CC BY
37
УДК 621.867.32 (06)
Е.И. Павлов, А.С. Апачанов
ОЦЕНКА ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА ВЕРТИКАЛЬНЫМ ВИНТОВЫМ КОНВЕЙЕРОМ ПУТЕМ РИФЛЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ КОРПУСА
Разработан метод выбора рациональных параметров рифления внутренней поверхности корпуса вертикального винтового конвейера, позволяющий учитывать физико-механические свойства и геометрические характеристики поперечного сечения потока транспортируемого материала, с учетом налагаемых ограничений и критерия оптимизации.
Винтовой конвейер, рифление внутренней поверхности корпуса, минимум удельных энергозатрат, коэффициент выдачи материала
E.I. Pavlov, A.S. Apachanov
ASSESSMENT OF INCREASE OF EFFICIENCY OF TRANSPORTATION OF BULK BY THE VERTICAL SCREW CONVEYOR BY FLUTING OF THE INTERNAL SURFACE OF THE CASE
A method for choosing rational parameters grooving the inner surface of a vertical screw conveyor enclosures, to take into account the physical and mechanical properties and geometry of the cross-sectional flow of conveyed material, subject to the restriction and optimization criterion.
Screw conveyer, by ridges on the inner surface of the shell, minimum unit energy consumption rate for a material
Транспортирование сыпучих материалов вертикальными винтовыми конвейерами получает все более широкое распространение в различных отраслях народного хозяйства. Оно применяется в алюминиевой, химической, пищевой, текстильной, целлюлозно-бумажной, керамической, электродной, деревообрабатывающей промышленности, на металлургических предприятиях, в сельском хозяйстве, строительстве, в портах при разгрузке судов и т.д.
На сегодняшний день разработано математическое описание процесса движения потока сыпучего материала в вертикальном винтовом конвейере в цилиндрическом гладкостенном корпусе, учитывающее его геометрические характеристики и влияние на них свойств транспортируемого материала, конструктивных и режимных параметров конвейера [1, 2]. Одно из направлений повышения производительности и снижения удельных энергозатрат вертикального винтового конвейера является рифление внутренней поверхности корпуса, позволяющее повысить поступательную составляющую силы, продвигающей поток материала вдоль оси конвейера, путем движения материала вдоль направляющих (рифлей).
Система уравнений, описывающая движение потока сыпучего материала в вертикальном винтовом конвейере с рифленой внутренней поверхностью корпуса, имеет следующий вид:
РшSzoP cos a - РшSeepA sin РцS4 cos b • V fZ1 cos2(b -j) + fY1 sin2(b - j) -T^dhg = 0 РцS4 sin P ^ fZ1 cos2(b - j) + fYl sin2(b - j) - Рш8гор!'ш cos « - РшSeep sin « = 0
2
sin asm y
■Рц S4 + 7VdM
cos(y-a)
=0
(1)
где Рш - давление объема материала, расположенного на секторе лопасти Л h на лопасть шнека; Л h -центральный угол сектора лопасти (рис. 1); Seepm - проекция сектора лопасти Лц на вертикальную плоскость; SZOp - проекция сектора лопасти Лц на горизонтальную плоскость; Рц - давление рассматриваемого объема материала на внутреннюю поверхность корпуса конвейера; Sn - площадь кон-
ц
такта рассматриваемого элемента материала с внутренней поверхностью корпуса конвейера; Vdh -объем материала, расположенного на секторе лопасти Л h ; a - угол подъема винтовой линии шнека; j - угол закручивания рифлей; y - угол между направлением движения материала и осью шнека; fzi , fji - коэффициенты трения сил трения, действующие на поток материала со стороны внутренней поверхности корпуса конвейера, в направлении продольной и окружной скоростей движения материала соответственно.
Решение системы (1) дает условие для определения угла /3 между вектором абсолютной скорости материала и осью шнека (рис. 1). Так как поток материала представляет из себя криволинейный объем частиц, то для его описания принят ряд допущений: вырезан объем материала, находящийся на секторе лопасти шнека, и математическая модель механических свойств сыпучей среды задается уравнением, связывающим напряжения, имеющиеся в окрестности некоторой точки среды, и деформации, возникающие вследствие этого.
