CC BY
80
© Л.Н. Самсонов, Ю.Н. Павлов,
С.М. Кочканян, А.В. Кондратьев, 2002
УДК 622.23.05:622.7
Л.Н. Самсонов, Ю.Н. Павлов,
С.М. Кочканян, А.В. Кондратьев
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ВАЛКОВОГО СЕПАРАТОРА ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ВЛАЖНОГО ТОРФА
В
настоящее время валковые сепараторы нашли широкое применение в подготовительных отделениях предприятий по переработке торфяного сырья. Для более эффективного их использования необходимо на основе исследований процесса сепарации торфа разработать методику выбора рациональных параметров сепарирующего устройства для конкретной технологической операции. При этом основными исходными данными для оптимизации параметров валкового сепаратора являются технологические требования и характеристика торфяной массы.
Проведенные исследования процесса разделения фрезерного торфа малой насыпной плотности с волокнистыми и древесными включениями применительно к торфобрикетному производству позволили определить параметры валкового сепаратора, обеспечивающие наибольшую эффективность сепарации [1]. Рекомендуемые характеристики были следующими: частота вращения дисков - 65-85 об/мин, угол наклона сепарирующей поверхности к горизонту от 0 до 5 градусов подъема. При этом влажность торфа варьировала в пределах 37-52 %, что обусловлено технологией производства торфяных брикетов. Было также установлено, что в этом интервале влажности торфа эффективность процесса сепарации была практически постоянной. При производстве торфяных грунтов и удобрений влажность исходного сырья в зависимости от условий его транспортировки и хранения может значительно превышать указанные выше значения и находиться в интервале от 55 до 85 %. В связи с этим, несомненный интерес представляет исследование процесса сепарации при переработке влажного торфа.
С целью изучения работоспособности валкового сепаратора при переработке торфяного сырья влажностью более 55 % были проведены экспериментальные исследования, которые показали, что повышение влажности торфа существенно влияет на эффективность сепарации. При достижении некоторого значения влажности, зависящего от вида торфа, эффективность работы может резко снизиться из-за налипания в междисковом пространстве торфяной массы. Налипание торфа на рабочие поверхности валковых сепараторов приводит к заметному снижению производительности сепарирующих устройств, а в отдельных случаях является причиной полного прекращения процесса разделения торфа и древесных включений.
Для определения основных закономерностей процесса налипания торфа была сконструирована и изготовлена экс-
периментальная установка валкового сепаратора. Конструкция экспериментальной установки позволяла изменять расстояния между дисками, частоту вращения дисков и режим загрузки просеивающей поверхности материалом.
Условия проведения экспериментов были следующими: диаметр валов сепаратора - 60 мм; диаметр дисков - 320 мм; расстояние между соседними дисками одного вала а изменялось от 10 до 50 мм; частота вращения дисков п - от 80 до 160 об/мин; торф верховой ^ = 30 %) и торф низинный ^ = 45-50 %); границы изменения относительной влажности торфа ю от 70 до 83 %; подача торфа q -0,004 м3/с.
Изучалось влияние изменения влажности ю верхового торфа на интенсивность налипания I. При этом интенсивность налипания определялась как отношение массы налипшего торфа в междисковом пространстве к величине расстояния между дисками. В процессе эксперимента была установлена область интенсивного налипания торфа, которая соответствовала ю = 77-83 %. Для этого интервала численных значений ю были получены следующие уравнения регрессии: для расстояний между дисками: а = 20 мм - I = 226,4ю - 1,38ю 2 - 9256; а = 25 мм - I = 46,9ю - 0,28ю 2 -1951.
Анализ зависимостей показывает, что вначале с изменением влажности торфяной массы от 77 до 81 % происходит значительный рост интенсивности налипания торфа (в 26 раз для а = 20 мм и в 7 раз для а = 25 мм). Далее, в интервале от 81 до 83 %, интенсивность практически не возрастает и имеет тенденцию к снижению. Это можно объяснить тем, что при больших значениях влажности коэффициент трения торфа по стали (вал и диски изготовлены из стали) уменьшается, следовательно, и интенсивность налипания торфяных частиц также падает.
