CC BY
20МАШИНОСТРОЕНИЕ И МЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
у.8 [email protected] Богданов В. С., д-р техн. наук, проф.,
Семикопенко И.А., канд. техн. наук, доц., Масловская А.Н., асс., Пензев П.П.
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
ДЕЗИНТЕГРАТОР С УЗЛОМ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ПОДАЧИ
ИЗМЕЛЬЧАЕМОГО МАТЕРИАЛА
Представлена конструкция дезинтегратора с узлом высокоскоростной подачи измельчаемого материала, формулыг для определения скоростей движения частиц материала в разгонном узле и производительности дезинтегратора.
Процессы измельчения твердых материалов широко используются в самых различных отраслях производства. Измельчение твердых материалов относится к числу самых энергоемких процессов. Дисперсность получаемого продукта в значительной мере определяет качество получаемых порошков и влияет на повышение их технологических и потребительских свойств. Характер исходного сырья и требуемая степень измельчения являются определяющими для выбора измельчительного оборудования.
В настоящее время наиболее перспективным способом тонкого и сверхтонкого измельчения является способ высокоскоростного ударного измельчения материалов, обеспечивающего комплексное ударно-истирающее воздействие на частицы материала [1].
Для повышения эффективности процесса измельчения и производительности нами предложен дезинтегратор с узлом высокоскоростной подачи измельчаемого материала, который обеспечивает радиальный разгон частиц в направлении рядов ударных элементов (рисунок 1).
Дезинтегратор содержит цилиндрический корпус 1 с тангенциальным разгрузочным патрубком 2, осевой загрузочный патрубок 3, к которому жестко прикреплён верхний диск 4. На верхнем 4 и нижнем 6 дисках установлены концентрично расположенные ударные элементы 5, 7, 8. Шаг между ударными элементами первого внутреннего ряда больше, чем ударными элементами последующих рядов и зависит от крупности исходного материала.
В центральной части камеры помола на выходе из загрузочного патрубка 3 наклонно установлены
цилиндрические разгонные патрубки 9, изогнутые в направлении, противоположном направлению вращения верхнего диска, при этом на конце каждого из разгонных патрубков закреплён диффузор 10, больший диаметр D которого равен 0,9h высоты ударных элементов, а расстояние а между торцом диффузоров и ударными элементами превышает максимальный размер измельчаемых частиц. Угол наклона разгонных патрубков больше угла естественного откоса измельченного материала. На нижнем диске 6 жестко закреплены лопасти вентиляторного колеса 11, создающие вентиляционный эффект в мертвой зоне под разгонными патрубками. Максимальный шаг между ударными элементами составляет 0,3-0,5 диаметра частиц исходного материала, а минимальный шаг 1,2-1,3 диаметра частиц готового продукта.
Дезинтегратор работает следующим образом (рисунок 1). Измельчаемое сырье подаётся через полый загрузочный патрубок 3 и направляется в разгонные патрубки 9, откуда под действием центробежных сил и сил давления стенок через диффузор 10 отбрасывается в зону действия первого внутреннего ряда ударных элементов 7 и получает соответствующую этому ряду скорость. Куски материала разрушаются и под действием тангенциальной составляющей силы удара и центробежной силы отбрасываются на следующий ряд ударных элементов 5, вращающийся в противоположном направлении.
Ударяясь об ударные элементы второго ряда, частицы материала отскакивают от него, меняя вектор скорости, и выбрасываются с траектории второго
Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова
2009, № 1
Рисунок 1. Дезинтегратор с узлом высокоскоростной подачи измельчаемого материала.
ряда, двигаясь к периферии камеры помола. Применение разгонных патрубков 9 позволяет значительно увеличить скорость радиального вылета частицы к рядам ударных элементов. Последовательно пройдя все ряды ударных элементов, материал, измельченный до необходимой крупности, выводится из дезинтегратора через тангенциальный разгрузочный патрубок 2.
