CC BY
12МЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И МАШИНОСТРОЕНИЕ
Романович АЛ., канд. техн. наук, проф. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
МЕТОДИКА РАСЧЕТА ДОПОЛНИТЕЛЬНО ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОЩНОСТИ
МЕЛЬНИЦЫ, ОСНАЩЕННОЙ ЛЭУ
В статье рассмотрены вопросы интенсификации процесса измельчения материалов в шаровой мельнице оснащенной ЛЭУ. Получены аналитические зависимости расчета дополнительно потребляемой мощности.
Ключевые слова: помольная линия, шаровая мельница, лопастные энергообменные устройства.
Результаты проведенных исследований показали, что измельчаемый в ПВИ материал после обработки давлением между коническими валками значительно отличается отисходного, он имеет форму в виде спрессованных пластин, а его частицы - микродефектную структуру, что требует особых условий для их доизмельчения в ТШМ.
Как показали исследования [1-3], предварительно измельчаемый в ПВИ материал целесообразно подвергать кратковременному ударному воздействию в первой камере мельницы для дезагломерации спрессованной ленты и раздав-ливающее-истирающему воздействию мелющей загрузки во второй камере для окончательного его помола. Такие условия измельчения материалов можно получить в шаровой мельнице (ШМ), оснащенной лопастными энергообменными устройствами (ЛЭУ): лопастью двухстороннего действия (ЛДД) и лопастным элипсным сегментом (ЛЭС).
Установка лопастных энергообменных устройств (ЛЭУ) (рис. 1,2) в виде лопасти двухстороннего действия ЛДД и лопастного сегмента в барабане шаровой мельницы позволяет интенсифицировать движение мелющей загрузки [4,5].
В зависимости от угла поворота барабана мельницы периодически меняется уровень загрузки в первой камере, а в зоне активного влияния ЛЭУ - происходит "зачерпывание" части мелющих тел вместе с измельчаемым материалом, подъем их на высоту и придание им продольно-поперечного движения, отличающегося от, создаваемого в мельницах без ЛЭУ. При этом совершается дополнительная работа, на которую дополнительно расходуется мощность двигателя. Однако отсутствие научно-обоснованной методики расчета мощности дви-
гателя мельниц оснащенных ЛЭУ тормозит их
внедрение в промышленность.
б
Рис. 1. Экспериментальная установка шаровой мельницы Привод шаровой мельницы 0,5х1,95м 1 - разргузочная часть барабана, 2- цапфа, 3- приемное устройство загрузочной цапфы, 4- электродвигатель постоянного тока, 5- редуктор, 6- загрузочная часть барабана, 7- питающее устройство, 8 - лопасть двойного действия, 9- лопастнойэлипсный сегмент
Рис. 2. Схема установки ЛЭУ Дополнительно потребляемая мельницей мощность связана с дополнительным (по сравнению с мельницами с вертикальными перегородками) перемещением центра масс мелющей загрузки вдоль оси барабана мельницы за счет влияния на мелющую загрузку в продольном направлении ЛДД и ЛЭС.
Мощность N за некоторый промежуток времени Т вычисляется по формуле
N = А, (1)
где А - работа, выполненная за тот же промежуток времени Т.
За промежуток времени Т, возьмем время одного оборота барабана мельницы, если мельница совершает п оборотов в минуту, то один оборот происходит за время
в барабане шаровой мельницы
или
Т 1
1 = — мин п
т 60 Т = — сек.
п
(2) (3)
Поскольку
п =
Ц/Юкр
(4)
где Ц/ - относительная частота вращения, пкр
критическая частота вращения. Так как
пкр =-
(5)
30 к
пЧ я'
где к = 9,81 м / с2 - ускорение свободного падения, я - радиус барабана мельницы, то формулу (3) можно записать в следующем виде
т. 2я4Я Т =-сек.
4К
(6)
За один оборот барабана мельницы центр масс мелющей загрузки в каждой камере переместится из одного крайнего положения в другое и обратно. Для первой камеры перемещение центра масс загрузки за один оборот барабана мельницы определяется по формуле:
З = 2 у - , (7)
Согласно [4] ус и у'с вычисляются, соответственно, по формулам:
1 + агсэт Хх --1--з-(1 )2
ctg а
^(1 - 2 хЪ^^хХ
2 . я агс81п х1 +
ХЦ , Г,-• , яЛ 2ЛР&Х, ,2\
— \Х^-Х1 + агсэт Х\~~ +---(1-*! )
2
ctg а
X
;(1 -2х!-агс81п1.
Перемещение центра масс загрузки за один оборот барабана мельницы во второй камере определяется по формуле:
= 2Ус2 - 341, (8)
Вычисление ус2 и у'с2 согласно (4) производим по формулам:
(2Ж22 - 1)71^
агсвт х2
2 )~Т ^
Л-,
л
21
а
1 )3.
