автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Обеспечение непрерывности процесса десорбции на основе использования дозаторов с торовым приводом

На правах рукописи

Нгуен Ван Хоан

ОБЕСПЕЧЕНИЕ НЕПРЕРЫВНОСТИ ПРОЦЕССА ДЕСОРБЦИИ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДОЗАТОРОВ С ТОРОВЫМ ПРИВОДОМ

Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 г АПР 2015

Иркутск-2015

005567579

Работа выполнена на кафедре «Оборудование и автоматизация машиностроения» ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет»

Научный руководитель: Кольцов Владимир Петрович

доктор технических наук, профессор кафедры «Оборудование и автоматизация машиностроения» ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет»

Официальные оппоненты: Бальчугов Алексей Валерьевич

доктор технических наук, доцент, проректор по научной работе ФГБОУ ВПО «Ангарская государственная техническая академия», г. Ангарск

Лещинский Александр Валентинович

доктор технических наук, доцент, профессор кафедры «Транспортно-технологические системы в строительстве и горном деле», ФБГОУ ВПО «Тихоокеанский государственный университет», г. Хабаровск.

Ведущая организация: ОАО «Иркутский научно-исследовательский институт благородных и редких металлов и алмазов» (Иргиредмет), г. Иркутск

Зашита состоится «05» июня 2015 г., в 12-00 часов, на заседании диссертационного совета Д 212.018.02 при ФГБОУ ВПО «Братский государственный университет», в ауд. 3205, корп. 3, по адресу: 665709, Иркутская область, г. Братск, ул. Макаренко, д.40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Братский государственный университет», а также на сайте www.brstu.ru.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью, просим направлять по указанному выше адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета. Для связи с секретарем могут быть использованы: факс: (8-3953)-33-20-08, тел.: (8-3953) 32-53-63, e-mail: efremov@brstu.ru.

Автореферат разослан «_» апреля 2015 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, f J

кандидат технических наук, доцент И.М. Ефремов

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Современные машины, аппараты и процессы для десорбции, работающие в условиях повышенных температур и давлений, получили широкое распространение в химической промышленности, металлургии, обогащении большинства стран мира. К сожалению, конструктивные особенности существующего оборудования обеспечивают только дискретный характер цикла реализации технологического процесса десорбции. Именно это является основным препятствием к автоматизации и повышению производительности всего цикла извлечения металлов с помощью процессов десорбции.

В связи с истощением большинства легкодоступных месторождений благородных металлов всё большее распространение и актуальность приобретает добыча из золоторудных месторождений и концентратов с малым содержанием металлов на тонну породы, что обуславливает переработку всё больших масс металлосодержащих материалов. Проблема автоматизации и сокращения времени технологического процесса в производственных условиях за счёт организации непрерывности процесса десорбции приобретает всё большую актуальность.

Более 20 лет назад была разработана весьма производительная технология, изготовлена и испытана принципиально новая конструкция аппарата автоклавной десорбции благородных металлов, позволяющие осуществить технологический процесс в противотоке жидкой и твердой фаз в условиях повышенных температур и давлений. Был изготовлен и испытан опытно-промышленный экземпляр установки работающей в противотоке жидкой и твердой фаз рабочей среды в непрерывном режиме. Тем не менее, такая конструкция из-за мелких конструктивных недостатков не получила до настоящего времени должного применения и распространения.

В представленной работе на базе разработанных оригинальных конструкций дозаторов предпринята попытка решения проблемы создания десорбера, обеспечивающего непрерывность и автоматизацию процесса десорбции при сохранении постоянства давления и температуры в рабочей зоне аппарата.

Работа выполнена при финансовой поддержке правительства РФ в рамках постановления № 218 (проект № 02.G25.31.0075).

Цель работы. Разработка и исследование метода модернизации аппарата для непрерывной автоклавной десорбции на основе использования эластичных торовых конструкций.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи исследования.

1. Выбор, обоснование и разработка общей схемы аппарата для непрерывной автоклавной десорбции благородных металлов из активированных углей с противотоком жидкой и твердой фаз рабочей среды в условиях повышенных температур и давлений.

