CC BY
26
млсридлон. обсСИСЧИШШНПНХ СНИЖС1ШС себе-
гтоимосш их Hire го влепи* ta счст современных rcxironornfl и передового оборудования. СТОИМОСТИ ВСЛСНИЯ рсм<И|П1Ы\ робот и счст
спсинй'нпацип it Kooiicpaiiiiti ремонтного крин »ьолстно тпшпапнн. мехипи&сшнн н шомшзацпн технологических процессов и повышение надежности и безопасности жеилуагаини оборудовании. нспо.илум преимущества композитов, обладающих лучшими жеплуятолноннимм свойствами. чем традиционные материалы
ПОПОМУ НСйбХОДИМО КОВСОЛНЦНРОВЛТЬ усилия но развитию системы подготовки и переподготовки специалистов ремонтного нрои!нодс1 на. внедрению компотнннонпмх материалов и практику ведения ремонтных работ, разработке нормативно-технической баш. регяиментируюшен различные виды работ с ком потягами на всех стадиях проведения рсмОнтио-профилактических работ в контексте стратегической задачи развития и
модернизации приишолственного сектора ■»кономнки страны е целью повышения уровня «ниш и обеспечения конкурентоспособности нашей продукции на мировом рынке.
ЬИЬЛИО! РЛФИЧМ КИИС1ИИ <Ж
I Ллмиц /7. И.. .Хом»>никон Ю. Н О «иаимо-святи и особенностях композшшонных материи-■10В КомпояттныА мир. 2009. J& 2 С ?4-37
Теория старения н коестанов-чения машин: научноеиздание. Екатерпнбур! Ихт-воУГГУ.2007 175 с
3. Система техническом обслужиттчм и ремонта мшргсгоческого оборудования, справочник М I! ia-оо ИЦ ЭНЛС. 2005 260 с
4. Сыте* Л В Промышленная поиггнка юсудярсгва ни nunc формирования нояои тконо-чнчссмойстратеит'' 10-Я Российский »комочичсс-кнн форум, тех дока Екатеринбург.2003 С. 10-12
5. ХомнНшкм Ю. Ь Перспективы развития производства К0МП0ТШШ01ШЫХ материалов и юде-i)iи «т них 0 Вестник машиностроения 2009. St х С #0-83.
УДК 621.928.622.27Д. (,22.44
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА В ФРИКЦИОННЫХ СЕПАРАТОРАХ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ, ОБЛАДАЮЩИХ ПАРУСНОСТЬЮ
В. Я. Потапов, С. А> Гнчухин, В. В. По»иной. Я. И. Конем
Рассмотрен фнтнческий признак. используемый при обогашенпи асбеста, слюды, различная скорость витания в воздушной среде асбестового волоки», чешуек слюды и породы Приведены формулы ли» определения скорости внтинпя «истиц в воздухе Их а,и закнент от физических характеристик разделяемого матерщин и свойств воздушною потока. Рассмотрены математические закономерности повеления ■глстни минералов о циркулирующем нотоювоапухафрпкндопио! о сепаратора Установлены демснмоетн между давлением воздушного поток» и конструктивными параметрами! фрнкинопиою бпробинно-полоч-ного сепаратора
Кши eewt .к >tta\ скоро си» inminii «парусность», физические характеристики, фрнхнионныН Сепаратор, л гродинамичовкиО эффект.
Some physical churaciens'-ics are considered which are used in concentration of asbestos, mica, well as different speed of circulation ofasbcsioi ribro, cells of mica ami rock m the ют 1Ъе formulas for determining ihc rate of circulation of particles in Ihe air an: prcscnttd. Their type depend» on physical characteristic* ol separated minerals Juid characteristic« of the air stream Mathematical regularities arc considetcd of mineral particles behavior Hi circulating air-stream of friction separator Dependencies are determined between the air stream pressure and design parameters of a friction drum-shelf separator.
