CC BY
20УДК 621.928.26
Кондратьев А.В.
Кондратьев Александр Владимирович, д. т. н., заведующий кафедрой «Строительные и дорожные машины и оборудование» ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет» (ТвГТУ), avkondr@ya.ru
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ ТОРФЯНОЙ СМЕСИ НА ВАЛКОВОМ СЕПАРАТОРЕ
Аннотация. С целью совершенствования процесса просеивания торфа рассматривается валковый сепаратор с активным интенсификатором. Приведены результаты сравнительных исследований валкового сепаратора с подвижными фартуками и без них. С помощью многофакторного планирования эксперимента для сепаратора с активным интенсификатором определены оптимальные параметры, обеспечивающие наиболее высокую эффективность разделения торфяной смеси.
Ключевые слова: валковый сепаратор, подвижные фартуки, валы с дисками, эффективность сепарации, торф.
Kondratiev A.V.
Kondratiev Alesandr V., Dr.Sc., Prof., Head of the Chair of Building and Road Machines and Equipment, Tver State Technical University (TSTU)
IMPROVING THE PROCESS OF SEPARATION OF THE PEAT MIXTURE ON ROLLER SEPARATOR
Abstract. In order to improve the process of peat sifting roller separator with active intensifier is considered. The results of comparative studies of roller separator with moving aprons and without them were shown in this paper. Optimal settings to ensure the highest efficiency of separation of the peat mixture were determined by using multivariate experiment planning for the separator with active intensifier.
Key words: the roller separator, moving aprons, shafts with discs, separation efficiency, peat.
ТТля повышения интенсивности про/ I цесса отделения от торфа древесных ф—Дш включений на валковом сепараторе машины глубокого фрезерования было предложено устанавливать над поверхностью сита подвижные фартуки (интенсификатор) [1-5]. В связи с этим на первом этапе необходимо было провести ряд сравнительных исследований процесса сепарации торфа на валковом устройстве с фартуками и без них.
Изучение процесса просеивания торфа выполняли на стенде валкового сепаратора, основные конструктивные параметры которого соответствовали характеристикам машины глубокого фрезерования. Влияние конструктивных и кинематических параметров сепарирующего устройства на эффективность сепарации торфа изучали при подаче массы 12,9 кг/с, что соответствует средней подаче торфяной смеси на машине МП-20. В качестве материала для сепарации использовали верховой торф ^= 10...15%), предварительно измельченный на куски 0,12.0,20 м, согласно выставке Г-образных ножей машины глубокого фрезерования. Относительная влажность торфа составляла 84%. При этом каждую навеску торфа (40 кг) пропускали через сепаратор три раза.
На рисунке 1 представлены сравнительные результаты изменения эффективности сепарации торфа в зависимости от угла наклона поверхности валкового сита.
Рис. 1. Влияние угла наклона сита на эффективность сепарации:
□ - устройство с фартуками; Л - устройство без фартуков
Fig. 1. Influence of the screen angle on the separation efficiency:
□ - a device with an aprons; Л - device without aprons
Из представленных данных видно, что с увеличением угла наклона эффективность сепарации торфа возрастает, причем более интенсивно на сепараторе с подвижными фартуками, где численные значения эффективности выше на 12 .26% по сравнению с сепаратором без фартуков в диапазоне углов а от 10 до 30°. Вместе с тем было замечено, что на свободной поверхности сепаратора наблюдалось скатывание торфяных частиц в сторону, обратную направлению вращения дисков при а > 20°, что вызывало сгруживание (накопление) торфа на сепараторе. Поэтому все последующие сравнительные исследования проводились на сепараторе с углом наклона поверхности сита к горизонту 20°.
Зависимость эффективности сепарации от частоты вращения валов с дисками показана на рис. 2, где также можно наблюдать явное преимущество валкового устройства с подвижными фартуками.
Рис. 2. Влияние скорости вращения дисков на эффективность сепарации:
□ - устройство с фартуками; Л - устройство без фартуков
Fig. 2. Influence of the disk rotation speed on the separation efficiency:
□ - a device with an aprons; Л - device without aprons
При этом в обоих вариантах наблюдалось повышение просеиваемости торфа с увеличением частоты вращения дисков. Следует также отметить, что на сепараторе без интенсифека-тора рост эффективности наблюдался только до скорости вращения дисков 3,20 с-1. Дальнейшее повышение частоты существенного влияния на результативность сепарации не оказывало. Это объясняется тем, что время полета торфяных частиц после их схода с дисков и скорость перемещения материала по сепаратору
увеличиваются с повышением частоты вращения валов. По этой причине время нахождения частиц непосредственно на вращающихся дисках уменьшается, и эффективность сепарации торфа снижается. На сепараторе с подвижными фартуками, наоборот, с ростом скорости вращения дисков происходит более интенсивное разрушение и просеивание кусков торфа. Интенсифицирующее устройство не только ограничивает траекторию полета торфяных частиц, которые после встречи с фартуками падают обратно на вращающиеся диски, но и обеспечивает надежное перемещение компонентов смеси по наклонной рабочей поверхности без скатывания в обратном направлении. При этом средняя скорость транспортирования сепарируемого материала в основном определяется скоростью перемещения фартуков над вращающимися дисками сепаратора.
