CC BY
14
УДК 69:666.94 DOI: 10.22227/1997-0935.2018.11.1367-1385
Роторно-винтовые системы для приготовления цементного клинкера
Г.В. Серга, К.А. Белокур, Э.А. Хвостик
Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина (Кубанский ГАУ),
350044, г. Краснодар, ул. Калинина, д. 13
АННОТАЦИЯ
Введение. Представлен подход к исследованию роторно-винтовых систем для производства клинкера цемента. Основные задачи в производстве цементного клинкера во вращающейся печи, корпус которой имеет горизонтальное положение, — уменьшение габаритов печи, повышение производительности, упрощение эксплуатации, уменьшение энергоемкости. Рассмотрены конструкции оборудования, позволяющие решить данные задачи. Материалы и метод. Применялся комплексный метод исследований. Аналитические методы позволили создать методику расчета винтового корпуса вращающейся печи для приготовления цементного клинкера. Поиск конструкций винтовых корпусов выполнялся методами начертательной геометрии и инженерной графики с помощью программного комплекса «Компас-3D». Проведены аналитические исследования физических явлений, происходящих в зоне контакта гранул цементного клинкера. Применялся аппарат безразмерных кинематических функций (инвариантов подобия) и анализа размерностей. Применение инвариантов подобия дало возможность исследовать не один какой-либо случай, а бесчисленное множество различных случаев, объединенных некоторой общностью свойств. Экспериментальные исследования проводились на моделях, с целью подтверждения достоверности теоретических ^ ^ положений и аналитических зависимостей. е Ф
Результаты. Представлены результаты исследования роторно-винтовых систем для производства клинкера цемента. % 5 Предложены конструкции винтовых корпусов вращающихся печей, которые в сравнении с известными конструкциями к и аналогичного назначения, существенно повышают производительность, сокращают габариты, массу печей и энерго- _ к затраты, за счет выполнения их с винтовыми канавками. ^ М
Выводы. Предложены технические решения, защищенные 17 патентами РФ. Представлены технологии и ю С конструктивные схемы оборудования, предназначенные для повышения скорости вращения винтообразного корпуса С у у вращающей печи в несколько раз, что дает повышение производительности и уменьшение габаритов вращающейся Р
печи. Новизна проведенных исследований заключается в получении зависимостей для вычисления скорости про- ° дольного перемещения гранул цементного клинкера в винтовом корпусе вращающихся п новой классификации роторно-винтовых систем для приготовления цементного клинкера.
ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Серга Г.В., Белокур К.А., Хвостик Э.А. Роторно-винтовые системы для приготовления цементного клинкера // Вестник МГСУ. 2018. Т. 13. Вып. 11. С. 1367-1385. Р01: 10.22227/1997-0935.2018.11.1367-1385
дольного перемещения гранул цементного клинкера в винтовом корпусе вращающихся печей, а также в создании $
e _
со 2
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: винтовои корпус, винтовые линии, винтовые поверхности, роторно-винтовые системы, ф гранулы цементного клинкера, инварианты подобия Ф 9
—> CD Ф S
Rotor-screw systems for preparation of cement clinker Q ss
_ r 2
Georgi V. Serga, Kirill A. Belokur, Е(1и;11(1 А. Khvostik у 0
Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin (Kuban SAU), Фф 6
13 Kalinina st., Krasnodar, 350044, Russian Federation Q 0
--Ф ф
m O
ABSTRACT Q Q Introduction. Presents an approach to research rotor-screw systems for cement clinker production. Main tasks in the e e production of cement clinker in a rotary furnace whose housing is horizontal are reducing the size, increasing productivity, r -simplifying the operation, reducing the energy intensity. Considered equipment construction, allowing to solve these problems. g Materials and method. A comprehensive research method was used in the work. Analytical methods have made it possible to create a methodology for calculating the screw housing of a rotary kiln for the preparation of cement clinker. The search < ^ for designs of screw housings was performed using descriptive geometry and engineering graphics using the Kompas-3D 1 ° software package. An analytical study of physical phenomena occurring in the contact zone of cement clinker granules g 2 used an apparatus of dimensionless kinematic functions (similarity invariants) and dimensional analysis. The application of g 3 similarity invariants made it possible to investigate not just one case, but an infinite number of different cases, united by some 3 ^ commonness of properties. Experimental studies were carried out on models to confirm the validity of theoretical positions g ы and analytical dependencies. s у Results. The results of research of rotor-screw systems for cement clinker production are presented. The designs of screw с о housings for rotary kilns are proposed. They, in comparison with known designs of a similar purpose, significantly increase ® 1 productivity, reduce the dimensions, weight of furnaces and power consumption, due to their implementation with screw 1 1
grooves. g 2
Conclusions. Technical solutions protected by 17 patents of the Russian Federation are offered. The proposed technologies о О and design schemes of equipment are designed to increase the rotational speed of the screw-like housing at the rotary kiln ю 8
© Г.В. Серга, К.А. Белокур, Э.А. Хвостик, 2018
1367
several times, which will give us an increase in productivity, while reducing the dimensions of the rotary kiln. The novelty of the research is to obtain dependencies for calculating the speed of longitudinal movement of cement clinker granules in the screw casing of rotary kilns, as well as to create a new classification of rotary-screw systems for the preparation of cement clinker.
KEYWORDS: screw housing, screw lines, screw surfaces, rotor-screw systems, cement clinker granules, similarity invariants
FOR CITATION: Serga G.V., Belokur K.A., Khvostik Е.А. Rotor-screw systems for the preparation of cement clinker. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2018; 13(11):1367-1385. DOI: 10.22227/19970935.2018.11.1367-1385
CO CO
о о
N N
К Ф U 3
> (Л
с и
m П li
го
с
ф
Ф Ф
с с ^ '¡?
О ш
о ^ о
CD О CD
4 °
О >, 00
см £
сл ■§ с- ф
■I 3
CL СО
оо о сп У
СП
15
СЛ с
со ъ _ ф
ф
и о
¡1 <л
■I £ !
s= JS
U (Л Ф ш
и >
ВВЕДЕНИЕ
В производстве цемента при обжиге частиц сырьевой смеси применяют вращающиеся печи, в результате получаются гранулы цементного клинкера. В течение последних 20 лет в данной области промышленности, произошел рост мощностей, в пять раз увеличилась производительность одного обжигаемого аппарата. Широкое применение в промышленности получили вращающиеся печи 4,5^170; 5*185; 5,6*185 с корпусом цилиндрической формы [1-8].
Процесс приготовления цементного клинкера с использованием вращающих печей отличают особенности транспортировки сырьевой смеси, которая осуществляется за счет создания уклона корпуса от загрузки к выгрузке. Следствием этого являются потери в процессе теплообмена, ограничение технологических возможностей эксплуатации, удлиненные габариты. Устранению этих недостатков способствует использование винтового корпуса, его горизонтальное расположение увеличивает скорость вращения. Предложенные технические решения решают эту задачу [18-34]. В таких печах для производства клинкера технико-экономические преимущества обеспечиваются вследствие продольного перемещения частиц сырьевой смеси при горизонтальном расположении винтового корпуса вращающейся печи и создания их встречных потоков. Винтовые поверхности и винтовые канавки, расположенные в винтовом корпусе, способствуют перемещению гранул цементного клинкера и интенсивному их взаимодействию друг с другом и поверхностью винтового корпуса. Новизна проведенных исследований заключается не только в изучении физических явлений, сопровождающих процесс контакта гранул цементного клинкера, в том числе оценке скорости упругого скольжения, оценке контактных напряжений, мощности расходуемой при продольном перемещении гранул цементного клинкера, но и в получении зависимостей для вычисления скорости продольного перемещения гранул цементного клинкера в винтовом корпусе вращающихся печей, а также в создании новой
классификации роторно-винтовых систем для приготовления цементного клинкера.