Key »im/i, speed of circulating, «sailing caracicristicN«. physical characteristics, friction .separator aerodynamic. с flee I
_84 _
Одним II» пул» ПОВЫШСНИЯ тффсКГИВ-
-остм производства чаляегся создание менее •яертоемких разделительных и 1гпаратов на бязе их технологии переработки полезных ископаемых.
Поэтому важно при разработке и проект н-ровании аппаратов использовать их конструктивные особенности дли качественного раззе-аешп горных порол по физическим характеристикам. Аппаратом лая разделения такпх руд является блрабанио-пи.точнмй фримшои-яыЯ сепаратор (БПФС).
Он представляет собой совокупность ««скольких механических устройств, каждое «I которых предназначено для разделения частиц Обогащаемого материала по различном трязшш (рис. I).
Рнс. I Схема движении частицы % бараблнно-полочном фрикционном сепараторе
Выделяют четыре фоты звижения материала в сепараторе (см рис I»
Первая движение материала по нак-зонной полке, где происходит формирование потока перед оводом н камеру сепаратора Вторая фа »а - распределение сепарируемою материала по граничащим лруг с другом потокам с преобладанием в каждом однородных по форме и плотности частиц, происходящее • воздушной камере с момента отрыва частиц от нижней кромки наклонной полки Третья ф«за разделение компонентов пол деЙсгвисм потоки воздуха, Направленного по нормалг к лектору скорости сепарируемых частиц. Четвертях фаза поверхность вращающегося барабана, на торцевых поверхностях которого установлены радиальные выгнутые лопатсн Наклонная плоскость (полка I) полтотва-тпвист с разделению частицы с различными коэффициентами трения Чем меньше коэффи-
циент фения частицы а плоскость. тем выше скорость члетины на выходе с плоскости. Направления скоростей всех части одинаковы. тем не менее модули скоростей различны, и. следовательно, создаются предпосылки для последующего разделения части с различным содержанием полезных компонентов и значит. и с различными коэффициентами трения) Наклон плоскости должен обеспечивать движение 'июни без останови! в с средине пути, >го накладывает определенные ограничения на угод 0 для всего спектра коэффициентов трения этот угол должен-быть не менее соответствующих значении углов грення Значит, угод наклона полки должен быть больше самого большою из возможных значений углов трения дли части обогащаемого материала с различным содержанием кол стилю компонента В силу этого угол |3 должен иметь довольно большое »начет-не, и если частица поеме окончания плоскости выйдет на участок свободного полета с малой скоростью, то полет этот начнется по относительно отвесной траектории, что при больших сопротивлениях воздуха приведет к движению но вертикали Таким образом, нлклошшя плоскость должна шканчнпаться трамплином и виде криволинейного участка поверхности лля изменения направления скорости частицы
Криволинейный трамплин 2 можно считал. вторым этапом подготовки часгиц с различными коэффициентами трения к разделению. Сила трения на »том участке меняется в зависимости от места нахождения частим, гак как в различных точках вогнутой траектории нормальное давление частицы на криволинейную поверхность различное. Поэтому если на первом тгапе движение равноускоренное, то ни втором подчиняется довольно сложному закону Падение скорости на криволинейном участке, следовательно, нелинейно гаяисмт от козффлпиепта трения. В результате при выходе частиц ни участок свободного полета они имеют су шествскно различные скорости, а вылет час тип происходит по настильным траекториям Таким образом, образуется веер разделении, благодаря которому возможно формирование продуктов частиц с различным содержанием полезного компонента.
Дгя частиц средней части веера разделение в барабанно-иолочпом сепараторе ир^дус-
- pg
мотрснз eme одна стадия разделения Для этого установлен врашлюшийск барабан 3, благодари которому происходи: разделение частице различными коэффициентами восстановления при ударе Поскольку поверхность вращающегося барабана не является абсолютно гладкой . го в точке контакта на «щетину кроме нормальной реакции действует еще н сила трении, направленная и сторону, противоположную относительной скорости истины В зависимости от направления «гоЛ силы отскок частили может происходим. как в сторону прошении барабана. та» и в нрогавопо* ложную сторону .
