с храповым механизмом

фиг на рисунке узла 13 синхронной подачи ленточного питателя Увлажненная

на рассекатель 11, которым разделяется на два симметричных потока

Посредством форсунок 12, 16 и 15 доувлажняются соответственно внутренние и н

ружные слои смеси При этом факел распыления воды форсунками, ее расход и дискре

ность подачи регулируются сог

ласно дискретности подачи смеси 8, а также в соответствии с

требуемыми водоцементным отношением и производительностью установки

Равномерно увлажненная смесь 8 поступает в промежуток между встречно враща

щимися роторами и из которых дискретными порци

ями 7 (фиг. 2 на рисунке обр

зующимися между впадинами 20 роторов 9 и 10, вбрасывается на формуемую поверхность

при меньшем чем при использовании металлических роторов, угле метания

тем самым равномерность распределения смеси по всей

бетонируемой поверхности изделия

Дальнейшее усовершенствование конструкции роторного метателя было направлено

на придание дополнительного импульса метаемой связной растворной или бетонной смеси за

счет введения эластичных волнообразных элементов, закрепля

емых на поверхности роторов

Это позволяет уменьшить угол метания

, снизить скорость вращения роторов без

уменьшения производительности установки (следовательно, снизить и энергозатраты обе

печить стабильность состава уплотняемой бетонной см

еси за счет уменьшения дробления

крупного пористого заполнителя и потерь воды затворения с мелкими песчаными частицами

и цементом уносимыми потоком воздуха, так как метание смеси происходит в консолидир

ванных объемах а не в виде дискретных частиц.

руктивные особенности роторного метателя по патенту на полезную модель

№ позволяют усилить импульс от разжимающихся эластичных элементов на повер

ности роторов что достигается введением пружин, как это поясняет рисунок При этом

_____________________________

243

промышленный образец ротационной установки с эластичными роторами

ленточный питатель;

двигатель с редуктором дозатора

эластичные роторы;

направляющий желоб подачи бетонной смеси в межроторное пространство;

рама установки

Приведем описание работы предложенной конструкции роторного метателя.

Перед началом работы в бункер фиг на рисунке загружают увлажненную легк

о-

ючают привод После того как частота вращения роторов 9 и 10 м

е-

тателя достигнет заданного значения включают привод питателя с храповым механизмом

фиг на рисунке узла синхронной подачи ленточного питателя 4. Увлажненная

на рассекатель которым разделяется на два симметричных потока.

Посредством форсунок и доувлажняются соответственно внутренние и н

а-

ружные слои смеси При этом факел распыления воды форсунками, ее расход и дискре

т-

ласно дискретности подачи смеси а также в соответствии с

требуемыми водоцементным отношением и производительностью установки.

Равномерно увлажненная смесь поступает в промежуток между встречно враща

ю-

ями фиг. 2 на рисунке 5), обр

а-

зующимися между впадинами роторов и вбрасывается на формуемую поверхность

при меньшем чем при использовании металлических роторов угле метания

, обеспечивая

бетонируемой поверхности изделия.

Дальнейшее усовершенствование конструкции роторного метателя было направлено

на придание дополнительного импульса метаемой связной растворной или бетонной смеси за

емых на поверхности роторов

снизить скорость вращения роторов без

уменьшения производительности установки следовательно снизить и энергозатраты), обе

с-

еси за счет уменьшения дробления

крупного пористого заполнителя и потерь воды затворения с мелкими песчаными частицами

и цементом уносимыми потоком воздуха так как метание смеси происходит в консолидир

о-

руктивные особенности роторного метателя по патенту на полезную модель

№ позволяют усилить импульс от разжимающихся эластичных элементов на повер

х-

ности роторов что достигается введением пружин как это поясняет рисунок 7. При этом