Не менее существенное влияние на про-сеиваемость торфа оказывает его исходная крупность (размер торфяных кусков, превышающий промежуток между дисками), с возрастанием которой результативность просеивания падает (рис. 3). Однако следует заметить сравнительно небольшое уменьшение эффективности (около 14%) на сепараторе с интен-сификатором. В то же время на устройстве без фартуков наблюдалось снижение эффективности сепарации почти на 32%.
Рис. 3. Влияние фракционной крупности торфа на эффективность сепарации:
□ - устройство с фартуками; Д - устройство без фартуков
Fig. 3. Influence of the fractional size of peat on the separation efficiency:
□ - a device with an aprons; Д - device without aprons
Итоговое сравнение просеивания торфа на сепараторе с подвижными фартуками и без
них представлено на рисунке 4, где показано изменение количественного показателя торфа, находящегося на валковом сите, по мере продвижения торфяной смеси по вращающимся валам с дисками при угле наклона сита +20° и частоте вращения дисков 3,20 с-1. Из графического материала видно, что если вначале на сепарирующей поверхности (2-й вал) на устройстве с фартуками количество непросеянного торфа на 6% меньше чем на сепараторе без фартуков, то на уровне 10-го вала почти в два раза, а в конце сита (18-й вал) в 9 раз меньше.
Настоящие результаты объясняются возросшей перерабатывающей способностью валкового сепаратора, оснащенного подвижными фартуками, которые наряду с транспортирующими действиями выполняют тормозящие и прижимные функции, что и обеспечивает интенсификацию процесса измельчения вращающимися дисками кусков торфа до просеиваемого размера. Кроме того, фартуки ограничивают траекторию полета торфяных частиц, что повышает время их нахождения на вращающихся дисках и увеличивает вероятность прохождения мелкой фракции в отверстиях сита. Сравнительные исследования показали, что установка подвижных фартуков позволила увеличить эффективность процесса сепарации торфа на 15...30%.
Длина сита, порядковый номер вала
Рис. 4. Просеиваемость торфа по длине сепаратора:
□ - устройство с фартуками; Д - устройство без фартуков
Fig. 4. Sifting of the peat along the length of the separator:
□ - a device with an aprons; Д - device without aprons
Для установления оптимальной области работы валкового сепаратора с активным интенсификатором был реализован централь-
ный композиционный ротатабельный план второго порядка для наиболее важных трех факторов: подачи торфяной смеси; частоты вращения дисков и скорости передвижения фартуков.
В качестве сепарирующего материала использовался верховой торф степенью разложения 10.15%, влажностью 82.85% и куски древесины, взятые с залежи после прохода фрезы машины РАПП-ЗА, относительная влажность которых составляла 55.62%. Количество корневых остатков в исходной торфяной смеси составляло 5% от всей массы (торф + пни), что соответствует 3% объемной пнистости.
На основании результатов экспериментальных исследований были определены границы численных значений рассматриваемых факторов, интервалы варьирования которых представлены в таблице.
В целом изменения факторов подачи материала и частоты вращения дисков соответствовали аналогичным параметрам машины глубокого фрезерования МП-20 (РАПП-ЗА).
Границы области исследований The boundaries of the research
Факторы Обозначение Интервал варьирования Значения факторов
-1,682 -1 0 +1 +1,682
q - подача торфа, кг/с Xi 4 8 11 15 19 22
п - частота вращения дисков, с-1 Х2 0,33 2,56 2,79 3,12 3,45 3,68
УФ - скорость фартуков, м/с Х3 0,06 0,27 0,31 0,37 0,43 0,47
По результатам использования планирования второго порядка получили зависимость эффективности сепарации торфа от рассмотренных параметров технологического процесса просеивания:
Е = 210 - 4,54ц - 49,28п - 62,17У0 + + 0,12^2 + 9,55п2
С использованием данного выражения были получены графические зависимости эффективности сепарации торфа от изменения частоты вращения валов с дисками при Уф= 0,37 м/с (рис. 5).
