CC BY
49
УДК 676.1.054.1
АНАЛИЗ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НОЖЕВЫХ РАЗМАЛЫВАЮЩИХ ГАРНИТУР
© А.А. Набиева1’2 , Ю.Д. Алашкевич1’2, В.И. Ковалев1
1 Сибирский государственный технологический университет, пр. Мира, 82,
Красноярск, 660049 (Россия) E-mail: mapt@sibstu.kts.ru
2Институт химии и химической технологии СО РАН, пр. К. Маркса, 42,
Красноярск, 660049 (Россия)
В статье представлен анализ формирования технологических параметров ножевых размалывающих гарнитур в зависимости от конструктивных особенностей секторной ножевой гарнитуры с прямолинейными параллельными ножами. Даны рекомендации для проектирования гарнитуры с требуемыми качественными показателями процесса размола и эффективной эксплуатации современных ножевых размалывающих машин.
Ключевые слова: размол, гарнитура, поверхность размола, секундная режущая длина, конструктивные параметры, углы установки, ножи, угол скрещивания.
Введение
Технологические параметры ножевых гарнитур позволяют влиять на процесс размола, повысить производительность ножевых размалывающих машин либо, наоборот, сделать его энергоемким и длительным.
Отсутствие теоретических обоснований выбора ножевой гарнитуры при использовании новых технологий и современного оборудования приводит к ухудшению качества продукции и уменьшению рентабельности предприятий.
Анализируя рекомендации литературных источников по выбору того или иного типа и рисунка ножевых гарнитур, порой сталкиваемся с противоречиями выбора геометрических параметров, которые сами по себе не могут дать однозначный ответ, будет это рубка или фибрилляция волокна в процессе размола. Установить результат воздействия ножевой гарнитуры на волокно можно только после проведения дорогостоящего процесса размола при сопоставлении результатов качества помола полученной волокнистой массы по бумагообразующим и физико-механическим показателям.
Экспериментальная часть
На кафедре «Машины и аппараты промышленных технологий» Сибирского государственного технологического университета проводились исследования по оценке влияния геометрических особенностей ножевых гарнитур на формирование технологических параметров. Наиболее значимыми технологическими параметрами ножевой гарнитуры являются поверхность размола и секундная режущая длина.
Увеличение поверхности размола F м2, позволяет направить размол волокон в сторону их фибриллирова-ния (разрушения волокон вдоль их оси) и показывает, какая площадь ножей статора перекрывается рабочей поверхностью ротора.
известно, что для гарнитуры с узкими ножами характерна значительная рубка волокна при относительно низких удельных нагрузках на кромку, тогда как гарнитура с широкими ножами меньше рубит волокно и обеспечивает улучшенные прочностные показатели при повышенной удельной нагрузке на кромку [1].
Анализ рисунков гарнитур показал, что угол установки ножей может изменить количество и площадь единичных участков перекрытия ножей ротора ножами статора при прочих равных условиях, тем самым мы можно корректировать абсолютные значения рабочей поверхности гарнитуры (рис. 1).
* Автор, с которым следует вести переписку.
Рис. 1. Формирование поверхности размола при различных соотношениях ширины ножа и ячейки
Нами было установлено, что если ширина ножа и канавки одинакова (5 = Ь) и ножи пересекаются под прямым углом (рис. 1а), то согласно вычислениям (1) гарнитура будет иметь рабочую поверхность ножей от всей площади ножевого диска, равную 25%:
ІІШ17- =
5
s2 и +ь
5
5+5
(1)
где Б1, 82 - соответственно площадь рабочей поверхности и всего диска гарнитуры.
Если ширина канавки в два раза больше ширины ножа L = 25 (рис. 1б), то гарнитура будет иметь рабочую поверхность, равную 11% от всей поверхности диска (2):
5
5+ Ь
5
5 + 25
(2)
Если же ножи расположены под некоторым углом к радиусу, то угол скрещивания ножей будет острый, и участок перекрытия ячеек ротора и статора представляет собой ромб, поэтому соотношение поверхности размола к общей площади диска будет таким же, как и в частном случае (пересечение под прямым углом), рассмотренном выше. Однако угол установки ножей может изменить количество таких перекрытий при прочих равных условиях, тем самым мы можем корректировать абсолютные значения рабочей поверхности гарнитуры. Критические значения углов установки прямолинейных параллельных ножей для восьмисекторной ножевой гарнитуры относительно радиуса соответствуют 22,50 Такой угол установки позволяет получить рисунок гарнитуры, основной отличительной особенностью которой является зеркальное исполнение дисков ротора и статора (рис. 2). Зеркальный рисунок обеспечивает полное и максимально возможное перекрытие ножей ротора ножами статора в некоторый момент времени (когда сектор ротора полностью перекрывает сектор статора).
В результате формируется рабочая поверхность ножей, стремящаяся к увеличению площади с У до 1А от всей площади диска, что существенно может отразиться на качестве помола в сторону фибриллиро-вания, так как, согласно литературным данным, гарнитура с рабочей поверхностью ножей, составляющей 50% от всей ее площади, фибрилли-рует и частично укорачивает волокно [2].