2. Разработка и аналитическое обоснование методов и направления конструктивного развития автоклавного десорбера, основанного на использовании торовых конструкций.

3. Силовой анализ схемы компактного встроенного торового привода дозаторов десорбера.

4. Моделирование напряженно-деформированного состояния эластичного привода дозатора, оптимизация выбора конструктивных параметров.

5. Разработка опытного образца аппарата.

6. Исследования параметров опытного образца (получение технических характеристик).

Объект исследования. Аппарат для непрерывной автоклавной десорбции благородных металлов из активированных углей.

Предмет исследования. Параметры встроенного торового привода устройств загрузки-выгрузки десорбера.

Методы исследования. При выполнении работы были использованы: теория оболочек, теория упругости, теория торовых технологий. Моделирование дозатора с помощью программного комплекса инженерного анализа МБС. Ра-1тап/Магс. Аналитические исследования эластичного привода дозатора в виде ступенчатого тора.

Достоверность и обоснованность результатов обеспечены корректностью постановки задач исследования, корректностью построения конечно-элементной модели привода и решения поставленных задач. Проведены анализ научно-технической литературы и патентные исследования. Основные технические решения защищены патентами РФ № 2471543, № 135271, № 135939.

На защиту выносятся.

1. Конструкция десорбера непрерывного действия, обеспечивающего постоянство процесса встречного движения жидкой и твердой фаз рабочей среды с сохранением герметизации, температурного режима и давления в рабочей зоне при загрузке и разгрузке десорбера.

2. Конструктивный ряд торовых дозаторов для загрузки и разгрузки камер высокого давления без использования пар трения в подвижных соединениях.

3. Конечно-элементная оптимизационная модель эластичного тора встроенного привода десорбера.

4. Динамические зависимости встроенного торового привода дозаторов при работе в условиях камер высокого давления.

Научная новизна работы.

1. Выведены аналитические зависимости соотношения давлений в рабочей зоне и торе привода, обеспечивающие работоспособность предложенной схемы десорбера.

2. Получены аналитические зависимости, связывающие силовые характеристики и конструктивные параметры торового привода.

3. Результаты исследования конечно-элементной модели эластичного тора встроенного привода десорбера.

Практическая ценность работы.

Решена проблема обеспечения непрерывности и автоматизации процесса десорбции благородных металлов из активированного угля.

В рамках выполнения постановления РФ № 218 (1-й этап проекта №

02.G25.31.0075) изготовлен и испытан опытный образец десорбера непрерывного действия, разработаны чертежи опытно-промышленного образца.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены автором на ежегодных научно-практических конференциях ППС ИрГТУ с 2010 по 2013 гг.; на V Всероссийской научно-практической конференции «Научная инициатива иностранных студентов и аспирантов российских вузов» (Томск, 25-27 апреля 2012 г.); на V Международной научной конференции «Проблемы механики современных машин» (Улан-Удэ, 25-30 июня 2012 г.); на V Международной научно-практической конференции «Техника и технология: новые перспективы развития» (Москва, 18 апреля 2012 г.); на II Всероссийской научно-практической конференции «Авиамашиностроение и транспорт Сибири» (Иркутск, 11-13 апреля 2012 г.).

Публикации. Результаты работы отражены в 12 публикациях. В журналах из перечня ВАК РФ опубликовано 4 статьи, 3 патента РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографического списка. Общий объем работы 119 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выполненной работы, определены объект и предмет исследования, сформулирована цель работы, задачи и методы их решения, приведена научная новизна и практическая ценность работы.

Первая глава посвящена подробному анализу состояния, исследований и оборудования для автоклавной десорбции благородных металлов из активированных углей.

В результате проведённого анализа было установлено, что для обеспечения непрерывности процесса десорбции необходимо снабдить аппарат загрузочным и разгрузочным устройствами, которые позволяли бы осуществлять загрузку и разгрузку десорбера, не нарушая герметичности рабочей зоны и не прерывая протекающий в нём процесс. В этом случае при размещении загрузочного устройства в верхней части, а разгрузочного устройства в нижней части десорбера при подаче щелочного раствора в нижнюю часть с выводом в верхней части рабочей камеры реализуется схема непрерывного процесса с встречными направлениями движения жидкой и твёрдой частей рабочей среды.

