CC BY
32УДК 621.928.26
Павлов Ю.Н.
Павлов Юрий Николаевич, к. т. н., доцент кафедры «Строительные и дорожные машины и оборудование» ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет» (ТвГТУ), pavlov237@yandex.ru
Кочканян С.М.
Кочканян Сейран Микаелович, к. т. н., доцент кафедры «Строительные и дорожные машины и оборудование» ТвГТУ, s_kochkanyan@mail.ru
Кондратьев А.В.
Кондратьев Александр Владимирович, д. т. н., заведующий кафедрой «Строительные и дорожные машины и оборудование» ТвГТУ, avkondr@ya.ru
Pavlov Y.N.
Pavlov Yuri N., PhD., Assistant Professor of the Chair of Building and Road Machines and Equipment of the Tver State Technical University (TSTU)
Kochkanyan S.M.
Kochkanyan Seiran M., PhD., Assistant Professor of the Chair of Building and Road Machines and Equipment, TSTU
Kondratiev A.V.
Kondratiev Aleksandr V., Dr. Sc., Prof., Head of the Chair of Building and Road Machines and Equipment, TSTU
К ВОПРОСУ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
РАЦИОНАЛЬНОЙ
СХЕМЫ ВАЛКОВОГО
СЕПАРАТОРА ДЛЯ ТОРФО-
ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ
ПРЕДПРИЯТИЙ
DETERMINATION OF A RATIONAL SCHEME OF A ROLLER SEPARATOR FOR PEAT PROCESSING
Аннотация. Приведены результаты сравнительных исследований валковых сепараторов, выполненных по двум конструктивным схемам. Изучалась эффективность просеивания древесных включений в зависимости от частоты вращения валов с дисками и угла наклона сепарирующей поверхности к горизонту. Из условия минимальной просеиваемости древесных включений в промежутках между дисками была выбрана рациональная конструктивная схема валкового сепаратора для подготовительных отделений торфопредприятий.
Ключевые слова: валковый сепаратор, валы с дисками, частота вращения, угол наклона, эффективность сепарации, древесные включения, торф.
Annotation. The results of comparative studies of roll separator, made by two different design schemes are given. The efficiency sifting wood inclusions depending on the rotational speed and the angle of inclination to the horizontal separating surface. Rational constructive scheme of a roll cage has been selected for the preparatory departments peat company from the condition of minimum wood inclusions in the gaps between the disks.
Key words: roll separators, shafts with disks, speed, angle, separation efficiency, incorporating wood, peat.
Качество продукции, получаемой из торфяного сырья (торфяные грунты, компосты, удобрения и т. д.), во многом зависит от эффективной работы валковых сепараторов, которые выполняют операции по предварительной очистке торфяной массы от твердых нетехнологических включений (кусков древесины, а иногда и камней). Однако практика эксплуатации сепараторов валкового типа показала, что нередко просеянный торф содержал недопустимо большое количество нетехнологических включений, средний размер которых превышал рабочий «просвет» (зазор, промежуток между дисками) сепаратора [1, 2]. Например, в зазор межу дисками 20 мм вместе с торфом проходили древесные включения со средним размером 30...40 мм и более, у которых один или два размера (толщина, ширина) были меньше сепа-рационного промежутка. Поэтому изыскание более рациональной конструкции валкового сепаратора с позиции снижения просеивания вместе с торфом древесных включений позволило бы повысить качество выпускаемой предприятиями торфяной продукции.
Предварительный анализ работы сепарирующих устройств, применяющихся в подготовительных отделениях торфопредприятий, позволил сделать предположение, что это явление обусловлено схемой расположения дисков на валах сепаратора (рис. 1, а), когда рабочий «просвет» а определяется расстоянием между смежными перекрывающимися дисками соседних валов [3]. При этом торцы дисков практически вплотную подходят к соседним валам и промежуток между соседними дисками одного вала более чем в 2 раза больше рабочего «просвета» а. Поэтому древесное включение, попавшее в этот промежуток, согласно своей траектории движения, начинает поворачиваться (вращаться) в нем до тех пор, пока не повернется своим наименьшим размером к рабочему зазору между дисками, после чего древесное включение попадает в просеянный торф.
С учетом выше приведенных обстоятельств можно предположить, что если принять другую схему валкового сепаратора (рис. 1, б), в которой рабочий «просвет» а определяется промежутком между соседними дисками одного вала, а расстояние между торцом диска и соседним валом равно или больше рабочего промежутка, то просеивание твердых включений будет менее вероятным [4]. Сепараторы
с такой схемой достаточно часто применяются на торфяных и камнеуборочных машинах. Назовем эту схему сепаратора традиционной.