244

____________________________________________

вышеописанные эффек

ты по снижению угла метания

степени уплотнения смеси при меньшем числе оборотов роторов повышаются

Рисунок 5 –

Усовершенствованная конструкция

фиг. 1 – установка; фиг. 2 – т

о же узел

вид В на фиг. 3; фиг. 5 –

то же, кинематическая схема

питатель; 5 – метатель; 6 –

полость с элементарной порцией мет

бетонная смеси; 9, 10 –

роторы; 11

питателя 4; 14 – гитара-

синхронизатор

и внешних слоев смеси; 17 –

храпов

и впадины роторов

Рисунок 6 –

Усовершенствованная конструкция ротора по

элементарной порцией 2 метаемой смеси

5 –

эластичные волнообразные элементы

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ И СТРОИТ

МОСКВА

____________________________________________

_____________________________________________________________________

ты по снижению угла метания

и обеспечению достаточно высокой

степени уплотнения смеси при меньшем числе оборотов роторов повышаются

Усовершенствованная конструкция

роторного метателя по патенту РФ №

о же, узел

I на фиг.1; фиг. 3 – то же, разрез по А-

А на фиг фиг

то же, кинематическая схема

1 – станина; 2 – привод; 3

–

полость с элементарной порцией 7 мет

аемой

смеси

роторы; 11

– рассекатель; 12 – гидросистема; 13 –

узел прерывистой работы

синхронизатор; 15, 16

– форсунки соответственно для

увлажнения внутренних

храпов

ой механизм; 18 – цепная передача; 19, 20 –

соответственно выступы

и впадины роторов; 21

– направляющие; 22 – ползун

Усовершенствованная конструкция ротора по

патенту № 84295: 1

элементарной порцией метаемой смеси; 3, 4

– соответств

енно выступы и впадины роторов

эластичные волнообразные элементы; 6, 7

–

выступы и впадины эластичных элементов

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТ

ЕЛЬНЫХ

НАУК

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

_____________________________________________________________________

и обеспечению достаточно высокой

степени уплотнения смеси при меньшем числе оборотов роторов повышаются.

роторного метателя по патенту РФ № 85117

А на фиг.1; фиг. 4

– то же,

–

бункер; 4 – ленточный

смеси; 8

– растворная или

узел прерывистой работы

увлажнения внутренних

соответственно выступы

патенту № 84295: 1

– полость с

енно выступы и впадины роторов;

выступы и впадины эластичных элементов

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ И СТРОИТ

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

_____________________________________

_______________________________________________

Рисунок 7 –

Усовершенствованная конструкция ротора

с элементарной порцией 2 метаемой смеси

4, 5 –

соответственно выступы и впадины роторов

Выводы

1. С использованием предварительно выполненных численных экспериментов на

структурно-

имитационной модели ротационного уплотнения бетонных смесей

опытно-

промышленный образец ротационной установки с металлическими встречно враща

щимися роторами при соответствующих оптимизированных параметрах При испытании этого

образца бы

ло установлено, что металлические роторы приводят к интенсивному измельчению

заполнителя при существенном изменении его гранулометрического состава С целью расшир

ния области применения метательного устройства в частности для ротационного уплотнения

лег

кобетонных смесей, был создан опытно

трубчатыми роторами. Это позволило повысить эффективность метательного устройства за счет

упрощения его конструкции и расширения технологических возможностей при применении к

плотных, так и пористых заполнителей

2. Разработанные усовершенствованные

придать дополнительный вертикально направленный к уплотняемой поверхности

импульс метаемым порциям бетонной смеси чем достигается повышение

нения, уменьшение угла метания

обеспечить дискретную подачу на метатель укрупненных связных порций бетонной

смеси, чем сохраняется стабильность ее состава из

са воды и мелких частиц заполнителя воздушным потоком

обеспечить сохранение гранулометрического состава заполнителя с возможностью

широкого варьирования крупностью и видом заполнителей от плотного до пористого

1. Дюженко,

М.Г. Выбор и обоснование параметров роторных метательных устройств

для безвибрационного уплотнения бетонных смесей

ков, 1986. – 364 с.

2. Кондращенко, В.И. Определение параметров ротационной установки моделиров

нием п

роцесса уплотнения бетонной смеси Текст В И Кондращенко В Н Ярмаковский

А.П. Ковревский, Д.А. Гребенников Исследования и инновационные разработки РААСН

сб. ст. к общ. с

обр. РААСН: в 2 т

ИГАСУ, 2010. – С. 122-128.

