turbofreze

Curs 10 UEL Prof.univ.dr.ing.Gheorghe Voicu

MAINI PENTRU NDEPRTAREA ZPEZII PE TIMP DE IARN

Combaterea nzpezirilor datorate viscolului se poate face pe dou ci: - prin msuri constructive: nlarea platformei carosabilului; - prin dispozitive de protecie contra nzpezirilor (arbori, garduri, parazpezi).

1.1. Construcia mainilor pentru curat zpada

ndeprtarea zpezii cu mijloace mecanice:

pluguri care depun zpada pe marginea carosabilului (gredere, buldozere, tractoare sau autocamioane cu lam)

maini complexe turbofreze (pulverizatoare de zpad)

utilaje mecanice cu perie mecanic cilindric pentru straturi subiri de zpad. Frezele de zpad maini autopropulsate care preiau zpada direct de pe carosabil sau de pe marginea acestuia i o arunc la distan de zonele circulate.

Principiul de funcionare:

preluarea zpezii pe limea de lucru cu ajutorul unor rotoare cu spire sau benzi elicoidale dispuse frontal care pot fi prevzute cu cuite drepte sau zimate;

introducerea zpezii preluate de rotoare ntr-un ventilator-arunctor;

aruncarea i evacuarea n lateral la distan. Turbofrezele de zpad sunt prevzute cu motor suplimentar pentru acionarea rotoarelor i

ventilatorului arunctor, precum i a instalaiei hidraulice de ridicare i coborre sau pentru nclinarea platformei i rotirea carcasei ventilatorului arunctor.

Schema de principiu a turbofrezelor (pulverizatoarelor) de zpad 1.cuit de raclare; 2.rotoare cu benzi elicoidale; 3.ventilator arunctor; 4.conduct

de transport pneumatic; 5.fereastr de aspiraie; 6.benzi elicoidale

2. Calculul parametrilor ventilatorului-arunctor

Ventilatorul-arunctor are un efect combinat de ventilare i aruncare n funcie de densitatea particulelor: la particule uoare ventilare, la particule grele aruncare. Fereastra de alimentare a ventilatoruluiarunctor poate fi amplasat n diverse poziii de care depind randamentul ventilatorului i consumul de energie.

Carcasa are forma cilindric, iar paletele rotorului pot fi nclinate napoi, sub unghiul =5-15o, sau radiale, n acest caz realizndu-se o evacuare sigur fr nfundri. La particule grele evacuarea are loc n mai multe etape:

- micarea particulelor pe palete de la interior ctre carcas; - micarea particulelor pe conturul carcasei cilindrice;


- aruncarea particulelor de ctre palete n conducta de evacuare; - deplasarea particulelor n zbor, n conducta de transport; - deplasarea particulelor cu frecare pe deflector; - deplasarea particulelor n zbor, dincolo de conducta de transport.

Scheme de calcul pentru ventilatorularunctor 1.carcas; 2.disc; 3.palete; 4.fereastr de aspiraie; 5.racord de legtur; 6.conduct de transport pneumatic;

7.deflector curb; 8.clapet de reglare a distanei de aruncare

A. Calculul capacitii de lucru a ventilatorului-arunctor pentru particule grele, se face n ipoteza c pe fiecare palet se dispune aceeai cantitate de material, iar forma acesteia are seciunea triunghiular. Volumul de material aruncat de o palet a ventilatorului este egal cu:

z

VV rp (1)

Vr volumul de material debitat la o rotaie a ventilatorului, iar z numrul de palete de pe rotor.

][22 3mv

RQQTQMV

pvvvv

rr

(2)

Mr masa de material debitat la o rotaie; Q debitul de lucru al mainii;

T perioada rotaiei ventilatorului-arunctor; v masa volumic a materialului;

R raza exterioar a carcasei ventilatorului; , vp viteza unghiular i periferic a rotorului.

Conform figurii, volumul de material de pe o palet poate fi calculat cu relaia:

][..2

32

mtgtghb

V op

(3)

b limea unei palete (egal cu limea carcasei); o unghiul de taluz natural al materialului; h nlimea materialului de pe o palet; h=Rr (r raza interioar a paletelor rotorului).

Din relaiile (1), (2) i (3), rezult debitul teoretic al ventilatorului arunctor:

4

..)( 2 opv tgtgvzb

R

rRQ (4)

Pentru un coeficient de umplere ku


Debitul de material Qr poate fi determinat i din condiia de naintare a mainii cu viteza vm:

vmzr vHBQ (6)

B i Hz limea de lucru a turbofrezei, respectiv nlimea zpezii din faa acesteia.

Este necesar ca debitul rotoarelor mainii s fie corelat cu debitul ventilatorului, lucru care se realizeaz fie prin modificarea turaiei rotoarelor, fie prin viteza mainii vm. B. Viteza materialului la captul conductei verticale de transport depinde de viteza periferic a rotorului ventilatoruluiarunctor, deci de turaia acestuia. Viteza periferic a rotorului se determin din condiia ca rotorul s fie capabil s refuleze materialul dincolo de conducta de transport prevzut cu deflectorul curb. n cazul neglijrii pierderilor de vitez, la captul poriunii verticale a conductei de transport de nlime H, viteza particulelor este:

Hgvv oH 22

(7)

vo viteza iniial de aruncare a particulelor este egal cu viteza periferic a rotorului vr; g acceeraia gravitaional.

Viteza aerului n conducta fr material este dat de relaia:

1

2

kvv oa (8)

n care: - randamentul ventilatorului ( =0,4-0,5);

- coeficientul pierderilor de vitez n conduct; k coeficient de vitez.