Для проверки выдвинутой гипотезы были проведены экспериментальные исследования на стендах валковых сепараторов, выполненных согласно схемам а и б (рис. 1). В проведенной серии экспериментов рабочий зазор между дисками в обеих схемах устройства составлял 20 мм.
кривой опорной поё&рхности движения частщ
Рис. 1. Схемы валковых сепараторов: а - с рабочим просветом между дисками соседних валов; б - с рабочим просветом между дисками одного вала
Fig. 1. Scheme of the roll cages: a - a working clearance between the disks adjacent shafts; b - a working clearance between the disks of one shaft
На сепарирующую поверхность равномерно, с помощью ленточного питателя, подавалась смесь из древесных включений двух типоразмеров: 100x35x18 и 50x25x14 (соответственно длина, ширина и толщина в мм). Один размер (толщина) каждого древесного включения был меньше величины рабочего зазора сепаратора, это позволяло куску древесины, при соответствующей ориентации на сепараторе, пройти сквозь сепарирующую поверхность. Смесь древесных включений состояла
из больших кусков и маленьких в соотношении 1:1 по массе. В исследованиях частота вращения валов сепаратора изменялась от 90 до 135 об/мин, а угол наклона сепарирующей поверхности к горизонту варьировал в пределах от 0 до 20 градусов.
Эффективность просеивания древесных включений определялась по следующей зависимости:
ei = тп/ / то/ х100,
где тп/ - масса брусков /-го типоразмера, прошедших сквозь сепарирующую поверхность, т0/ - масса брусков данного типоразмера, поступивших на сепаратор. Для каждого опыта рассчитывали: ех - эффективность просеивания брусков меньшего размера; е2 - эффективность просеивания брусков большего размера и еоб, определяемое как отношение массы всех брусков, прошедших сквозь сепарирующую поверхность, к общей массе брусков, поступивших на валковый сепаратор.
На рис. 2 представлена количественная характеристика величины просеивания мелкой и крупной фракций древесных включений в зависимости от частоты вращения валов с дисками на сепараторе, выполненном по схеме а при угле наклона сепарирующей поверхности к горизонту а = 15°.
Рис. 2. Просеивание древесных включений в зависимости от частоты вращения дисков на сепараторе схемы а: □ - е1 = f (n); ■ - е2 = f (n)
Fig. 2. Screening wood inclusions depending on the frequency disc rotation and separator circuits а:
□ - El = f (n); ■ - £2 = f (n)
Из представленного материала видно, что при n = 90...100 об/мин 90% мелких древесных включений и более 50% крупных проходят сквозь рабочую поверхность валкового
сепаратора. Увеличение частоты вращения позволяет снизить эти показатели, но и при п = 135 об/мин процент включений, прошедших сквозь сепарирующую поверхность, оставался большим: ех = 68%, е2 = 27%.
На рис. 3 приведены аналогичные зависимости для сепаратора, выполненного по схеме б. Полученные данные показывают, что прохождение сквозь сепарирующую поверхность схемы б крупной фракции древесины составляло всего 7...20%, а мелкой -20...53% во всем диапазоне изменения частоты вращения дисков, что существенно меньше, чем на схеме а.
Рис. 3. Просеивание древесных включений в зависимости от частоты вращения дисков на сепараторе схемы б: Л - e1 = f (n); ▲ - e2 = f (n)
Fig. 3. Screening wood inclusions depending on the frequency disc separator for rotation scheme b: Л - ei = f (n); ▲ - £2 = f (n)
Сравнительные результаты по суммарному общему показателю еоб в зависимости от частоты вращения дисков n для двух схем сепараторов представлены на рис. 4. В среднем значении еоб в рассмотренном интервале варьирования параметра n на схеме б в 2...3 раза меньше, чем на схеме а. При этом на обоих стендах наблюдалось количественное снижение просеиваемости древесины с увеличением частоты вращения дисков.
Затем исследовали влияние угла наклона а сепарирующей поверхности к горизонту на эффективность просеивания древесных включений.
Графические зависимости e1 и e2 от изменения угла наклона а для сепаратора, выполненного по схеме а, отображены на рис. 5. Частота вращения валов с дисками при этом составляла n = 135 об/мин.
- о о 85 л с
100 115 130
Частота вращения дисков n, об/мин
145
Рис. 4. Просеивание древесных включений в зависимости от частоты вращения дисков: □ - схема а; Л - схема б
Fig. 4. Sieving wood inclusions depending on the frequency disc rotation: □ - scheme a; Л - circuit b
5
-3 3 9 15 21
Угол наклона сепарирующей поверхности а, град.