Существенное влияние на процесс разделения оказывает и ноток воздуха, циркулирующий вокруг вращающеюся барабана с топаткпмн Можно полагать при »том. что скорость циркуляции потока убывает по мере удаления оз поверхности барабана, а ил поверхности барабана имеет скорость, близкую к скорости самой «тон поверхности.
Процесс движения каждой частицы возможно описать математической моделью, включающей уравнение движении на каждом этапе разделения и дифференциальные уравнения движения частицы в циркулирующем потоке воздуха.
Для единообразия описания движения частной на квжлом »тане явелем обитую зля всех злеменгов механической системы систему координат *Oi\ начало которой paivестзтм н начале наклонной плоскости, ось «.«•• направим горизонтально. а <юь «у» вертикально вниз(рис. 2)
Свободный полет частицы начинается ni точки И со скоростью Г . направленной по
касательной к дуге окружности фамидниа в данной точке. На частицу действует сила сопротивления циркулирующего потока, пропорциональная скорости члетииы относительно потока. Коэффициент «юн пропорциональности обозначим через р, который и висит от аэродинамического ссчсння частнпы. вязкости среды и скорости движения потока.
Задаваемыми параметрами барабана считаем; координаты его центра С 1<т. б), радиус барабана R и его угловую скорость ш. Пели частица при движепш! коснется поверхности барабана. то произойдет удар Параметрами удара являются: А (Юэффнниет восстановлении IT \ коэффициент трений при ударе.
Если сопротивление движению при свободном подете отсутствует, то частица движется с ускорением свободного падении с. наирнв-теиным тшрхпельно оси Ос. поэтому движение вдоль ост» От равномерное. Согласно этому имеем;
1 = *« ♦ '«.'.
v-\\ -»V -Ü.Sj<1
i 11
Рис. 2 К определению силы сопрогнв ichhx ни участке свободного полета
Следовательно, движение частнпы Мронсхолт по траектории параболы
,V. -h Cgfi5 - уУ.-)- "V (2,
', cos у)
где (i угол наклона полки, град; у- центральный угол криволинейного трамплина, трал
Циркулирующий поток в пом случае не оказывает на движение час типы никакого влияния, и Чистина движется но указанной параболе до тех пор. пока не встретится с поверхностью барабана иди не упадет на юрн-внпальиую плоскость (»• = с). Вместе с тем, кал плкпыняют .многочисленны? ноелслива-и»1Я, поток воздуха, обтекающий подвижную частицу, создаст силу сопротивлении движению. направленную в сторону, противоположную скорости частицы I от поснтсньио потоки.
Полагая движение воздуха вокрут вращающегося барабана ламинарным. : с. пре-небрстая возникновением мелких иудьенрую-uuix вихрен, примем движение потока слоистым по конпентрическим окружностям С центром на оси вращения барабана (см. рис 2), Силу сопротивления движению частицы при лим можно считать подчиняющейся закону Сгокса:
и козффиннспз пропорциональности. Эффективность разделения минералов о» повысить га смет установки специаль-лопаток на торцевых поверхностях нра-щсюся барабана наклоненных к поверх-| торцевых сторон, позволяющих исполь-ь аэродинамический эффект для выдслс-нп минералов (асбест, слюда), обладающих эффектом «парусности» из срелнсП части сс^лованиоги веера при схоле с плоскости
Специфические свойства асбеста волов -жстое строение, слюды мелкочешунчазое утроение, способность их расщепляться. первых на тончайшие волокна, вторых на тонкие рветняы тем самым увеличивая поверхность в приобрелая свойства «ипрусностн» об\х-«шшвао основной метол разделения асоес-т^»ыч рул и мелкочешунчагых елюдосодср-«ашик сланцев сухой грияптлшюин ий [З) И практике цла их разделении используют «иевмосенарацию. основанную на различии Гфолннамнчсских свойств вскрытого »1 разлепленного асбеста, лля слюды обраюяаннп большою количества пласгннчашх чешуек