Для реализации процесса с встречными направлениями движения жидкой и твёрдой частей рабочей среды в качестве базовой была взята схема аппарата для непрерывной автоклавной десорбции благородных металлов по патенту РФ № 2450858 В.В. Ёлшина, В.П. Кольцова и А.Ф. Ращенко.

Для сохранения постоянного давления в рабочей зоне (рис. 1) дозаторы для загрузки и разгрузки рабочей зоны аппарата кинематически жёстко связаны между собой. Это достигается равенством вводимых и выводимых одновременно (в рабочую зону и из неё) объёмов зернистого материала. Шток, связывающий дозаторы, выполняет ещё и функцию компенсации усилия выдавливания дозаторов, поскольку усилия на дозаторы от давления в рабочей зоне

направлены в противоположные стороны.

1 - загрузочный бункер; 2 - загрузочный дозатор; 3 - загрузочно-разгрузочная емкость; 4 - рабочая камера; 5 - уплотнения; 6 - разгрузочный дозатор;

7 -шток; 8 - привод; 9 - отверстия для загрузки; 10 - отверстия для разгрузки;

11, 16-труба; 12, 15 - распределительная камера; 13, 14 - отверстия;

17 - защитные шайбы

Однако показанный аппарат имеет недостатки, заключающиеся в том, что в нём возможно попадание частиц материала на поверхность уплотнений, что приводит к снижению надежности работы системы герметизации и необходимости использования отдельного привода, который из-за верхнего размещения делает конструкцию аппарата громоздкой.

Первая глава диссертации заканчивается постановкой цели и задач диссертационного исследования.

Во второй главе приведены разработка и обоснование конструкции надёжного дозатора для загрузки и выгрузки из рабочей зоны высокого давления зернистой среды без нарушения герметичности и температурного режима. При применении эластичных торовых конструкций в качестве основного

6

средства герметизации и транспортирования рабочей среды, был создан ряд новых схем перспективного дозатора для подачи зернистых материалов в зону высокого давления. Свойства тора перемещаться под действием внешних или внутренних сил путем выворачивания или наволакивания по жесткой или мягкой опорной поверхности, позволяют переносить транспортируемый контейнер дозатора на необходимые расстояния без нарушения общей герметизации рабочей камеры. Новизна предлагаемых разработок подтверждена патентом на группу изобретений РФ № 2471543 и патентом на полезную модель РФ № 135271.

На рис. 2, а-в показан такой вариант дозатора, где (рис. 2, а) контейнер загружается рабочей средой и разгружается в рабочую зону (рис. 2, б). Выполнение контейнера в виде ёмкости, ограниченной стенкой тора, позволяет облегчить загрузку и разгрузку контейнера, исключить залипание транспортируемой среды и заметно сократить величину рабочего хода контейнера. В то же время боковые поверхности пластин являются опорами для внутренней поверхности тора. Увеличение длины верхней направляющей на длину хода контейнера позволяет защитить поверхность контакта наружной поверхности тора и корпуса аппарата от попадания частиц транспортируемого продукта.

Рис. 2. Дозатор с цилиндрическим тором: 1 - рабочая камера; 2 - корпус устройства; 3 - цилиндрический эластичный тор; 4 - загрузочный бункер; 5 - рабочая среда (сыпучие материалы); 6 - привод; 7 - шток; 8 и 9 - направляющий; 10 - контейнер; 11 - продольные пластины; 12 и 13 - ограничители хода дозатора 7

Анализ возможностей торового механизма привёл к выводу о возможности

использования конического тора не только как средства размещения дозатора и герметизации, но и в качестве привода перемещения. За счёт преобразования работы давления сжатого газа в натяжение замыкающей оболочки стало возможным осуществление продольного перемещения, захват и удержание грузов.