Конструкциям вращающихся печей для приготовления клинкера присущ наклон корпуса к горизонту для обеспечения перемещения гранул цементного клинкера от загрузки к выгрузке [9, 10]. Для таких печей характерны большие габариты по длине, сложность эксплуатации, медленное вращение корпуса, технологическая ограниченность и потери теплообмена [9-15]. Эти недостатки можно устранить на основании проведенных нами исследований [10-17], путем устройства оси вращения винтового корпуса горизонтально поверхности, что позволит повысить скорость его вращения в десятки раз и улучшит другие эксплуатационные свойства. В Кубанском государственном аграрном университете им. И.Т. Трубилина в течение последних десяти лет были предложены конструкционные решения, устраняющие имеющиеся недостатки [18-34] и обеспечивающие пути внедрения в производственный цикл приготовления клинкера.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
На рис. 1 изображен общий вид вращающейся печи с осью вращения расположенной горизонтально.
Такие конструкции с горизонтальным расположением оси вращения способствуют повышению интенсивности процесса смешивания сырьевой смеси. Нет необходимости в монтаже уклона, очевидные достоинства — возможность увеличения скорости вращения и прироста теплообмена. Описание фукционирования конструкции приведено в работе [23].
На рис. 2 показан винтовой корпус вращающейся печи для приготовления цементного клинкера.
Технико-экономические преимущества появляются за счет создания на внутренней поверхности винтового корпуса плавных винтовых канавок и внутренних поверхностей двоякой кривизны. Это не только расширяет технологические возможности и обеспечивает перемещение гранул цементного клинкера от загрузки к выгрузке при горизонталь-
Рис. 1. Вращающаяся печь для приготовления цементного клинкера: 1 — винтовой корпус; 2 — бандажи; 3 — опорные ролики; 4 — электродвигатели; 5 — два редуктора; 6 — две подвенцовые шестерни; 7 — венцовое колесо; 8 — питательная труба; 9 — головка для подачи топлива и воздуха; 10 — подогрев; 11 — завеса; 12 — обменник тепла; 13 — перезагружатель; 14 — холодильник; 15 — водяное охлаждение; 16 — аппарат смазки
Fig. 1. Rotary kiln for preparation of cement clinker: 1 — screw housing; 2 — bandages; 3 — support rollers; 4 — electric motors; 5 — two reducer; 6 — two under ring of the gear; 7 — ring wheel; 8 — feed-pipe; 9 — head for supply of fuel and air; 10 — preheating; 11 — riddle; 12 — heat exchanger; 13 — reboot; 14 — refrigerator; 15 — water cooling; 16 — machine of the greasing
ном расположении оси вращения винтового корпуса печи, но и повышает интенсивность теплообмена и упрощает эксплуатацию вращающейся печи при ее горизонтальном расположении.
< п
№ (D
t о
з.Н G Г
о о ф cd
Q
3 '
СО СП
o
СГ)
CD CD
n 9
n CD o
Ф (
t "O
s t о о
ns e- N
O Ф
t 3
у о
о -Q
О о По
Рис. 2. Наглядные изображения и сечение винтового корпуса 1 вращающейся печи с центрами кривизны, расположенными: а — снаружи поперечного сечения винтового корпуса 1; b — внутри поперечного сечения винтового корпуса 1
Fig. 2. Illustrative images and section of screw housing 1 of rotary kiln with curvature centers: a — located outside the cross section of the screw housing 1; b — inside the cross section of the screw housing 1
Для представления сложности процессов, происходящих при вращении винтового корпуса 1 и движения частиц сырьевой смеси, на рис. 2 показаны их наглядные изображения и сечение; цен-
ф ф ф —'
[м
2 W
W Ы s □
s у с о [ к
10 10 о о
со во
о о
сч N
К ш
U 3 > (Л
С И
m П И
го с
Ф
Ф Ф С С
1= 'I? О Ш
О ^ О
CD О CD
4 °
о >>
CO ■ —
CM £
oo | ct- Ф
■I <3 a. oo
тры кривизны винтового корпуса 1 располагаются снаружи (рис. 2, а) и внутри (рис. 2, Ь). Поиск конструкций винтовых корпусов выполнялся методами начертательной геометрии и инженерной графики с помощью программного комплекса «Компас-3D».
Производительность вращающейся печи зависит от внутреннего объема V полости винтового корпуса вращающейся печи, при этом объем V винтового корпуса пропорционален площади проходного (поперечного) сечения винтового корпуса и пропорционален радиусу его проходного сечения [9, 10].
Для выбора оптимального количества винтовых линий винтового корпуса вращающейся печи рассмотрим поперечные сечения винтового корпуса (рис. 3):
1) корпус винтовой вращающейся печи с выпуклыми и вогнутыми поверхностями с тремя винтовыми ребрами (рис. 3, а);
2) корпус винтовой вращающейся печи с выпуклыми и вогнутыми поверхностями с четырьмя винтовыми ребрами (рис. 3, Ь);
3) корпус винтовой вращающейся печи с выпуклыми и вогнутыми поверхностями с пятью винтовыми ребрами (рис. 3, с);
4) корпус винтовой вращающейся печи с выпуклыми и вогнутыми поверхностями с шестью винтовыми ребрами (рис. 3, с[).
Зададим для всех случаев выпуклой винтовой поверхности, что Я — радиус кривизны, — площадь проходного сечения (рис. 3).
Введены обозначения для печей, имеющих вогнутую поверхность оснащенную тремя, четырьмя, пятью и шестью винтовыми ребрами, обозначения радиуса Я1, Я2, Я3, Я4 и площади проходного сечения 51, £ 53, 54 соответственно.
Для рис. 3, а, Ь, с, d отношения проходного сечения винтовых поверхностей с выпуклыми и вогнутыми формами имеют соответственно вид
(1)-(4).
Тогда, отношения площадей проходного сечения выпуклой и вогнутой винтовой поверхности имеют вид:
S R
Как видно из рис. 3:
(1) (2)
(3)
(4)
(5)
по о
^ ft
9 о
г- ■>
СП ^ ? °
LD с (Л '-о
— Ф
ф
и о
¡1 <Л
■I £ i is
U <Л Ф ш U >
Рис. 3. Сечение винтового корпуса вращающейся печи с: а — вогнутая винтовая поверхность с тремя винтовыми ребрами; b — выпуклая винтовая поверхность с четырьмя винтовыми ребрами; c — выпуклая винтовая поверхность с пятью винтовыми ребрами; d — выпуклая винтовая поверхность с шестью винтовыми ребрами Fig. 3. The section of screw housing of rotary kiln with: a — concave screw surface with three screw ribs; b — convex screw surface with four screw ribs; c — convex screw surface with five screw ribs; d — convex screw surface with six screw ribs
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 и Количество винтовых ребер/ Amount of screw ribs
Рис. 4. График зависимости количества винтовых ребер (и) к /-отношению проходного сечения выпуклой винтовой поверхности
Fig. 4. Dependency graph of amount screw ribs (n) to '-to ratio pass section of convex screw surface
График зависимости количества ребер винтового корпуса п к /-отношению проходного сечения выпуклой винтовой поверхности к площади вогнутой винтовой поверхности изображен рис. 4. Эта зависимость показывает, что количество винтовых ребер п должно быть больше 6 (п > 6), для достижения проходного сечения. На основе накопленного опыта в данной области, ширина листов для монтажа винтового корпуса должна быть не менее 400 мм.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ, СОПРОВОЖДАЮЩИХ ПРОЦЕСС КОНТАКТА ГРАНУЛ ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ИХ ПРОДОЛЬНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ВО ВРАЩАЮЩИХСЯ ПЕЧАХ
Анализ работы вращающейся печи для приготовления цементного клинкера с использованием роторно-винтовых систем демонстрирует, что на сложное пространственное движение гранул цементного клинкера определенное влияние, при вращении винтового корпуса вращающейся печи, оказывает достаточно сложная пространственная геометрия углов, образованных ребрами и плоскими элементами его периметра, среди которых угол наклона образующей винтовой линии ] = сог^ к оси вращения винтового корпуса вращающейся печи следует считать основным, потому что он определяет характер перемещения вдоль винтовых линий. Цементным клинкером называют спекшуюся сырьевую смесь в виде гранул размером до 40 мм (рис. 5) [9].
