CC BY
27
УДК 621.026.001(06) DOI: 10.17213/0321-2653-2015-3-59-67
К ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И УДЕЛЬНЫХ ЭНЕРГОЗАТРАТ В ВЕРТИКАЛЬНОЙ МЕЛЬНИЦЕ ДИНАМИЧЕСКОГО САМОИЗМЕЛЬЧЕНИЯ С СИЛОВЫМ ЗАМКНУТЫМ КОНТУРОМ
THE DEFINITION OF PRODUCTIVITY AND SPECIFIC ENERGY CONSUMPTION IN THE VERRUCAE AUTOGENOUSLY MILL DYNAMICA CLOSED LOOP POWER
© 2015 г. А.А. Остановский, Е.В. Маслов
Остановский Александр Аркадьевич - канд. техн. наук, Ostanovskiy Alexander Arkadjevich - Candidate of Technical
докторант, кафедра «Машины и оборудование бытового и Sciences, doctoral student, department «Machines and Equip-
жилищно-бытового назначения», Институт сферы обслужи- ment, Household and Housing and Municipal Purposes»,
вания и предпринимательства (филиал) Донского государ- Institute «Service Sector and Entrepreneurship» (branch), Don
ственного технического университета, г. Ростов-на-Дону, State Technical University, Rostov-on-Don, Russia. E-mail:
Россия. E-mail: ostanovskiy51@ mail. ru ostanovskiy5 @mail.ru
Маслов Евгений Владимирович - аспирант, Южно-Рос- Maslov Ewgeniy Vladimirovich - graduate student, Platov
сийский государственный политехнический университет South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocher-
(НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия. kassk, Russia. E- mail: [email protected] E-mail: [email protected]
Дается анализ существующих теорий измельчения материалов с точки зрения затрачиваемой работы на разрушение исходных кусков материала. Обосновывается метод исследования, позволяющий определять выходные характеристики вертикальных мельниц динамического самоизмельчения с замкнутым контуром, основанный на составлении и решении уравнений регрессии, и находить их оптиму-мы производительности и удельных энергозатрат. При этом параметры и коэффициенты составляемых уравнений регрессии принимаются из экспериментальных исследований, что позволяет получить более точные результаты при определении производительности и удельных энергозатрат по сравнению с аналитическими методами решения подобных задач. Представлена последовательность решения задачи по определению производительности и удельных энергозатрат предложенным методом и приведены технические результаты преимущества вертикальных мельниц динамического самоизмельчения, полученные при исследовании опытного образца вертикальной мельницы динамического самоизмельчения с силовым замкнутым контуром в сравнении с мельницами динамического самоизмельчения А. Ягупова при измельчении мергеля.
Ключевые слова: мельница; дробление; измельчение; самоизмельчение; разрушение; замкнутый контур; циркуляция мощности; кинематическое несоответствие; теория эксперимента; производительность; удельные энергозатраты; рассев; параметры; матрица; ротототабельный; уравнение регрессии.
The analysis of the existing theories of grinding materials in terms of work expended in the destruction of the original pieces of material. Grounded research method allows to determine the output ha of characteristic vertical mills with autogenously dynamic closed-loop-mentioned, based. The parameters and the ratio is the regression equations are taken from experimental studies to provide more accurate results when determining the performance and specific energy consumption compared with the analytical method of solving such problems. The parameters and the ratio is the regression equations are taken from experimental studies to provide more accurate results when determining the performance and specific energy consumption compared with the analytical method of solving such problems A. Yagupova during grinding marl.
Keywords: mill; crushing; grinding; autogenously grinding; demolition; closed loop circulation of power; kinematic discrepancy theory Expo experiment; performance; specific power consumption; multiple parameters; matrix; rotototabelny; regression equation.
Измельчение материалов относится к важнейшим дисперсности продукт, широко используемый в раз-технологическим операциям, в результате проведения личных отраслях промышленности, в том числе в которых получают измельченный до необходимой строительной отрасли и промышленности при произ-
водстве строительных материалов (мел, мергель, кусковая известь, щебень, мрамор и др.).
