автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Определение параметров и производительности роторных мельниц интенсифицирующего действия

г

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

И

МАЛИ

На правах рукописи

ПУГИН Константин Георгиевич

УДК 621.926.086 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ РОТОРНЫХ МЕЛЬНИЦ ИНТЕНСИФИ1|ИРУЫЦЕГ'0 ДЕЙСТВИЯ

05.05.04 - Дорожные и строительные машина

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технически* наук

МОСКВА

J

(

Работа' выполнена в Московской Госудаоственном автомо-6ильно~лооо»ном институте (Техническом Университете) на ка?едпе лопожно-строительнмх машин.

Научный руководитель - Заслуженный деятель науки и техники РФ, академик РДТ, в.т.н., профессор В.И.Ьаловнев.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, проф. И.*. Руяенко Кандидат технических наук А.И. Косарев

Ведущее предприятие - трест "ОРГТЕХСТРОП"

Зашита состоится А<-*"сК 1994г в i Q часов,

на заседании специализированного совета К-053.3ПЛ1 пои Московском Государственном автомобильно-дорояном институте (Техническом Университете)" по ahppcy: 1?5Р.?9 ГСП,-Москва А-319, Ленинградский проспект, 64 НГАЦИ, аул. ^

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НГАЛИ.

Отзывы представлять в двух экземплярах с подписью, заверенной печатьв.

Телефон для справок 155-03-28

Автореферат разослан ¿4.vy/i¿ЛЯ 1994г. ^

Ученый секретарь специализированного совета К-С53.30.11

кандидат технических наук, профессор Г.С.ПИРЗОЯМ

окадя ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТН

Актуальность работн. Измельчение исходных составлявших является одним из основных процессов в производстве строительных материалов, йля полунения посошков поомыпяетгостью освоен выпуск машин и оборудования различного назначен«! и типоразмера. Актуальность исследований в этой области определяется большим влиянием степени измельчения на технологические свойства порошков и огромным объемом производства многих из них. В России толькр цемента производят несколько сот млн. т е год. Причем по мере развития техники требования к дисперсности цемента (как и других вяиуиих), определявшей скорость« его трердения и прочностью в начальный период, ужесточаются.

Необходимость повышения дисперсности строительных и других материалов, как в виде целевой продукция, так и на промежуточных стадиях переработки в изделия потребовала совершенствования и "создания новых типов помонышх агрегатов и приборов дисперсионного анализа. Тонкое измеиьчение является дорогостояоей операцией. Невольной пркоост удельной поверхности материала приводит к резкому увеличении затрат, а начиная с некрторой предельной для данного материала и способа измельчения, дальнейшее разрушение становиться невозможным. Продолжение измельчения сопровождается существенным расхрдом энергии при незначительном увеличении удельной поверхности материала.

Ватной проблемой является устранение противоречий между необходимость» увеличения производительности оборудования для тонкого измельчения и требованиями ресурсосбережения и прежде всего энергетических и матеоиааьвых затрат пои производстве строительных материалов.

Снижение энергоемкости, металлоемкости и увеличение производительности пооцессов измельчения требуют совеовенство-вания сушествуввего помольного оборудования и поиска новых технических репений, направленных на интенсификации пооцесса тонкого измельчения материалов. Представляет интерес использование лля этих целей новых конструктивных схем механического воздействия рабочих органов на измельяаемый материал. О частности использование в качестве оабочих органов систему роторов, имевсих зубчатое зацепление. Установка лля измельчения, в виде вравахщихся вокруг оси цилиндрических пружин, навитых на перемерив роторов, предложена в ПАДИ. Практическая реализация разработанной схемы обеспечивает получение достаточно однородной спеси с малыми энергетическими затратами. В процессе исследований пвоаметоов указанного оборудования выявлены недостатки и потенциальные возможности более Эффективного его использования. Сложное напряженное состояние рабочего органа в процессе работы гюиволит к необходимости создания конструкций имеющих более высокую напевность. Важной проблемой является проблема^увеличения производительности и тонкости помола.

Анализ механических способов разруиения материала, теоретических зависимостей определявших взаимосвязь мемду энергозатратами и крупностью материала и необходимостью повышения эффективности оборудования потребовали дальнейших исследований в области совершенствования роторных мельниц.

Целью настоящих исследований является разработка рекомендаций по повышению эффективевсти роторных мельниц интенсифицирующего действия на основе определения их рациональных параметров и режимов эксплуатации, обеспечивавших

снижение энергетических и материальных затрат при требуемой тонкости измельчения.