Скорость витания завиаи о) физических свойств транспортируемых Продуктов: их I импост, состояния поверхности (гладкая. у*1нам), ра »меров, формы н петрографического состава частиц образования нихреоб-рлзных воздушных потоков н юне разделения; кмнмного треннн п столкновений частиц между собой и со стенками ипшфлы неравномерности распределения скоростей но злу юных гхпокоъ в камере и т. л
Отрицательное влияние отмеченных фя<-зоров может быть снижено, если создать благоприятные условии движения частиц при переходе из первой фазы по вторую. Для этою оолка должна облаллгь свойствами, позволяющими достичь в переходной точке максимума разности I ори тотальных составляющих скоростей шнжения разделяемых частзш. Положительное влияние на сепарацию оказывает такжерасслоение компонентов при перемещении но полке Характер движения частиц ланной рулы но полке определяется их формой и коэффициентом трения, а также параметрами иоДхн (углом наклона н материалом нокрышя) [I. 2. *)
Согласно теории а»ролинампки осевых вентиляторов, лли отделения парусных частнц ошима льная I у сто г а решетки лопаток (i ) может бы п. определена in уравнения |4|
т. =
<4)
».1С h ширина лорды лопатки. м. При X 0,5 оптимальный шаг
Ь
С учетом лого целесообразное число лопаток- Г»П<1С
т.а
С,
(5)
тле d диаметр барабана, м
Полученное значение Z округляется ю ближайшего меньшею числа.
Для определения давления воздушного потока лопаточного сепаратора может бьиь использована зависимость f51, Па:
П ■ ^ J- П. •
2 пг
глс / число лопаток, сл.: р плотность смеси, кг-м*. cosfl- уюл протекания потока. |рад (const); С козффнцнент подъемной силы; г радиус по копнам лопаток, м; И" скорость притекаиня потока, текучего к лопаткам. м/с, п гидравлический КИЛ ЫМк еслирнтори (1), i 0,4-0.5)
Установлено, что длэ отклонения парусных частиц крупностью класса -40* 5 мм необходимо имен, непрерывную струю давлением 200 Па. для класса -5-0 мм 80-1U0 Пи.
В зт ом случае при прохождении матерна-ta частипы. обладающие парусным эффектом, будут 01клон<1ься oi первоначальною положении и противоположную сторону О! струн воздуха, создаваемой доплгками вращающегося барабан;.
1 учетом витания надаюшнх частиц. силу соцротннлеини движению часгнны и воздушном потоке, всоотвсгствпн с работой [3]. можно считать !.зиисящсн «л квадрата относитель-ной скорости
гдеф ко»ффнпнсиз сопротивления: J диаметр частнц. М;р4 (МОТНОСГЬ воздуха. К1 м1. I - скорость движения струи воздуха, м/с. -.---87-_
Коэффициент пропорциональности ц с учетом скорости потока г от вращающего барабана можно определить, сравни хая выражения (3) и (7) Отсюлв получим:
Скорость потока при удалении oi поверхности барабана убывает ПО экспоненциальному закону
где v коэффициент затухания скорости потока; г расстояние от частицы до центра вращающегося барабан»
(10)
/ - ,J(x-aY Г {y-hf .
Обозначим через та угол, определяющий положение подвижной чвегниы W и сопутствующей системе координат Тогда
Я п о =
со$а =
t - d
г
у-Л
(Ш
Поэтому переносная скорость носока в точке М имеет следующие проекции
Г = Гсо.>а =
КЬ-ь)
„ • уМ-и)
Г = I sin ix = —-
(12)
Нее зги соображения необходимы тля составления дифференциальных уравнений движения частицы разделяемого материала в циркулирующем потоке С учетом си 1ы сопротивления согласно второму такому Ньютона имеем:
тй„ = (7 *■ F..
131
где я» - масса частицы; -се ускорение; (7 Сила гяжест и.
Сила сопротивления, определяемая равенством (3). содержит относительную скорость частицы:
Г =Р-Г, (И)
где I - {л. у) абсолютная скорость частицы В проекциях на выбранные оси координат
ПОЛУЧИМ
I ту = mg -ц(>' -I',.)
