CC BY
24
Технологии
УДК 676.024.67
РАЗМОЛ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ В УСТАНОВКЕ С ИНЕРЦИОННЫМ ДВИЖЕНИЕМ РАЗМОЛЬНЫХ ТЕЛ
© И.А. Воронин* Ю.Д. Алашкевич, А.А. Дирацуян, Н.С. Решетова
Сибирский государственный технологический университет, пр. Мира, 82, Красноярск, 660049 (Россия) e-mail: sibstu@sibstu.kts.ru
В данной статье представлены теоретические и экспериментальные исследования влияния углов скрещивания режущих кромок ножей размольного тела и барабана на расчет основных технологических параметров процесса размола в установке с инерционным движением размольных тел.
Ключевые слова: размол, инерционные тела, волокнистая суспензия, циклическая элементарная длина, секундная режущая длина, угол скрещивания, угол установки.
Введение
Для оценки размалывающей способности ножевых размалывающих машин, а также аппаратов с инерционным движением рабочих органов (рис. 1) используют секундную режущую длину, которая характеризует способность размалывающей машины укорачивать волокнистый материал [1].
С. Смит связывает эффект укорачивания волокон при размоле с ростом секундной режущей длины [1-3]. Технологический параметр площадь поверхности ножевого трения и, соответственно, секундная размалывающая способность также зависят от углов скрещивания ножей ротора и статора. Поэтому данный параметр непосредственно связан с эффективностью процесса размола. Попытки внести коррективы при расчете секундной режущей длины были предприняты в работах Ю.Д. Алашкевича [4], А.А. Набиевой [З].
В их работах был проведен теоретический анализ по определению истинной секундной режущей длины, с учетом углов установки ножей ротора и статора, углов их скрещивания, а также основных геометрических параметров размольной гарнитуры. Впервые для оценки качества разработки волокнистых суспензий был предложен технологический параметр циклической элементарной длины, Lm эл (формула 1), характеризующий среднюю длину, «отрезаемую» парой ножей за один оборот ротора [З].
LS ■ 60
La 3n ~ n • t-{2n/W) (M), (1)
где t - количество движущихся точек пересечения ножей ротора с ножами статора, шт.; LS - секундная режущая длина, м/с; n - частота вращения ротора, об/мин.; 2л /у - число секторов на диске ножевой гарнитуры.
В формуле учитывается количество движущихся точек пересечения режущих кромок, которые являются существенной величиной, формирующей основные технологические параметры. Ввиду сложности определения динамично меняющегося значения количества точек пересечения этот параметр ранее не мог был учтен. С появлением современных компьютерных технологий авторами была составлена в среде Matlab программа, предназначенная для определения секундной режущей длины и количества движущихся точек контакта для дисковых гарнитур с параллельными прямолинейными ножами [6]. Теоретически и экспериментально доказано, что с увеличением циклической элементарной длины качественные показатели процесса размола повышаются [З].
* Автор, с которым следует вести переписку.
Рис. 1. Общий вид экспериментальной установки с инерционным движением размольных тел: 1 - корпус; 2 - двигатель; 3 - кожух; 4 - ременная передача; 5 - блок управления; 6 - тахогенератор
Экспериментальная часть
Использование предложенной программы для определения количества точек пересечения режущих кромок в размольной установке с инерционным движением рабочих тел крайне затруднительно, так как в отличие от дисковых мельниц, где размол происходит в плоскости между дисками ротора и статора, размол в установке с инерционным движением рабочих тел происходит в планетарной системе. Волокнистый материал в таком аппарате подвергается размолу в зазоре между внутренней стенкой размольного цилиндрического барабана и перекатывающегося в его полости инерционного тела под действием центробежной силы, возникающей при вращении размольного барабана вокруг центрального вала и собственной оси. Особенностью конструкции инерционного тела является наличие на его боковой поверхности зубчатого профиля. В свою очередь, профиль внутренней поверхности размольного барабана имеет наклонную насечку с фиксированным постоянным углом а2, равным 55° (рис. 2).
В нашем случае движение инерционных тел происходит путем перекатывания их по образующей раз -мольного барабана. Для исследования влияния углов скрещивания на основные технологические показатели процесса размола размольной установки с инерционными телами при помощи пакета программ КОМПАС-У8+ были изготовлены прозрачные графические модели инерционных тел с различными углами установки ножей по отношению к горизонту. Размольный барабан был использован с постоянным углом наклона ножей с соблюдением реальных геометрических размеров (рис. 2).