При использовании конического тора взамен цилиндрического появляется возможность упрощения конструкции дозатора путём исключения отдельного привода. На рис. 3 показана схема взаимодействия конического тора с удерживаемым цилиндрическим телом.

Равновесие выделенной части конического эластичного тора определяется уравнением

Рис. 3. Конический эластичный тор в качестве привода: 1 - эластичный конический тор; 2 - жесткий цилиндр; 3 - корпус устройства

Поскольку

Г(0<(>7)

\ / значения (га) и (г.),

-2 + -Щ-) - Р(пг1

(1)

соответственно:

О < ка < 1 и 0 < кс < 1 - коэффициенты

1(0 = ^(0 Предположим, что 0 < ка = кс = к < 1. Коэффициент зависит формы сечения окончаний тора.

Тогда уравнение (2) примет вид: р = —--—-.

як'(гг -ге)(г, +ге)

Из рис. 4 могут быть записаны следующие соотношения:

(2)

(3)

(4)

¿(Т/)

= 0

= зш(а) = соз(а)

Введем обозначение: A = Ttr, (6)

тогда из второго уравнения системы (5) следует: A = Ttr = const.

Первое уравнение с учетом четвертого уравнения системы (5) примет вид Acos(a)da = prdr. (7)

Интегрирование последнего приводит к выражению

Asm(a) = ?y + C. (8)

Константа интегрирования (С) определяется из условия, что при (а = я72, г = 0): =>С=-А.

Таким образом, окончательно можно записать:

sin(a) =—— 1 2 А

(9)

Соотношение (7) выражает связь текущего радиуса г(мм) с углом а. Поскольку в точке А угол а = 0, а в точке Р угол а = а0, то из этого следует

(10)

Рис. 4. Схема силового равновесия оболочки в области перехода

кривизны поверхности 2 г]

1 + 81п(а0)

Принимая во внимание допущение (2) и сравнивая соотношения (3) получим выражение для коэффициента грузоподъемности (к):

к2=-1-. (11)

l + sin(a0)

Запишем очевидные соотношения:

«о + rf =re+htg(tp).

(12)

С учетом уравнений (11) и (12), после преобразования уравнение (4) имеет

вид:

Q(l + cos<p)

(13)

лhtg(<p)[re+htg(cp)]

Таким образом, уравнение (13) выражает условие равновесия системы «конический эластичный тор - груз». Из этого уравнения определяется минимальное значение избыточного давления в полости тора, которое необходимо создать для удерживания груза.

На рис. 5, а-в показан еще один вариант дозатора с использованием эластичного конического тора, наполненного жидкостью или газом под давлением.

Конструктивно дозатор на рис. 5, а-в состоит из загрузочного бункера 1, рабочей камеры 2 с высоким давлением, контейнера 5, в котором перемещается зернистая среда 4. Контейнер дозатора 3 представляет собой условную цилинд-

рическую ёмкость, образованную цилиндрическими направляющими 5 и 6 по торцам, а с установленными перекрещивающимися пластинами 7 по продольной оси емкости и внутренней поверхностью тора 8. Контейнер 3 установлен и удерживается в деформированном в радиальном направлении торе 8, размещенном в коническом отверстии корпуса 9. Возвратно-поступательное движение контейнера 3 реализуется путем выворачивания внутренней поверхности конического эластичного тора при изменении давления в его полости с помощью питателя 10. Верхнее и нижнее положение тора определяются ограничителями хода дозатора 11 и 12, при этом зазор в отверстии между ограничителем 77 и поверхностью верхней направляющей меньше размера зёрен среды. Верхняя торцовая поверхность направляющей 77 для улучшения разгрузки выполнена в виде конуса.