Поэтому, вначале проведем аналитическое исследование физических явлений, происходящих в зоне контакта гранул цементного клинкера. Ввиду бесчисленного множества возможных решений при решении этой задачи необходимо сопоставить
соответствующие величины. Для этих целей в последние годы широко применяется аппарат безразмерных кинематических функций (инвариантов подобия) и анализа размерностей.
< п
№ (D t О
з.Н G Г
о
0 cd cd
1 (/) з ' со
СП
o
СГ)
Рис. 5. Гранулы цементного клинкера Fig. 5. Cement clinker granules
Для механического движения, каким является сложное пространственное движение гранул цементного клинкера, он может быть выражен математически в виде функции обобщенных координат и критериев механического подобия. При этом уменьшается число переменных параметров, и влияние отдельных факторов отражается не порознь, а в совокупности. Более отчетливо выделяются внутренние связи, характеризующие протекание процесса движения гранул цементного клинкера. Вся количественная и качественная картина процесса становится более ясной. Важно и то, что применение инвариантов подобия дает возможность исследовать не один какой-либо случай, а бесчисленное множество различных случаев, объединенных некоторой общностью свойств [35-37].
Оценка скорости упругого скольжения в зоне контакта гранул цементного клинкера
В зоне контакта гранул цементного клинкера процессы, в той или иной мере уже изученные. Од-
со
CD
n 9
n CD o
S ( t Г
s t S SS
ns
e N
s 3
y о
0 -
сп
1 Я S SS
По
cd cd cd —'
[м
• w
W Ы
s у с о e к
КЗ 10
о о
во во
о о
N N
К ш
U 3 > (Л
С И
01 Я И
го
с
ф
Ф CU С С
1= 'I? О ш
о ^
CD О CD
4 °
О >> 00
см <Л
оо |
СТ ф
■I 3
о. оо
нако ряд явлений, сопровождающих цикл контакта, еще мало исследован и не описан в литературе.
Рассмотрим зону контакта (схему) гранул цементного клинкера, на которую действует сила Яп
и площадку контакта 2а х 1 (рис. 6), где Рп = ——
Ь
центральная нагрузка на 0,1 см ширины контакта гранул цементного клинкера; ю1 и ю2 — угловые скорости гранул цементного клинкера; Ь — длина полоски контакта.
Площадку контакта из-за небольших размеров Ь сравнительно с диаметрами двух гранул цементного клинкера (далее 1-ая и 2-ая гранулы), а также с внутренней поверхностью винтового корпуса печи, считаем плоскостью, проходящей через их параллельные образующие А и В.
Полюсом в относительном плоском движении 1-ой гранулы цементного клинкера со 2-ой гранулой является некоторая точка касания центро-идных кругов, положение которой определяется условиями:
= (6)
СО,
<0,
(7)
ru = 1u--=Vo И 1« =-Г' где ь = = (8)
ц Г\
ю2ф
1 + ^-9
00 о сп у
СП ? °
00 С
00 Ъ _ ф
ф
U О
¡1 <л
■I ^ i is
U (Л Ф ш
и >
(9)
где ю2ф — угловая скорость 2-ой гранулы цементного клинкера с учетом относительного скольжения;
9 =
СО-,
- коэффициент скольжения; /,. =—=- =—--
го,
передаточное отношение.
Рассмотрим кинематику точек К1 и К2, принадлежащих поверхностям 1-ой и 2-ой гранул цементного клинкера соответственно точке:
переносная скорость: Ук1 -и, г|г; относительная скорость: Ук1и = Ук1
абсолютная скорость: Уки=-
(10)
Величина радиуса
cos<p
(11)
где
С учетом (10) и (11), найдем абсолютную скорость точки V :
Рис. 6. Схема взаимодействия гранул цементного клинкера
Fig. 6. Interaction scheme of cement clinker granules
а с учетом (9):
(12)
С учетом:
(14)
или
(15)
где 5 = 1 - 9 — коэффициент относительного скольжения:
<% -®2ф V2 ~У2ф К,™
8=1-6=1—
о,
С учетом (14) запишем:
применяя методы вычислении с числами, мало отличающимися от единицы a =4 О, введем упрощения:
VT±ôt = 1 ±0,5«; —= 1 + сс; (1±а)2 - 1±2а, 1±а
и будем считать:
где =— П, — первый член в виде дроби иП, — а
второй.
Прих<0,5П, < 1 и П2 < ]. При х > 0,5П, > 1 и П2 > I. Преобразуем формулу (15) к виду
По аналогии определим абсолютную скорость точки:
(13)
Скорость упругого скольжения, связанная с относительными скоростями деформации:
(16)
Давая конкретные значения величинам
т.е. 5, q, х найдем значения V , обеспечивающие построение номограмм I [е,(((о. ц."/).
Заслуживает внимания множитель (0,5 -Так как 0< х < 1,0, то величина 0,5 -%2 = /(х) выразится частными значениями (табл. 1).
Л2 ( ^
с вполне пренебре-
Величину q = —
'1 /
жительным округлением можно приближенно считать равнои:
(17)
< П
№ (D t О
2.H
M,
G Г
S С
о
0 ф
Ф _
1 (/) n m
Щ ^
g 1
2, 9
С 9
n CD
О
g (
t Г
ns
e N
ф g
t 3
y о
0 -en
1 Я
0 о
1 i n n
ф Ф
Ф —'
î?
® W
W ? s □
s у с о î к
fO fO
о о
Табл. 1. Частные значения 0,5-х" = /(х) Table 1. Private values 0,5 - %2 = /(%)
X 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
u = 0,5 - x2 0,5 0,49 0,46 0,4 0,34 0,25 0,14 0,01 -0,14 -0,34 -0,5
со во
о о
N N
К ш
U 3 > (Л
С И
m П И
го
^ Ф Ф Ф С С
1= 'I? О ш
о ^
О
CD О CD
4 °
о >> 00
CM £
21 £
oo ■§
ct- Ф ■I <3
Cl 00
^ Щ
00 о
^ ft О Й
^ о
00 С
00 Ъ
_ Ф
Ф и о
с
■S £ !
i= i= U 1Л Ф Ш
ta >
Рис.
:. 7. Номограмма ~ = j*(0, %) при q = 0,0160
Fig. 7. Nomogram Firii = = J(S, %}- at q
= 0.0160
Рис. 8. Номограмма V = —^ = / (Зд), при q = 0,0040
со,-г,
V
Fig. 8. Nomogram = ■
■ = /«(8iX), at q = 0.0040
Номограмма Vксxu(х, 5) при q = 0,0160 (а = = 0,024 см, г = 0,6 см, г = 0,2 см) скоростей упругого скольжения V в инвариантном виде по по-
ксхи А
ловинке площадки контакта АВ гранул цементного клинкера рассчитанная по формуле (16) имеет вид представленный на рис. 7.
Нижняя кривая соответствует значению 5 = 0,0, когда V < 0 до х = 0,705 V > 0 при х = 0,705.
ксхи ' ксхи ± а, ?
На рис. 8 представлена номограмма того же типа, что и на рис. 7, при q = 0,0040.
Анализ номограмм свидетельствует, что при 8 >0,0070 и ц = 0,0160 относительное упругое скольжение остается положительным на протяжении всего цикла контакта.
При 3 > 0,0070 существует зона отрицательных смещений поверхности 1-ой гранулы относительно 2-ой гранулы цементного клинкера. Совершенно очевидно, что фрикционное вращение 2-ой гранулы цементного клинкера возможно лишь в том случае, когда силы трения в зонах положительных V больше, чем силы трения в зонах отрицатель-
ксхи 7 А А
ных V .
ксхи
Для определения условий равновесного установившегося процесса контактирования гранул цементного клинкера проанализируем силовые параметры их контактирующих поверхностей.
