Определение оптимального скоростного режима мельниц динамического самоизмельчения Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

------------------------------------------------- © А. С. Выскребенец,

В.И. Голик, 2006

УДК 621.3.035.21

А. С. Выскребенец, В.И. Голик

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО СКОРОСТНОГО РЕЖИМА МЕЛЬНИЦ ДИНАМИЧЕСКОГО САМОИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

ельницы динамического само-измельчения относятся к классу центробежных высокоскоростных машин. Центробежные мельницы, благодаря

меньшему удельному расходу энергии, металлоемкости, большей производительности, находят все большее применение в мировой практике дробления и измельчения, в том числе, и для подготовки зерновых фракций углеродистых материалов. Подготовка зерновых фракций из углеродистых материалов является важной технологической операцией в электродной и металлургической промышленности при производстве алюминия, титана и др. металлов, в теплоэнергетике при измельчении различных сортов угля. На базе мельницы динамического самоизмельчения в СКГМИ разработана и прошла промышленные испытания дробильно-

измельчительная установка, ко-торая способна в широком диапазоне изменять гранулометрический состав продукта измельчения (а.с. № 1169733).

Центробежная мельница (рис. 1) состоит из вертикально расположенного цилиндрического корпуса 7 с соосно установленным в нем валом 2, на котором закреплен чашеобразный ротор 3 со съемным кольцом 4. В верхней части вала крепится шкив 5 клиноременной передачи. Вал 2 ротора установлен в подшипниковые опоры верхнюю 6 и нижнюю 7. Регулировочное кольцо 8 установлено на трех винтовых домкратах 9, которые крепятся

к корпусу 2 посредством кронштейнов 10. Домкраты 9 установлены по периметру корпуса через 1200. Верхняя подшипниковая опора 6 опирается на траверсу 11, нижняя подшипниковая опора 7 - на траверсу 12. В нижней части корпуса 7 имеется разгрузочный лоток 13, в верхней части - загрузочный патрубок 14. Чаша ротора имеет форму перевернутого полого усеченного конуса, внутри которого равномерно установлены шесть вертикальных радиальных ребер 15.

Съемное кольцо 4 сопряжено с рабочей поверхностью ротора 3 наклонной волнообразной поверхностью в окружном направлении. Конусность нижней сопрягающей поверхности съемного кольца совпадает с конусностью чаши ротора, при этом конусность верхней сопрягаемой поверхности съемного кольца больше конусности нижней сопрягаемой поверхности. Ре-гулировочное кольцо 8 со стороны кольцевой полости выполнено в виде обратного конуса. Таким образом, оба кольца (регулировочное и съемное) в окружном направлении образуют ряд полостей дробления 16 и полостей выгрузки 17, которые заканчиваются в радиальном направлении разгрузочной щелью 18.

Одним из основных параметров мельницы является скорость чашеобразного ротора. В зависимости от частоты вращения различают три основных режима работы.

Рис. 1. Центробежная дробильно-измельчительная установка

Первый режим соответствует частоте вращения, при которой нет циркуляции материала в вертикальной плоскости. Измельчение в этом режиме происходит за счет истирания между подвижным слоем материала, находящегося в чаше и неподвижным материалом, расположенным над чашей. Этот режим характеризуется повышенным расходом энергии и переизмельчением продукта.

Второй скоростной режим характерен интенсивной циркуляцией материала в чашеобразном роторе и в пространстве над ним. В этом случае вертикальная составляющая центробежной силы Св, действующей на частицу внутри ротора, значительно превышает давление столба материала р. Частица с запасом кинетической энергии выбрасывается ротором и разрушается за счет ударных и сжимающих нагрузок. Таким образом, во втором скоростном режиме измельчение происходит за счет удара и раздавливания частиц. Данные способы

разрушения являются наиболее эффективными по количеству вновь образуемых поверхностей на единицу затрачиваемой энергии. Измельчение за счет истирания происходит в верхних слоях материала, расположенных над чашей ротора, и имеет незначительную долю в общем объеме. В связи с вышеизложенным второй скоростной режим является наиболее экономичным и эффективным. Угловая скорость ротора рассчитывается из условия циркуляции материала в вертикальной плоскости, когда Св>Р.

Угловая скорость й равна

а =

12 Я|1 + Н ^ + 0,5к( + гст )]

Я2 - г2 ст ’

где Н - высота слоя; d - диаметр частицы; Ь - высота чаши; гст - радиус чаши; Я - радиус чаши; к - коэффициент внутреннего трения.

Рис.2. Зависимость расхода энергии от частоты вращения ротора

ир = 0,01

о0

м/с

Для углеродистых материалов с различными прочностными свойствами рассчитывается критическая скорость куска материала, выбрасываемого из ротора. Определим скорость частицы,

необходимую для ее разрушения ир |2| с

учетом упругих колебаний при ударе. При ударе частицы будет иметь место концентрация упругих деформаций, в какой либо точке, поэтому примем форму частицы, близкой к шару

1. Выскребенец А.С. Центробежная мель-

ница для подготовки зерновых фракций. Цветная металлургия. 2002. № 7. с 24-26.

у Ъ4Ё

где О - предел прочности при сжатии; Е - модуль упругости; у - удельный вес; g- ускорение свободного падения.

Расчетная окружная скорость частицы на периферии чаши должна быть сопоставима с величиной критической скорости.

Третий скоростной режим характеризуется ударным разрушением материала о лопасти ротора. Чаша ротора заполнена материалом только в верхней части. Этот режим характеризуется значительным удельным расходом, повышенной вибрацией и чувствительностью к разбаланси-ровке ротора.

Промышленные испытания центробежной дробильно-измельчитель-ной

установки показали, что минимальный удельный расход энергии соответствует расчетному значению угловой скорости (рис. 2).

Для установки с диаметром ротора 460 мм расчетное значение угловой скорости О равно 38 с-1, при этом удель-

ный расход энергии составил 5 2

кВт ■ ч

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2. Ромадин В.П. Пылеприготовление. Госэнергоиздат, 1953. 518 с.

Л.:

т

— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------------

Выскребенец А.С. - кандидат технических наук, профессор кафедры «Технологические машины и оборудование», декан факультета довузовской подготовки,

Голик В.И. - доктор технических наук, профессор и заведующий кафедрой «Технология разработки месторождений»,

Северо-Кавказский государственный технологический университет.____________________