Поскольку работу совершает сила трения,
то:
А = Е £ = Е Д
тр тр1 1
■ Е 2 52.
тр2 2
где / - коэффициент трения скольжения мелющей загрузки по корпусу барабана мельницы; 01 - вес мелющей загрузки в первой камере;
М1 - масса мелющей загрузки в первой камере;
у - объемная масса мелющей загрузки; У1загр -
, , (9)
В свою очередь,
Етр: = /О, = /Мд = /ЕуУхзагр = /дуфу, ,(10)
объем мелющей загрузки в первой камере; (Р1 -
коэффициент загрузки мелющими телами первой камеры; У1 - объем первой камеры.
Аналогичная формула имеет место и для второй камеры:
тр2
Проведя сравнительные результаты, полученные экспериментальным путем и вычислениями для следующих значений входных параметров: радиус барабана мельницы К = 0,5 м; длина первой камеры 11 =0,65 м; коэффициент загрузки первой камеры ^>1 = 0,18; длина второй камеры 12 =1,3 м; коэффициент загрузки второй камеры ф2 = 0,3; коэффициент трения скольжения / = 0,4; объемная масса мелющей загрузки у = 4 550 кг/м3; угол наклона ЛДД и ЛЭС к оси барабана мельницы ос = 60°; относительная частота вращения барабана мельницы = 0, 76 (соответствует 45,5 мин-1). Показали, что разница между экспериментально получен-
Ета2 = /О2 = /М2 е = /Е уУ2^ = /Е У ФУ2.
(11)
ными и расчетными данными как видно из графических зависимостей (рис.4-6) не превышает 10% . При указанных значения входных параметров дополнительно потребляемая мощность расчетная составила: для первой камеры - 62,2 Вт; для второй камеры - 441,0 Вт; в целом для мельницы - 503,2 Вт, экспериментально полученная - 545 Вт.
Анализ полученных графических зависимостей (рис. 3-6), позволил изучить влияние на дополнительно потребляемую мощность длины первой камеры (длина второй камеры при этом была такой, чтобы сумма длин камер равнялась длине мельницы - 1,95 м), угла наклона ЛЭУ и коэффициентов загрузки камер мелющими телами.
I-
ш .о
о
X ?
о
650 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0
■N1 ■N2 ■N3
0,45 0,55 0,65 0,75 0,85 Длина первой камеры, м
Рис. 3. Зависимость дополнительно потребляемой мощности от длины первой камеры
На графиках приняты следующие обозначения: N1 и N 2 - дополнительно потребляемая мощность за счет перемещения мелющей загрузки в первой и второй камерах, соответственно, N - суммарная дополнительно по-
требляемая мощность расчетная и Nэкс - суммарная мощность, измеренная экспериментальным путем.
■N1 ■N2 ■N3
40 50 60 70 Угол наклона, град
80
Рис. 4. Зависимость дополнительно потребляемой мощности от угла наклона ЛДД и ЛЭС к оси барабана
мельницы
и
О 300 х
о ,„„
—•—N1 —■—N2 —А—N3
0,14 0,16 0,18 0,2 0,22 Коэффициент загрузки 1-й камеры
Рис. 5. Зависимость дополнительно потребляемой мощности от коэффициента загрузки первой камеры
ей
■О I-
и
о
X
о
0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 Коэффициент загрузки 2-й камеры
Рис. 6. Зависимость дополнительно потребляемой мощности от коэффициента загрузки второй камеры
0
0
Как видно из графических зависимостей (рис. 3-6) установка в барабане мельницы энергообменных устройств позволяет интенсифицировать работу мелющей загрузки, на что указывает величина дополнительно потребляемой мощности приводом. Изменение угла наклона лопастных энергообменных устройств к оси барабана мельницы от 40 до 800 приводит к уменьшению зоны действия устройства на мелющую загрузку, что приводит к уменьшению дополнительно потребляемой мощности. Полученные аналитическим путем уравнения с достаточной точностью отражают реальный процесс.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Романович А. А. Энергосбережение при производстве строительных изделий // Вестник Белгородского государственного технологиче-
ского университета им. В.Г. Шухова. 2011.№3.С. 69-7.
2. Богданов В. С., Воронов В. П., Потапов Ф.П. Расчет величины работы затрачиваемой на разрушение материала при каскадном режиме работы шаровой мельницы // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2011. №1. С. 61-64.
3. Богданов В.С. Шаровые барабанные мельницы: учеб. пособие/ В.С. Богданов. -Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2002. 258 с.
4. Гридчин А. М. Повышение эффективности дорожного строительства путем использования анизотропного сырья / Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2006. 486 с.
5. Романович А. А. Энергосберегающий помольный комплекс для переработки природных и техногенных материалов: монография-Белгород: Изд-во БГТУ, 2006. 187 с.