Оценка контактных напряжений в зоне контакта гранул клинкера
Как следует из контактной задачи [38], максимальное контактное напряжение в цилиндрах с параллельными осями, пренебрегая округлением, можно принять соответствующим наибольшему давлению q0 по линии контакта АВ при соприкосновении гранул цементного клинкера и выразить величиной
Табл. 2. Частные значения а
Table 2. Private values а
(18)
R
где Р„ = — — нагрузка на единицу длины линии Ь
контакта вдоль образующей; Д + О, — диаметры 1-ой и 2-ой гранул цементного клинкера; и Е1, и Е2 — коэффициенты Пуассона и модуль продольной упругости для гранул цементного клинкера. Ширина полоски контакта
"1-Я?
С = 2« = 1,6 \Р
дд
д + д
1 -
Е,
(19)
Закон распределения напряжений — эллиптический, т.е.
si
(20)
а
откуда следует
(21)
выражая, как и упомянутые выше, Х = х • а и подставляя это значение в рассматриваемый вывод найдем
(22) а
Частные значения = в зависимости от
X ' о»
% = — даны в табл. 2, а кривая распределения на-а
пряжений по половинке площадки АВ представлена на рис. 9. Если откладывать сгга = I (в точке % = 0) в масштабе х, то кривая эллипса превращается в дугу окружности радиуса единицы.
X 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
1,0 0,995 0,975 0,954 0,917 0,866 0,800 0,714 0,60 0,436 0,00
< п
№ (D t О
и
M,
G Г
S С
о
0 CD
CD _
1 m n m <n n
2 1
2, 9 С 9
n СО о
S ( t r S t
S 2
ns
e N
r 2
S 3
y О
0 -en
1 Я 1 о
О
Рис. 9. Распределение напряжений на площадке контакта гранул цементного клинкера Fig. 9. Stress distribution at the site of contact of cement clinker granules
CD CD CD "
Î?
ü " W Ы
s у с о Î к
10 10 о о
¡1 <л
■I £ ! г £
и <Л ф ф
и >
Тогда нагрузка на площадку контакта может быть представлена в виде
(23)
V * }
или
ТТ тт
(24)
В интервале от 0 до х
и в интервале от х до 1
ргш ~ ¡л
(25)
(26)
во во
о о
N N
К Ф
и 3 > (Л
с и
оа я И
го
с
ф
ф ф
С С
1= '[? О ш
= 0),
с/ф с// с/ф
инвариант V
А отн
=к.
(27)
]Ушшч1*=г1 } [5-(0,5-Х3)^]^ф
-ч>* -ф»
1(6-0,5., (рЙ)"
где подставлены и табличный интеграл
Подставляя в (29) пределы интегрирования:
получим:
(29)
Ф„, = агс81П| —
г\ /
давая х конкретные частные значения, найдем значения ^ икоторые приведены в табл. 3.
Относительное смещение точки одной гранулы цементного клинкера относительно другой за цикл их контакта
В связи с появлением упругих деформаций в перекатывающихся соприкасающихся поверхностях гранул цементного клинкера, между ними по Рейнольдсу неизбежно возникает упругое относительное скольжение, причем по ширине полоски контакта возникают три характерные участка: два участка скольжения по краям, и один участок сцепления в средней части контакта [39].
В дифференциальном виде скорость относительного скольжения выражается величиной с¡5,...... аК™ ■ с/ф с!5„
(30)
{ \ ( \
. а 1 а .1- а
агс 51п — = 2— —■
1 Л) V
откуда определяется элементарное смещение точки поверхности одной гранулы цементного клинкера относительно другой
(28)
Полное смещение точки одной гранулы цементного клинкера по поверхности второй с момента начала до рассматриваемого цикла контакта, с учетом формулы (16), имеет вид ф
Табл 3. Зшнени^, 4 и.^ 1аЫе 3. Шие^.4 аЫ/Х 1 -/х2
формула (30) приводится к виду
(31)
х 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
•/х1 0,0000 0,1048 0,1985 0,2961 0,3894 0,4785 0,5620 0,6399 0,7050 0,7562 0,7854
¿2 0,7854 0,6807 0,5869 0,4893 0,3960 0,3069 0,2234 0,1455 0,0804 0,0292 0,00
fx1 — ¿х2 -0,7854 -0,5859 -0,3884 -0,1932 -0,0066 +0,1716 +0,3386 +0,4944 +0,6246 +0,6246 +0,7854
и
Рис. 10. Безразмерный коэффициент полного смещения за цикл контакта гранул цементного клинкера Fig. 10. Dimensionless full displacement coefficient for the cycle of contact of cement clinker granules
где — безразмерный коэффициент смещения точки одной гранулы цементного клинкера относительного другой гранулы за цикл контакта.
Тогда смещение одной гранулы цементного клинкера по поверхности второй за цикл контакта имеет вид:
1 ft* Л
где ='
(32)
безразмерный коэффициент смеще-
^ = Jii-i/ф
o^-y^-dx- (35)
Заменяя в этой формуле а и V величинами
т А J xu ксхи
по формулам (21) и (22), найдем:
ния гранул цементного клинкера за цикл контакта (рис. 10).
Мощность, расходуемая на трение при упругом относительном скольжении, и работа трения в зоне контакта гранул цементного клинкера
Элементарная мощность, расходуемая на трение, при относительном скольжении гранулы цементного клинкера (рис. 11) определяется величиной:
(33)
где 1 — длина выделяемой полоски контакта, мм; — коэффициент трения скольжения. С учетом (21) и (27), получим:
Работа сил трения упругого скольжения:
Подставляя rt ■ d<p = dx и etc = а • dx после соответствующих преобразований, найдем:
< п
№ (D
t О
3. I
мМ
G Г
Рис. 11. Элементарная мощность, расходуемая на трение при относительном скольжении гранулы цементного клинкера
Fig. 11. Elementary power spent on friction with relative slip of cement clinker granules
10 10 о о
За полный цикл контакта гранул цементного
клинкера суммарная работа трения, с учетом смены
знака V в фазе Хо -"—, оценивается величиной
кс:ш 1 (3
где
AY=2GK-iiv-a2a4
Е _ Щ ■ /Г: np Е+Е'
Для конкретного случая материал гранул (37) цементного клинкера, например а0 = 4,34 • 106 (мм3 • кг-1).
Таким образом:
Графическая зависимость полуширины площадки контакта а от величины контактных напряжений приведена на рис. 12.
— инвариант работы трения.
Произведя интегрирование соответствующих элементарных преобразований полученного результата, находим:
ео во
о о
N N
К Ф
U 3 > (Л
С И
01 Я И
го
с
ф
Ф CU
с с
1= 'I? О ш
о ^
CD (J СО
4 °
О >1
со
СМ СП
21 £
оо ■§ ф
■I <3
Cl со
^ щ
со О
^ ft О й
(Л с
СО Ъ _ ф
ф
и о
¡1 <л
■I £ ! is
U (Л Ф ш
и >
(38)
При предельном значении Хо = 0 инвариант аА приобретает вид:
Из совместного решения уравнений, связующих полуширину полоски контакта и контактного напряжения при сжатии гранул цементного клинкера:
-0,8lf-Eap
г -У 2 ч -+ — -F
vA А у
и
_2_
Д + Д
получим
где
(40)
(41)
(42)
(43)
F = '-Mi , 1-м;
зависит от контактирующих материалов гранул цементного клинкера (Е1, Е2, ц1, ц2);
0 20 40
Рис. 12. Зависимость а от а
к
Fig. 12. Dependence а on а
Значения параметров д определяются из формулы (17).
Вводя в выражение (42) получим:
(44)
где
F=
7,325S-il-F р'
Следовательно, величина с учетом (44) примет вид:
4=Fi'oJ
^ .2 , Л t- + 1
V *2I /
где
Z7' = ' 0
7,3258 + l)
(45)
и конкретного случая исследования:
Графическая зависимость q от ск приведена на рис. 13.
Рис. 13. Зависимость q от ак Fig. 13. Dependence q from ак
Результаты аналитического исследования зависимости инварианта работы трения aA от величины 5 и q для конкретного материала и размеров гранул цементного клинкера приведены на рис. 14.
