РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ПРИВОДА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ВАЛКОВОЙ МЕЛЬНИЦЫ С ВНУТРЕННИМ СЕПАРАТОРОМ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Considered and presented are the calculations of the statistical characteristics of the quality indicators of the technological process of manufacturing the cartridge case under the conditions of inline mass production on the basis of ARL/ARCL.

Key words: quality parameters, distribution law, cycle, classification, sample.

Mikhalchenko Sergey Nikolaevich, postgraduate, aspirant_tsu@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.926.33

DOI: 10.24412/2071-6168-2021-12-390-395

РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ПРИВОДА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ВАЛКОВОЙ МЕЛЬНИЦЫ

С ВНУТРЕННИМ СЕПАРАТОРОМ

В.С. Романенко, К.А. Юдин

В статье рассматривается горизонтальная валковая мельница с внутренним сепаратором. Цель использования таких мельниц - снижение энергопотребления помольного агрегата. Приведен расчет мощности привода мельницы. Мощность привода горизонтальной валковой мельницы с внутренним сепаратором определяется как сумма затрат на помол материала, на трение в подшипниках скольжения валков, на трение в подшипниках скольжения колес опор барабана и на трение скребка отклоняющего сепараторного устройства о барабан мельницы. Приведены расчетные схемы. Выбран наиболее оптимальный режим работы горизонтальной валковой мельницы с внутренним сепаратором в зависимости от частоты вращения корпуса мельницы.

Ключевые слова: горизонтальная валковая мельница, валок, мощность, частота вращения корпуса, трение.

Целесообразность применения горизонтальной валковой мельницы (ГВМ) определяется потребностью снижения энергопотребления помольного агрегата. Такая мельница по классификации относится к среднеходному типу мельниц и предназначена для измельчения хрупких пород низкой и средней прочности. Мельница рекомендуется для малотоннажного производства с возможностью быстрой переналадки. ГВМ работает по принципу измельчения материала путем сжатия слоя, находящегося между валом (валками) и цилиндрическим корпусом.

Для обеспечения минимизации расхода энергии при сохранении необходимого качества готового продукта следует произвести расчет мощности привода горизонтальной валковой мельницы с внутренним сепаратором. Конструкция ГВМ, обеспеченная патентной чистотой, приводится на рис.1[1,2,3,4].

Исходными данными при расчетах мощности, расходуемой на помол в двухвалковой горизонтальной валковой мельнице с внутренним сепаратором, являются: размеры и массы элементов установки, характеристики материалов, из которых сделана установка, число оборотов корпуса, прочность измельчаемого материала.

Кроме того, необходимость расчета мощности в основных узлах горизонтальной валковой мельницы (ГВМ) с внутренним сепаратором обусловлена выявлением элементов мельницы с высокими энергопотерями. Это будет способствовать дальнейшей модернизации оборудования.

Мощность привода горизонтальной валковой мельницы с внутренним сепаратором определяется как сумма затрат на помол материала, на трение в подшипниках скольжения валков, на трение в подшипниках скольжения колес опор барабана и на трение скребка отклоняющего сепараторного устройства о барабан мельницы:

р _Р1+Р1+Рз+Р± (1)

Гпр - v , (1)

где Pi - мощность, расходуемая на помол материала, Вт; P2 - мощность, расходуемая на преодоление сил трения в подшипниках скольжения валков, Вт; Рз - мощность, расходуемая на преодоление сил трения в подшипниках скольжения колес опор барабана, Вт; Р4 - мощность,

расходуемая на преодоление сил трения, возникающих на скребке отклоняющего сепараторного устройства, Вт; п - суммарный к.п.д. привода, состоящий из двух составляющих: к.п.д. ременной передачи, равный 0,94^0,96 и к.п.д. фрикционной передачи, равный 0,7^0,9.

Рис. 1. Горизонтальная валковая мельница: 1 - рама; 2 - привод; 3 - устройство для прижима валков; 4 - отклоняющее сепараторное устройство; 5 - прижимное устройство; 6 - пружины; 7 - цилиндрический корпус; 8, 9 - валки; 10 - опорные колеса

Мощность Р1, расходуемая на помол материала, является суммой мощностей, расходуемых на каждом из валков:

Р1 =р1' +Р£. (2)

При захвате валками кусков материала, средние суммарные усилия помола и каждого из валков вызывают силы трения, равные ^л и (рис. 2). Произведение этих сил на радиусы валков Л1 и Л2 представляют собой моменты сил, на преодоление которых расходуется мощность привода.