Для определения режимных и конструктивных параметров узла высокоскоростной подачи измельчаемого материала необходимо знание закономерностей движения сыпучего материала в рабочей зоне данного узла. Состояние материала в полом загрузочном патрубке 3 при истечении характеризуется скоростью свободного падения. Известно, что скорость падения является функцией высоты Н и не зависит от плотности частичек потока [2]. Конструкция вала 3 предусматривает, чтобы частицы падали в зону разгона с определенной высоты. Время падения частицы с высоты Н равно
^ = а/2
(1)
где g - ускорение свободного падения, м/с2
Время поворота разгонного патрубка на угол а можно определить как
t = 2р / ю г .
пят
(2)
Из предположения отброса частиц патрубками 9 при равенстве гч = гпат можно определить критическую скорость разгонных патрубков, соответствующую минимальной производительности узла подачи материала:
w
= 4/zd.
(3)
Следующей стадией движения материала является движение частиц в разгонных патрубках. Суммарная скорость движения частицы в разгонных патрубках зависит как от скорости вращения ротора, так и от его радиуса Я и коэффициента внешнего трения/ (рисунок 2). Из условия превышения центробежной силы над силами трения материала о внутреннюю
Рисунок 2. Схема движения материала в зоне разгона и распределения частиц
поверхность разгонных патрубков можно определить его минимальную скорость, обеспечивающую подачу материала: ю^ > / / Я .
Дифференциальное уравнение движения измельчаемого материала по разгонной части ротора (разгонным патрубкам) имеет вид:
d2 s
m—S = P - P„
dt2 0 ec
(4)
где ds - элементарное перемещение частиц за время t;
Pö = mm2R - центробежная сила; ds
pg = 2mm — - сила Кориолиса;
f - коэффициент трения частиц о внутреннюю поверхность разгонного патрубка.
Решая уравнение (4), можно найти относительную скорость движения частиц:
у... = ^ е f - f )'
(6)
а абсолютная скорость вылета частицы из разгонного патрубка представляет собой геометрическую сумму окружной и относительной скорости:
У =у!у2ш + у2idi = m R2 +
{(/2 +i- f)■
(6)
где S - начальный радиус перемещения частицы по линии разгона.
Измельчаемый материал подается в разгонную часть ротора через полый загрузочный патрубок со скоростью Vm На каждый патрубок разгонной части при ее вращении попадает порция материала длиной 1м. Длина порции материала на разгонном патрубке определится из следующего выражения:
z =
m 1
k - n
(7)
где k - число разгонных патрубков; n - частота вращения ротора.
Одной из основных характеристик рассматриваемого дезинтегратора является производительность. При непрерывной подаче материала разгонными патрубками в зону активного воздействия производительность может быть определена по следующей формуле:
Q = y-D Сz V р,
сп отн 1 '
(8)
где y - коэффициент, учитывающий разбег частиц в центробежном поле; D - средний размер частиц ма-
териала, м; С - размер ударных элементов в свету, м; z - число ударных элементов первого внутреннего ряда; VomH - скорость движения материала по рабочей поверхности ударного элемента; р - насыпная плотность материала, кг/м3.
Количество соударений частиц материала с ударными элементами в камере помола превышает количество рядов ударных элементов вследствие увеличения концентрации частиц материала в зонах обработки материала (2й и 3й ряды ударных элементов). Степень измельчения достигает 500 и более.
Конструкция дезинтегратора с наклонно установленными цилиндрическими разгонными патрубками подтвержденная патентом РФ [3] повышает концентрацию частиц материала в проточных зонах обработки 2 го и 3 го кругов с ударными элементами, приводит к усилению истирающих и ударных нагрузок на измельчаемый материал, позволяет значительно интенсифицировать процесс измельчения и увеличить производительность.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Хинт, И. А. Основы производства силикальцитных изделий / И. А. Хинт - М.-Л.; ГСИ, 1962. - 600 с. - ISBN
2. Ильинский, В. М. Измерение массовых расходов / В. М. Ильинский - М.; Энергия, 1973. - 142 с. - ISBN
3. Пат. 2291745 Российская Федерация, МПК7 В 02 С 13/22, Дезинтегратор / Богданов В.С., Семикопенко И.А. и др.; заявитель и патентообладатель Белгород, науч.-исслед. инт связи. - № 2006107482/03 ; Опубликован 20.01.2007, заявл. 10.03. 06 ; опубл. 20. 01. 07, Бюл. № 2 (II ч.). - 7 с.