0,12
0,10
0,08
0,04
q = 150 • 10- \
q = 200 in \
q = 25 )• 10 5
q = 300 ю-5
100- ю-5
\
q = 50- o-5
11 = 0,0 00
вого параметра винтовых линии по внутреннему периметру винтового корпуса вращающейся печи, запишем зависимость:
У=С-СгАТ! (47)
где G — постоянная, которая выражается в печи в виде зависимости G = г ■ АЕ — сумма работы сил трения, сопровождающая упругое скольжение в зоне контакта гранул; С1 — постоянная, которая выражает характеристики технологического процесса смешивания гранул цементного клинкера, например: коэффициент заполнения винтового корпуса вращающейся печи К ; угол наклона оси вращения винтового корпуса вращающейся печи 9; угол наклона (конусность) стенок винтового корпуса вращения печи; соотношение винтовых канавок (винтовых линий) основного и противоположного направления К .
А о.п.к
Введем в формулу (47) выражение (37) и величину G = г ■ запишем:
(48)
Так как d = 2г получим уравнение для определения продольной скорости перемещения гранул цементного клинкера в винтовом корпусе вращающейся печи:
(49)
где d = 2г; г — радиус сферы вписанной внутри винтового корпуса вращающейся печи. В целях изучения качественной стороны процесса движения гранул цементного клинкера принимаем г = гсф = = сош1;' — угол наклона образующей винтовой линии относительно оси вращения винтового корпуса вращающейся печи' = сош1; с — контактные напряжения, определяемые по формуле
/
2_ _2_ vA +Д
где — коэффициент трения скольжения; а — полуширина полоски контакта компонентов гранул цементного клинкера определяемая по формуле
0 0,05 0,10 0,15 5-Ю-2
Рис. 14. Зависимость aA от коэффициентов 5 и q Fig. 14. The dependence of aA from the coefficients 5 and q
Определение скорости продольного перемещения гранул цементного клинкера во вращающихся печах — первый вариант
При приготовлении цементного клинкера, полагая, что скорость продольного перемещения гранул цементного клинкера пропорциональна работе сил трения при упругом скольжении, с учетом угло-
/ > 2 ( \
a a
— + —
V ru
< п
№ (D t О
э.н
M,
G Г
S С
о
0 cd
cd _
1 m n m
CQ N
en 1 2, 9
С 9
n to
о g (
t "D
s s g 2
ns
e N
D
t 3
y о
0 -en
1 Я 1 о
О
аА — инвариант работы трения;
ный безразмерный фактор, определяемый анализом кинематики упругого скольжения, причем 5 = = 1 - 9 — коэффициент относительного скольжения;
— безразмерный геометрический
cd cd cd —'
î?
ü "
W Ы
s □
s у с о î к
10 10 о о
параметр; F — коэффициент, определяемый физи- ю ю
со во
о о
сч N
К ш
U 3 > (Л
С И
m П И
ческими свойствами контактирующих материалов гранул цементного клинкера (Ер Е2; ц1; ц2), при этом
^ 1 — МГ , 1-Мд
зависит от контактирующих материалов гранул цементного клинкера (Е1, Е2, ц1, ц2); Е1, Е2 — модули упругости материалов гранул цементного клинкера; ц1, ц2 — коэффициенты Пуассона материалов гранул цементного клинкера; Б , D2 — диаметры гранул цементного клинкера.
Определение скорости продольного перемещения гранул цементного клинкера во вращающихся печах — второй вариант
В результате аналитических и экспериментальных исследований в роторно-винтовых системах для приготовления цементного клинкера выявлены признаки, которые характеризуют их конструктивные особенности. Это позволило определить зависимости для вычисления продольной скорости перемещения гранул цементного клинкера во вращающихся печах:
где А0 — коэффициент, зависящий от условий работы винтового корпуса вращающейся печи 4о = /(кг, /и,, Ку— коэффициент заполнения винтового корпуса вращающейся печи
= ): ю — угловая скорость вращения
винтового корпуса вращающейся печи; V к — объем внутренней полости винтового корпуса вращающейся печи; V — объем загрузки гранул цементного клинкера; т , т2 — масса цементной сырьевой массы; В1, В2, В3, В4 — коэффициенты, которые характеризуют конструктивные особенности винтового корпуса вращающейся печи.
Так как вычисление коэффициентов А0, В , В2, В3 — задача достаточно сложная, предлагается зависимость в виде полинома 2-й степени:
Уя=\ ■ (Я[-со2+£-, ю+б.)! (51)
где Лп = /О',., щ, ВТ Въ — коэффициенты, ха-
рактеризующие конструктивные особенности винтового корпуса вращающейся печи.
Сравнение результатов, рассчитанных по формулам (50) и (51) и экспериментально на моделях, показывает их хорошую сходимость.
Создание классификации вращающихся печей на базе предлагаемых роторно-винтовых систем
В результате выполненной работы разработана новая классификация роторно-винтовых систем для производства цементного клинкера (рис. 19), в которой представлены их конструктивные особенности.
Новизна конструкций печей для производства цементного клинкера подтверждена экспертами патентного ведомства РФ (Федеральной службой по
го с
Ф
Ф Ф
с с ^ '¡?
О ш
о ^ о
CD О CD
4 ° о >> со
см £
с- ф
■I 3
Cl <Л
^ Щ
00 о
^ й
9 о
г- ■>
СП
^ *с5
Z Го
ел g
(Л Ъ _ ф
ф
и о
¡1 <Я
■I ^ i
s= iS
U (Л Ф ш U >
Роторно-винтовые системы для приготовления цементного клинкера
Вращающиеся печи для приготовления цементного клинкера
с винтовым корпусом условно цилиндрической формы с винтовым корпусом условно конической формы
без пружин растяжения
с пружинами растяжения
без пружин растяжения
с пружинами растяжения
Печи для приготовления
клинкера с вибрирующим винтовым корпусом
Rotor-screw systems for preparation of cement clinker
Rotary kilns for the preparation of cement clinker
with a screw body conditionally cylindrical shape with a screw body conditionally conical shape
without stretching springs
with stretching springs
without stretching springs
Kilns for the preparation
of clinker with a vibrating body
Рис. 15. Классификация роторно-винтовых систем для приготовления клинкера цемента Fig. 15. Classification of rotary-screw systems for the preparation of cement clinker
интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам) и полученными патентами на изобретения:
• вращающиеся печи для приготовления цементного клинкера с винтовым корпусом условно цилиндрической формы без пружин растяжения [18, 19, 21, 23, 25-27, 32];
• вращающиеся печи для приготовления цементного клинкера с винтовым корпусом условно цилиндрической формы с пружинами растяжения [20, 34];
• вращающиеся печи для приготовления цементного клинкера с винтовым корпусом условно конической формы без пружин растяжения [24, 28, 29, 31];
• вращающиеся печи для приготовления цементного клинкера с винтовым корпусом условно бочковой формы без пружин растяжения [22, 33];
• печи для приготовления клинкера с вибрирующим корпусом [30].
ВЫВОДЫ
1. Представлены результаты исследования в области приготовления клинкера цемента с использованием роторно-винтовых систем. Предложенные конструкции винтовых корпусов вращающихся печей, в сравнении с известными конструкциями аналогичного назначения, существенно повышают производительность, сокращают габариты, массу вращающихся печей и энергозатраты.
2. В результате аналитического исследования физических явлений, происходящих в зоне контакта гранул цементного клинкера с помощью аппарата безразмерных кинематических функций (инвариантов подобия) и анализа размерностей изучен не один какой-либо случай, а бесчисленное множество различных случаев, объединенных некоторой общностью свойств.
3. Предложены технические решения, защищенные 17 патентами РФ (прилагаются в списке литературы).
4. Использование предлагаемых технологий и конструкций повышает скорость вращения винтового корпуса печей, что увеличивает в несколько раз производительность и сокращает габариты.
За счет применения роторно-винтовых систем для приготовления цементного клинкера в десятки раз увеличивается скорость вращения винтового корпуса вращающихся печей, повышается производительность и уменьшаются габариты вращающихся печей.
5. Первичный анализ показал, что с учетом технологических решений винтового корпуса вращающейся печи, рекомендуется выполнять процесс с центрами кривизны внутрь винтового корпуса вращающейся печи.
6. Предложена зависимость для определения скорости перемещения гранул цементного клинкера в винтовом корпусе вращающейся печи.
