CC BY
91Гаркави М.С., зам. главного инженера по науке и инновациям, д-р техн. наук, проф.,
2Кутлубаев И.М., д-р техн. наук, проф., 1Хозей А.Б., ведущий конструктор 1ЗАО «Урал-Омега» г. Магнитогорск 2Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова
ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ МАТЕРИАЛА В КАМЕРЕ ДРОБЛЕНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ ДРОБИЛКИ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ
УСКОРИТЕЛЯ
hab@uralomega.ru
В работе рассматривается численная модель движения частиц кварцита и мрамора в камере дробления центробежной дробилки. Устанавливается механизм формирования защитного слоя материала в кармане ускорителя. Устанавливается влияние конструкции ускорителя на гранулометрический состав продукта дробления. Проверяется сходимость результатов численного моделирования с полупромышленным экспериментом.
Ключевые слова: ускоритель, центробежная дробилка, ЬЮООИТБ, численное моделирование, гранулометрический состав.
Введение. В процессе дробления в центробежной дробилке, образуется большое количество мелкодисперсной пыли, которая в большинстве случаев является побочным продуктом дробления и требует утилизации [1, 2]. Кроме того, немаловажным негативным фактором является ухудшение экологической обстановки в районе производства в ветреную погоду.
Одним из вариантов снижения количества мелкодисперсной пыли является совершенствование конструкции рабочего органа (ускорителя) центробежной дробилки для исключения эффекта намола в защитных карманах (рис. 1). Решение этой задачи может быть обеспечено за счет изменения геометрии ускорителя.
Численный программный комплекс ЬЮООИТ8 позволяет с малым временным шагом 2* 10-7 с создать модель движения материала в ускорителе [3, 4]. Полученные данные дают возможность проанализировать механизм формирования защитного слоя материала в кармане ускорителя, напряжения в частицах материала, а также оценить влияние геометрии ускорителя на скорость схода частиц.
Цель настоящей работы состоит в исследовании процесса, протекающего в камере дробления центробежной дробилки ДЦ-0,36, имеющей ускоритель и отбойную плиту с характерными размерами, и геометрией, изображенными на рис. 1. Угловая скорость вращения ускорителя ю=534 с-1.
Рис. 1. Камера дробления
Методика. В исследовании применялись мрамор и кварцит гранулометрического состава, указанного в табл. 1, и имеющие физико-механические свойства, которые приведены в таблице 2 [5].
Таблица 1
Гранулометрический состав
Частные остатки на ситах, %
Св. 5 мм 2,5-5 мм 1,25-2,5 мм 0-1,25 мм
Кварцит 12,4 75,9 11,3 0,4
Мрамор 6,2 61,4 30 2,4
В работе использована следующая структура исследования:
1. Численное моделирование движения материала в камере дробления.
• Исследование движения отдельных частиц в ускорителе
• Исследование механизма образования защитного слоя на лопатках
• Моделирование движения частиц в усовершенствованном ускорителе.
2. Исследование влияния конструкции ускорителя на гранулометрический состав продуктов дробления мрамора и кварцита.
Таблица 2
Физико-механические свойства
Кварцит Мрамор
Модуль упругости (Юнга) 6,9х1010 МПа 8х1010 МПа
Коэффициент Пуассона 0,16 0,28
Коэффициент восстановления при ударе 0,1 0,1
Коэффициент трения материала по материалу 0,88 0,7
Коэффициент трения материала по стали 0,5 0,4
Плотность частицы материала 2860 кг/м3 2650 кг/м3
Основная часть.
Исследование движения отдельных частиц в ускорителе
Численным моделированием движения отдельных частиц (рис. 2) установлено:
- частицы кварцита в течение 0,1675 сек, а мрамора - 0,1759 сек находятся на поверхности нижнего диска и перемещаются к разгонной лопатке;
- сход частиц наблюдается через 0,1764 сек для кварцита, и 0,1932 сек - для мрамора;
- угол схода материала по отношению к тангенциальной составляющей ускорителя со-
Э 2Ь
В момент схода первых частиц с лопаток ускорителя наблюдалось максимальное значение их скорости 154 м/с. После удара об отбойную плиту и потери скорости с коэффициентом восстановления при ударе (имитирующем потерю скорости при разрушении) наблюдался возврат частиц в центральную часть разгонной лопатки. В результате возврата наблюдалось торможение и задержка вновь поступающих частиц на лопатках, и как следствие формирование защитного слоя. Кроме того, в результате воздействия возврата на образовавшийся защитный слой в частицах возникают дополнительные напряжения. Начиная с 0,112 с скорость частиц стабилизировалась на величинах, не превышающих 105 м/с, т.е. 109,3 % от переносной скорости.
Моделирование движения частиц в усовершенствованном ускорителе.
ставляет 16°37' для кварцита, и 17°11' - для мрамора;
- средняя скорость схода материала 142,9111 м/с для кварцита, и 145,5912 м/с - для мрамора.
Исследование механизма образования защитного слоя на лопатках
Моделированием потока частиц мрамора и кварцита установлен следующий характер формирования защитного слоя на лопатках ускорителя (рис. 3).