При углах установки ножей на инерционных телах аь равных 33°, 55°, 90°, 135°, и фиксированном угле наклона насечки барабана получены углы скрещивания а3, равные, соответственно 22°, 0°, 35°, 80° (рис. 2). Частота вращения размольного барабанаменялась в следующих пределах 114; 142,5; 171; 199,5; 228; 256,5 об/мин.
В лаборатории кафедры «Машины и аппараты промышленных технологий» Сибирского технологического университета была проведена серия опытов для экспериментальных подтверждений теоретических исследо -ваний. Для этого использовалась установка с шестью инерционными телами (рис. 1). Размолу подвергалась сульфитная небеленая целлюлоза - полуфабрикат ООО «Енисейский ЦБК». Эксперимент проводился при концентрации волокнистой суспензии 1% и скорости 200 об/мин.
Формула 1 для установки с инерционным движением размольных тел примет вид
Ь, ■60 , ч —-------- (м),
П ■ Ґ
(2)
Она отличается тем, что наша конструкция размольных цилиндров не предусматривает наличия секторов (2я7^ ).
Секундная режущая длина определяется по формуле
Ь, =
Шц • тБ • 1ц • п
60
(м/с),
(3)
где Шц - число ножей на размольном теле, шт.; тБ - число ножей на размольном барабане, шт.; 1ц - длина ножа на цилиндре, м; п - частота вращения размольного цилиндра, об/мин.
Результаты технологических параметров процесса размола в установке с инерционным движением размольных тел представлены в таблице 1.
я телакромка ножа барабана кромка ножа тола
Г>— і і
/ / / аГа2 <Л" І і і Мг /
Направление движения тела кромка ножа тела кромка ножа барабана
/'■, 1 ■
< \|/
! »/
/л~ І \ \ \/
/ Инерционное тело \ Размольный барабан
Рис. 2. Схема углов установки режущих кромок ножей на инерционном теле: а1 - угол установки ножей на инерционном теле; а2 - угол установки ножей на размольном барабане; а3 - угол скрещивания кромок ножей. а) а1 = 33°; б) а1 = 55°; в) а1 = 135°; г) а1 = 90°
Таблица 1. Основные конструктивные и технологические показатели размольной установки
с инерционными телами
Количество ножей на сателлите Шц, шт. Количество ножей на барабане, Шб, шт. Частота вращения размольного те -ла, п, об/мин Длина ножей на сателлите, 1ц, М Секундная режущая длина, Ь8, м/с Количество точек пересечения, 1 шт. Циклическая элементарная длина, Ьюэл, м
1 2 3 4 5 б 7
0( ° угол скрещивания
114 0,073 1622 1 854
142,5 0,073 2028 1 854
34 344 171 0,073 2433 1 854
199,5 0,073 2839 1 854
228 0,073 3244 1 854
256,5 0,073 3650 1 854
22 ° угол скрещивания
114 0,106 2356 56 22
142,5 0,106 2944 56 22
34 344 171 0,106 3533 56 22
199,5 0,106 4122 56 22
228 0,106 4711 56 22
256,5 0,106 5300 56 22
Продолжение таблицы 1
1 2 3 4 5 6 7
35° угол скрещивания
114 0,06 1333 49 14
142,5 0,06 1667 49 14
34 344 171 0,06 2000 49 14
199,5 0,06 2333 49 14
228 0,06 2667 49 14
256,5 0,06 3000 49 14
80 ° угол скрещивания
114 0,085 1889 119 8
142,5 0,085 2361 119 8
34 344 171 0,085 2833 119 8
199,5 0,085 3306 119 8
228 0,085 3778 119 8
256,5 0,085 4250 119 8
Оценку влияния углов установки ножей, обеспечивающих определенную величину углов скрещивания в точках контакта производили с учетом количества движущихся точек пересечения режущих кромок с увеличением которых понижается значение циклической элементарной длины, Ьт.эл. Из таблицы видно, что при угле скрещивания, равном 0°, точка пересечения режущих кромок сливается в линию, направленную по плоскости расположения ножей, равную одному контакту. Поэтому в этом случае показатель циклической элементарной длины имеет максимальное значение. С увеличением количества точек контакта значение циклической элементарной длины уменьшается, что может снизить качество помола [5].
По результатам исследования получена зависимость циклической элементарной длины от угла скрещивания режущих кромок ножей размольного тела и барабана (рис. 3).
Из графика видно, что величина циклической элементарной длины увеличивается при уменьшении угла скрещивания ножей. Наивысший показатель наблюдается при угле скрещивания, равном 0°.