4-/4 Рис. 5. Дозатор с коническим тором

7 ®

® этом случае конический эластичный тор ^ используется в качестве привода перемещения и -а- (д ) ду^ органа герметизации рабочей камеры. Новизна М в) показанной разработки подтверждена патентом РФ № 135939 на полезную модель. Дальнейшая работа над принятой схемой привела к созданию схемы дозатора, построенного на базе ступенчатого эластичного тора, наполненного жид-

костью или газом под давлением, установленного в жестком ступенчатом корпусе. В отверстии тора установлен и удерживается контейнер для транспортирования сыпучих материалов в рабочую камеру устройства. В этом случае ступенчатый эластичный тор также используется в качестве силового привода и органа для герметизации рабочей камеры устройства. Принцип и условия работы этого дозатора ничем не отличаются от предыдущего с коническим тором.

Анализ технологичности и эксплуатационных свойств вариантов конструкций разработанного дозатора привёл к выбору схем с коническим и ступенчатым тором. На базе выбранных вариантов дозаторов были разработаны две схемы аппарата для непрерывной автоклавной десорбции благородных металлов из активированных углей. Конструкции предлагаемых вариантов десорбе-ров представлены на рис. 6.

металлов из активированных углей с коническим (а) и ступенчатым тором (б)

Таким образом, предлагаемый аппарат для непрерывной автоклавной десорбции благородных металлов из активированных углей обеспечивает увели-

11

чение производительности за счёт обеспечения непрерывности технологического процесса и реализации схемы встречного движения жидкой и твёрдой фаз рабочей среды. При этом повышение надежности и упрощение конструкции обеспечиваются за счет исключения из конструкции аппарата пар трения скольжении и использования ступенчатого (или конического) тора как средства герметизации, так привода, взамен другого (например, электромеханического).

В третьей главе приведено моделирование напряженно-деформированного состояния эластичного привода дозатора с помощью компьютерной программы инженерного анализа М8С/Магс и оптимизация выбора свойств материала.

Для обеспечения надежной герметизации между правой и левой сторонами

тора (рис. 7) давление по обе стороны тора р[ * р2(МПа) не может быть больше давления в

,__торе. Давление в полости сту-

~ТГ\ л пенчатого

эластичного тора должно быть записано в виде

р > р,(МПа) р> р2 (МПа)

(14)

Рис. 7. Эластичный ступенчатый тор в качестве привода: 1 - ступенчатый эластичный тор; 2,3- фланцы; 4 - жесткий цилиндр; 5 -питатель; 6 - корпус устройства

Равновесие системы (отсутствие движения) соблюдается при обеспечении условия

я-(Д2 ~Р2)

-■Р, =

л{Р;-Р2) л(Р2 -А) 4 4

к(Р\-Р2)

или р

СР2-Р2).Р]-{Р;-Р2).р,

(15)

(16)

(А2-А2)

За счёт большего давления в полости тора полностью обеспечивается герметизация друг от друга зон по обе стороны тора.

При изменении давления р(МПа) в полости тора в сторону уменьшения, но при этом обязательно соблюдение условия (14):

п{Р2-Р2)

■Р, >

л(Р2-Р2) К(Р22 -Р2)

л(Р\-Р2) + -~-Р2

(17)

Эластичный ступенчатый тор вместе с цилиндром под действием внешнего

12

давленияр,(МПа), р2(МПа) и (р, >р2)перемещается в сторону меньшего давления (в правую сторону) за счет горизонтальной составляющей тягового усилия ^; которое определяется выражением

^ = (18) где ^ - тяговое усилие, обеспечивающее перемещение, (Н).

^ _ сила под действием внешнего давления р^МПа), воз-

действующая на тор (Н).

„ л-(Д2-Д2) л(Р2-Р2)

Р2 = ' ——-Р+ ' --Р2 ~ сопротивление движению под действием

внутреннего давления в торе р(МПа) и внешнего давления р2 (МПа), воздействующее на тор (Н).

= ^(/7,/, Д, Дб) - сопротивление движению (малое), возникающее внутри механизма, подлежащее определению экспериментальным путем. Величина внутреннего сопротивления движению обусловлена толщиной тора /, (в связи с потерями на преодоление внутреннего трения), диаметром О, О), давлением в полости тора р, массой цилиндра О.