Coeficientul k are valoarea rezultat din expresia:

..1

1

tgtgk

(9)

unghiul format de direcia vitezei absolute cu direcia vitezei periferice.

Coeficientul pierderilor de vitez prin frecare poate fi calculat cu relaia:

d

H

(10)

unde: este coeficient de rezisten, iar d diametrul conductei de transport.

d

011,0125,0 (11)

In cazul particulelor grele, curentul de aer frneaz, n prima faz, deplasarea n conduct, n timp ce n faza final ajut la deplasarea particulelor. Considernd c pierderea de vitez a particulelor n conducta de transport la cota H este egal cu pierderea de vitez a curentului de aer, rezult c viteza acestora poate fi calculat cu relaia:

1

2.22

kHgvv oH (12)

C. Deplasarea particulelor de material pe zona curb a conductei de transport se consider c se face n flux continuu, cu alunecare pe peretele conductei, chiar de la nceputul zonei curbe, neglijndu-se rezistena aerului asupra particulelor, ca fiind mic. Forele care acioneaz asupra unei particule de mas m, n aceast zon sunt:

fora de greutate m.g; fora centrifug 21 RmFc ;

fora de inerie - 1RmFi ; reaciunea normal a conductei N;

fora de frecare cu conducta F=.N coeficient de frecare particule conduct Ecuaiile difereniale ale micrii particulei pe zona curb sunt:


sin0

cos

gmNF

gmFdt

dvm

c

(13)

unde v este viteza de deplasare a particulelor de material pe zona curb.

Scheme de calcul pentru deplasarea particulelor la ventilatorul-arunctor

In cazul n care se neglijeaz greutatea particulelor n comparaie cu celelalte fore, precum i influena curentului de aer, atunci ecuaia diferenial a micrii particulei pe zona curb de raz R1 se poate scrie astfel:

1

2

R

vm

dt

dvm (14)

care poate fi pus sub forma:

dtRv

dv

12

(15)

Dup integrare se obine:

CtRv

1

1 (16)

C constant de integrare care se determin din condiiile iniiale limit: pentru t=0, v=v1, astfel c C=1/v1 (v1 viteza particulei n punctul 1).

Rezult, deci, relaia:

11

11

vt

Rv

(17)

care conduce la expresia vitezei particulei pe zona curb a conductei de transport:

tvR

vRv

11

11

(18)

Spaiul parcurs la un moment dat de o particul pe zona curb poate fi calculat cu relaia:

2

0 11

11t

dttvR

vRdtvS

(19)

In urma integrrii se obine expresia spaiului pn la captul zonei curbe:


211 lnln vv

RS

(20)

unde v2 este viteza de evacuare a particulei (n punctul 2 al poriunii curbe, la momentul t=t2).

Dar, spaiul parcurs de particule pn la ieirea din zona curb este:

21 RS (21) Din egalitatea celor dou expresii ale spaiului S rezult:

212

evv (22) care arat c pierderea de vitez la deplasarea particulei pe zona curb este proporional cu coeficientul de frecare al particulelor cu carcasa i cu unghiul la centru al zonei curbe (zona 1 2). inndu-se seama i de pierderile de vitez pe traseu datorate greutii proprii a particulelor:

212 '

evkv (23) k coeficient de corecie (k


E. Puterea necesar antrenrii ventilatorului-arunctor poate fi calculat ca o sum de puteri:

fsova PPPP . (30)

unde: Po puterea necesar pentru mersul n gol al ventilatorului; Ps puterea necesar imprimrii energiei cinetice materialului; Pf puterea necesar deplasrii materialului cu frecare pe carcas.

Puterea necesar la mersul n gol poate fi calculat cu relaia:

][3 WBAPo (31)

n care: A este lucrul mecanic al forelor de frecare di lagre (J); - viteza unghiular a rotorului, (s-1);

B.2 lucrul mecanic necesar nvingerii rezistenei aerului.

][JrGA fro (32)

].[2

2

32

sJgrzS

Bcppa

(33)

unde: o este coeficientul de frecare n lagre; Gr greutatea rotorului;

rf raza fusului lagrului; a densitatea aerului (1,24 kg/m3); Sp aria suprafeei frontale a unei palete; zp numrul de palete;

rc raza centrului suprafeei frontale a paletei; g acceleraia gravitaional; (=0,55-1).

- coeficient de proporionalitate (raportul ntre viteza medie a curentului de aer i viteza centrului suprafeei frontale a paletei);

Puterea Ps pentru dezvoltarea unei energii cinetice materialului astfel nct acesta s primeasc ntr-un interval scurt de timp (infinit mic) o vitez egal cu viteza periferic a rotorului, considernd c viteza iniial a particulelor pe direcia lui vr este nul, se poate scrie:

][2

2

WvQ

P rs

(34)

unde: Q este debitul de material al ventilatorului (kg/s); vr viteza periferic a rotorului (m/s).

Puterea necesar nvingerii forelor de frecare dintre particule i carcasa ventilatorului:

][WvFP rff (35)

unde Ff este fora de frecare rezultant dintre particule i carcas:

][2 NRmF ccf (36)

mc masa de material existent la un moment dat n carcas; Rc raza centrului de mas al materialului de pe o palet;

- coeficientul de frecare dintre material i carcas.

Considernd c la un moment dat numai jumtate din numrul paletelor sunt ncrcate cu

material i Rc R, se poate scrie:

QQ

TQmc

2

2

2 ][

2 NRQRQ

F f

Rezulta:

2rf vQP (37)

turbofreze

Documents