Рис. 3. Зависимость циклической элементарной длины от угла скрещивания ножей
Обсуждениерезультатов
Для требуемого качества изготовляемой бумаги проводят эксперименты по определениию бумагообразующих свойств и физико-механических характеристик волокнистых материалов. В процессе экспериментальных исследований выявлены зависимости изменения бумагообразующих свойств волокнистой суспензии и средняя длина волокна. Также выявлены зависимости изменения физико-механических свойств готовых отливок, сопротивление бумаги разрыву.
На основании экспериментальных данных были построены графики, отражающие характер разработки волокнистой массы в зависимости от угла скрещивания ножей размольного тела с ножами размольного барабана.
Зависимости средней длины волокна от градуса помола при различных углах скрещивания ножей размольного тела с ножами размольного барабана показаны на рисунке 4.
Рис. 4. Зависимости средней длины волокна от градуса помола. Угол скрещивания ножей
1 - 0°; 2 - 33°; 3 - 35°; 4 - 80°
10 20 30 40 50 60 70 80
Градус помола, °ШР
Из графика видно, что с увеличением градуса помола длина волокна уменьшается, что не противоречит классическим зависимостям свойств бумаги при ножевом размоле волокнистой массы [7]. Лучший показатель средней длины волокна достигается при угле установки 55°, что соответствует углу скрещивания 0°. Укорочение волокна при этом угле скрещивания идет менее интенсивно, что в дальнейшем положительно скажется на качестве готовых отливок.
Одним из основных показателей прочностных свойств готовых отливок является разрывная длина.
По результатам исследований нами были получены графические зависимости разрывной длины от степени помола по ШР° при различных углах скрещивания ножей размольного тела и барабана (рис. 5).
Из рисунка 5 видно, что величина разрывной длины отливки имеет интенсивный рост, достигая максимума при степени помола 70 °ШР. Данный характер изменения прочности отливок можно объяснить качественными изменениями целлюлозной массы при размоле.
Так же из рисунка видно, что лучший показатель разрывной длины наблюдается при угле скрещивания размольного тела с размольным барабаном 0°, что соответствует углу установки ножей на размольном теле 55°.
Рис. 5. Зависимость разрывной длины от градуса помола. Угол скрещивания ножей 1 - 0°;
2 - 33°; 3 - 35°; 4 - 80°
10 20 30 40 50 60 70 80
Градус помола, °ШР
Выводы
Представленные теоретические и экспериментальные исследования влияния углов скрещивания режущих кромок на процесс размола в размольной установке с инерционным движением рабочих тел позволяют сделать следующие выводы:
1. Как и следовало ожидать по аналогии с ножевыми размалывающими машинами величина углов скрещивания ножей размольного тела и барабана существенным образом оказывает влияние на показатели основных технологических параметров: секундную режущую длину, циклическую элементарную длину.
2. Угол установки ножей зубчатого профиля инерционного тела влияет на угол скрещивания режущих кромок и количество точек пересечения режущих кромок, что отразится на величине технологических параметров установки.
3. Снижение значений улов скрещивания ножей позволяет получить более высокие показатели средней длины волокна и разрывной длины, при этом наблюдается рост циклической элементарной длины.
Список литературы
1. Пашинский В.Ф. Машины для размола волокнистой массы. М., 1972. 16G с.
2. Киселев C.C., Пашинский В.Ф. Эксплуатация и ремонт дисковых и конических мельниц. М., 1979. 2GS с.
3. Smith S. Die rationelle Theorie das Ganzzeughollandar. Berlin, 1922. Teil I. ЮЗ p.
4. Алашкевич Ю.Д. Основы теории гидродинамической обработки волокнистых материалов в размольных маши-
нах : дис. ... д-ра техн. наук. Красноярск, 19S6. 17G с.
З. Набиева А.А. Оценка влияния и совершенствования технологических параметров ножевых размалывающих машин : дис. ... канд. техн. наук. Красноярск, 2GG4. 1Зб с.
6. Заявка на патент №2009613683 (РФ). Численный метод определения секундной режущей длины секторной ножевой гарнитуры дисковых мельниц с параллельными прямо линейными ножами постоянной ширины / А.А. Набиева, Е.Е. Нестеров, Ю.Д. Алашкевич, Д.С. Карпенко. 1G.G7.2GG9.
7. Иванов С.Н. Технология бумаги. М., 197G. 9б с.
Поступило в редакцию 9 июня 2010 г.