При этом одной из важнейших технических характеристик при эксплуатации дробильно-измель-чительного оборудования являются помимо производительности его энергозатраты, отражающие его энергоэффективность. Потому энергосберегающие технологии при строительстве и производстве строительных материалов, изделий и конструкций становятся все более востребованными из-за высоких цен на энергоносители, ограниченности энергетических ресурсов, возросших затрат на мероприятия по охране окружающей среды в процессе добычи и переработки сырья. Ввиду этого энергосберегающие технологии, внедряемые в технологическую цепочку дробления и измельчения материалов, позволят за счет рационального энергопотребления при осуществлении таких технологических процессов существенно снизить себестоимость выпускаемой продукции и повысить его конкурентоспособность [1].
Поиск технических решений при создании энергоэффективного оборудования должен основываться на существующие теории дробления и измельчения, которые с разной степенью точности описывают процесс разрушения исходных кусков материала в используемом для этой цели измельчительном оборудовании (дробилок, дезинтеграторов, мельниц и др.).
Задачей математического описания процесса измельчения является установление взаимосвязи конструктивных и режимных параметров машины с производительностью и энергозатратами при измельчении материала, которому присущи определённые физико-механические и реологические свойства. Измельчение кусков материала представляет собой сложный процесс, и его выходные параметры по производительности, гранулометрическому составу готового продукта и энергозатрат будут определяться сочетанием многих факторов. К наиболее важным следует отнести пластическое и упругое деформирование частиц, характер их взаимодействия между собой и с рабочими элементами машины, масштабное изменение прочности этих
частиц в процессе изменения их размеров и формы по мере уменьшения их размеров.
Поэтому вопросы, связанные с определением производительности и затратами энергии на дробление (измельчение), теоретически освещены далеко не достаточно. Это объясняется чрезвычайной сложностью процессов разрушения твердых тел, отдельные закономерности которых не поддаются математическому описанию с достаточной точностью (табл. 1).
В табл. 1 приняты обозначения: D - диаметр дробимого куска; d - размер измельченного куска; К1, К2, КА, КБ - коэффициенты пропорциональности; i - степень дробления измельчаемых кусков; V - первоначальный объем измельчаемого куска; п - показатель степени, изменяющийся от 2 до 3; Е - модуль упругости (модуль Юнга) первого рода; В - экспериментальный показатель; с - предел прочности материала.
Выведенные формулы законов дробления и измельчения не могут быть использованы для количественных расчетов с абсолютным значением затраченной для этого работы. Поэтому эти математические зависимости являются весьма приближенными, а их достоверность весьма далека от действительности [2].
Такие особенности процесса разрушения материала в измельчительном оборудовании препятствуют использованию существующих теорий измельчения для практического их использования при разработке энергоэффективного оборудования. Однако они могут быть применены для сравнительной оценки процессов дробления и измельчения, когда достаточно определить относительные величины работы, затрачиваемой на дробление и измельчение материала [3].
Поэтому, пользуясь гипотезами дробления, можно только ориентировочно определить производительность и энергозатраты измельчительного оборудования (по известным опытным данным о работе аналогичного оборудования в равнозначных условиях).
Отмеченные недостатки при расчете производительности, затрачиваемой работы и, естественно, удельных энергозатрат для разрушения кусков одинаково справедливы и для вертикальных мельниц динамического самоизмельчения с замкнутым контуром.
Таблица 1
Основные теории измельчения
Автор и дата исследования Математическая модель энергозатрат Область применения измельченного продукта
1. Реттингер (1867 год) А=К1Б1 При помоле материала
2. Кирпичев - Кик (1874 год) А=К2ВЪ При крупном дроблении
3. Ребиндер (1930 год) А=К1Б1+ К203 При помоле и дроблении
4. Бонд (1951 год) 2 5 Аъ=КБО 2,5 При помоле и дроблении
5. С. Е. Андреев А = КАОт При помоле и дроблении
6. Рундквист (1951 год) 4- К м = шо К При помоле и дроблении
7. В. Д. Земсков А=3р2у а-1) 2Е При дроблении
5. Баловнев (2000 год) Aдр=Вrfaг7E При дроблении
Разрушение кусков материала в мельницах этой системы, помимо отмеченных выше влияющих факторов, осуществляется также за счет возникновения в мельнице конструктивной схемы циркулирующей мощности замкнутого контура, приводящей к дополнительному силовому воздействию кусков друг на друга [4 - 7].