Затем, определялся характер роста интенсивности налипания торфа в течение 5-15 секундной его подачи на сепарирующее устройство. По результатам проведенных экспериментов получены линейные зависимости интенсивности налипания I от времени t подачи материала для расстояний между дисками: а = 10 мм - I = 1,03t - 3,17; а = 15 мм - I = 0,55t - 1,7; а = 20 мм - I = 0,32t - 1,28.
Представленные уравнения показывают возрастание интенсивности налипания торфа с уменьшением междискового расстояния. Выражение, характеризующее интенсивность налипания торфа в зависимости от расстояния между дисками при его изменении от 10 до 35 мм, имеет следующий вид: I = 30,32 -0,89а. Из полученного уравнения видно, что чем больше расстояние между дисками, тем меньше интенсивность налипания торфа. Зависимости I = /ф и I = /(а) были получены при ю = 78 %, п = 80 об/мин.
Из информации, полученной при исследованиях фрезерных рабочих органов торфяных машин, известно, что с увеличением центробежной силы вращающегося тела, интенсивность налипания уменьшается [2], поэтому можно ожидать снижения процесса налипания с ростом частоты вра-
щения дисков. Опытные данные полностью это подтверждают. Количественные связи интенсивности налипания торфа (влажность 79 %) от частоты вращения дисков (80160 об/мин ) аппроксимируются следующими уравнениями: при а =20 мм - I = 31,13 - 0,19п; при а = 25 мм - I = 40,6 - 0,5п + 0,0016п2
Увеличение частоты вращения дисков от 80 до 160 об/мин приводит к снижению интенсивности налипания торфа более чем в 20 раз.
В условиях интенсивного налипания верхового торфа (ю = 79-80 %) были выполнены исследования по определению работоспособности цепного чистика [3, 4] в междисковом промежутке сепаратора. При этом масса цепного кольца находилась в пределах 0,3-0,34 кг в соответствии с параметрами рабочего просвета и диаметра дисков сепаратора.
Цепной чистик обеспечивал надежную работу сепаратора без налипания торфа только в промежутках с расстоянием между дисками, равном или большем 25 мм. При меньших зазорах, когда а = 10, 15, 20 мм, очистительное устройство не выполняло свои функции, что приводило к забиванию междискового пространства торфом. Это обстоятельство лишний раз указывает на значительное увеличение сцепления торфа с поверхностью дисков при уменьшении промежутка между ними.
Надежность работы валкового сепаратора с цепными чистиками проверяли также при подаче на сепарирующую поверхность низинного торфа со степенью разложения 4550 % и влажностью 77-80 %.
Во всем диапазоне промежутков между дисками от 10 до 50 мм наблюдалось интенсивное налипание торфа. При этом цепной чистик не предотвращал процесс налипания, а забивался торфом. Это обстоятельство указывает на существенное влияние степени разложения торфа на интенсивность его налипания в промежутках между дисками.
Проведенные экспериментальные исследования позволили определить зависимость интенсивности налипания торфа от его влажности и от конструктивных и кинематических параметров валкового сепаратора, а также обозначить границы использования предложенного цепного чистика при работе сепарирующего устройства с влажным торфом.
Направлением дальнейших исследований являлось определение рациональных параметров сепарирующего устройства, обеспечивающих эффективное просеивание влажного торфа. С этой целью на предприятии СХП «Селигер-Агро» отобран верховой фрезерный торф (Я = 30 %) с влажностью 65 % и засоренностью древесными включениями -1,5 %. Лабораторный стенд валкового сепаратора представлял просеивающую поверхность размером 0,2x1 м, образованную пятью валами с дисками шестигранной формы. Диаметр описанной окружности диска - 320 мм, расстояние между соседними дисками на валу - 20 мм, толщина диска - 3 мм, диаметр вала - 60 мм. Подача материала на сепаратор осуществлялась ленточным транспортером, привод которого давал возможность регулировать скорость перемещения ленты. Конструкция
стенда позволяла изменять частоту вращения валов сепаратора и угол наклона просеивающей поверхности к горизонту.
