CC BY
45
© В.И. Горячев, И.И. Михеев, С.Е. Воробьев, 2014
УЛК 662.641.093.6:662.641.047
В.И. Горячев, И.И. Михеев, С.Е. Воробьев
СУШИЛКИ ВИБРОКИПЯЩЕГО СЛОЯ ДЛЯ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Представлены результаты НИР и ОКР по созданию сушилок виброкипяшего слоя для дисперсных материалов, в том числе, фрезерного торфа. Представлена конструкция разработанной вибросушилки СВ-1, рабочий орган которой выполнен с виброприводом в виде спаренного шарнирно-рычажного ползунного механизма, в котором вертикальная составляюшая амплитуды вибрации обеспечивает образование виброкипяшего слоя сушимого материала, а горизонтальная - обеспечивает его движение в сторону устройства выгрузки. Параллельность штанг обеспечивает постоянство амплитуды вибрации вдоль газораспределительной решетки. Работа сушилки показала, что в процессе движения сушимого материала к устройству разгрузки при постоянстве амплитуды вибрации вдоль газораспределительной решетки уменьшение влажности приводит к увеличению порозности виброкипяшего слоя, что уменьшает теплоотдачу газового теплоносителя сушимому материалу. В настояшее время на стадии технического предложения разработана сушилка виброкипяшего слоя для дисперсных материалов с принципиально новой, криво-шипно-шатунной конструкцией вибропривода, кинематика которого обеспечивает постепенное уменьшение амплитуды вибраций по мере движения сушимого материала от устройства загрузки к устройству выгрузки, что уменьшает высоту виброкипяшего слоя сушимого материала и, как следствие, его порозность, что увеличивает теплоотдачу газового теплоносителя, сокрашая, тем самым, время сушки. Ключевые слова: вибрационная сушилка, вибропривод, лонжерон, газораспределительная решетка, дисперсный материал, виброкипяший слой, порозность.
Одной из специфических особенностей торфа является его способность удерживать большое количество влаги. Поэтому основные технологические процессы всех способов торфяного производства связаны с отделением жидкой фазы от твердого вещества торфа различными методами.
При искусственном обезвоживании торфа-сырца большая роль отводится удалению влаги механическим путем. Однако, как показывает наука и практика, несмотря на свободное состояние основной массы воды в торфе, механическое обезвоживание его до требуемых значений влажности трудно осуществимо. Поэтому производство кондиционной продукции из торфяного сырья влажностью 50-
60% предусматривает в дальнейшем, как правило, искусственную досушку в заводских условиях с использованием сушильных установок.
В статье представлены результаты НИР и ОКР по созданию сушилок виб-рокипящего слоя для дисперсных материалов, в том числе, фрезерного торфа.
Конструкторско-технологический расчет таких сушилок связан с весьма сложным динамическим комплексом, включающим в себя колебательную систему механизма привода рабочего грузонесущего органа, вибратор, ви-брокипящий слой материала с аэродинамическим воздействием на него газового теплоносителя.
По классификационному признаку механизм рабочего органа сушилки
быть заимствованы из вибротран-спортируюшей техники без учета вышеперечисленных требований.
Учитывая изложенные требования, была разработана и изготовлена опытная вибросушилка СВ-1, схема рабочего органа которой с виброприводом в виде спаренного шарнир-но-рычажного ползунного механизма представлена на рис. 1 [2]. Колебания газораспределительной решетки 7, закрепленной в лонжеронах 10, возбуждаются врашением по гармоническому закону кривошипа 1, передача колебаний от которого осушествляет-ся элементами в виде шатуна 2, ползуна 3, коромысел 4, 9 и параллельно расположенных штанг 5, 8, угол наклона в которых задает величину и направление вибрации газораспределительной решетки. При этом вертикальная составляюшая амплитуды вибрации обеспечивает образование виброкипяшего слоя сушимого материала, а горизонтальная - обеспечивает его движение в сторону устройства выгрузки. Параллельность штанг обеспечивает постоянство амплитуды вибрации вдоль газораспределительной решетки.
Динамические нагрузки на вибропривод гасятся упругими резиноме-таллическими элементами сдвига 6, количество которых определяется величиной сил инерции движушихся масс.
Работа сушилки показала, что в процессе движения сушимого материала к устройству разгрузки его влажность ю непрерывно уменьшается, а мелкие частицы материала, подсыхая, выдуваются из вибро-кипяшего слоя и уносятся потоком газового теплоно-Рис. 1. Схема рабочего органа вибросушилки в сителя, в результате чего, виде спаренного шарнирно-рычажного ползунного при п°ст°янстве амплиту-механизма ды вибрации вдоль газо-
относится к вибрационным транспор-тируюшим машинам, который состоит из колебательной системы, включа-юшей в себя некоторое число масс, упругих связей и вибропривода того или иного типа. Его особенностью является колебательный характер движения грузонесушего органа, параметры которого обусловливаются динамическими свойствами системы.
