Обґрунтування конструкції і технологічних параметрів мішалки метантенка

Abstract

У статті викладені результати початкових експериментальних досліджень мішалки метантенка біогазової установки з гідравлічною системою транспортування та змішування субстрату. На попередніх етапах наукової розробки було теоретично визначено склад і параметри гідравлічної системи, а також гідромеханічної мішалки за типом колеса Сегнера. Зважаючи на реальні матеріально-технічні можливості і у заборону проводити досліди із справжнім гноєм в умовах навчального закладу,  пошукові експерименти проводились з моделлю мішалки на модельній рідині. Оскільки розміри моделі значно відрізняються від натурального зразка, було застосовано критерій подібності Фруда, який по суті є мірою співвідношення енергії масових сил до сил інерції потоку. Як визначальний розмір прийнято радіус лопаті. Тоді для натурного зразка l1 = 1,5 м; для моделі l2 = 0,15 м. За критерієм Фруда, для збереження подібності швидкість руху лопаті повинна бути 0,158 м/с, кутова швидкість обертання моделі 1,05 рад/с; потрібна частота обертання 10 хв-1. Для оцінки якості перемішування прийнято коефіцієнт варіації, а за ключовий компонент -  концентрація сухої речовини. Тому у ході дослідів потрібно визначалась вологість 6 проб, взятих у трьох точках ємності на верхньому і на нижньому рівні. Результати аналізу отриманих даних показала, що майже у всіх варіантах встановлення лопаті  концентрація сухої речовини більше у пробах з верхнього шару суміші. Тобто мішалка точно буде запобігати сегрегації (розшаровуванню) суміші. Однак коефіцієнт варіації демонструє, що найкраща якість змішування (не більше 10) буде у тому випадку, коли кут відхилення лопаті знаходиться у діапазоні β1 =-150…+300. При куті понад 450 якість стає незадовільною, оскільки коефіцієнт варіації  Vс>20.  Як свідчать одержані результати, зміна кута β2 сильніше впливає на якісні показники процесу. Припустима якість змішування забезпечується у діапазоні β2 = -15…+200, але найкращим цей показник є при β2 =0…100. При нахилі лопаті на кут понад -200 (тобто верхньою кромкою у напрямку руху) якість змішування стає незадовільною. З даних дослідів встановлено, що при розвороті лопаті проти ходу обертання потужність зменшується, очевидно, за рахунок зменшення площі міделя. Але водночас стрімко погіршується якість змішування. Точка мінімуму відповідає вертикальному положенні лопаті. У всіх інших варіантах потужність поступово зростає, очевидно через утворення зон підвищеного тиску. В цілому визначені нами теоретичним шляхом кути встановлення лопаті β1=29° та β2=12° близькі до таких, при яких забезпечується належна якість змішування при мінімумі споживаної потужності.