Таким образом, после подионовок (12). (9) и (10) получим систему дифференциальных уравнений;
т
т.
е.хр
аУ *{у-ЬУ-/?]:
riy-hf
хс.хр
Полученные дифференциальные уравнения неднпейны и неразрешимы в квадрат>'рах Они поддаются лишь чнеленному щттстрнро-ванны Для их решения возможно воспользоваться стандартной численной процедурой интегрирования методом Руиге-Кутта с автоматическим выбором luura ПО заданной точности.
В таблице приведены результаты разделения асбесгосодержащих продуктов (класса
мм) fin БПФС с ЛОпатКами
11риведенные в статье теоретические зако-номер пекли были использованы в математической модели БПФС при моделировании процесса движения частицы по юном разделения.
Математическая модель процесса разделения сыпучих многокомпонентных материалов позволяет всесторонне исследовать процесс разделения частиц с учетом их физических свойств и служит для рассмотрения большого числа вариантов конструкции и оптимизации режимов работы аппарата при относительно небольших затратах, »с прибегая к итп>*0влстоо макетов, опытных .»бра шип
Использование аэродинамического эффекта в БПФС позволит убрать возлухоиолаю-шую систему, обеспечить максимальное извлечение свободного асбестового волокна из руды, сохрашпт- природную длину и текстуру волокна, освободить асбестовое волокно от пыли, а такжеслучаГилач посторонних включений
Резулыягм разделении ясбсстосолсржишнх продушив
Номер 0ИМ1И Вия покрыта Продукт Выход Содержат« «сбссза, '» Мзинсяснме «сбеста, % 'Эффсктиьмость. %
Воздушный поток сформирован с торцов барабана н нал реален к центру бокопой поверхности
1 С галь КопЦСНТрЛ Хвосты Итого 41.5 58.5 100 1,55 0.33 0.82 78.6 21.4 100 37.4
ч Резина Концентра» Хвосты Итого 38.4 61,6 100 1,63 0.30 0,Я1 77.2 22.8 100 39.1
3 Асбест Концентрат Хвосты Итого 24.6 75.4 100 2.45 0.30 0.83 72.7 27,3 100 48.5
4 Конпагтрзз Хвосты Итого 25.5 74.5 100 2.12 0.30 0.83 73.4 26.6 100 48.3
* Концентра! ' 29.7 Хвосты | 70.3 Итого 1 100 2.12 0.30 0,84 74.9 25.. 1 100 45,6
4 п Концентрат Хвосты Итого 33.9 61 >1 100 1.89 0.30 0.82 76.4 23,6 ИХ) 42.9
Воздушный поток с< юрмнроаан с помощью сопл» и направлен всюрону в рашенн* барабана
- Л сссст Концентрат Хвосты Итого 26.1 73.9 100 2.4| 0.30 0.85 33.9 26,1 100 48.2
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
I \famc иатичсекос чооглирминие разйеяг-чил чш тиц и йи/шштно гнчочтч фрикционная с г чара торс С. Д. Ляписе. I. Ф Пышш. Н. Я Пс-тапов. 13 В. Иване» И Изв. вую» Горний журнаг 19У6. X» 7 С 147-150.
2. О ко и(/фишпптах трснин миис}нпоа при ЫнКЪщснии с тиЬиочср ащих<. шицен ни ПОЛОV «и V ту к'пм/ЮМ стиршпирс И 41 Кеаиив. К 'Г' Цм-
пян. Ь. II Александрова /И зн. вуюв. Горный журнал. 19£3.№ 1С 126-129.
3. Практики обогащения асбестовых рудI пол ред. Ф II Софроною. м : Недра. 1973.224с 1 Авт.: Ч А Белов. Н В.Дябнн. К). Б Колосов н др.
4. Ирупшци кий И В Аэродинамика «<свыХ вентиляторов М. Машиностроение 1984.240 с.
5. Тииухии С. А. Оптимизация параметров н процессов Стационарных машин: учебное пособие. Екатеринбург Им-во У11 У. 2006. С. 244