В то же время к конструкции колебательной системы механизма рабочего органа сушилки, в отличие от вибрационных транспортируюших машин [1], предъявляется ряд специальных требований:
• обеспечение равномерного распределения материала по всей вибри-руюшей поверхности газораспределительной решетки;
• возможность подвода и продувки газового теплоносителя сквозь слой сушимого материала;
• зашита узлов и деталей от температурных деформаций;
• возможность регулирования в процессе эксплуатации сушилки по-розности виброкипяшего слоя в зависимости от физико-механических характеристик сушимого продукта.
В связи с этим структура и компоновка колебательной системы механизма грузонесушего органа не могут
ш
¡19
ад
V
V
N \Х ч
- ---А 0; \ ^ \ \ У ч ^ N А
\ П= КООоЙ/т,« ; о- 1-го «-а/»*; 1 \ \ \ * \
• - 4- 9 =80 \ \ \
го
55
X
6!
% яо СО
Рис. 2. Изменение порозности слоя в зависимости от влажности торфа
распределительной решетки, пороз-ность е виброкипяшего слоя увеличивается (рис. 2), при этом уменьшается теплоотдача газового теплоносителя сушимому материалу [3, 4].
Повышение теплоотдачи возможно либо более высокой температурой газового теплоносителя, что увеличивает энергоемкость процесса сушки, либо уменьшением порозности сушимого материала по мере его движения к устройству выгрузки [5].
Чтобы порозность слоя сушимого материала по мере его движения к устройству выгрузки не увеличивалась, а оставалась, по мере возможности, близкой к первоначальной, необходимы конструктивные решения, обеспе-чиваюшие постепенное уменьшение амплитуды вибрации в направлении движения сушимого материала [6].
Для опытной сушилки СВ-1 (рис. 1) такие конструктивные решения возможны путем изменения длин задних
штанг 8, рычагов ММ коромысел 9, точек крепления К, М, М, Н и угла наклона к горизонтали лонжеронов 10 с закрепленной на них газораспределительной решеткой 7.
Предложенные конструктивные решения требуют или изготовления набора соответствуюших элементов вибропривода с различными размерами, или их изготовления с устройствами, позволя-юшими менять размеры и конфигурацию элементов, например, с помошью резьбовых муфт, что сушествен-но усложняет конструкцию вибропривода, его изготовление, монтаж, наладку, эксплуатацию, а также снижает надежность работы.
В настояшее время на стадии технического предложения разработана сушилка виброкипяше-го слоя для дисперсных материалов (рис. 3, 4) с принципиально новой, кривошипно-шатунной конструкцией вибропривода 1, кинематика которого менее сложная, чем в сушилке СВ-1 и обеспечивает постепенное уменьшение амплитуды вибраций по мере движения сушимого материала от устройства загрузки 2 к устройству выгрузки 3 за счет качаюшихся лонжеронов 4, которые одним концом шарнирно прикреплены к штангам 5 вибропривода, а другим концом прикреплены к шарнирным опорам 6, закрепленным на раме 7 сушилки [7].
Кроме того, лонжероны, в которых закреплена газораспределительная решетка 8, установлены над шарнирными опорами с наклоном в направлении от устройства загрузки к устройству выгрузки под углом а (рис. 4), позволяюшим получить оп-
тимальные величины и направления амплитуды вибрации лонжеронов для конкретного сушимого материала, например, фрезерного торфа.
Таким образом предложенная конструкция сушилки позволяет оптимизировать параметры виброкипяшего слоя за счет новой конструкции привода, поскольку постепенное уменьшение амплитуды вибрации лонжеронов от максимума АВ в месте загрузки до минимума ОБ в месте выгрузки (рис. 4) способствует уменьшению порозности транспортируемого виброкипяшего слоя дисперсного материала, увеличивая, тем самым, теплоотдачу газового теплоносителя сушимому материалу и, как следствие, сокрашает время сушки по испаренной влаге [3].
Работа сушилки происходит следуюшим образом (рис. 3): после пуска вибропривода 1 включают загрузочное устройство 2, с по-мошью которого сушимый материал, например, фрезерный торф, непрерывно подается на газораспределительную решетку 8, на которой под действием вибрации сушимый материал интенсивно разрыхляется. Благодаря одновременному воздействию на него вибрации со стороны газораспределительной решетки и аэродинамических сил потока газового теплоносителя, поступаюшего из газоподводяшего короба 9, образуется виброкипяший слой, который по мере вибротранспортирования к устройству выгрузки 3, высыхает до заданной влажности. При этом мелкие частицы сушимого материала, подсыхая, выдуваются из слоя и в режиме пневмо-
транспорта уносятся через гозоотводя-ший короб 10 в систему газоочистки.
В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований по сушке верхового торфа малой степени разложения от влажности 70-80% до 20-50% в вибро-кипяшем слое можно рекомендовать следуюшие основные параметры режима работы вибрационной сушилки: амплитуда колебаний рабочего органа 4-6 мм; частота врашения кривошипа порядка 1200 об/мин; удельная загрузка грузонесушего органа по сухому вешеству в пределах 3-6 кг/м2; скорость движения газового теплоносителя сквозь слой торфа около 1,0 м/с [3].
