Об основном механизме разрушения материалов в центробежной мельнице вертикального типа Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

© В.Н. Хетагуров, Е.С.

Каменецкий,

Б.М. Наниева, А.В. Пекониди,

2003

УДК 621.92 6

В.Н. Хетагуров, Е.С. Каменецкий,

Б.М. Наниева, А.В. Пекониди

ОБ ОСНОВНОМ МЕХАНИЗМЕ РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ В ЦЕНТРОБЕЖНОЙ МЕЛЬНИЦЕ ВЕРТИКАЛЬНОГО ТИПА

N

N

Северо-Кавказском государственном технологическом университете (СКГТУ) разработан новый способ самоизмельчения материалов [1], согласно которому измельчаемый материал сформирован в виде вертикального цилиндрического столба, нижнюю часть которого вращают при помощи ротора чашеобразной формы с радиальными перегородками, установленными в ее полости. Практической реализацией этого способа является центробежная мельница вертикального типа [2].

Испытания центробежных мельниц при размоле различных сырьевых материалов доказали перспективность нового способа измельчения за счет возможности совмещать в одном устройстве операции дробления и измельчения, отсутствия мелющих тел и специальных фундаментов, низких удельных расходов электроэнергии и металла, простоты ремонтных операций и обслуживания, малой металлоемкости, высокой удельной производительности, низкого уровня шума в работе и др. [3]. Результаты проведенных испытаний были положены в основу разработки конструкторской документации центробежной мельницы МВ-1 диаметром ротора 1 м, которая была передана АО «АГАТ» (бывший Георгиевский

В ремонтно-механический завод). В 1993-1994 гг. была изготовлена серия мельниц МВ-1 в количестве 10 экземпляров, которая была реализована кирпичным и черепичным заводам и предприятиям стройиндустрии

РФ.

Однако до настоящего времени отсутствуют достоверные представления о механизме разрушения материалов, что не дает возможности эффективно управлять процессом измельчения. Это является сдерживающим фактором при разработке высокопроизводительных образцов и их широкого внедрения в производство.

Одним из рациональных подходов к оценке механизма разрушения материалов в центробежной мельнице вертикального типа является анализ распределения энергетических потерь при работе мельницы. Для расчета мощности привода центробежной мельницы были проанализированы работы Баумана В.А. [4], Выскребенца А.С. [5] и Гегелашвили М.В. [6], согласно которым мощность привода мельниц центробежного типа расходуется на:

- трение в слоях измельчаемого материала;

- трение материала о стенки цилиндрического корпуса мельницы;

- разрушение (дробление) кусков материала;

- износ рабочих элементов ротора;

- колебательные процессы в материале и мельнице от ударного воздействия, не приводящие к разрушению кусков;

- трение в подшипниковых опорах и др.

Выделим основные статьи

расхода и запишем выражение для расчета мощности привода центробежной мельницы

дв = Nсл + N ст + Nоn + N раз (1) где Nсл - мощность, расходуемая на

сопротивление вращению ротора;

- мощность, расходуемая на

ст

трение материала о стенки корпуса

мельницы; - мощность,

-¿-У оп

расходуемая на трение в подшипниковых опорах; N -

мощность, расходуемая на разрушение кусков материала.

Исследованные ранее характеры движения измельчаемого материала в корпусе мельницы и полостях ротора, выведенные на основе уравнений гидродинамики [3], имеют хорошую сходимость с результатами лабораторных и промышленных исследований центробежных мельниц. Тогда по Гинзбургу [7]

Nсл = п• р • Я4• V®5 • V , (2)

где р - плотность материала; Я - радиус ротора мельницы; Ю - частота вращения ротора; V - коэффициент вязкости материала.

Составляющая Nст может быть определена из [5] как

Ыст = я• р • g• / т• Я • н • Ю (3)

где /2- коэффициент трения измельчаемого материала о стенки корпуса; Як - радиус корпуса мельницы Н -расстояние от верхнего (неподвижного) слоя столба материала; т - коэффициент подвижности

т=1+2 • А - 2 • У1 • -\А+/\

здесь /- коэффициент внутреннего трения материала.

Составляющая Nоп может быть рассмотрена как потери мощности в подшипниковых опорах и в общем виде представлена следующей зависимостью [5]:

Кп =/з • Яп • (Ср +0м) •Ю, (4)

где / - коэффициент трения качения в подшипнике; Яп -радиус расположения тел качения; G - вес ротора в сборе;

G м - вес измельчаемого материала, находящегося внутри мельницы

GM =я-р- Е'н Я.

Составляющая определится как

-¿V раз

N раз = Nдр + N ист ,

где Nд - мощность, расходуемая на дробление кусков материала; ^ист'~ мощность, расходуемая на истирание

кусков материала друг о друга.

Составляющая n определится как [4]:

^ _ 0,0002- gp G -I/ - lj, (5)

N др т-^

р Dce■ цм-ли

где ар - предел прочности исходного материала при растяжении, кгс/см2; G - производительность мельницы, м3/ч; i - степень дробления; Dce - средневзвешенный размер исходного материала, м; г/м - КПД мельницы; г/„ - КПД привода мельницы.

Таким образом, приближенное выражение для расчета мощности электродвигателя центробежной мельницы будет выглядеть как

Nde = к-р-R4- л/ю5v + *-р--m-Rl-H 2-® +

0,0002. GpG (i - 1) + N .

— J-' ист

+ f 3' Rn {GP + Gm)' о +

Имеющиеся экспериментальные данные [3] показывают, что разрушение материала в центробежной мельнице вертикального типа происходит в основном путем дробления при столкновении частиц друг о друга в полостях ротора, а также при соударении кусков с ребрами ротора, хотя большая часть потерь мощности приходится на трение в слоях материала.

Найдем предельное максимальное значение коэффициента вязкости V для различных материалов. Результаты испытаний центробежной мельницы показывают, что коэффициент вязкости V зависит от крупности измельчаемого и материала и, менее существенно, от его крепости. Так, для центробежной мельницы диаметром 1 м, коэффициент вязкости равен 0,674-10'3 м2/с для антрацита, 1,098-10'3 м2/с для доломита и 1,106х10'3 м2/с для крепкой золотосодержащей руды.

Dcb V,

------------------------------------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Патент РФ № 2078613, 1997 г.

Способ измельчения

материалов./В .Н.Хетагуров.

2. Патент № 2084787 (РФ) 1997 г.

Мельница / В.Н.Хетагуров, В.П. Ильяшик,

А.И. Чужинов.

3. Хетагуров В.Н. Разработка и проектирование центробежных мельниц вертикального типа. Владикавказ: Изд-во «Терек», 1999. - 225 с.

4. Бауман В.А., Стрельцов В.А.,

Косарев А.И., Слуцкер А.С. Роторные дробилки. М.: Машиностроение, 1973. -272 с.

5. Выскребенец А.С. Исследование процесса динамического самоизмельчения углеродистых материалов и его промышленное освоение: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. Орджоникидзе: СКГМИ,

1983.

6. Гегелашвили М.В. Обоснование и выбор механических параметров рудной мельницы МАЯ:: Автореф. дис. ...канд. техн. наук. Орджоникидзе: СКГМИ, 1986.

7. Гинзбург И.П. Теория сопротивления и теплопередачи. Л.: Изд-во Ленинградского ун-та, 1970. - 376 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Хетагуров В.Н., Каменецкий Е.С., Наниева Б.М., Пекониди А.В. — Кафедра технологических машин и оборудования, СевероКавказский государственный технологический университет