Подставив в формулу (18) значения Р,, Р2, ръ и выполнив необходимые преобразования, получим:

ДС) . (19)

При изменении давления р(Кгс/см2) в полости тора в сторону увеличения

~л{Р2-Р2) л{Р;-Р2)

^^Д-Д) 4

Л(Р22-Р2) .... 4 4 -Р+-^--А • (20)

Эластичный ступенчатый тор вместе с цилиндром под действием внутреннего давления р перемещается в сторону большого торца (влево) за счет горизонтальной составляющей тягового усилия /=", которое также определяется выражением (18). При увеличении давления в торе пропорционально увеличивается и сила трения, удерживающая цилиндр.

Таким образом, для обеспечения надежной герметизации при движении тора в ту или иную сторону необходимо соблюдение условия (14).

Для проверки работоспособности предлагаемой схемы десорбера был спроектирован и изготовлен опытный образец десорбера. Из соображений технологичности базовой для разработки опытного образца десорбера выбрана схема дозатора со ступенчатым тором, на основе которой были разработаны чертежи опытного образца.

На рис. 8 показана схема действующего опытного образца разрабатываемого десорбера. Наиболее ответственные детали - торы дозатора из условий технологичности выполнены состоящими из двух частей, одна из которых контактирует с внешней средой, а вторая — с рабочей средой внутреннего объёма десорбера, находящейся под давлением.

Рис. 8. Опытный образец аппарата для непрерывной автоклавной десорбции

14

Таким образом, части торов, контактирующие с рабочей средой, находятся под действием давления рабочей камеры десорбера и внутреннего давления тора.

Для определения основных конструктивных параметров торов проведено моделирование напряженно-деформированного состояния эластичного привода дозатора с помощью компьютерной программы инженерного анализа МБС/Магс и оптимизация выбора материала.

Схемы распределения давлений по поверхности нагружения этих частей торов показаны на рис. 9 и 10.

Рис. 9. Схема расположения нагружения эластичного тора от действия внутреннего и внешнего давлений

в V1 в

1— Ш> \ — t PZZ

Dt

\ С с 1 Л

А

а)

Рис. 10. Схема нагружения эластичного тора от действия внутреннего

давления

Результаты вычислений показаны на рис. 11-14.

Ti»e 1 ОООе+ООО

438о+000 007е+000

Equivalent Von Mises Stres

717e-003 16Se-003 612e-003 ОбОв-ООЗ

Рис. 11. Напряженное состояние Рис. 12. Деформированное состояние эластичного тора от действия давления эластичного тора от действия давления в его полости и внешнего давления в его полости и внешнего давления

! 705е+000 ' 330е*000

Рис. 13. Напряженное состояние эластичного тора от действия давления в его полости

Рис. 14. Деформированное состояние эластичного тора от действия давления в его полости

Модели эластичного тора построены в программе МБС/Магс с параметрами, показанными в таблице.

Фактор Уровень ва рьирования

1. Модуль упругости эластичного материала Е (МПа) 400 600 800 1000

2. Давление в полости тора р (МПа) 1,2 1,3 1,4 1,5

3. Толщина тора 1 (см) 0,4 0,6 0,8 1,0

4. Диаметр тора 0| (см) 11,0 14,0 17,0 20,0

Для сокращения объёма исследований проведено планирование эксперимента по методу латинских отахдоо квадратов (всего 16 моделей).

На основе анализа ре..... апгах(р) зультатов моделирования

каждого эксперимента получены значения макси- атахю мальных напряжений, показанные на рис. 15.

2 з

Уровень р. (

Рис. 15. Зависимость изменения значения максимального напряжения в оболочке эластичного тора от каждого фактора

16

На основе обработки полученных результатов проведены графики зави-

симости, показанные на рис. 16-18.