На рис. 1 представлен объем материала, находящийся на секторе лопасти шнека с центральным углом Л h . Для определения основных количественных показателей процесса транспортирования вертикальным винтовым конвейером, необходимо определение объема вырезанного сегмента
потока материала. Для этого найдем аналитические зависимости, определяющие проекции элемента потока материала, находящегося на поверхности лопасти шнека. Для этого перейдем к параметрическому заданию винтовой поверхности.
Объем материала, расположенный на секторе лопасти с центральным углом Д^ (рис. 1) равен объему материала, представляющего собой часть объема тела вращения, образованного плоскостью хОу, цилиндрической поверхностью, образованной вращением вокруг оси Z вертикальных образу-
2 2 2
ющих, проходящих через точки плоскости хОу графика функции у + х = Я и криволинейной поверхностью, образованной вращением вокруг оси Z графика функции
После подстановки (2, 3) в систему (1) получаем условие для определения угла рцм между продольной осью конвейера и направлением движения центра масс груза
винтовом конвейере от угловой скорости шнековой лопасти при различных значениях угловой скорости вращения вала конвейера при различных значениях угла закручивания рифлей. Коэффициенты трения транспортируемого материала о шнек и корпус конвейера /ш = /ц = 0,5 . Угол
подъема винтовой линии шнековой лопасти на кромке шнековой лопасти ак = 20° .
}
Рис. 1. Объем материала на секторе шнековой лопасти
Объем сектора материала определяется по формуле
(2)
Координата центра масс сектора материала [4], с учетом (6) определяется по формуле
(3)
fj.fi1 СО%-(Ь-р) + /її 8ІП2(Ь-7 + /їц
= 0
(4)
8 гор - /ш/ц ї (ЙШ Рц + СОЭ Ь ^СОЭ2(Ь - (р) + /уї 8Ш2(Ь - (р)
На рис. 2 представлены зависимости направления потока материала в вертикальном
Р, град 100п
90'
80'
7060'
5040'
30 20 10 0
ф=40
/У
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
а, град
Р, град
100т
908070-бОбО-4030 20 10 О
Ф=60
/
\ V
/
У
- —
10 15 20 25 30 35 40
45 50
а, град
Рис. 2. Зависимость угла /Зк между направлением вектора абсолютной скорости и продольной осью конвейера для потока материала от угла подъема шнековой лопасти при различных угловых скоростях вращения шнека
Анализ полученных результатов показывает, что с увеличением угла подъема шнековой лопасти увеличивается поступательная составляющая движения материала в направлении транспортирования при движении потока материала. При этом количественные показатели процесса потока материала при разных значениях угловой скорости существенно не отличаются. При угле закручивания рифлей >600 (рис. 2, г), возрастает окружная составляющая движения потока, материала начинает проворачиваться в канале, происходит снижение производительности, и повышение энергозатрат.
б
в
г
Наиболее положительный результат наблюдается при угле закручивания 20^40°. Поступательная составляющая при скорости 150^250 об/мин составляет примерно 60%.
ЛИТЕРАТУРА
1. Григорьев А.М. Винтовые конвейеры / А.М. Григорьев. М.: Машиностроение, 1972. 248 с.
2. Павлов Е.И. Повышение эксплуатационных показателей вертикального винтового конвейера за счет рифления внутренней поверхности корпуса / Е. И. Павлов // Прогрессивные технологии в современном машиностроении: сб. статей VI Междунар. науч.-техн. конф. Пенза: Приволж. Дом знаний, 2010. 198 с.
Павлов Евгений Игоревич -
кандидат технических наук, ассистент кафедры «Машины и оборудование предприятий стройиндустрии» Шахтинского института (филиала) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института)
Апачанов Антон Сергеевич -
кандидат технических наук, доцент кафедры «Машины и оборудование предприятий стройиндустрии» Шахтинского института (филиала) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института)
Статья пос
Evgeni I. Pavlov -
Ph.d., assistant
the Department «Machines and equipment for the construction industry enterprises» Shakhty Institute (branch) of South Russian state technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute)
Anton S. Apachanov -
Ph.d., associate Professor «Machines and equipment of enterprises construction industry» Shakhty Institute (branch) of South Russian state technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute)
пила в редакцию 03.04.13, принята к опубликованию 30.04.13