Ввиду этого определение производительности и удельных энергозатрат для мельниц таких конструктивных схем по известным методикам существующих теорий разрушения кусков материала приведет к существующим расхождениям с практическими результатами. Поэтому для определения выходных показателей мельниц такого конструктивного исполнения необходимо использовать такой универсальный математический метод, который бы позволил получать результаты с более высокой степенью точности.
Такими качествами обладает метод, основанный на теории планирования эксперимента, который позволяет использовать для определения производительности и удельных энергозатрат уравнения регрессии, описывающие зависимость выходных показателей мельниц от независимых (управляющих) параметров, влияющих на эти показатели. Достоинство этого метода заключается в том, что управляющие параметры и коэффициенты уравнений регрессии в этих уравнениях принимаются непосредственно из эксперимента при измельчении конкретного материала с определёнными физико-механическими и реологическими свойствами.
Такой подход к решению поставленной задачи, в отличие от аналитических методов, разработанных основоположниками теорий разрушения кусков, позволяет обойти сложный и трудновыполнимый процесс определения производительности и энергозатрат.
Для определения производительности и удельных энергозатрат вертикальной мельницы с силовым замкнутым контуром целесообразно использовать комплексный метод, включающий известные математические модели, созданные на основе теории проведения эксперимента [8], и опытно-статистический метод, предусматривающий построение уравнений регрессии.
При этом достоверность выходных параметров мельницы этого типа будет зависеть от выбора доминирующих факторов, влияющих на процесс. В качестве доминирующих параметров были приняты: 1) величина кинематического несоответствия верхней и нижней ветви замкнутого контура - 1кн, 2) высота слоя материала над ротором - Нсл; 3) диаметр выпускных отверстий на барабане - ^вып. Выбор доминирующих параметров осуществлялся на основе представления протекания процесса и уже полученных данных в результате проведенных исследований на мельницах динамического самоизмельчения системы «МАЯ» [9 - 11]. Производительность и удельные энергозатраты для мельниц этой системы определяются следующим образом. Первоначально составлена модель исследования - вертикальная мельница (измельчитель) динамического самоизмельчения с силовым замкнутым контуром (рис. 1).
Входные параметры
_yv_
л а,
н ф 2 я а я с ф
Я =
2
я а
' ¡верхЛнижн
(Xi)
сЗ
S Ьй X
>5 S
1 Э"
в К о
О =зг
dcp (Zi)
II
я а
Кинематическое несоответствие ветвей
Нсл (Х2) ^ \Высота слоя материала над ротором
(1вып (Хз) Диаметр ныпускных ^ отверстий
1
W(Z 2)
е- s
S о
[а]сж(7з)
Объект исследования
Производительность по общему выходу классов ¿1ф(У2)
(Мельница динамического самоизмельчения с силовым замкнутым контуром)
Гранулометрический состав Мдв (N3«) Уз))
Момент на валу двигателя
О
о S сх сх
<ü сЗ
dBH(Wi)
1
>
^(мощность в замкнутом контуре) у
■й
н ф S я
а
я к
ф
я
Э1
и 02
kBH(W2)
я s
С, Р s
Мел (W3)
Возмущающие параметры
Рис. 1. Модель исследования измельчителя (мельницы) динамического самоизмельчения с силовым замкнутым контуром
С целью оценки производительности по общему выходу классов G^, рассева по фракциям Лу, мощности на валу электродвигателя Ждв (мощности замкнутого контура N3]£) и мощности, потребляемой из сети М;ети, проведены многофакторные эксперименты. Исследования проводились на основании теории планирования эксперимента, а полученные результаты обрабатывались методами теории вероятности и методической статистики с применением вычислительной техники и пакета программ Maple 11.
Для получения регрессивных моделей производительности и удельных энергозатрат, позволяющих определить влияние конструктивных и режимных параметров установки на эти показатели, был реализован рототабельный композиционный центральный план Бокса - Уилсона.
Уровни и интервалы варьирования факторов представлены в табл. 2.