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТ

ЕЛЬНЫХ

НАУК

_______________________________________________

_____________________________

Усовершенствованная конструкция ротора

по патенту № 84296: 1

с элементарной порцией 2 метаемой смеси; 3

–

эластичные волнообразные эле

соответственно выступы и впадины роторов; 6, 7

– выступы

и впадины эластичных элементов

– пружины; 9 – полусферические чаши

С использованием предварительно выполненных численных экспериментов на

имитационной модели ротационного уплотнения бетонных смесей

промышленный образец ротационной установки с металлическими встречно враща

щимися роторами при соответствующих оптимизированных параметрах. При испытании этого

ло установлено что металлические роторы приводят к интенсивному измельчению

заполнителя при существенном изменении его гранулометрического состава С целью расшир

ния области применения метательного устройства, в частности, для ротационного уплотнения

кобетонных смесей был создан опытно

промышленный образец установки с эластичными

трубчатыми роторами Это позволило повысить эффективность метательного устройства за счет

упрощения его конструкции и расширения технологических возможностей при применении к

плотных так и пористых заполнителей.

Разработанные усовершенствованные

конструкции роторов позволяют

придать дополнительный вертикально направленный к уплотняемой поверхности

импульс метаемым порциям бетонной смеси, чем достигается повышение

нения уменьшение угла метания

и, следова

тельно, отскока бетонной смеси

обеспечить дискретную подачу на метатель укрупненных связных порций бетонной

смеси чем сохраняется стабильность ее состава из

за уменьшения негативного эффекта ун

са воды и мелких частиц заполнителя воздушным потоком;

обеспечить сохранение гранулометрического состава заполнителя с возможностью

широкого варьирования крупностью и видом заполнителей (от плотного до пористого

Библиографический список

М Г Выбор и обоснование параметров роторных метательных устройств

для безвибрационного уплотнения бетонных смесей

: дисс.…докт. техн. наук Текст

Кондращенко В И. Определение параметров ротационной установки моделиров

роцесса уплотнения бетонной смеси [Текст] / В.И. Кондращенко В Н Ярмаковский

А П Ковревский Д А Гребенников // Исследования и инновационные разработки РААСН

обр РААСН в 2 т. /

Под ред. А.П. Кудрявцева [и др.]. –

_____________________________

245

по патенту № 84296: 1

– полость

эластичные волнообразные эле

менты;

и впадины эластичных элементов;

С использованием предварительно выполненных численных экспериментов на

имитационной модели ротационного уплотнения бетонных смесей

изготовлен

промышленный образец ротационной установки с металлическими встречно враща

ю-

щимися роторами при соответствующих оптимизированных параметрах. При испытании этого

ло установлено что металлические роторы приводят к интенсивному измельчению

заполнителя при существенном изменении его гранулометрического состава. С целью расшир

е-

ния области применения метательного устройства в частности для ротационного уплотнения

промышленный образец установки с эластичными

трубчатыми роторами Это позволило повысить эффективность метательного устройства за счет

упрощения его конструкции и расширения технологических возможностей при применении к

ак

конструкции роторов позволяют:

придать дополнительный вертикально направленный к уплотняемой поверхности

импульс метаемым порциям бетонной смеси чем достигается повышение

степени ее уплот-

тельно отскока бетонной смеси;

обеспечить дискретную подачу на метатель укрупненных связных порций бетонной

за уменьшения негативного эффекта ун

о-

обеспечить сохранение гранулометрического состава заполнителя с возможностью

широкого варьирования крупностью и видом заполнителей от плотного до пористого).

М Г Выбор и обоснование параметров роторных метательных устройств

дисс докт техн. наук [Текст].

– Харь-

Кондращенко В И Определение параметров ротационной установки моделиров

а-

роцесса уплотнения бетонной смеси Текст В И Кондращенко, В.Н. Ярмаковский,

А П Ковревский Д А Гребенников Исследования и инновационные разработки РААСН:

М.

-Иваново: РААСН,

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТЕЛЬНЫХ

НАУК

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

246

_________________________________________________________________________________________________________________

УДК 628.2(088.8)

ИВАНОВ В.Г., ЭРГАШЕВ Ш.Ш.

(Петербургский государственный университет путей

сообщения, г. Санкт-Петербург)

РАЗРАБОТКА НОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ПРЕДПРИЯТИЙ

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСП ОРТА

Сточные воды предприятий железнодорожного транспорта, производственные и дож-

девые являются опасными для окружающей среды. Они загрязнены нефтепродуктами, взве-

шенными веществами, тяжелыми металлами, щелочами, кислотами и др. соединениями.