Рис. 2. Схема к определению мощности, расходуемой на помол в ГВМ

Мощность силы или системы сил, вызывающих вращательное движение абсолютно твердого тела, равна произведению результирующего момента этих сил относительно оси вращения на угловую скорость вращения:

РВр =М(0. (3)

При угловой скорости корпуса ш = 2лп, определяют мощности Р^ и Р", необходимые для помола:

Р{ = 2ппРТ1Я1 = 2ппРР1[К1, (4)

Р-Г = 2ппРтг^г = 2ппРР2ГК2, (5)

где п - число оборотов корпуса мельницы, сек -1; / - коэффициент трения между материалом и валками.

Например, для пары материалов мрамор - сталь /=0,4.

Средние суммарные усилия помола и рассчитываются по формулам:

Рр! = 0^1 = ар^^рВкъкркд, (6)

Ррг = орБ2 = ор1^рВк3кркд. (7)

где Ор - разрушающее напряжение измельчаемого материала, МПа; - сечение деформируемого тела, м2; в - центральный угол окружности ролика, град.; В - ширина кольца, м; к3 - коэффициент заполнения мельницы, равный 0,5; кр - коэффициент разрыхления материала (для прочных материалов ц=0,2^0,3, для влажных вязких ц=0,4^0,6); кд - коэффициент, учитывающий дефекты в кристаллической решетке измельчаемого материала.

Подставив значения и ^Р2 (6, 7), получаем:

Рг' = 2ппор1^Вк3кркяГК1, (8)

Р1" = 2ппор1^ВкэкркдГК2. (9)

После необходимых преобразований получаем:

Рг' = 4п2пор:^-оВк3кркяГК1 (10)

Р1" = 4п2пор^-оВк3кркяГК22. (11)

Таким образом, суммарная мощность, расходуемая на помол материала (Вт), будет

равна:

Рг = 4п2ХТркд/^+^ (12)

Интересен трибометрический аспект. Мощность, необходимая на преодоление сил трения в подшипниках валков, определяется как сумма мощностей, расходуемых на трение на осях валков:

Р2=Р!1 + Р1 (13)

Мощность, расходуемая на трение на осях валков, можно определить, пользуясь расчетной схемой в соответствии с рис. 3.

Валки обладают массой, а значит и силой тяжести 0\=ш^ и G2=m2g, которые вызывают силы трения FтGl и -Рге2 на осях валков. Произведение этих сил на радиусы подшипников валков г1 и г2 представляют собой моменты сил трения, на преодоление которых расходуется мощность двигателя.

В свою очередь, на подшипники валков действуют средние суммарные усилия помола Fpвl= Fpl и Fpв2= Fp2, которые вызывают силы трения, равные Fтвl= Fтl и Fтв2= Fт2. Произведение этих сил на радиусы подшипников валков Г1 и Г2 представляют собой моменты сил трения, на преодоление которых также расходуется мощность двигателя.

Произведения сумм моментов сил трения и угловых скоростей валков ю1 и ю2 определяют мощности Р2 и Р2 :

Р^ = 2ПП1(РТС1Г1 + РТВ1Г1), (14)

Р2 =2ПП2(РтС2Г2 +РТВ2^2), (15)

Средние суммарные усилия помола Fpl и Fp2 рассчитываются по формулам:

РР1 = арБг = ор1^рВк3кркд, (16)

Рр2 = орБ2 = ор^/ЗВк3кркл. (17)

где Ор - разрушающее напряжение измельчаемого материала, МПа; - сечение деформируемого тела, м2; в - центральный угол окружности ролика, град.; В - ширина кольца, м; кз - коэффициент заполнения мельницы, равный 0,5; кр - коэффициент разрыхления материала (для прочных материалов ц=0,2^0,3, для влажных вязких ц=0,4^0,6); кд - коэффициент, учитывающий дефекты в кристаллической решетке измельчаемого материала.

С учетом формул (4, 5, 6,7) запишем:

(18) (19)

где /1 - коэффициент трения скольжения подшипников валков, для пары сталь-сталь равный 0,08.