\ -йтип
\ -этмп
Совершенствование ускорителя направленное на устранение дополнительных напряжений в частицах, вызванных возвратом материала, заключается в установке защитных бил рис. 4, а.
Картина схода материала имеет характер, изображенный на рис. 4, б. Материал, отраженный от отбойной плиты, попадает в защитное било и скатывается с него.
Исследование влияния конструкции ускорителя на гранулометрический состав продуктов дробления мрамора и кварцита.
Эксперимент проводился на центробежной дробилке ДЦ-0,36 лаборатории ЗАО «Урал-Омега» с ускорителями различных конструкций (рис. 1 и 4). Для наглядности била были покрашены белой краской. На рис. 5 изображен ускоритель с защитным билом до и после проведения эксперимента.
а) б!
Рис. 2. Траектория движения частиц: а - кварцита, б - мрамора в горизонтальной плоскости ускорителя
Рис. 3 Модель формирования защитного слоя
Защитное било
а б
Рис. 4. Ускоритель с защитными билами
Рис. 5. Ускоритель с защитным билом до а - и после б - эксперимента
В результате эксперимента установлено наличие возврата материала в лопатку ускорителя, который отмечен характерным стиранием
Результаты дроблен
краски с защитного била на 2/3 длины (рис. 5, б).
Гранулометрический состав полученных продуктов дробления приведен в табл. 3.
Таблица 3
кварцита и мрамора
Образец ускорителя Частные остатки на ситах, %
Св. 5 мм 2,5-5 мм 1,25-2,5 мм 0,63-1,25 мм 0,315-0,63 мм 0,16-0,315 мм 0-0,160 мм
Кварцит Исходный 12,4 75,9 11,3 0,4
Защитные карманы 0,9 10,6 17,9 14,9 10,6 12 33,1
Защитные карманы с билом 1 12,7 23,4 16,3 10,8 9,6 26,2
Мрамор Исходный 6,2 61,4 30 2,4
Защитные карманы 0,6 5,7 4,3 7,7 18,2 27,1 36,4
Защитные карманы с билом 0,3 4,9 11,3 16,6 19,5 22,5 24,9
Из приведенных данных следует, что использование ускорителя с защитными билами позволило сократить количество мелкодисперсной пыли при дроблении кварцита на 20,9 %, а мрамора на 31,6 %.
Выводы:
1. В результате численного моделирования установлено, что:
• Независимо от вида измельчаемого материала его частицы имеют практически одина-
ковую скорость схода, и более 90 % времени находятся в центральной зоне ускорителя.
• Образование мелкодисперсной составляющей продукта измельчения обусловлено возвратом частиц на центральную часть лопатки, и уменьшением скорости схода на 31,8 %.
2. Использование защитных бил позволило сократить количество мелкодисперсной пыли при дроблении кварцита на 20,9 %, мрамора на 31,6 %.
3. Результаты численного моделирования имеют хорошую сходимость с данными полупромышленного эксперимента.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Воробьев В.В., Кушка В.Н., Свитов В.С. Современное оборудование для измельчения и классификации материалов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2006. №1. С. 280284.
2. Хамидулина Д.Д., Якубов В.И., Родин А.С., Кушка В.Н. Отсевы дробления - эффективный способ повышения качества бетонов // Строительные материалы 2006. №11. С. 50-51.
3. Козин А.Ю., Фомин С.Н., Кутлубаев И.М., Хозей А.Б. Моделирование движения ми-
нерального сырья в ускорителе центробежного типа // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2015. №4. С. 57-59.
4. «Models, algorithms and validation for opensource DEM and CFD-DEM», Christoph Kloss, Christoph Goniva, Alice Hager, Stefan Am-berger, Stefan Pirker - Progress in Computational Fluid Dynamics, An Int. J. 2012 - Vol. 12, No.2/3 pp. 140 - 152
5. Характеристики и физико-механические свойства сыпучих материалов [Электронный ресурс] // www.stroymehanika.ru : сервер ООО «СтройМеханика». URL: http://www.stroymehanika.ru/article_3.php (дата обращения 09.09.2014г.)
Garkavi M.S., Kutlubaev I.M., Khozey A.B.
THE RESEARCH OF A MATERIAL MOVEMENT INTO THE CRUSHERING CHAMBER OF A CENTRIFUGAL CRUSHER AND IMPROVEMENT OF THE ACCELERATOR DESIGN
In this article we use the model of a particle motion quartz and marble in the crushing chamber of the centrifugal crusher. It establishes a mechanism for the formation of a protective layer of material in the pocket of the accelerator. It establishes the influence of the design accelerator of a particle size distribution of the crushing product. It Checks the convergence of computer simulations with a semi-industrial experiment. Key words: accelerator, centrifugal crusher, LIGGGHTS, particle size distribution.
Гаркави Михаил Саулович, доктор технических наук, профессор, зам. главного инженера по науке и инновациям.
ЗАО «Урал-Омега».
Адрес: Россия, 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, д. 89 стр. 7.
Кутлубаев Ильдар Мухаметович, доктор технических наук, профессор. Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова. Адрес: Россия, 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, д. 38.
Хозей Александр Борисович, ведущий конструктор. ЗАО «Урал-Омега».
Адрес: Россия, 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, д. 89 стр.7. E-mail: hab@uralomega.ru