Представленные зависимости показывают возрастание эффективности сепарации торфа с увеличением частоты вращения дисков с одновременным снижением эффективности при повышении подачи материала на сито. При этом область наиболее предпочтительных значений скорости вращения дисков соответствует интервалу 3,62.3,68 с-1.
2,5
2,8 3,1 3,4 3,7 Частота вращения дисков, об/с
Рис. 5. Эффективность сепарации торфа в зависимости от частоты вращения дисков:
■ - q = 11 кг/с; □ - q = 15 кг/с; Л - q = 19 кг/с
Fig. 5. Efficiency of the peat separation depending on the rotational speed of disks:
■ - q = 11 kg/s; □ - q = 15 kg/s; Л - q = 19 kg/s
На рис. 6 представлен характер изменения эффективности сепарации торфа от скорости перемещения фартуков при частоте вращения дисков 3,65 с-1. С увеличением скорости фартуков происходит уменьшение эффективности по линейной зависимости. В связи с этим наибольшей эффективности просеивания будет соответствовать значение скорости фартуков, равное 0,27 м/с. Еще большее снижение скорости фартуков ограничивается подачей торфяной смеси на сепаратор, которая практически равна скорости перемещения фартуков 0,27 м/с. В противном случае, при Уф < 0,27 м/с на сепарирующей поверхности будет происходить сгру-живание торфяной массы, что, в конечном итоге, приведет к прекращению процесса сепарации.
Для оптимальных значений частоты вращения дисков (3,65 с-1) и скорости движения фартуков (0,27 м/с) была построена зависимость изменения эффективности просеивания торфа от величины подачи материала на сито (рис. 7).
4
0,25
0,3 0,35 0,4 0,45 Скорость движения фартуков, м/с
0,5
Рис. 6. Влияние скорости фартуков на эффективность сепарации торфа:
■ - q = 11 кг/с; □ - q = 15 кг/с; Л - q = 19 кг/с
Fig. 6. Aprons speed effect on the peat separation efficiency:
■ - q = 11 kg/s; □ - q = 15 kg/s; Л - q = 19 kg/s
Подача торфяной смеси, кг/с
Рис. 7. Влияние подачи материала на эффективность сепарации торфа
Fig. 7. Material feed effect on the peat separation efficiency
Из представленного материала можно увидеть, что с увеличением подачи сначала до q = 19 кг/с происходит снижение эффективности сепарации, а потом наблюдается ее возрастание. Это происходит по причине сгру-живания торфа на валковом сите, вследствие чего время просеивания подаваемой порции торфа существенно повышается, что в реальных условиях при непрерывной подаче материала приведет к остановке технологического процесса сепарации. Поэтому в рамках проведенных исследований подачу торфяной смеси
q = 19 кг/с можно считать оптимальной, исходя из надежности протекания процесса сепарации и высоких показателей эффективности.
Таким образом, в ходе экспериментальных исследований удалось обосновать схему валкового сепаратора с активным интенсификато-ром (подвижные фартуки) и определить оптимальные его параметры для совершенствования процесса просеивания торфа. Предлагаемое устройство валкового типа с подвижными фартуками может использоваться не только на машинах, осуществляющих выделение древесных включений из торфяной залежи, но и в подготовительных отделениях предприятий по переработке торфяного сырья.
Библиографический список
1. Кондратьев А.В. Интенсификация процесса разделения древесных включений и торфа / А.В. Кондратьев // Технология и комплексная механизация торфяного производства. - Тверь: ТГТУ 1997. - С. 103-106.
2. СамсоновЛ.Н. Возможности интенсификации процесса разделения торфа и древесных включений на валковых сепараторах / Л.Н. Самсонов, А.В. Кондратьев // Горный информац.-аналитический бюллетень / МГГУ - 1997. - Вып. 2. - С. 91-92.
3. Кондратьев А.В. Повышение работоспособности валковых сепараторов торфяных и камнеуборочных машин / А.В. Кондратьев // Перспективы развития Волжского региона: Материалы Всероссийской заочной конференции. - Вып. 2. - Тверь: ТГТУ ЧуДо, 2000. - С. 73-76.
4. Кондратьев А.В., Павлов Ю.Н., Кочканян С.М. О работоспособности валкового сепаратора при переработке влажного торфа / А.В. Кондратьев, Ю.Н. Павлов, С.М. Кочканян // Торф в решении проблем энергетики, сельского хозяйства и экологии: Материалы выездной секции Международной научно-практической конференции. -Тверь: ТГТУ, 2006. - С. 57-58.
5. Кондратьев А.В. Интенсификация процесса разделения сыпучих материалов на валковых сепараторах: монография / А.В. Кондратьев. - Тверь: ТГТУ 2012. - 96 с.