В пределах изменения подачи q (кг/с) от 1,5 до 6, частоты вращения валов п (об/мин) от 25 до 150, угла наклона сепаратора а (град) от 0 до 20 был выполнен трехфакторный эксперимент, в результате обработки данных которого была получена следующая зависимость, характеризующая эффективность сепарации E (%): E=109,6-0,65q-0,084n-0,88а-0,011qn+0,075qа+0,008nа-
0,1 q2-0024n2+0,002а2
Анализ данного выражения показывает, что влияние трех последних слагаемых, содержащих квадраты факторов, на эффективность сепарации невелико. Поэтому в рассмотренных пределах варьирования факторов зависимости: E = /(ф, E = /(п), E = /(а) близки к линейным. Проведенные дополнительно однофакторные эксперименты подтвердили характер влияния вышеназванных факторов. Более широкие пределы изменения значений подачи, частоты вращения валов сепаратора, угла наклона просеивающей поверхности показали, что для каждого фактора имеется некоторое критическое значение, после которого зависимость Е = F(x) изменяет свой характер. Например, при изменении частоты вращения валов лабораторного стенда от 15 до 150-160 об/мин, зависимость эффективности процесса от этого фактора близка к линейной. Дальнейшее увеличение частоты вращения в интервале 160-210 об/мин привело к значительному снижению эффективности сепарации.
На данном стенде также были проведены исследования по изучению влияния влажности исходного сырья на эффективность просеивания торфа, при следующих параметрах сепаратора: п = 120 об/мин, а = 10-16 градусов.
Результаты опытов показали, что возрастание влажности торфяной массы, поступающей на сепаратор, с 60 до 70 % увеличивает вынос торфа с сепарирующего устройства в 8-10 раз. Это обстоятельство еще раз указывает на существенное влияние влажности исходного материала на работоспособность валкового сепаратора при переработке влажного торфа.
Выполненные экспериментальные исследования позволили определить область рациональных параметров сепарирующего устройства для эффективной переработки влажного торфа (ю =55-85 %): частота вращения дисков п = 100150 об/мин, угол наклона сепарирующей поверхности к горизонту а= 8-16 градусов.
Таким образом, рассмотренные в данной работе вопросы дают возможность более обоснованно подходить к выбору основных параметров сепараторов с учетом характеристик исходного материала. Использование полученных результатов и рекомендаций на предприятиях торфяного профиля позволит интенсифицировать процесс очистки торфа от нетехнологических включений (пней и камней) и повысить качество выпускаемой продукции.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Молочко М.В. Разработка и для подготовки торфа к брикетирова- 2. Самсонов Л.Н. Фрезерование
обоснование параметров валково- нию: Автореф. дис. ... канд. техн. на- торфяной залежи. - М.: Недра, 1985.
дискового грохота и сепаратора пней ук. - Мн., 1986. - 22 с. - 211 с.
«НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА-2001» СЕМИНАР № 18
3. А.С. 4432 РФ, МКИ3 А 01 В 43/00. Ротационный сепаратор /А.В. Кондратьев, И.В. Сулейманов, Ю.Н. Павлов. - 1с.
4. Кочканян С.М. Обоснование параметров и энергетических характеристик валковых сепараторов тор-
фяных машин: Дис. ... канд. техн. наук. Тверь, 1993. - 148 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------------------------------------------------------------------
Самсонов Л.Н. - профессор, доктор технических наук, Тверской государственный технический университет (ТГТУ).
Павлов Ю.Н. - ст. преподаватель, ТГТУ.
Кочканян С.М. - доцент, кандидат технических наук, ТГТУ.
Кондратьев А.В. - доцент, доктор технических наук, ТГТУ.