Таблица 2
Уровни и интервалы варьирования факторов
Фактор Значения факторов при уровне Интервал варьирования
-1,682 -1 0 +1 +1,682
Xi 0,22 0,32 0,38 0,42 0,48 0,06
X2 178 260 380 400 581,2 120
X3 3,4 5,0 7,0 9,0 10,4 2,0
В качестве кодированных факторов для установки были приняты: х1 - величина кинематического несоответствия верхней и нижней ветви замкнутого контура 1кн= /верх//'нижн; х2 - высота материала над ротором (высота столба материала) Нсл, мм; х3 - диаметр выпускных отверстий dвьш в барабане, мм.
В качестве оптимизируемых параметров приняты: у1 - производительность по общему выходу классов за 3 мин, кг/мин; у2 - удельная энергоемкость измельчения, кВт-ч/т; у3 - рассев по классам измельченного материала, %.
Разработанный измельчитель (мельница) динамического самоизмельчения выполнен таким образом, чтобы на нем было возможно реализовать полнофакторный эксперимент рототабельного композиционного плана, охватить максимально большую область числа управляющих параметров и получить наиболее достоверные данные по выходным показателям мельницы.
Матрица планирования эксперимента представлена в общем виде в табл. 3.
Программа полного факторного эксперимента представлена матрицей из 23 точек. Объем опытов экспериментальных исследований для измельчителя определяется тремя управляющими факторами (параметрами), представляется матрицей рототабельного центрального композиционного плана, состоящего из 20 точек: 8 точек ядра, 6 «звездных» точек и 6 точек в центре плана. Ядро плана составлялось изменением
факторов на двух уровнях (табл. 3), а значение «звездных» точек рассчитывалось путем определения «звездных плеч» [8].
Таблица 3
Матрица рототабельного центрального композиционного плана
№ опыта Матрица планирования Выходные параметры
* х2 X3 У1 y2 y3
1 +1 +1 +1 y1.1i y2.1i y3.1i
2 +1 +1 -1 y1.2i y2.2i y3.2i
3 +1 -1 +1 y1.3i y2.3i y3.3i
4 +1 -1 -1 y1.4i y2.4i y3.4i
5 -1 +1 +1 y1.5i y2.5i y3.5i
6 -1 +1 -1 y1.6i y2.6i y3.6i
7 -1 -1 +1 y1.7i y2.7i y3.7i
8 -1 -1 -1 y18i y2.8i y3.8i
9 -1,682 0 0 y1.9i y2.9i y3.9i
10 0 0 -1,682 y1.10.i y2.10.i y3.10.i
11 0 -1,682 0 y1.11.i y2.11.i y3.11.i
12 +1,682 0 0 y1.12.i y2.12.i y3.12.i
13 0 0 +1,682 y1.13i y2.13i y3.13i
14 0 +1,682 0 y1.14i y2.14i y3.14i
15 0 0 0 y1.15i y2.15i y3.15i
16 0 0 +1 y1.16i y2.16i y3.16i
17 0 +1 0 y1.17i y2.17i y3.17i
18 +1 +1 0 y1.18i y2.18i y3.18i
19 +1 0 +1 y1.19i y2.19i y3.19i
20 0 -1 0 y1.20i y2.20i y3.20i
21 0 0 -1 y1.21i y2.21i y3.21i
22 -1 0 -1 y1.22i y2.22i y3.22i
23 -1 -1 0 y1.23i y2.23i y3.23i
При этом удельная энергоемкость процесса измельчения в i-м опыте определялась как
П
| f (у1)ёх
Еуд, = -> кВт'ч/т' (!)
выхг'
где Ау1) - функция, описывающая изменение мощности в замкнутом контуре в i-м опыте, кВт; й - время измельчения материала, ч; Овых - производительность измельчителя в i-м опыте, т/ч.
В табл. 4 представлены результаты экспериментальных исследований по определению производительности по общему выходу классов, т, и гранулометрическому составу готового продукта в зависимости от управляющих параметров х1, х2 и х3 для 23 опытов, полученных на основе реализации согласно матрице (табл. 3) рототабельного центрального композиционного плана.
При этом в каждом опыте определялась мощность в замкнутом контуре и мощность Мзк, потребляемая из сети Мсети вертикальной мельницы динамичного самоизмельчения с силовым замкнутым контуром на основе разработанной методики [11]. На рис. 2 показано изменение мощности в замкнутом контуре Мзк и мощности, потребляемой из сети Мсети, в первом опыте согласно матрице рототабельного композиционного плана и его аппроксимирующие графики полученных значений (табл. 4).