Анализ воздействия ножевой гарнитуры на волокно будет неполным без рассмотрения другого важного технологического параметра ножевой гарнитуры - секундной режущей длины. До настоящего времени использовалась традиционная методика определения этого параметра, в расчетных формулах которой угол установки ножей к радиусу гарнитуры учитывается косвенно, через среднюю длину ножей, а следовательно, не верно определяется истинная секундная режущая длина при контакте ножей [2].
Рис. 2. Зеркальный рисунок сектора гарнитуры
2
2
2
2
2
2
2
2
Поэтому вычисление секундной режущей длины производили по новой методике, основанной на определении координат движущейся точки пересечения режущих кромок, образованной при контакте пары прямолинейных параллельных ножей постоянной ширины (ротора и статора), установленных под некоторым углом к радиусу гарнитуры, до и после поворота ротора относительно статора против часовой стрелки на малый угол dф. Для этого диск ножевой гарнитуры располагали в прямоугольной системе координат (первая четверть) (рис. 3). Угол установки ножей ротора и статора определялся к радиусу, лежащему на оси ОХ.
Истинное значение секундной режущей длины осуществлялось вычислением двойного интеграла, при этом отразили лишь сложность определения данной технологической величины. В связи с этим встал вопрос о привлечении современных средств вычислительной техники. При использовании пакета программ Ма1ЬаЪ был составлен алгоритм расчета, который позволил вычислить значение секундной режущей длины, формируемой за оборот, с учетом заданной скорости вращения ротора [3].
При сопоставлении численных значений секундной режущей длины, полученных с помощью расчета по традиционной формуле и определенных экспериментально, установили, что в некоторых случаях имеются расхождения до 34%, в то время как расчет секундной режущей длины с использованием предложенной программы и прозрачной модели составляет от 3 до 7%. На основании выполненных расчетов составлена таблица. Количественная величина секундной режущей длины отражается на эффективности работы установки.
Обсуждение результатов
Угол установки ножей способен влиять на поверхность размола, величину секундной режущей длины и в большей степени на количество одновременно движущихся точек пересечения, образованных в результате контакта ножей ротора с ножами статора. Каждая точка пересечения формирует поверхность размола в виде ромба. Таким образом, варьируя конструктивными параметрами ножевой гарнитуры, путем нахождения оптимального соотношения между основными технологическими показателями секундной режущей длиной и поверхностью размола, можем направить процесс размола в сторону фибриллирования или рубки волокна [4].
Сопоставление результатов экспериментальных и теоретических исследований технологических параметров
Рис. 3. Расчетная схема расположения ножевого сектора в системе координат. а1 - угол установки ножей статора; а2 - угол установки ножей ротора; у - угол при вершине сектора, градусы; А и А' -точка пересечения режущих кромок ротора и статора до и после поворота ротора относительно статора на малый угол dф
Параметр Расчетные величины для различных рисунков ножевых гарнитур 0 300 мм
Угол установки ножей к радиусу на роторе/статоре, ° 0/45 0/22,5 30/15 22,5/22,5
Ширина ножа и ширина ячейки, мм 4 4 4 4
Средняя длина ножей ротора/статора, мм 65,8/65,8 65,8/58,4 59,8/59,3 58,4/58,4
Количество ножей на роторе/статоре, шт. 96/96 104/96 104/104 104/104
Поверхность размола теоретич. Е, м2 [2] 0,01167 0,0112 0,01122 0,0108
Поверхность размола эксп., Е, м2 0,01146 0,0120 0,01038 0,01103
Погрешность между Е теоретич. и Еэксп., % 1,7 7,3 8,1 2,3
Секундная режущая длина, рассчитанная традиционным способом [2], трад., м/с 19994 20737 21410 21382
Секундная режущая длина, рассчитанная программой МаНаЪ [3], расч., м/с 14905 15609 16287 17589
Секундная режущая длина, измеренная на прозрачной модели, измер., м/с 15422 15360 16500 17064
Среднее количество точек пересечения 483 269 213 159
Погрешность трад. от изм., % 34,14 32,9 31,5 21,6
Погрешность изм. от расч., % 3,5 1,6 1,3 3,0
Выводы
1. Проектируя секторную ножевую гарнитуру с прямолинейными параллельными ножами посредством изменения углов установки ножей в пределах сектора, можно увеличить поверхность размола до 25%
2. Зеркальный рисунок обеспечивает полное и максимально возможное перекрытие ножей ротора ножами статора в некоторый момент времени, что положительно сказывается на качественных показателях процесса размола.
Список литературы
1. Лумиайнен И. Новая теория может улучшить практику // Pulp and paper international. Бумажная промышленность. 1991. №11. С. 26-28.
2. Легоцкий С.С., Гончаров В.Н. Размалывающее оборудование и подготовка бумажной массы. М., 1990. 24 с.
3. Заявка на патент №2009613683 РФ. Численный метод определения секундной режущей длины секторной ножевой гарнитуры дисковых мельниц с параллельными прямолинейными ножами постоянной ширины / А.А. Набиева, Е.Е. Нестеров, Ю.Д. Алашкевич, Д.С. Карпенко / 10.07.2009. Заявка №2009612514.
4. Набиева А.А., Алашкевич Ю.Д., Грошак Л.Н. Оценка основных технологических параметров ножевых размалывающих машин в технологии ЦБП // Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья: сб. мат. III Всерос. конф. Барнаул, 2007. Кн. 3. С. 90-94.
Поступило в редакцию 1? апреля 2009 г.