ЛИТЕРАТУРА
1. Mokoena T.F., Madyira M.D., Babarinde T.O., Akinlabi S.A. Thermal investigation of an indirectly heated rotary kiln // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 413. P. 012071. DOI: 10.1088/1757-899X/413/1/012071
2. Yin Qian, Qun Chen, Wen-Jing Du, Xing-Lin Ji, Lin Cheng. Design requirements and performance optimization of waste heat recovery systems for rotary kilns // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2016. Vol. 93. Pp. 1-8. DOI: 10.1016/j. ijheatmasstransfer.2015.08.078
3. Vijayan S.N., Sendhilkumar S. Industrial applications of rotary kiln in various sectors — a review // International Journal of Engineering Innovation & Research. 2014. Vol. 3. Issue 3. Pp. 342-345.
4. Титов О.В. Математическое моделирование обжига известково-нефелиновой и цементной шихты в трубчатых вращающихся // Записки Горного института. 2013. Т. 202. С. 246-250.
5. Соломина В.К. Модель процесса обжига клинкера // Вестник ИрГТУ. 2011. № 10 (57). С. 18-23.
6. Шмырин А.М., Седых И.А., Щербаков А.П., Ярцев А.Г., Аникеев Е.С. Параметрическое окрест-
< п
№ (D
t О
3. Н
мМ
G Г
о
0 cd cd
1 (/) з ' Cd CO
o
LT)
ностное моделирование печи обжига клинкера // Вестник Тамбовского университета. Сер. : Естественные и технические науки. 2014. Т. 19. № 3. С. 927-930.
7. Теляшев Э.Г., Хайрудинов И.Р., Жирное Б.С., Арпишкин И.М., Арпишкин М.И. Пульсирующий режим во вращающихся печах // НефтеГазоХимия. 2016. № 2. С. 47-52.
8. Шоломицкий А.А., Ковалев П.С., Медвед-ская Т.М., Мартынов А.В. Влияние нагрева печи на прямолинейность ее оси вращения // Вестник СГУ-ГиТ. 2017. Т. 22. № 4. С. 18-26.
9. Комар А.Г. Строительные материалы и изделия. М. : Высшая школа, 1988. С. 147-148.
10. Таратута В.Д., Белокур К.А., Серга Г.В. Роторно-винтовые системы в области производства цемента // Научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2016. № 115 (01). С. 1023-1038. URL: http://ej.kubagro.ru/2016/01/ pdf/64.pdf
11. Таратута В.Д., Серга Г.В. Применение ударно-волновых винтовых систем в строительной отрасли // Механика ударно-волновых процессов в
CD CD
n 9
n CD o
S (
t "O
s t S SS
ns
e N
s 3
y о
0 -
сп
1 Я S SS
По
cd cd cd "
[м
ü ü W Ы
s у с о e к
КЗ 10
о о
со во
о о
сч N
К ш
U 3 > (Л
С И
öS я
и
го
с
ф
Ф си С С
1= 'I? О ш
О ^ О
CD О CD
4 ° о >> оо
СМ СП
21 3> оо |
CT ф
■Ü <3 о. оо
оо о СП у
от
00 С
00 '-О — ф
ф
и О
¡1 <л
■I £ i
s= iS
U <Л Ф ш
u >
технологических системах : сб. науч. тр. Междунар. науч.-техн. конф., г. Ростов-на-Дону 9-12 октября 2012. Ростов-на-Дону : ДГТУ, 2012. С. 214-231.
12. Серга Г.В., Таратута В.Д. Инновационная технология получения клинкера для производства цемента с использованием технологии и оборудования ударно-волновых процессов // Вопросы вибрационной технологии : межвуз. сб. науч. ст. ДГТУ. Ростов-на-Дону, 2012. С. 134-211.
13. Таратута В.Д., Серга В.Д. Инновационные технологии с большой амплитудой движения масс загрузки в производстве растворов и бетонных смесей // Инновации в машиностроении : сб. тр. 2-й Междунар. науч.-практ. конф. Кемерово : Кузбасский государственный технический университет, 2011. С. 196-201.
14. Серга Г.В., Белокур К.А., Иванов А.Н. Вибрационные технологии с большой амплитудой движения масс загрузки // Вибрации в технике и технологиях. 2010. № 4 (60). С. 49-65.
15. Белокур К.А., Таратута В.Д., Серга Г.В. Роторно-винтовые технологические системы для приготовления растворов и бетона // Научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2016. № 118 (04). С. 794-804. URL: http:// ej.kubagro.ru/2016/04/pdf/46.pdf
16. Луценко Е.В., Серга Г.В. Теория информации и когнитивные технологии в моделировании сложных многопараметрических динамических технических систем // Научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2016. № 121 (07). С. 68-115. URL: http://ej.kubagro. ru/2016/07/pdf/02.pdf
17. Луценко Е.В., Серга Г.В. Применение теории информации в моделировании сложных многопараметрических динамичных систем для финишной и виброволновой обработки деталей машин // Перспективные направления развития финишных методов обработки прецизионных поверхностей деталей наукоемких изделий; виброволновые технологии : Междунар. науч. симпоз. технологов-машиностроителей. Ростов-на-Дону, 2016. С. 83-89.
18. Пат. РФ 2421669, МПК F27B 7/14. Вращающаяся печь для обжига цементного клинкера / К.А. Белокур, Г.В. Серга; патентообл. Кубанский государственный аграрный университет. Заявл. № 2009132730/0231.08.2009; опубл. 20.06.2011. Бюл. № 17.
19. Пат. РФ 2421670, МПК F27B 7/14. Вращающаяся печь для обжига сыпучего материала для получения цементного клинкера / К.А. Белокур, Г.В. Серга; патентообл. Кубанский государственный аграрный университет. Заявл. № 2009133068/02 02.09.2009; опубл. 20.06.2011. Бюл. № 17.
20. Пат. РФ 2421671, МПК F27B 7/14. Печь для обжига цемента / К.А. Белокур, Г.В. Серга; патентообл. Кубанский государственный аграрный
университет. Заявл. № 2009140639/02 02.11.2009; опубл. 20.06.2011. Бюл. № 17.
21. Пат. РФ 2424482, МПК F27B 7/14. Вращающаяся печь для приготовления цементного клинкера (варианты) / К.А. Белокур, Г.В. Серга; патентообл. Кубанский государственный аграрный университет. Заявл. № 2009133021/02 02.09.2009; опубл. 20.07.2011. Бюл. № 20.
22. Пат. РФ 2447130, МПК С10В 39/00 Б27В 7/14. Устройство для охлаждения клинкера / В.Д. Таратута, Г.В. Серга; патентообл. Кубанский государственный аграрный университет. Заявл. № 2010145398/05 08.11.2010; опубл. 10.04.2012. Бюл. № 10.
23. Пат. РФ 2456520, МПК F27B 7/16. Вращающаяся печь для приготовления цементного клинкера (варианты) / В.Д. Таратута, К.А. Белокур, Г.В. Серга; патентообл. Кубанский государственный аграрный университет. Заявл. № 2009126872/03 13.07.2009; опубл. 20.01.2011. Бюл. № 20.
24. Пат. РФ 2469250, МПК Б27В 7/16. Вращающаяся печь для приготовления цементного клинкера / Г.В. Серга, В.Д. Таратута; патентообл. Кубанский государственный аграрный университет. Заявл. № 2011117939/00 04.05.2011; опубл. 10.12.2012. Бюл. № 34.
25. Пат. РФ 2476793, МПК Б27В 7/14. Печь вращающаяся для приготовления цементного клинкера / В.Д. Таратута, К.А. Белокур, Г.В. Серга; па-тентообл. Кубанский государственный аграрный университет. Заявл. № 2011106741/02 22.02.2011; опубл. 27.02.2013. Бюл. № 6.
26. Пат. РФ 2476794, МПК Б27В 7/16. Вращающаяся печь для обжига шлама для приготовления цементного клинкера / В.Д. Таратута, К.А. Белокур, Г.В. Серга; патентообл. Кубанский государственный аграрный университет. Заявл. № 201107329/02 25.02.2011; опубл. 27.02.2013. Бюл. № 6.