В общем виде уравнение регрессии для производительности и удельных энергозатрат в зависимости от параметров хь х2 и х3 будет иметь вид:
Таблица 4
Результаты эксперимента по определению производительности, удельных энергозатрат и рассева по фракциям
№ опыта Матрица планирования Выходные параметры
y1, кг/мин y2, кВт/ч Уз, мм
- X1 X2 X3 - - 10,0-3,0 3,0-1,2 1,2-0,63 0,63-0,27 0,27-0,0
1 0,42 500 9,0 6, 14 6,22 20,2 21,3 5,6 21,8 31,1
2 0,42 500 5,0 4,84 10,62 11,5 19,7 6,8 22,8 39,2
3 0,42 260 9,0 6,35 5,37 20,6 17,4 5,4 21,9 34,7
4 0,42 260 5,0 3,98 7,18 13,7 19,4 6,6 22,8 37,5
5 0,32 500 9,0 7,56 5,44 12,2 17,8 7,6 20,2 42,2
6 0,32 500 5,0 3,59 10.93 11,4 16,5 5,1 19,1 47,9
7 0,32 260 9,0 6,20 4,54 20,1 17,1 6,2 18,2 36,4
8 0,32 260 5,0 3,65 6,66 17,2 21,6 6,8 23,9 30,5
9 0,22 380 7,0 9,96 9,22 18,0 14,2 6,0 23,6 38,2
10 0,38 380 3,4 2,71 10,58 0 21,4 5,6 28,3 44,7
11 0,38 178 7,0 3,84 4,68 22,3 20,8 6,4 21,3 29,2
12 0,48 380 7,0 5,98 8,72 22,8 23,1 6,8 20,5 26,8
13 0,38 380 10,4 10,8 5,86 23,6 21,3 7,1 19,4 28,6
14 0,38 581,2 7,0 6,30 9,89 20,4 22,6 6,7 23,2 27,1
15 0,38 380 7,0 6,87 7,38 6,8 23,3 5,6 20,9 43,4
16 0,38 380 9,0 9,92 6,38 14,1 23,7 6,5 22,9 32,8
17 0,38 500 7,0 6,53 8,02 10,7 20,4 5,9 21,8 41,2
18 0,42 500 7,0 6,28 7,06 21,4 22,0 6,6 18,8 27,2
19 0,42 380 9,0 7,36 5,57 20,0 23,3 7,3 19,7 29,7
20 0,38 260 7,0 4,03 12,86 15,6 19,2 6,8 20,5 37,9
21 0,38 380 5,0 4,53 11,77 15,8 20,9 6,9 22,1 38,3
22 0,32 380 5,0 3,91 6,83 11,7 17,4 4,4 22,7 43,8
23 0,32 260 7,0 5,94 6,48 22,2 18,6 5,7 23,4 30,1
y i = b0 + 2 bjixj + 2 bjyx1x2 + 2 bu x1
i=1 j,i=1 i=1
у / = Ь0 + кЬ2гх/ + 2 Ь2ух1х2 +]ГЬихг2,
/=1 1,1=1 /=1
где уп/ - результат выходного параметра в /-м опыте, Ь0 - остаточный член регрессии; Ь/ - коэффициент линейной регрессии для /-го фактора; Ьи - коэффициент регрессии при квадратичном члене /-го фактора; Ь - коэффициент парного взаимодействия /-го и ]-го факторов; к - число факторов.
Рис. 2. Изменение мощности в замкнутом контуре и мощности, потребляемой из сети, в первом опыте эксперимента
Каждое сочетание уровней факторов является многомерной точкой в факторном пространстве.
Расчеты производились с помощью пакета прикладных программ Maple 11.
После обработки результатов и их статистической оценки получены математические модели производительности, адекватно описывающие процесс измельчения материала в измельчителе динамического самоизмельчения :
y1 =-22,13142719-0,01918034328*2 +111,0403798*1"
- 1,99308394х, +0,8103955301Т1* -0,9676999768*2 -
-0,967699768*2 -0,3529851823*3 -0,01665303911т1* +
+2,0011844168*3 -192,198826*1 -0,1980725919e~5*2 +
+0,406862537e~1*1*2 +0,214583333e~5*2*,.