Рис. 3. Схема сушилки виброкипяшего слоя лпя дисперсных материалов
Рис. 4. Схема рабочего органа вибросушипки в виде кривошипно-шатунного механизма
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Спиваковский А.О., Гончаревич И.Ф. Вибрационные конвейеры, питатели и вспомогательные устройства. - М.: Машиностроение, 1972. - 328 с.
2. А. с. СССР 1392315, кл. F 26 B 17/10, Сушилка виброкипяшего слоя для дисперсных материалов, опубл. 30.04.88, Бюл. № 16.
3. Горячев В.И. Искусственное обезвоживание торфа: монография. - Тверь: ТвГТУ, 2012. - 184 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
4. Горбис Э.Р. Теплообмен и гидромеханика дисперсных сквозных потоков. - М: Энергия, 1970. - 424 с.
5. Наумович В.М. Искусственная сушка торфа. - М.: Недра, 1984. - 222 с.
6. Забродский С. С. Гидродинамика и теплообмен в псевдоожиженном слое. - М.: Госэнергоиздат, 1963. - 428 с.
7. Заявка № 2013116332 от 09.04.2013 «Сушилка виброкипяшего слоя для дисперсных материалов». ЕЛЗ
Горячев Валентин Иванович - доктор технических наук, профессор
Михеев Игорь Иванович - кандидат технических наук, доцент, e-mail: mikheev1937@yandex.ru, Воробьев Сергей Евгеньевич - аспирант, e-mail: vorobyev.s@bk.ru, Тверской государственный технический университет
UDC 662.641.093.6:662.641.047
VIBRATED LAYER DRYERS FOR PARTICULATE MATERIALS
Goryachev V.l., Doctor of Technical Sciences, Professor,
Mikheyev l.l., Candidate of Engineering Sciences, Assistant Professor, e-mail: mikheev1937@yandex.ru, Vorobiev S.E., Aspirant, e-mail: vorobyev.s@bk.ru, Tver State Technical University.
The article presents the results of research and development to create vibrated layer dryers for particulate materials, including milled peat. Represented design of vibrated layer dryer "CB-1", wherein the working body with a vibratory drive is configured as a hinge-paired lever slide mechanism, wherein the vertical component of the vibration amplitudes allows the formation a vibrated layer of the dried material, and horizontal ensures the movement towards the discharge device. The parallel bars provide constant amplitude of vibration along the gas distribution grid. After operating the dryer showed, that during the movement of the dried material to a discharge device with constant amplitude of vibration along the gas distribution grid moisture reduction leads to an increase the porosity of the vibration layer that reduces the heat transfer of the coolant gas to the dried material. Currently, at the stage of technical proposals, vibration layer dryer for particulate materials with fundamentally new crank design of vibratory drive was designed, which provides a gradual decrease in the amplitude of vibration as you move the dried material from the boot device to the unit discharge, which reduces the height of the dried material vibration layer, and, as a consequence, its porosity, which increases the heat transfer from the gas coolant, shortening the time of drying.
Key words: the vibration dryer, the vibrodrive, longeron, gas distribution grid, the disperse material, vi-broboiling layer, porosity.
REFERENCES
1. Spivakovskij A.O., Goncharevich I.F. Vibracionnye konvejery, pitateli i vspomogatel'nye ustrojstva (Vibrating conveyors, feeders and accessories), Moscow, Mashinostroenie, 1972, 328 p.
2. A. s. SSSR 1392315, kl. F 26 B 17/10, Sushilka vibrokipjashhego sloja dlja dispersnyh materialov, opubl. 30.04.88, Bjul. no 16. (Certificate of authorship USSR 1392315, cl. . F 26 B 17/10, Vibration layer dryer for particulate materials, 30.04.88, Bulletin № 16).
3. Gorjachev V.I. Iskusstvennoe obezvozhivanie torfa: monografija (Artificial turf dehydration: Monograph), Tver, TvGTU, 2012, 184 p.
4. Gorbis Je.R. Teploobmen i gidromehanika dispersnyh skvoznyh potokov (Heat Transfer and Fluid flows through dispersed), Moscow, Jenergija, 1970, 424 p.
5. Naumovich V.M. Iskusstvennaja sushka torfa (Artificial drying of peat), Moscow, Nedra, 1984, 222 p.
6. Zabrodskij S.S. Gidrodinamika i teploobmen v psevdoozhizhennom sloe (Hydrodynamics and heat transfer in a fluidized bed), Moscow, Gosjenergoizdat, 1963, 428 p.
7. Zajavka no 2013116332 ot 09.04.2013 «Sushilka vibrokipjashhego sloja dlja dispersnyh materialov» (Application no 2013116332 09.04.2013 «Dryer vibration layer to disperse materials»).
