CC BY
24
---------------------------------- © В.Н. Хетагуров, Е.С. Каменецкий,
А.М. Лапинагов, Б.М. Наниева, 2004
УДК 622.73
В.Н. Хетагуров, Е.С. Каменецкий, А.М. Лапинагов,
Б.М. Наниева
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРА ДВИЖЕНИЯ ИЗМЕЛЬЧАЕМОГО МАТЕРИАЛА В КОРПУСЕ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ МЕЛЬНИЦЫ ВЕРТИКАЛЬНОГО ТИПА
Семинар № 16
Для получения максимального эффекта от использования центробежных мельниц вертикального типа [1, 2] в народном хозяйстве необходимо иметь возможность прогнозировать все технологические показатели процесса измельчения в зависимости от физико-механических свойств исходного продукта, а для этого нужно иметь полную картину характера и закономерностей движения измельчаемых частиц в корпусе мельницы.
Ранее была разработана математическая модель движения измельчаемого материала в корпусе центробежной мельницы, которая описана уравнениями гидромеханики с учетом внутреннего сухого трения в слоях, угловой скорости и высоты столба измельчаемого материала над ротором [3]. Эта модель позволяет установить траектории движения материала в любой точке рабочего пространства мельницы, влияние высоты столба материала на характер движения материала, а также оптимальные высоту столба материала и место размещения просеивающих поверхностей для выпуска готового продукта.
Для экспериментальной проверки разработанной математической модели движения измельчаемого материала в корпусе мельницы была разработана и изготовлена ее модель с радиусом ротора Я = 200 мм в которую были введены датчики.
Модель (рис. 1) состоит из вертикального неподвижного цилиндрического корпуса 1 и соосно с ним расположенного вала 2. Одним концом вал 2 соединен с электродвигателем постоянного тока 3, на другом конце вала закреплен чашеобразный ротор 4, представ-
ляющий собой полый усеченный конус. Внутренняя полость чашеобразного ротора 4 разделена вертикальными радиальными перегородками 5 на шесть секций. Сверху корпус 1 накрыт крышкой 6, в которой имеются шесть сквозных вертикальных отверстий 7, равноудаленных друг от друга и расположенных по радиусу крышки для установки в них блока датчиков 8, представляющего собой стальной стержень 9, на котором установлены датчики 10 на определенном расстоянии друг от друга, регулируемом с помощью цилиндрических прокла-
Рис. 1. Схема модели центробежной мельницы
док 11. В нижней части стержень 9 имеет
30911
при Н, мм: 60 (а), 120 (б), 180 (в)
Рис. 2. Графики направлений
движения материала в корпусе мельницы на разной высоте от среза чаши (горизонтальная плоскость)
упор для удержания датчиков 10, а в верхней - устройство 12 для фиксирования их положения. В стенке корпуса 1 имеется девять сквозных горизонтальных отверстий 13, расположенных на образующей цилиндра и на определенном расстоянии друг от друга. В отверстиях 13 устанавливается датчик 14, представляющий собой стальной стержень с загнутым под прямым углом концом. На другом конце стержня, выведенного из корпуса модели, крепится стрелка 15, установленная параллельно загнутому концу стержня. Движущийся в корпусе поток материала отклоняет загнутый конец датчика, а соответственно и стрелку. С помощью лимба 16 фиксируются угловые отклонения датчика.
Испытания проводились по следующей методике. В корпус загружается гранулированный полиэтилен с диаметром зерен 4 мм. Блок датчиков 8 устанавливается в крышке корпуса, а датчик 14 в отверстии 13 корпуса модели. Частота вращения ротора п меняется в пределах 470-670 мин-1, высота столба материала в корпусе Н - в пределах 60-200 мм, что соответствует давлению 356-1068 Па. Время испытаний - 5 мин. Каждый опыт повторялся 3-5 раз. Траектория движения частиц материала в горизонтальной плоскости оценивается путем замеров отклонения датчиков 10, а в вертикальной плоскости -замеров отклонения датчика 14.
В результате испытаний установлено, что частицы материала, в зависимости от частоты вращения ротора п, расстояния от оси вращения ротора г, высоты столба материала Н и расстояния от среза чаши А, движутся в корпусе модели по определенным траекториям.
При высоте столба материала Н, равном 0,3 части диаметра ротора материал, находящийся непосредственно над вращающейся чашей, движется из периферийной части полости ротора вверх по изогнутой траектории по направлению от стенок корпуса к оси мельницы (рис. 2а, 3), а на расстоянии г = 0,62Л наблюдается обратное движение (к стенкам корпуса), затем резкий спуск материала в полость ротора, к его ступице. Причем с увеличением частоты вращения ротора увеличиваются объем выходящего из чаши материала и угол его спуска в полость ротора. В верхних слоях происходит снижение объема и угла подъема восходящей струи, резкий поворот нисходящих струй к оси модели мельницы и крутой их спуск по направлению к ступице ротора. Непосредственно у оси мельницы наблюдается закручивание материала в обратную, по отношению к направлению движения ротора, сторону. Обнажается тело ступицы ротора.