Трехмерное изображение поверхности отклика производительности по общему выходу классов y = = f(*\, *2, *3) при фиксированном значении параметра *х показано на рис. 3.
На рис. 4 а представлена графическая интерпретация оптимума регрессионной модели производительности по общему выходу классов от входящих параметров, а на рис. 4 б - оптимум функции.
На рис. 4 б показан найденный оптимум этой зависимости y1max = 12,96 кг/мин, полученный при следующих управляющих параметрах: * = 0,3864; *2 = 500 мм; *3 = 9,0 мм.
х3 Х2
а б в
Рис. 3. Сопоставление графика поверхности отклика и точек корреляционного поля: а - для Х1= -1; б - для х1= 0; в - для х1= +1
а б
Рис. 4. Уровни поверхности отклика производительности от управляющих параметров: а - графическая интерпретация оптимума регрессионной модели производительности от входящих параметров;
б - оптимальная область регрессионной модели
Аналогично, как при определении производительности, вычислялись удельные энергозатраты измельчения мергеля.
Трехмерное изображение поверхности отклика удельных энергозатрат от входящих параметров у2 = = /(х1, х2, х3) при фиксированном значении параметра х1 представлены на рис. 5.
На рис. 6 отражена графическая интерпретация оптимума регрессионной модели удельных энергозатрат по общему выходу классов от управляющих параметров - х1, х2, х3.
Для удельной энергоемкости уравнение регрессии с переменными управляющими параметрами х1, х2 и х3 имеет вид:
у2 =323,0234922х2 -38,06469277+0,60786551258х1 х2 --0,0719341394х32 -0,001734375^ х +0,00000575x2 + +0,04977986152х1х2 +0,002795019756х2 +
+0,5757001086хз +230,041428^.
Проверка гипотезы о значимости уравнения регрессии для производительности и удельных энергоза-
трат производилась с помощью критерия Фишера, позволяющего в обоих случаях подтвердить гипотезу о квадратичной зависимости параметров оптимизации от переменных параметров х1, х2, х3 и как правдоподобную на уровне 5 % и на уровне 1 %.
В итоге минимальное значение параметра оптимизации для удельной энергоемкости составит у2т1П = = 4,635738881 кВт-ч - при следующих значениях управляющих параметров: х1/ = 0,2972346483; х2/ = = 380 мм; х3/ = 9,0 мм.
Сравнение конструктивных параметров и данных по производительности и удельным энергозатратам, полученных при измельчении материалов на вертикальной мельнице динамического самоизмельчения «МАЯ-10-К» и на вертикальной мельнице динамического самоизмельчения системы с замкнутым контуром, представлены в табл. 5 и 6. При сопоставлении выходных характеристик мельниц разных систем учитывалось то обстоятельство, что геометрические и кинематические параметры мельниц разных систем приблизительно равны между собой. Это позволило сделать вывод об адекватности сравниваемых результатов по производительности и удельным энергозатратам.
а б в
Рис. 5. Сопоставление графика поверхности отклика и точек корреляционного поля для удельных энергозатрат:
а - для Х1= - 1; б - для х1= 0; в - для х1= +1
Рис. 6. Уровни поверхности отклика удельных энергозатрат от управляющих параметров: а - графическая интерпретация оптимума регрессионной модели удельных энергозатрат; б - оптимальная область регрессионной модели удельных энергозатрат
Таблица 5
Основные технические данные мельницы динамического самоизмельчения системы «МАЯ»
Параметр Значение параметра
Диаметр чаши ротора, мм 300
Высота корпуса над чашей ротора, мм 700
Диаметр корпуса, мм 420
Электродвигатель: - тип - мощность, кВт - частота вращения, об/мин П4т 3,96 1750
Передаточное число клиноременной передачи г'пф 3,96
Частота вращения чаши ротора при гпер = 3,96, об/мин 442
Часовая производительность при измельчении отходов графита, т/ч 0,76
Удельные энергозатраты, (кВт-ч)/т 7,5
Таблица 6
Основные технические данные мельницы динамического самоизмельчения с силовым замкнутым контуром
Параметр Значение параметра
Диаметр чаши ротора, мм 323
Высота корпуса над чашей ротора, мм 600
Диаметр барабана, мм 398
Электродвигатель: - тип - мощность, кВт - частота вращения, об/мин АИР 112 3,7 960
Частота вращения барабана, об/мин 112-367
Частота вращения чаши ротора, об/мин 192-768
Часовая производительность при измельчении мергеля, т/ч 0,72
Удельные энергозатраты при измельчении мергеля, (кВт-ч)/т 4,63
Анализ полученных экспериментальных результатов работы мельниц разных систем при измельчении материалов с одинаковыми физико-механическими характеристиками показывает, что при практически равных геометрических размерах мельниц -диаметра ротора и корпуса (барабана) и их высоты -производительность составила:
- для мельницы «МАЯ-10-К» - 0,75 т/ч при удельной энергоемкости 7,5 кВт-ч/т;
- для мельницы с силовым замкнутым контуром - 0,72 т/ч при удельной энергоемкости 4,63 кВт-ч/т.