Для разработки рациональной конструкции зоны механической очистки компактных

моноблочных очистных сооружений проведены теоретические и экспериментальные иссле-

дования процесса потокораспределения в тонкослойном полочном блоке, установленном под

углом β к направлению потока. С использованием закономерностей гидравлики переменной

массы получены уравнения [1], характеризующие этот процесс.

Предложен простой по изготовлению блок призматического типа, предназначенный

для установки под заданным углом к набегающему потоку. При этом под ним образуется

входной распределительный канал с линейным изменением его глубины по зависимости:





 1 





вх

. (1)

Теоретическим путем с использованием полученного уравнения (1) установлено, что

в этом случае возникает неравномерность распределения потока между тонкослойными эле-

ментами, причем в отдельных из них фактические скорости потока существенно отличаются

от средних скоростей по живому сечению блока. Величина и местоположение максимальных

скоростей зависят от средней скорости потока V

и значений К

, где К

– отношение площади

входного сечения распределительного канала к площади сечения полочного блока. В макси-

мально нагруженных тонкослойных элементах теоретически найденные скорости V

макс

зна-

чительно превышают средние расчетные значения, что может быть учтено введением в рас-

чет коэффициентов 

0.макс





макс.ф



(рисунок 1).

Во всех опытах на модели установки распределение потока в тонкослойных элемен-

тах при β = 5

, 15

, 30

и 45

было неравномерным (рисунок 2) и зависело как от угла β, так и

от задаваемой расчетной скорости V

. Удачное решение конструкции впускных устройств,

запроектированное на основании ранее проведенных гидравлических исследований, позво-

лило существенно снизить неблагоприятное влияние впуска жидкости в установку на рас-

пределение потока в полочном блоке.

В результате анализа лабораторных исследований найдено фактическое время пребы-

вания жидкости в зоне грубой механической очистки и осредненные значения расчетных ко-

эффициентов φ

ср

, характеризующих неравномерность распределения потока, рекомендуемые

для проектирования блоков тонкослойного отстаивания. Значения этих коэффициентов полу-

чены как средние для всех тонкослойных элементов, в которых зафиксированы скорости более

расчетной V

. Введение в расчетах подобного коэффициента позволяет учесть отрицательное

влияние неравномерности работы элементов блока и избежать излишнего завышения размеров

его, возникающего при расчете по одному отдельному, наиболее напряженно работающему

элементу блока с использованием коэффициента φ

макс

. Ввиду возможности более простого

определения φ

макс

такой подход в настоящее время так же широко применяется на практике.

Как было установлено, в диапазоне расчетных скоростей V

=1-8 мм/с; φ

ср

в значи-

тельно меньшей степени зависит от средней скорости V

, чем φ

макс

[5].

III СТРОИТЕЛЬНАЯ ФИЗИКА.

ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТЕЛЬНЫХ

НАУК

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

_________________________________________________________________________________________________________________

247

Рисунок 1 – Графики зависимости 

.макс

 



, 





– К

=0,1; – К

=0,5; – К

=1.

Рисунок 2 – Распределение потока между тонкослойными элементами при β=15

(К

=0,26):

– V

=1мм/с; – V

=3мм/с; – V

=5мм/с; – V

=8мм/с; m – номер эле-

мента в блоке

В результате математической обработки опытных данных Ш.Ш. Эргашевым получе-

ны аппроксимирующие зависимости для φ

ср

и φ

макс

, справедливые в диапазоне изменения

от 0,1 до 1:

(2)



0.макс



0,013

 0,2045

 2,08



 0,1154

(3)

Опытные значения коэффициентов φ

макс

во всем диапазоне исследований оказались

выше ранее теоретически найденных. Зафиксированные максимальные значения в опытах не

превышали φ

макс

=1,6÷1,8.

Как известно, тонкослойное отстаивание позволяет обеспечить извлечение уже на

стадии предварительной очистки до 80% эмульгированных нефтепродуктов без введения

химических реагентов и более 90% при обработке их химическими реагентами, а также из-

влечь основное количество механических примесей, что повышает эффективность после-

дующего фильтрования и адсорбционного извлечения оставшихся растворенных нефтепро-

дуктов и тяжелых металлов.