-т=0,4(с™1

- - - 1=1.0(см)

14 15 16 17 18 19 20 Внешний диаметр эластичного тора Т)| (см)

Рис. 16. График зависимости максимального напряжения эластичного тора от внешнего диаметра тора, для различной внутренней стенки тора при модуле упругости материала 800 (МПа) и внутреннем давлении 1,5(МПа)

- - - р=1,2(МЛа;

-----р=1,31МПэ}

.........р=1,4(МПа)

-р=1.5!МЛа;

Внешний диаметр эластичного тора 01 (см)

Рис. 17. График зависимости максимального напряжения эластичного тора от внешнего диаметра тора, для различного внутреннего давления при модуле упругости материала 800 (МПа) и толщине внутренней стенки 0,6 (см)

О 200 400 600 800 1000 1200 1400 Модуль упругости материала эластичного тора (МПа)

Рис. 18. График зависимости деформации эластичного тора от модуля упругости материала тора, при толщине внутренней стенки 0,6 (см) и давлении

1,5 (МПа)

Исследование показало, что модуль упругости эластичного материала тора необходимо выбирать более 700 (МПа) для сохранения постоянной длины эла-

17

стачного тора в процессе работы при давлении в его полости 1,5 (МПа) и внешнем давлении 1,0 (МПа). Такая оболочка тора должна быть изготовлена из резины и армирующих нитей. Армирующие нити проложат в продольном направлении для обеспечения постоянного размера по длине эластичного тора. Резина должна иметь способность к большим обратимым деформациям (эластичность) для обеспечения герметичности рабочей камеры и выдерживать температуру 1=170 °С.

В четвертой главе проведены разработка конструкции опытного образца аппарата и исследование его параметров.

Для проверки работоспособности предлагаемой схемы десорбера был спроектирован и изготовлен опытный образец десорбера. Из соображений технологичности базовой для разработки опытного образца десорбера выбрана схема дозатора со ступенчатым тором, на основе которой были разработаны чертежи опытного образца.

Предварительные испытания опытного образца подтвердили работоспособность предложенной конструкции аппарата для непрерывной автоклавной десорбции благородных металлов из активированных углей с противотоком жидкой и твёрдой фаз рабочей среды в условиях повышенных температур и давлений.

На рис. 19 показано, что при давлении в полости тора меньше 13 (атм) тор перемещается вверх до верхнего ограничителя. При этом верхняя часть контейнера находится выше верхнего ограничителя и контейнер заполняется зернистым материалом. В противном случае тор перемещается вниз до нижнего ограничителя, контейнер выходит за пределы нижнего ограничителя и рабочая зернистая масса высыпается вниз для выгрузки.

1 - Вертикальная составляющая силы К подъёма контей-

нера.

2 - Вертикальная составляющая силы .Р., опускания контейнера.

Давление в полости ступенчатого тора (атм)

Рис. 19. Зависимость вертикальных составляющих силы от давления в полости тора

Тяговая способность эластичного ступенчатого тора, зависящая от давления в полости тора, показана на рис. 20.

С учётом результатов испытаний разработанной конструкции опытного

О 2 4 б § 50 12 14 Давление в оолостн ломанного тора (атм)

образца разработана конструкция опытно-промышленного образца десорбера непрерывной автоклавной десорбции благородных металлов из активированных углей.

Рис. 20. Зависимость вертикальной составляющей силы Б от давления в полости тора р1

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана конструктивная схема десорбера с компактными встроенными дозаторами загрузки в верхней части автоклава и разгрузки в нижней части автоклава, позволивщая реализовать и автоматизировать непрерывный технологический процесс в противотоке жидкой и твердой фаз рабочей среды в условиях повышенных температур и давлений.

2. Разработан конструктивный ряд торовых дозаторов для загрузки и разгрузки зернистой среды рабочей зоны высокого давления на базе использования эластичных торовых конструкций.

3. Впервые предложена конструкция компактного встроенного привода дозатора на базе ступенчатого эластичного тора, обеспечивающего герметизацию рабочей зоны без использования пар трения.

4. На основе моделирования напряжено-деформированного состояния эластичного привода дозатора под действием внутреннего давления в полости тора и внешнего давления рабочей камеры определены требуемые свойства материала тора и зависимость конструктивных параметров тора от свойств его материала.

5. Получены аналитические зависимости, описывающие условия герметизации рабочей камеры и функционирования десорбера.