Полученные экспериментальные данные по производительности мельниц системы «МАЯ» и мельниц
динамического самоизмельчения с замкнутым контуром практически равны, но в то же время удельные энергозатраты в вертикальных мельницах динамического самоизмельчения, имеющих механизм замкнутого контура, на 38,3 % меньше.
Выводы
1. Комплексный метод определения выходных показателей вертикальных мельниц динамического самоизмельчения при измельчении материала, основанный на использовании теории планирования эксперимента и на составлении и решении регрессионных моделей, в котором используются управляющие параметры процесса и коэффициентов регрессии, взятыми из эксперимента, является наиболее предпочтительным в сравнении с аналитическим и может быть использован для решения конкретных задач при разработке измельчительно-го оборудования подобного типа.
2. Сравнение экспериментальных результатов по производительности и удельным энергозатратам вертикальных мельниц динамического самоизмельчения разных систем подтверждает более высокую энергоэффективность мельницы, имеющей механизм замкнутого контура в сравнении с мельницами системы А. Ягупова.
3. Для подтверждения целесообразности применения комплексного метода определения выходных показателей вертикальных мельниц динамического самоизмельчения в дальнейшем необходимо проведение исследований при измельчении других материалов, физико-механические и реологические свойства которых отличаются от использованных в описанных выше экспериментальных исследованиях.
Литература
Министерство регионального развития Российской Федерации. Приказ от 30 мая 2011 г. №262 «Об утверждении стратегии развития промышленности строительных материалов и индустриального домостроения на период до 2020 года».
Веригин Ю.А., Веригина Ю.Я. Развитие теоретических представлений о сверхтонком измельчении вещества // Инновации в науке - инновации в образовании: Материалы Междунар. науч.-техн. конф. «Интерстсроймех-2013» 1-2 октября 2013г., г. Новочеркасск / Юж.-Рос. гос. политехи. ун-т (НПИ) им. М. И. Платова. Новочеркасск: ЮРГТУ(НПИ). 2013. С. 26 - 32. Дробление и грохочение углей: 2 изд., испр. и доп. М.: «Недра», 1970. С. 366.
Патент на изобретение №2465960. Измельчитель динамического самоизмельчения / А.Н. Дровников, А.А. Ос-тановский, Е.В. Никитин, И.А. Павлов, Л.А. Осипенко, Н.А. Агафонов. Опубл. 10.11 2012 г. Бюл. № 31.
Патент на изобретение №2496581. Мельница / А.Н. Дровников, А.А. Остановский, Е.В. Маслов, Н.В. Бурков, Г.Н. Романенко. Опубл. 27.10.2013. Бюл. № 30.
6. Патент на изобретение №2520008. Измельчитель динамического самоизмельчения материала / А.Н. Дровников, А.А. Остановский, Е.В. Маслов, А.Н. Рыбальченко. Опубл. 20.06 2014 г. Бюл. № 17.
7. Патент на изобретение №2526668. Устройство для измельчения материала / А.Н. Дровников, А.А. Остановский. Опубл. 27.08.2014. Бюл. № 24.
8. Тихомиров В.Б. Планирование и анализ эксперимента (при проведении исследований в легкой и текстильной промышленности). М.: Легкая индустрия, 1974. С. 262.
9. А. с. 651845. Способ динамического самоизмельчения /А.В. Ягупов.
10. А. с. 710632, МКИ В 02 С 13/00, Мельница динамического самоизмельчения «МАЯ» / А.В. Ягупов. Опубл. 25.01.80, Бюл. № 3. 1980. № 3. С. 4.
