Интенсификация контактных взаимодействий при проектировании помольных аппаратов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Интенсификация контактных взаимодействий при проектировании помольных аппаратов

Сиваченко Л.А. д. т. н.,

Моисеенко А.Б., ст. преп.,

Кемова В.А., ст. преп.

ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет», РБ г. Могилев

Колоссальные издержки, связанные с проведением операций измельчения, вызывают острую необходимость разработки принципиально новых способов дробления и помола материалов и создания на их основе новых технологий и оборудования.

Энергетические затраты на измельчение исходного и вторичного сырья непрерывно возрастают. До 12% вырабатываемой в мире энергии расходуется на эти цели. Доля капитальных, эксплутационных и энергетических затрат большинства использующих эти процессы предприятий составляет более 50% их общего экономического баланса. В этой связи задача снижения себестоимости дробильно-измельчительных технологических операций становится все более актуальной [1-3].

Целью настоящей работы является поиск путей повышения эффективности единичных актов разрушения твердых тел, т.е. измельчения техногенного сырья и материалов на стадии помола. Для обоснования путей решения этой проблемы сделаем краткий анализ существующих методов разрушения, реализуемых в промышленных масштабах.

На рис.1а представлена схема, при которой разрушение осуществляется в результате одноосного нагружения единичного куска или нескольких кусков между рабочими органами машины. Стартовая трещина образуется в месте возникновения наибольшего напряжения, то есть в зоне приложения нагрузки Р.

На рис.1б изображена схема разрушения материала в слое. Куски материала взаимодействуют друг с другом, но их относительные перемещения весьма малы и однонаправлены. Образующаяся мелочь заполняет местные пустоты между кусками, препятствуя дальнейшей деформации. Возможности этого процесса существенно ограничены как по степени дробления, так и по селективности.

Более рациональный способ организации разрушения материала показан на рис. 1в.

В этом случае частицы слоя в момент сжатия подвергаются еще и сдвигу. Наличие сдвига способствует повышению селективности. Улучшению хода процесса содействует и более равномерное заполнение пустот между кусками благодаря сдвигу.

На рис. 1г представлена схема разрушения материала при заданной регулируемой нагрузке Р в условиях интенсивного вибрационного воздействия. В этом случае деформация слоя зависит только от его сопротивления процессу разрушения.

Рис. 1. Варианты элементарных актов при различных способах механического разрушения:

а) традиционная схема;

г) виброинерционный способ разрушения.

Описанные механизмы характеризуются тем, что для создания сложного напряженного состояния в кусках разрушаемого материала рабочим элементам (органам) сообщается по меньшей мере два составляющих движения (см. схемы в, г на рис.1). В реальных машинах это сопряжено с целым рядом трудностей, в частности, с усложнением конструкции.

В качестве одного из направлений совершенствования единичных актов разрушения мы представляем новую гипотезу, основанную на эффекте запирания частиц материала между элементами конструкции, имеющими криволинейную поверхность. В простейшем виде это могут быть цилиндрические стержни, укладываемые параллельно между собой и образующие зоны разрушения между образующими их поверхностями.

Наглядное представление об этом дают схемы, приведенные на рис. 2.

Рис.2. Варианты элементарных актов нагружения при разрушении материала с помощью стержней

На схеме б) показан вариант с двумя рядами стержней. Кинематически привод осуществляет только одно движение - осевое сжатие.

Для проверки правильности выдвинутых положений изготовлена необходимая оснастка и проведены исследования такого метода разрушения. Измельчали кварцевый песок, помещенный между двумя пластинами размером 50х50 мм на гидравлическом прессе МС - 500 при усилии сжатия 250кН. На рабочую поверхность ровным слоем насыпали кварцевый песок фракции 0,63 - 1,25мм в количестве 5 грамм. Это соответствует средней толщине песка ? 1,4 мм, то есть практически максимальной крупности частиц. Для исключения просыпания порции оснастки накрывались пластиной. Испытание проводили для следующих случаев:

1. Разрушение между двумя плоскими поверхностями;

2. Разрушение между плоской опорной поверхностью и одним рядом плотно уложенных стержней диаметром 3мм и длиной 50мм;

3. Разрушение между двумя рядами плотно уложенных стержней диаметром 3мм и длиной 50мм.

Иллюстрации этих методов разрушения представлены на рис.3.

Количество циклов актов разрушения для каждого случая выбиралось из необходимости получения суммарной пробы 100 грамм для гранулометрического анализа. Полученные результаты предоставлены в таблице.