6. Разработана конструкция опытно-промышленного образца установки, реализующая непрерывный технологический процесс десорбции в противотоке жидкой и твердой фаз рабочей среды в условиях повышенных температур и давлений.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

В изданиях, входящих в перечень ВАК:

1. Нгуен Ван Хоан. Дозаторы для подачи зернистых материалов в зону высокого давления / В.П. Кольцов, В.В. Ёлшин, Нгуен Ван Хоан // Вестник ИрГТУ,- 2013. - № 5(76). - С. 38^2.

2. Нгуен Ван Хоан. Использование выворачивающихся оболочек для герметизации движущихся частей механизмов / Нгуен Ван Хоан // Журнал «Технология машиностроения». - Москва. - 2013. - № 8. - С. 41-42.

3. Нгуен Ван Хоан. Функциональные возможности эластичного кониче-

19

ского тора / В.П. Кольцов, Нгуен Ван Хоан // Вестник ИрГТУ- 2014. - № 5(88). -С. 33-37.

4. Нгуен Ван Хоан. Схемы дозаторов для подачи зернистых материалов в зону высокого давления / В.П. Кольцов, В.В. Ёлшин, Нгуен Ван Хоан // Вестник ИрГТУ,- 2014. - № 10(93). - С. 49-53.

Патенты:

5. Патент № 2471543, Российская Федерация, МПК кл. В0113/02. Устройство загрузки и выгрузки камер высокого давления (варианты) / В.П. Кольцов, В.В. Ёлшин, Нгуен Ван Хоан. Опубл. 10.01.2013. Бюл. № 1.

6. Патент № 135271, Российская Федерация, МПК кл. В0Ш/02. Устройство загрузки и выгрузки камер высокого давления / В.П. Кольцов, В.В. Ёлшин, Нгуен Ван Хоан. Опубл. 10.12.13. Бюл. № 34

7. Патент № 135939, Российская Федерация, МПК кл. В0Ш/02. Устройство загрузки и выгрузки камер высокого давления / В.П. Кольцов, В.В. Ёлшин, Нгуен Ван Хоан. Опубл. 27.12.13. Бюл. № 36.

В прочих изданиях:

8. Нгуен Ван Хоан. Состояние вопроса об устройствах подачи зернистых материалов в зону высокого давления / Нгуен Ван Хоан, М.А. Бондаренко // Молодёжный вестник ИрГТУ. - 2011. - № 3. (http://mvestnik.istu.irk.ru/7ni/iourrials/2011/03).

9. Нгуен Ван Хоан. Грузоподъемность эластичного конического тора / В. П. Кольцов, Нгуен Ван Хоан // Техника и технология: новые перспективы развития: материалы V Междунар. науч.-практ. конф. (18.04.2012) / науч. журнал «Естественные и технические науки». — М.: Изд-во «Спутник+», 2012. — С. 100— 103.

10. Нгуен Ван Хоан. Использование эластичного конического тора в качестве силового привода / Нгуен Ван Хоан // Проблемы механики современных машин: материалы V Междунар. конф. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2012. - Т. З.-С. 8-12.

11. Нгуен Ван Хоан. Возможности конического эластичного тора как силового привода / Нгуен Ван Хоан // Авиамашиностроение и транспорт сибири: сборник статей II Всероссийской науч.-практ. конф., приуроченной ко Дню космонавтики (Иркутск, 11-13 апреля 2012 г). — Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2012. -С. 116-118.

12. Нгуен Ван Хоан. Анализ возможности использования эластичного конического тора в качестве силового привода / В. П. Кольцов, Нгуен Ван Хоан // Научная инициатива иностранных студентов и аспирантов российских вузов: сборник докладов V Всероссийской науч.-практ. конф. (Томск, 25—27 апреля 2012 г). - Томск: Изд-во ТПУ, 2012. - Т. 2. -С. 153-155.

Подписано в печать 6.04.2015. Формат 60 х 90 / 16.

Бумага офсетная. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Зак. 113. Поз. плана 9н.

Отпечатано в Издательстве ФГБОУ ВО «Иркутский национальный исследовательский технический университет» 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83