Для условий Узбекистана, где имеются залежи наиболее подходящего минерального сы-

рья, в качестве такого наиболее целесообразного сорбента можно рассматривать активирован-

ный алюмосиликатный адсорбент, технология получения и активации которого запатентованы

Петербургским государственным университетом путей сообщения в России и за рубежом [3]. С

целью определения условий его применения в разрабатываемых компактных установках прове-

дены опыты на реальных сточных водах Ташкентского тепловозовагоноремонтного завода.

В результате обработки опытных данных, полученных на коротких слоях адсорбента,

найдены осредненные значения коэффициентов динамической адсорбции К

адс

для после-

дующего пересчета полученных данных на реальную высоту слоя сорбционного фильтра.

,1154,018,1

1.0

ср

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТЕЛЬНЫХ

НАУК

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

248

_________________________________________________________________________________________________________________

Аппроксимирующая зависимость для коэффициентов динамической адсорбции в слое

сорбента высотой 300 мм в диапазоне изменения скорости фильтрации V

=2÷5 м/ч имеет вид:

адс.ф

 









исх

 0,055

 0,064V

 0,34, (4)

где С

исх

и С

–

исходная и остаточная концентрации нефтепродуктов в сточной воде, г/м

; 

–

скорость фильтрации, м/ч.

На основании проведенных исследований и полученных данных разработаны две

схемы локальных очистных сооружений с компактной моноблочной комбинированной уста-

новкой оригинальной конструкции [4], включающей зоны тонкослойного отстаивания, пла-

вающего механического фильтра с полистирольной загрузкой и сорбционного фильтра (рисунок

3), а также с отдельно стоящим отстойно-фильтрационым блоком и напорным сорбционным

фильтром, загруженным активированным алюмосиликатным адсорбентом.

Рисунок 3 – Схема компактной моноблочной установки для очистки сточных вод

Установка для очистки сточных вод, разработанная авторами, содержит: емкость 1,

устройство для подачи воды 2, поворотную трубу для удаления нефтепродуктов 3, ограничи-

тель зоны накопления нефтепродуктов 4, блок с тонкослойными элементами 5, каналы 6, пе-

репускное устройство 7, механический фильтр 8, плавающую загрузку 9, водосливную раз-

делительную стенку 10, перепускной трубопровод с обратным клапаном 11, распределитель-

но-водосборный коллектор сорбционного фильтра 12, сорбционный фильтр 13, трубопровод

для отвода регенерирующего раствора 14, загрузку активированного алюмосиликатного ад-

сорбента 15, дренажное днище 16, дисковые распределительные устройства (вариант дре-

нажные щелевые колпачки) 17, трубопровод для подачи регенерирующего раствора 18, тру-

бопровод для подачи промывной воды 19, трубопровод для отвода очищенной воды 20, во-

досборно-дренажную систему плавающего фильтра и отвода промывной воды 21, бункер для

осадка 22 с трубопроводами для его удаления, жалюзийную решетку 23.

Технический результат – повышение качества очистки сточной воды – в предложен-

ной конструкции установки достигается при одновременном снижении капитальных и экс-

плуатационных расходов за счет высокой эффективности предварительной механической и

фильтрационной очистки и глубокой доочистки сточных вод сорбцией при минимальных га-

баритах установки, поскольку обеспечивается оптимальное распределение потока между

тонкослойными элементами, реализуется оригинальная система промывки сорбционного и

плавающего фильтров, которая дает двойную экономию промывной воды.

Расчет тонкослойного блока механической очистки установки рекомендуется произ-

водить на задержание частиц с минимальной гидравлической крупностью U

, мм/с, опреде-

ляющей требуемую степень извлечения нефтепродуктов и взвешенных веществ:



 

0.ср



2





 

0.ср



 

, (5)

где φ

ср

– коэффициент, учитывающий гидравлические параметры установки, зависящий от угла

наклона блока тонкослойных элементов β (величины К

); с некоторым запасом вместо φ

ср

можно

использовать φ

макс

=f(К

, V

);



–

средняя скорость движения воды в пределах блока тонкослой-

ных элементов, мм/с; 2h – глубина тонкослойных элементов, мм; 

–

длина тонкослойных эле-

ментов, мм; α – угол наклона элементов к горизонту, обеспечивающий сползание осадка и эмуль-