27. Пат. РФ 2476795, МПК Б27В 7/16. Печь вращающаяся для обжига шлама для приготовления цементного клинкера / Г.В. Серга, В.Д. Таратута; патентообл. Кубанский государственный аграрный университет. Заявл. № 2011117928/02 04.05.2011; опубл. 27.02.2013. Бюл. № 6.
28. Пат. РФ 2476796, МПК Б27В 7/16. Вращающаяся печь для обжига шлама для приготовления цементного клинкера / Г.В. Серга, В.Д. Таратута; патентообл. Кубанский государственный аграрный университет. Заявл. № 2011117941/02 04.05.2011; опубл. 27.02.2013. Бюл. № 6.
29. Пат. РФ 2479810, МПК Б27В 7/16. Вращающаяся печь для обжига клинкера / В.Д. Таратута, Г.В. Серга; патентообл. Кубанский государственный аграрный университет. Заявл. № 2011123070/02 07.06.2011; опубл. 20.04.2013. Бюл. № 11.
30. Пат. РФ 2483260, МПК Б27В 7/14. Печь для обжига цемента (варианты) / К.А. Белокур, Г.В. Серга; патентообл. Кубанский государствен-
ный аграрный университет. Заявл. № 2009143193/03 23.11.2009; опубл. 27.05.2013. Бюл. № 15.
31. Пат. РФ 2533292, МПК F27B 7/16. Печь для приготовления цементного клинкера / В.Д. Тарату-та, Г.В. Серга; патентообл. Кубанский государственный аграрный университет. Заявл. № 2013120415/02 30.04.2013; опубл. 20.11.2014. Бюл. № 32.
32. Пат. РФ 2536318, МПК Б27Б 7/16. Печь вращающаяся для приготовления цементного клинкера / Г.В. Серга, В.Д. Таратута; патентообл. Кубанский государственный аграрный университет. Заявл. № 2013120422/02 30.04.2013; опубл. 20.12.2014. Бюл. № 35.
33. Пат. РФ 2561571, МПК Р27Б 7/14. Вращающаяся печь для обжига шлама для приготовления цементного клинкера / В.Д. Таратута, Г.В. Серга; патентообл. Кубанский государственный аграрный университет. Заявл. № 2014114567/02 11.04.2014; опубл. 27.08.2015. Бюл. № 24.
34. Пат. РФ 2583215, МПК F27B 7/14. Печь для обжига цемента / В.Д. Таратута, Г.В. Серга; патентообл. Кубанский государственный аграрный университет. Заявл. № 2014144250/02 31.10.2014; опубл. 10.05.2016. Бюл. № 13.
35. Горячкин В.П. Принцип подобия и однородности. М. : Колос, 1965. Т. 1. 395 с.
36. КирпичевМ.В. Теория подобия. М. : Изд-во АН СССР. 1953. 96 с.
37. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. 8-е изд. М. : Наука, 1977. 440 с.
38. Машиностроение. Энциклопедический справочник. М. : Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1947. Т. 1. С. 358.
39. Машиностроение. Энциклопедический справочник. М. : Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1947. Т. 2. С. 134.
Поступила в редакцию 14 сентября 2018 г. Принята в доработанном виде 2 октября 2018 г. Одобрена для публикации 30 октября 2018 г.
Об авторах: Серга Георгий Васильевич — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой начертательной геометрии и графики, Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина (Кубанский ГАУ), 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, д. 13, serga-georgy@mail.ru;
Белокур Кирилл Алексеевич — кандидат технических наук, доцент, декан землеустроительного факультета, Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина (Кубанский ГАУ), 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, д. 13, kirillbelokur@yandex.ru;
Хвостик Эдуард Андреевич — магистрант архитектурно-строительного факультета, Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина (Кубанский ГАУ), 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, д. 13, e.a.hvostik@gmail.com.
REFERENCES
1. Mokoena T.F., Madyira M.D., Babarinde T.O., Akinlabi S.A. Thermal investigation of an indirectly heated rotary kiln. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018; 413:012071. DOI: 10.1088/1757-899X/413/1/012071
2. Yin Qian, Qun Chen, Wen-Jing Du, Xing-Lin Ji, Lin Cheng. Design requirements and performance optimization of waste heat recovery systems for rotary kilns. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2016; 93:1-8. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.08.078
3. Vijayan S.N., Sendhilkumar S. Industrial applications of rotary kiln in various sectors-a review. International Journal of Engineering Innovation & Research. 2014; 3(3):342-345.
4. Titov O.V. Mathematical modeling of roasting of calcnepheline and cement mixture in tubular rotary kilns. Proceedings of the Mining Institute. 2013; 202:246-250. (rus.).
5. Solomina V.K. Model of clinker burning. National Research Irkutsk State Technical University. 2011; 10(57):18-23. (rus.).
6. Shmyrin A.M., Sedykh I.A., Shcherbakov A.P., Yartsev A.G., Anikeev E.S. Parametric neighborhood modeling of clinker kiln. Bulletin of Tambov University. Ser. : Natural and technical Sciences. 2014; 19(3):927-930. (rus.).
7. Telyashev E.G., Khairudinov I.R., Jirnov B.S., Arpishkin I.M., Arpishkin M.I. A pulsating mode in the
rotary kilns. Oil and Gas Chemistry. 2016; 2:47-52. (rus.).
8. Sholomitsky A.A., Kovalev P.S., Medvedska-ya T.M., Martynov A.V. Effect of temperature on the straightness of the axis of the rotary kiln. Bulletin of Siberian state University of geosystems and technologies. 2017; 22(4):18-26. (rus.).
9. Komar A.G. [Building materials and products]. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1988; 147-148. (rus.).
< DO
№ <D t О
3.S G Г
S С
о
0 cd cd
1 if) з ' CO CO
o
in
CD CD
n 9
n o
S ( t r
S t S SS
ns
e N S 3
y о
0 -
СП
1 Я S SS
По
cd cd cd —'
[м
• w
W Ы
s у с о e к
КЗ 10
о о
10. Taratuta V.D., Belokur K.A., Serga G.V. Rotary screw systems in cement. Scientific journal of Kuban state agrarian University. 2016; 115(01):1023-1038. URL: http://ej.kubagro.ru/2016/01/pdf/64.pdf (rus.).
11. Taratuta V.D., Serga G.V. Use of shock-wave helical systems in the construction industry. Mechanics of shock-wave processes in technological systems : collection of scientific works International. scientifically.- techn. conf., Rostov-on-Don, October 9-12, 2012. Rostov-on-Don, DGTU, 2012; 214-231. (rus.).
12. Serga G.V., Taratuta V.D. [Innovative technology of clinker production for cement production using technology and equipment of shock-wave processes]. Questions vibration technology: interuniversity collection. collector. scientific. articles. Rostov-on-Don. 2012; 134-211. (rus.).
13. Taratuta V.D., Serga G.V. [Innovative technology with large amplitude motion of the mass loading in the manufacture of mortars and concrete mixes]. Innovation in engineering : sat. Tr. mate. Second between. scientifically.- prakt. conf. Kemerovo, Kuzbass State
g g technical University Publ., 2011; 196-201. (rus.).
14. Serga G.V., Belokur K.A., Ivanov A.N. Vibra-£ £ tion technology with a large amplitude movement of the 2 v masses download. Vibrations in engineering and tech> in nology. 2010; 4(60):49-65. (rus.).
15. Belokur K.A., Taratuta V.D., Serga G.V. Ro-® t- tor and screw technological systems for preparation of •«- g solutions and concrete. Scientific journal of Kuban State § 3 Agrarian University. 2016; 118(04):794-804. URL: I- £ http://ej.kubagro.ru/2016/04/pdf/4(rus.).6.pdf
' 16. Lutsenko E.V., Serga G.V. The information
■E theory and cognitive technologies in modeling com-| plex multivariable dynamic technical systems. Scien-1= ro tific journal of Kuban State Agrarian University. 2016;
121(07):68-115.URL: http://ej.kubagro.ru/2016/07/ 8 £ pdf/02.pdf (rus.).