Суммарная мощность, расходуемая на трение в подшипниках валков, Вт: 2пЯп ( 2пЯ1 п ^ 2пЯп( 2пЯ2

Pi [mi9firi + ) + —^[m2gfir2 +Op-360~p2Bk3kPknfir2 ) =

360

2nRn

rnigfiri

2n

+ арШР1Вкзкрк^1Г1 +

Ш23/1Г2

(20)

^ ^ 360' ^ 3 V д^ ^

Мощность, необходимая на преодоление сил трения в подшипниках опор колес барабана мельницы, является суммой мощностей, расходуемых на трение на осях опор:

Р3=Р^+Р1 (21)

Мощность, расходуемую на трение на осях колес, можно определить по расчетной схеме (рис. 4).

Рис. 4. Схема расчета мощности, которая расходуется на трение в подшипниках опор барабана ГВМ с внутренним сепаратором

Барабан мельницы обладает массой, а значит и силой тяжести G=mбарg, которая, перераспределяясь между опорами, вызывает в них силы трения Ftgoi и Ftgo2. Произведение этих сил на радиусы подшипников опор roi и Г02 представляют собой моменты сил трения, на преодоление которых расходуется мощность двигателя.

В свою очередь на подшипники опор действуют средние суммарные усилия помола Froi= Fpi и Fpo2= Fp2, которые вызывают силы трения, равные Ftoi= Fti и Fto2= Ft2. Произведение этих сил на радиусы подшипников опор roi и Г02 представляют собой моменты сил трения, на преодоление которых также расходуется мощность двигателя.

Произведения сумм моментов сил трения и угловых скоростей колес шО1 и шО2 соответственно, определяют мощности и Р3 :

Р3 = 2тгп01(Ртсо iroi + Рто1гси), (22)

Р3' = 2ППО2{РТСО 2ГО2 +РтО2ГО2). (23)

С учетом формул (6, 7, 22, 23) запишем:

■ H s^Z-voJ^ + ^МККрК^Гог), (24)

Р' —

2nRn

Р? =

Roi 2nRn

\mg

sin(180-yOi-yO2) sinyoi

Î2r02 + -j^r,2 ^Вкзкрк.д

Î2r02),

(25)

йо^""" ~И 360

где /2 - коэффициент трения скольжения подшипников опор, для пары сталь-сталь равный 0,08. Суммарная мощность, расходуемая на трение в подшипниках опор 2nRnf2rО1 ( эЬп уО2 2пЯ1

\тЯ-тт^-г + °и В-,Вк3кркД

V и зт(180 -уО, -уО7) р 360 Н1 3 р д

Рз =

Roi

^ 2nRnf2ro2

sin(180 - rot-Yo2)

( sinyo 1

[mg

+

sin(180-Yoi~YO2) 392

Мощность P4, расходуемая на преодоление сил трения, возникающих на скребке отклоняющего сепараторного устройства, незначительна.

Таким образом, были построены зависимости мощности привода от частоты вращения корпуса мельницы при измельчении материалов с различными пределами прочности. Анализ показал, что наиболее оптимальным режимом работы горизонтальной валковой мельницы с внутренним сепаратором является режим с частотой вращения корпуса мельницы в пределах от 90 до 100 об/мин., при котором обеспечивается оптимальный расход энергии и средняя производительность, с сохранением необходимого качества готового продукта.

Для проверки эффективности предлагаемого оборудования были проведены опытно-промышленные испытания ГВМ для измельчения компонентов мраморной декоративной штукатурки на основе мраморной крошки.

Список литературы

1. Патент РФ 2012124124/13, 08.06.2012. Богданов В.С., Романенко В.С. Горизонтальная валковая мельница // Патент РФ №2497594, МПК В02С17/10. Опубл. 10.11.2013. Бюл. № 31. 6 с.

2. Богданов В.С., Шарапов Р.Р., Фадин Ю.М., Семикопенко И.А., Несмеянов Н.П., Герасименко В.Б. Основы расчета машин и оборудования предприятий строительных материалов и изделий. Учебник для вузов. / под ред. В.С. Богданова. Учебник для ВУЗов. Старый Оскол, ТНТ, 2015. 680 с.

3. Романенко В.С. Горизонтальная валковая мельница: дис. канд. техн. наук. Белгород, 2015. 167 с.

4. Романенко В.С., Юдин К.А., Костин А.С. Конструкция горизонтальной валковой мельницы с внутренним сепаратором // Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов: межвуз. сб. ст. Белгород: Изд-во БГТУ им. В. Г. Шухова, 2018. С. 263-267.

5. Богданов B.C., Романенко B.C. Определение усилия измельчения в горизонтальной валковой мельнице с учетом прочности материала // Вестник БГТУ им. В.Г.Шухова. 2012. №4. С. 84-87.