11. Дровников А.Н., Остановский А.А., Маслов Е.В. Определение крутящего момента на валу мельницы динамического самоизмельчения с силовым замкнутым контуром // Инновации в науке - инновации в образовании. Материалы Междунар. науч.-техн. конф. «Интерстрой-мех-2013» 1-2 октября 2013 г. Новочеркасск. С. 69 - 73.
References
1. Ministerstvo regional'nogo razvitiya Rossijskoj Federacii. Prikaz ot 30 maya 2011 g. №262 «Ob utverzhdenii strategii razvitiya promyshlennosti stroitel'nyh materialov i industrial'nogo domostroeniya na period do 2020 goda» [Ministry of Regional Development of the Russian Federation. The order of May 30, 2011 No. 262 "About the adoption of strategy of development of the industry of construction materials and industrial housing construction for the period till 2020"].
2. Verigin Yu. A., Verigina Yu. Ya . Razvitie teoreticheskih predstavlenij o sverhtonkom izmel'chenii veschestva [Development of theoretical ideas of superthin crushing of substance]. Innovacii v nauke - innovacii v obrazovanii. Materialy Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii «Interstsrojmeh-2013» 1-2 oktyabrya 2013g., g. Novocherkassk, Yuzh-Ros. gos. politehn. un-t (NPI) im. M. I. Platova [Innovations in science - innovations in education. Materials of the International scientific and technical Interstsroymekh-2013 conference on October 1-2, 2013, Novocherkassk / It is southern the Russian state polytechnical university (NPI) of M. I. Platov]. Novocherkassk, YuRGTU(NPI) Publ., 2013, pp. 26 -32.
3. Droblenie i grohochenie uglej. Izd. 2, ispr. i dop. [Crushing and grokhocheniye of coals. Prod. 2]. Moscow, Izd-vo «Nedra», 1970, pp. 366.
4. Drovnikov A. N., Ostanovskij A. A., Nikitin E. V., Pavlov I. A, Osipenko L. A., Agafonov N. A. Izmel'chitel' dinamicheskogo samoizmel'cheniya [Grinder of dynamic self-crushing]. Pat., no. 2465960, 2012.
5. Drovnikov A. N., Ostanovskij A. A., Maslov E. V., Burkov N. V., Romanenko G. N. . Mel'nica [Mill]. Pat., no. 2496581, 2013.
6. Drovnikov A. N., Ostanovskij A. A., Maslov E. V., Rybal'chenko A. N. Izmel'chitel' dinamicheskogo samoizmel'cheniya mate-riala [Grinder of dynamic self-crushing of material]. Pat., no. 2520008, 2014.
7. Drovnikov A. N., Ostanovskij A. A. Ustrojstvo dlya izmel'cheniya materiala [The device for material crushing]. Pat., no. 2526668, 2014.
8. Tihomirov V.B. Planirovanie i analiz 'eksperimenta (pri provedenii issledovanij v legkoj i tekstil'nojpromyshlennosti) [Planning and the analysis of experiment (when carrying out researches in the light and textile industry)]. Moscow, Legkaya industriya Publ., 1974, pp.- 262.
9. Yagupov A.V. Sposob dinamicheskogo samoizmel'cheniya [Way dynamic samoizmelcheniya]. A.s., no. 651845.
10. Yagupov A. V. Mel'nica dinamicheskogo samoizmel'cheniya «MAYa» [Mill of dynamic self-crushing of "MAY"]. A.s., no. 710632, 1980.
11. Drovnikov A.N., Ostanovskij A.A., Maslov E.V. Opredelenie krutyaschego momenta na valu mel'nicy dinamicheskogo samoizmel'cheniya s silovym zamknutym konturom [Definition of a torque on a shaft of a mill of dynamic self-crushing with the power closed contour]. Innovacii v nauke - innovacii v obrazovanii. Materialy Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii «Interstrojmeh-2013» 1-2 oktyabrya 2013 g. [Innovations in science - innovations in education. Materials of the International scientific and technical Interstroymekh-2013 conference on October 1-2, 2013]. Novocherkassk, 2013, pp. 69-73.
Поступила в редакцию 23 апреля 2015 г.