При столбе материала Н, равном 0,6 части диаметра ротора частицы, находящиеся непосредственно над вращающейся чашей (рис.2б, 4), движутся из периферийной верхней части полости ротора вверх по изогнутой траектории от стенок корпуса к оси мельницы. Наступает некоторая стабилизация угла поворота материала к оси чаши на расстоянии г = (0,47 - 0,62)Л, затем спуск материала в полость ротора, к его ступице. Причем с увеличением частоты вращения ротора увеличивается объем выходящего из чаши материала и угол спуска материала в полость ротора. В верхних слоях происходит заметное снижение объема и угла подъема восходящей струи материала.
при к, мм: 13 (а), 36 (б), 59 (в)
Рис. 3. Графики направлений движения материала в корпусе модели мельницы при Н = 60 мм (вертикальная плоскость)
при h, мм: 13 (а), 36 (б), 59 (в), 82 (г), 105 (д)
Рис. 4. Графики направлений движения материала в корпусе мельницы при Н = 120 мм (вертикальная плоскость)
при h, мм: 13(a), 35(6), 59(в), 82(г), 105(д)
Рис. 5. Графики направлений движения материала в корпусе мельницы при Н = 180 мм (вертикальная плоскость)
при к/Я: а -0,6; б - 1,2; в - 1,8 Рис. 6. Графики направлений движения материала в корпусе модели мельницы на разных высотах над ротором (вертикальная плоскость)
Одновременно наблюдается резкий поворот нисходящих струй к оси вращения ротора и крутой их спуск по направлению к ступице чаши.
Непосредственно у оси модели мельницы происходит закручивание материала в обратную, по отношению к направлению движения ротора, сторону, но затем эта закрутка ослабевает по высоте столба.
При столбе материала Н, равном 0,9 части диаметра ротора, характер движения (рис. 2в, 5) меняется незначительно: с ростом частоты вращения ротора увеличивается объем материала, выходящего из полости чаши, и угол его подъема. Движение материала вверх по спиралевидной траектории от стенок корпуса осуществляется по двум основным траекториям. Первая из них идентична вышеописанным, но зона расположения нисходящей части спирали находится ниже. Вторая траектория характеризуется движением материала вблизи стенок корпуса по восходящей винтовой линии, постепенным смещением его к оси модели и спуском его в центр ротора модели. На высоте А более 0,55 части диаметра ротора восходя-
1. Патент России № 2084787. Мельница/Опубл. в Б.И. № 20, 1997. Хетагуров В.Н., Ильяшик В.П., Чужи-нов А.И.
2. Хетагуров В.Н. Разработка и проектирование центробежных мельниц вертикального типа. Владикавказ: Изд-во «Терек», 1999. - 225 с.
щие потоки не наблюдаются, доминирует нисходящее движение материала по направлению к ступице чаши.
С увеличением высоты столба материала в корпусе модели мельницы растет количество материала, выходящего из периферийной части полости ротора, а точка раздела восходящих и нисходящих потоков по мере удаления от поверхности ротора начинает смещаться к оси мельницы. Одновременно наблюдается резкий поворот и обратное движение потоков материала к оси мельницы (рис. 6). В верхних слоях столба движение частиц материала замедляется, растет восходящая струя, но она наблюдается только в узкой зоне у стенок корпуса. Интерес вызывает стабилизация положения вторичной струи по мере повышения высоты столба материала на относительном расстоянии от чаши Н/К = 0,3. Очевидно, что эта высота и является предельной рациональной высотой расположения кольцевых просеивающих поверхностей в периферийной части корпуса центробежной мельницы вертикального
типа, в зоне над вращающимся ротором.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Хетагуров В.Н., Каменецкий Е.С., Колодинский С.В., Алексеев С.А. К определению характера движения измельчаемого материала в корпусе мельницы МВ-1 // Материалы научно-технической конференции, посвященной 60-летию НИСа СКГТУ (сборник научных статей). Владикавказ: Изд-во «Терек», 1998. - С.95-99.
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------------------------
Хетагуров Валерий Николаевич - доктор технических наук, профессор кафедры технологических машин и оборудования Северо-Кавказского государственного технологического университета. Владикавказ. Каменецкий Евгений Самуилович - кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой теоретической и прикладной физики Северо-Осетинского государственного университета.
Лапинагов Алан Михайлович - аспирант кафедры технологических машин и оборудования СевероКавказского государственного технологического университета.
Наниева Белла Муратовна - аспирант кафедры технологических машин и оборудования Северо-Кавказского государственного технологического университета.