Рис. 5. Просеивание древесных включений в зависимости от угла наклона сепарирующей поверхности схемы а: □ - е1 = /(а); ■ - е2 = /(а)
Fig. 5. Sieving wood inclusions depending on the tilt angle a separating the surface of the circuit: □ - ei = / (а); ■ - £2 = / (а)
Аналогичные зависимости для сепаратора б представлены на рис. 6, когда частота вращения дисков была n = 100 об/мин.
Полученные зависимости однозначно показывают возрастание количества просеянных древесных включений с увеличением угла наклона сепарирующей поверхности. Этот факт можно объяснить повышением сопротивления перемещению брусков вверх по поверхности валкового сита, вследствие чего древесные включения начинают более интенсивно перекатываться по вращающимся дискам, что и приводит к их ускоренному прохождению в промежутках между дисками. Однако на сепараторе б процент древесины,
прошедшей сквозь рабочую поверхность, был в среднем в 1,25 раза ниже, чем на сепараторе а, несмотря на то что частота вращения дисков на традиционной схеме была существенно меньше. Только при нулевом угле наклона сепараторов показатели просеиваемости древесных включений на двух схемах сравнялись и то лишь за счет разницы в частоте вращения дисков. Это видно и на рис. 7, где приведены графические зависимости еоб = / (а) для двух схем сепараторов.
о
Ar
-3 3 9 15 21
Угол наклона сепарирующей поверхности а, град.
Рис. 6. Просеивание древесных включений в зависимости от угла наклона сепарирующей поверхности схемы б: Л - е1 = /(а); А - е2 = /(а)
Fig. 6. Screening wood inclusions depending on the tilt angle b separating the surface of the scheme: Л - E1 = /(а); А - e2 = /(а)
65
в
§ 50
и iy сх ю
35
я в S ш и о сх с
20
у
У"
й—*
-3
3
9
15
21
Угол наклона сепарирующей поверхности а, град.
Рис. 7. Просеивание древесных включений в зависимости от угла наклона сепарирующей поверхности: □ - схема а; Л - схема б
Fig. 7. Sieving wood inclusions depending on the angle tilt separating surface: □ - scheme a; Л - scheme b
По полученным результатам проведенных сравнительных экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:
• независимо от схемы сепарирующего устройства с повышением частоты вращения валов сепаратора количество древесных включений, прошедших сквозь сепарирующую поверхность, снижается, что обусловлено возрастанием скорости движения материала;
• увеличение угла наклона сепаратора приводит к увеличению количества включений, прошедших в промежутках между дисками для любой из схем сепаратора, что объясняется возрастанием сопротивления перемещению кусков древесины и снижением, вследствие этого, скорости их транспортирования;
• возрастание отдельных размеров (например, длины) древесных включений приводит к существенному снижению просеивающей их способности;
• количественный показатель еоб просеивания древесных включений на традиционной схеме б сепаратора был в 2.3 раза ниже, чем на сепараторе, выполненном по схеме а, которая в основном используется на перерабатывающих торф предприятиях. Таким образом, выполненные исследования показали, что традиционная схема валкового сепаратора является более рациональной с позиции очистки торфа от древесных включений. Поэтому для подготовительных отделений торфоперерабатывающих предприятий можно рекомендовать сепарирую-
щее устройство валкового типа, выполненное по схеме б, когда рабочий зазор сепаратора определяется расстоянием между соседними дисками одного вала. Применение рациональной схемы разделительного устройства позволит существенно повысить качество выпускаемой торфяной продукции.
Библиографический список
1. Петров Ю.О. Подготовка торфяного сырья при производстве сельскохозяйственной продукции / Ю.О. Петров, Е.А. Щипитин: Сб. науч. тр. / ВНИИТП. - Л., 1984. - Вып. 53. -С. 110-117.
2. ПоприйчукЮ.Д. Разработка процесса и оборудования для выделения нетехнологических включений из торфа [Текст]: дис. ... канд. техн. наук: Калинин, 1987. 195 с.
3. Молочко М.В. Разработка и обоснование параметров валково-дискового грохота и сепаратора пней для подготовки торфа к брикетированию: автореф. дис. . канд. техн. наук: Минск, 1986. 20 с.
4. Кондратьев А.В. Результаты сравнительных исследований работоспособности валковых сепараторов / А.В. Кондратьев, С.М. Кочканян, Ю.Н. Павлов, С.В. Лебедев // Материалы Всероссийской заочной конференции «Перспективы развития Волжского региона». - Тверь, 2001. - С. 73-74.