^ 17. Lutsenko E.V., Serga G.V. Application of
° & information theory in the modeling of complex multi™ & parameter dynamic systems for finishing and vibration
$ 1 wave processing of machine parts. Perspective direc-— ^
„ 0 tions of development of methods of finishing processing
E ¿3 of precision surfaces of high-tech products; webrevolve
^ ^ technology : Intern. scientific the international Sympo-
g 8 sium technologists-machine builders. Rostov-on-Don,
° J 2016; 83-89. (rus.).
g - 18. Pat. Russian Federation 2421669, MPK F27B
z g, 7/14. [Rotary kiln for cement clinker firing] / K.A. Be-
$ :§ lokur, G.V. Serga; patentee of Kuban State Agrarian
" 0 University. Appl. No. 2009132730/02 31.08.2009; publ.
2 20.06.2011. Bul. No. 17. (rus.).
19. Pat. Russian Federation 2421670, MPK
t> F27B 7/14. [Rotary kiln for firing bulk material to
g O produce cement clinker] / K.A. Belokur, G.V. Serga;
K ® patentee of Kuban State Agrarian University. Appl.
I c No. 2009133068/02 02.09.2009; publ. 20.06.2011. Bul
o « No. 17. (rus.).
(V O
ta >
20. Pat. Russian Federation 2421671. MPK F27B 7/14. [Cement kiln] / K.A. Belokur, G.V. Serga; patentee of Kuban State Agrarian University. Appl. No. 2009140639/02 02.11.2009; publ. 20.06.2011. Bul. No. 17. (rus.).
21. Pat. Russian Federation 2424482. MPK F27B 7/14. [Rotary kiln for cement clinker preparation (options)] / K.A. Belokur, G.V. Serga; patentee of Kuban State Agrarian University. Appl. No. 2009133021/02 02.09.2009; publ. 20.07.2011. Bul. No. 20. (rus.).
22. Pat. Russian Federation 2447130. MPK C10B 39/00 F27B 7/14. [Clinker cooling device] / V.D. Taratuta, G.V. Serga; patentee of Kuban State Agrarian University. Appl. No. 2010145398/05 08.11.2010; publ. 10.04.2012. Bul. No. 10. (rus.).
23. Pat. Russian Federation 2456520. MPK F27B 7/16. [Rotary kiln for cement clinker preparation (options)] / V.D. Taratuta, K.A. Belokur, G.V. Serga; patentee of Kuban State Agrarian University. Appl. No. 2009126872/03 13.07.2009; publ. 20.01.2011. Bul. No. 20. (rus.).
24. Pat. Russian Federation 2469250. MPK F27B 7/16. [Rotary kiln for cement clinker preparation] / G.V. Serga, V.D. Taratuta; patentee of Kuban State Agrarian University. Appl. № 2011117939/00 04.05.2011; publ. 10.12.2012. Bul. № 34. (rus.).
25. Pat. Russian Federation 2476793. MPK F27B 7/14. [Rotary kiln for cement clinker preparation] / V.D. Taratuta, K.A. Belokur, G.V. Serga; patentee of Kuban State Agrarian University. Appl. No. 2011106741/02 22.02.2011; publ. 27.02.2013. Bul. No. 6. (rus.).
26. Pat. Russian Federation 2476794. MPK F27B 7/16. [Rotary kiln for calcining sludge for making of cement clinker] / V.D. Taratuta, K.A. Belokur, G.V. Serga; patentee of Kuban State Agrarian University. Appl. No. 201107329/02 25.02.2011; publ. 27.02.2013. Bul. № 6. (rus.).
27. Pat. Russian Federation 2476795. MPK F27B 7/16. [Rotary kiln for calcining sludge for making of cement clinker] / G.V. Serga, V.D. Taratuta; patentee of Kuban State Agrarian University. Appl. № 2011117928/02 04.05.2011; publ. 27.02.2013. Bul. No. 6. (rus.).
28. Pat. Russian Federation 2476796. MPK F27B 7/16. [Rotary kiln for calcining sludge for making of cement clinker] / G.V. Serga, V.D. Taratuta; patentee of Kuban State Agrarian University. Appl. No. 2011117941/02 04.05.2011; publ. 27.02.2013. Bul. No. 6. (rus.).
29. Pat. Russian Federation 2479810. MPK F27B 7/16. [Rotary kiln for clinker firing] / V.D. Taratuta, G.V. Serga; patentee of Kuban State Agrarian University. Appl. No. 2011123070/02 07.06.2011; publ. 20.04.2013. Bul. No. 11. (rus.).
30. Pat. Russian Federation 2483260. MPK F27B 7/14. [Cement kiln (options)] / K.A. Belokur, G.V. Serga; patentee of Kuban State Agrarian University. Appl.
No. 2009143193/03 23.11.2009; publ. 27.05.2013. Bul. No. 15. (rus.).
31. Pat. Russian Federation 2533292. MPK F27B 7/16. [Furnace for preparation of cement clinker] / V.D. Taratuta, G.V. Serga; patentee of Kuban State Agrarian University. Appl. No. 2013120415/02 30.04.2013; publ. 20.11.2014. Bul. No. 32. (rus.).
32. Pat. Russian Federation 2536318. MPK F27B 7/16. [Rotary kiln for cement clinker preparation] / G.V. Serga, V.D. Taratuta; patentee of Kuban State Agrarian University. Appl. No. 2013120422/02 30.04.2013; publ. 20.12.2014. Bul. No. 35. (rus.).
33. Pat. Russian Federation 2561571. MPK F27B 7/14. [Rotary kiln for calcining sludge for making of cement clinker] / V.D. Taratuta, G.V. Serga; patentee of Kuban State Agrarian University. Appl. No. 2014114567/02 11.04.2014; publ. 27.08.2015. Bul. No. 24. (rus.).
34. Pat. Russian Federation 2583215. MPK F27B 7/14. [Cement kiln] / V.D. Taratuta, G.V. Serga; pat-
entee of Kuban State Agrarian University. Appl. No. 2014144250/02 31.10.2014; publ. 10.05.2016. Bul. No. 13. (rus.).
35. Goryachkin V.P. [The principle of similarity and homogeneity]. Collected works. Moscow, Kolos Publ., 1965; 1:395.
36. Kirpichev M.V. [Similarity theory]. Moscow, Academy of Sciences of the USSR Publ., 1953; 96. (rus.).
37. Sedov L.I. [Methods of similarity and dimension in mechanics]. 8th ed. Moscow, Science Publ., 1977; 440. (rus.).
38. [Engineering. Enciklopedicheskii directory]. Handbook. Moscow, State scientific and technical publishing house of machine-building literature. 1947; 1:358. (rus.).
39. [Engineering. Enciklopedicheskii directory]. Handbook. Moscow, State scientific and technical publishing house of machine-building literature. 1947; 2:134. (rus.).
Received September 14, 2018
Adopted in a modified form on October 2, 2018
Approved for publication October 30, 2018
About the authors: Georgi V. Serga — Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Descriptive Geometry and Graphics, Kuban State Agrarian University named after IT, Trubilin (Kuban SAU), 13 Kalinina st., Krasnodar, 350044, Russian Federation, serga-georgy@mail.ru;
Kirill A. Belokur — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Dean of the Faculty of Land Management, Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin (Kuban SAU), 13 Kalinina st., Krasnodar, 350044, Russian Federation, kirillbelokur@yandex.ru;
Eduard A. Khvostik — Master student of the Faculty of Architecture and Construction, Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin (Kuban SAU), 13 Kalinina st., Krasnodar, 350044, Russian Federation, e.a.hvostik@gmail.com.
< DO
№ <D
t О
3. H
мМ
G Г
S С
о
0 cd cd
1 (Л з ' Cd CO
o
СЛ
CD CD
n 9
n CD o
S (
t "O
s t S SS
ns
e N
s 3
y о
0 -
ст>
1 Я v 0
S SS
По g i
cd cd cd "
[м
ü ü W Ы
(Л У
с о [ к
10 10 о о