6. Бауман В.А., Клушанцев Б.В., Мартынов В.Д. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций. М.: Высшая школа, 1981. 327 с.

Юдин Константин Анатольевич, канд. техн. наук, доцент, kyudin@mail.ru, Россия, Белгород, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова,

Романенко Владимир Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, vladi-mir.romanenko.31@bk.ru, Россия, Белгород, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

CALCULATION OF THE DRIVE POWER OF A HORIZONTAL ROLL MILL WITH INTERNAL

SEPARATOR

V.S. Romanenko, K.A. Yudin,

The article discusses a horizontal roller mill with an internal separator. The purpose of using such mills is to reduce the energy consumption of the grinding unit. The calculation of the power of the mill drive is given. The drive power of a horizontal roller mill with an internal separator is determined as the sum of the costs _ for grinding the material, _ friction in the sliding bearings of the rolls, friction in the sliding bearings of the wheels of the drum supports and the friction of the scraper of the deflecting separator device against the drum of the mill. Calculation schemes are given. The most optimal operating mode of a horizontal roller mill with an internal separator has been selected, depending on the rotational speed of the mill body.

Key words: horizontal roller mill, roll, power, body rotation frequency, friction

Yudin Konstantin Anatolievich, candidate of technical sciences, docent, fadin.y@mail.ru, Russia, Belgorod, Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov,

393

Romanenko Vladimir Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, vladi-mir.romanenko.31@bk.ru, Russia, Belgorod, Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov

УДК 66.045.122

DOI: 10.24412/2071-6168-2021-12-395-402

ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬ ДЛЯ УСТАНОВКИ ПРОИЗВОДСТВА АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ

Р.Г. Сафин, В.Г. Сотников, И.Р. Ильясов

Производство активированного угля - высокотемпературный процесс, сопровождающийся обильным выделением тепловой энергии. Данная энергия может быть преобразована для поддержания процесса получения активированного угля, снизив тем самым общие энергозатраты, а как следствие, и себестоимость активированного угля. Передача тепловой энергии осуществляется через теплообмен между теплоносителями. Теплообмен осуществляется через специальные аппараты называемые рекуперативными теплообменниками. В данной работе представлена технологическая схема пароперегревательного устройства. Описана методика теплового расчета пароперегревателя в соответствии с его геометрическими параметрами. Получены расчетные зависимости теплового потока от количества трубок теплоносителя и геометрических параметров теплообменной поверхности. Разработан алгоритм теплового расчета пароперегревателя.

Ключевые слова: кондуктивный теплообмен, перегретый пар, топочные газы; пиролиз, ресурсосбережение, энергосбережение.

Производство активированного угля это высокотемпературный процесс с выделением и поглощением большого количества тепловой энергии. Основное сырье для производства активированного угля это каменный уголь. Но его запасы истощатся. Другим сырьем для производства активированного угля могут служить органические отходы различных отраслей промышленности. Наиболее известным способом получения активированного угля из органических отходов является пирогенетическое разложение с паровой активацией сухого остатка. Для максимальной эффективности пиролиза нужно избегать потери энергии теплоносителей: газа и пара, возникающие при переработке сырья. Для обмена тепловой энергией существуют рекуперативные теплообменные аппараты. В аппаратах данного типа передача теплоты от одного теплоносителя к другому осуществляется через разделяющую их теплообменную поверхность [1].

В данной работе поставлена задача разработки методики расчета пароперегревателя для установки производства активированного угля с целью создания перегретого водяного пара с температурой 900°С за счет охлаждения топочных газов с 1000 до 500°С, получаемых при сжигании сепарированных газов пиролиза и активации [2^7].

На рис. 1 представлена схема установки переработки отходов в активированный уголь

[2].

Конструктивно установка производства активированного угля представляет собой вертикальную реторту, где измельченные в зоне 1 отходы непрерывно движутся сверху вниз и по мере прохождения зон сушки 2, пиролиза 3, активации 4, охлаждения 5, укупорки 6 превращаются в готовый продукт[2^7].

В зонах установки 2-5, происходят эндотермические процессы сушки, пиролиза, активации поддерживаемые экзотермическими процессами горения и охлаждения в результате которых образуются пар необходимый для активации угля и топочные газы- выгоревшие горючие газы с температурой около 1000 °С.

Установка работает по принципу кондуктивного пиролиза. Топливом для работы установки служат горючие газы, получаемые при разложении отходов.