измельчение дробление помол

Таблица

Результаты измельчения песка при различных методах нагружения

Рис. 3. Варианты новых единичных актов разрушения.

а) между плоскими поверхностями;

в) между двумя рядами стержней.

Анализ полученных результатов убедительно показывает, что эффект разрушения частиц лучше стержнями, чем плоскими поверхностями. Особенно это заметно для мелких классов, где их выход возрастает в два и более раз. Выполненные исследования носят поисковый характер и их данных пока недостаточно для объективной и полной оценки возможностей предлагаемых способов измельчения, а также для создания принципиально нового технологического оборудования - волоконных аппаратов.

В последующих исследованиях будет экспериментально изучено влияние на процесс стержневого измельчения крупности стержней (1 - 5мм), усилия сжатия (50 - 500кН), крупности исходного материала (0,1- 5,0) и прочности исходного материала на сжатие (10 - 200 МПа). Будут разработаны аналитические представления о закономерностях поведения слоя материала в зонах разрушения между стержнями.

Одним uз возможных вариантов реализации описанного выше процесса является принципиально новый тип мельницы, предназначенной для тонкого помола и представленной на рисунке 4. Упрощенный поперечный вид мельницы представлен па рисунке 5. Характер воздействия на обрабатываемую среду сводится к тому, что в кольцевом рабочем пространстве с неподвижным внешним и подвижным внутренним кольцом мелющее тело, например, пружина, совершает радиальные колебания и производит разрушение твердых частиц или диспергирование композиций. Таким образом, в технологическом плане получен аналог бисерной мельницы, лишенный ее главных недостатков - необходимости уплотнения одной из опор, находящейся в рабочей среде, дороговизны мелющих тел и очень высокой энергоемкости процесса измельчения.

В основу конструкции положен чрезвычайно прогрессивный способ передачи механической энергии от силовой установки в рабочую камеру - виброинерционный. а мелющие тела выполнены в виде пружины или пакета пружин, разгруженных от действия значительных знакопеременных нагрузок.

Новая мельница представляет собой установленный на опорной раме 6 цилиндрический стакан с размешенным внутри него инерционным вибровозбудителем 9. Кольцевое пространство между стаканом и ограничителем 8 вибровозбудителя заполнено пакетом пружин 5. установленных с определенным зазором между собой. Выходной конец вала вибровозбудителя 4 через эластичную муфту 3 связан с выходным валом 2 электродвигателя 1. смонтированным на стакане посредством стоек. Для подачи исходного материала и отвода обработанного продукта предусмотрены патрубки 10 и 7 соответственно. Мельница предназначена для мокрого измельчения и работает следующим образом. Включается электродвигатель и через муфту приводит в колебательное движение корпус вибровозбудителя. Под давлением исходный материал через патрубок подается в рабочую камеру, где попадает в сходящиеся пространства между витками пружин пакета и интенсивно разрушается. Большая контактная поверхность мелющей загрузки, равномерность и упорядоченность рабочих зон позволяет получить высокую степень измельчения и производительность.

Рис.4. Вибрационная пружинная мельница с радиальным движением рабочих элементов с измельчающим органом в виде цилиндрической пружины

Рис.5. Упрощенный механизм реализации процесса разрушения

Определенным аналогом работы устройства в целом может служить конусная инерционная дробилка конструкции ВНИПИ "Механобр" с главными отличиями в исполнении измельчительной гарнитуры. Мельница с радиальным движением рабочих элементов находится у истоков своего развития. Ожидается, что она сможет хорошо перерабатывать жидкотекучие композиции с максимальной исходной крупностью частиц не более 3-5 мм и получать продукт крупностью менее 10 мкм.

Расчетная производительность одного рабочего модуля по проходу может достигать по суспензии 10…50 т/час, прочность перерабатываемого материала на сжатие 150...200 МПа, а энергоемкость процесса не более 10 кВт *ч/т. Наработка на отказ и износостойкость аппарата пока не определены, но очевидно, что эти параметры будут значительно лучше, чем у разработанных нами ранее пружинных мельниц вращательного действия.

Литература

1. Ревнивцев В.И., Гапонов Г.В., Зарогатский Л.П. Селективное разрушение минералов.-М.: Недра. 1988 г. - 286 с.

2. Денисов Г.А., Зарогатский Л.П., Туркин В.Я. Оборудование и технологии для вибрационного измельчения материалов с различными физическими свойствами.- Санкт-Петербург: 1992 г. - 119 с.

3. Сиваченко Л.А. Новая концепция развития помольной техники // Обогащение руд. 1994. - №1. -35-41.

Размещено на Allbest.ru