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТЕЛЬНЫХ

НАУК

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

_________________________________________________________________________________________________________________

249

гированных частиц нефтепродуктов в зоны накопления и удаления, град; Q – расход сточных вод,

/ч; S – суммарная площадь эффективной поверхности блока тонкослойных элементов, м

Плавающие фильтры обеспечивают эффективную доочистку воды от оставшейся

взвеси и эмульгированных нефтепродуктов после механической очистки. Вследствие чего на

сорбционный блок установки поступает сточная вода, содержащая не более 5-10 мг/л рас-

творенных нефтепродуктов и до 5 мг/л взвешенных веществ. Расчет блока адсорбционной

очистки осуществляется в обычном порядке [5].

Необходимая высота рабочего слоя адсорбента определяется требуемым качеством

очистки сточных вод по лимитирующему виду загрязнений. Для стоков предприятий желез-

нодорожного транспорта это, как правило, нефтепродукты, содержание которых может быть

разным в зависимости от специфики предприятия. Проблемой является изъятие тонкодис-

персных и растворенных фракций. Анализ возможных вариантов решения данной задачи по-

зволяет сделать вывод о технологической и экономической целесообразности применения

сорбционной очистки. При этом попутно извлекаются растворенные нефтепродукты, тяже-

лые металлы, фенолы и т.п. растворенные загрязнения. Исследования сорбционной очистки

сточных вод Ташкентского тепловозовагоноремонтного завода, проведенные на коротких

слоях разработанного в Петербургском государственном университете путей сообщения ак-

тивированного алюмосиликатного адсорбента, позволили авторами установить зависимость

относительной концентрации нефтепродуктов в фильтрате:

ост

исх





адс

1К

адс



3,33Н

с.ф

, (6)

где С

исх

и С

ост

– исходная и остаточная концентрации нефтепродуктов в сточной воде, г/м

;

с.ф

– рабочая высота слоя сорбента, м; К

адс

– экспериментальная константа адсорбции неф-

тепродуктов в динамических условиях, зависящая при прочих равных условиях от скорости

фильтрации.

При С

исх

≤10мг/л, температуре 20-25

С и диапазоне скоростей фильтрации от 1 до

5 м/ч осредненные значения К

адс.ф

определяются по экспериментальной зависимости (4).

Высота слоя адсорбента в сорбционном фильтре Н

рекомендуется от 1 до 1,6 м при

исх

< 10мг/л. Время защитного действия загрузки в разработанной конструкции установки

обеспечивается не менее 24 ч и зависит от принятой скорости фильтрации. Регенерация ад-

сорбента осуществляется без изъятия его из фильтра, в отличие от активированного угля, по

мере снижения сорбционной активности только содой или дополнительно солями магния че-

рез два три цикла промывки фильтра водой [2]. Потеря сорбента при промывке и регенера-

ции составляет не более 10% в год. Эффективность его использования и восстановления

сорбционной активности при регенерации подтверждаются исследованиями, проведенными

в Российской Федерации, как на природных, так и на сточных водах, содержащих нефтепро-

дукты, тяжелые металлы и органические загрязнения.

Моноблочные компактные установки подобного типа для очистки производственных

сточных вод предприятий железнодорожного транспорта и поверхностного стока с их террито-

рии в условиях Узбекистана могут располагаться за пределами зданий и в стесненных условиях

действующих предприятий, что значительно удешевляет их строительство и эксплуатацию.

Для ориентировочной оценки эффективности очистки дождевых и производственных

сточных вод в условиях железнодорожного транспорта от нефтепродуктов в соответствии с

заданной расчетной гидравлической крупностью задерживаемых частиц U

могут быть ис-

пользованы данные [5] и другие исследования по кинетике тонкослойного отстаивания сточ-

ных вод (рисунок 4). Гидравлическая крупность 





60

соответствует эффекту Э%. При

этом необходимо учитывать, что в зоне грубой очистки задерживается от 50-80% грубодис-

персных нефтепродуктов и значительная доля механических примесей, а оставшаяся взвесь в

количестве до 80-50 мг/л, а также часть эмульгированных и растворенных нефтепродуктов с

диаметром частиц <100 мк обычно не более 100-150 мг/л. При этом на фильтры поступают

остаточные загрязнения, не выделенные в зоне механической очистки.