г

В процессе исследований решены следуюаие згаачи: созданы экспериментальные лабораторные полепи роторных мельниц интенсифицируюиего действия с жесткими рабо«т органами

роторов; экспериментально установлено влияние на эффективность

и неподвижными

измельчения зазоров между подвиянымйУэлеиентани а помольной камере; установлен характер движения потоков материала и его распределения в помольной камере при работе иельвчцы; установлено влияние лиафоагм и величины их проходных отверстий, установленных между ступенями измельчения на производительность и тонкость измельчения; разработаны зависимости определяющие связь между производительность^ и основными параметрами и режимами работы оборудования; установлены регрессионные зависимости производительности, таякости помола, мощности привода, энергоемкости и металлмякости процесса измельчения от частоты врацееия роторов, прмолвитель-ности измельчения, степени заполнения помольноа камеры материалом, величины межосевого расстояния роторов ■ зазора между вращающимися и неподвижными элементами потальной камеры; разработана методика расчета параметров и режимов работы роторных мельниц интенсифицирующего действия; определен ожидаемый экономический эффект от внедреакя результатов исследований в производство.

Научная новизна' работы представлена: теоретическими зависимостями производительности при заданной тонкости измельчения от основных конструктивных (диаметр ротора, ширина, угол наклона рабочих элеяевтов) и режимных (скорости рабочих органов, степени за лишения материалом помольной камеры) паргметров с учетом веяния торцевых

зазоров и диафрагм установленных в помольной камере; регрессионными моделями, определяющими влияние основных факторов (продолжительность измельчения, частота вравения рабочего органа, степень загрузки материалом, величина перекрытия рабочих, элементов в зоне зацепления, зазор меаду подвижными и неподвижными частями помольной камеры), обуславливающих протекание процесса измельчения, на показатели процесса (тонкость помола, производительность, мапность привода, энергоемкость, металлоемкость); сформулированным обобценным показателем Эффективности мельниц; разработанной методикой расчета основных конструктивных параметров мельницы (величина : зазоров не»ау попвиикыми и неподвишивни элементами помольной канерн, диаметр проходных отверстий диафрагм, диаметр роторов, число пар роторов) в зависимости от заданной производительности и тонкости измельчения; установленным характером движения и распределения материала в помольной"камере пои работе мельницу.

Практическая ценность работы заключается в разработке рекомендаций по выбооу рациональных конструктивных парапет-ров и режимов работы роторной мельницы интенсифицирующего действия для измельчения дорояно-строительных материалов, обеспечивавших требуемуя тонкость измельчения и существенную экономию материальных и энергетических затрат в дорожном строительстве.

Реализация работы: Результаты исследований и разработанные рекомендации по выбору рациональных параметров мельницы интенсифицирующего действия внедрены на Подольском заводе геолого-разве'дочного

Ч

оборудования, где ведется мелкосерийное производство данногр типа мельниц, и на кафедре "Дорожных машин" МАЛИ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на 50-й, 51-й научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАЛИ в 1992—1993гг.

Публикации. По результатам проведенных иссаедований опубликовано 3 статьи в журналах и получено 1 пояяительнэе решение Госкомизобретений на изобретения.

Обьем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и приложения, содержит 156 страниц, в топ числе IIS страниц машинописного текста, 12 таблиц, 59 рисунков, спжок литературы из 79 наименований.

На зашиту выносятся: установленная зависимость производительности от. основных конструктивных параметров с у.четом влияния торцевых зазоров и диафрагм установленных в помольной камере; .

- регрессионные модели, определяющие влияние, основных факторов (продолжительность измельчения, частота вракяия рабочего органа, степень загрузки материалом, велииина перекрытия рабочих элементов в зоне зацепления, зазор между подвижными и неподвижными частями помольной камеры), обуславливапаих протекание процесса измельчения, на показатели процесса (тонкость помола, производительность, мощность привода, энергоемкость, металлоемкость);

- обобаенный показатель позволяющий с большем обоснованность!) оценить Эффективность мельниц; . .

- методика расчета основных конструктивных параметров мельницы (величина зазоров между подвижными и неполвкждоии элементами помольной камеры, диаьетр проходных отверстей диа?-

рагм, диаметр роторов, число пар роторов) в зависимости от заданной производительности и тонкости помола; - установлений характер движения и распределения материала в помольной капере при работе мельницы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

В перми главе диссертационной работы рассмотрены конструктивные схемы измельчителей используемых в настоящее время для тонкого измельчения; рассмотрены исследования по оценке эффективмсти оборудования для измельчения; проведен анализ формул цроизвооительности для роторных и молотковых измельчителей полученных разными авторами.

О обзоре анализируется работы ученых: В.И.Акунова, С.Е. Андреева, В.И.Баловнева, В.Н. Блинцева, В.П. Барабашкина, Б.В. Клупандееа, И.Л. Моргулиса, В.А. Перова, 8.А. Олевского,

В'.В. 'Товаром, Г.С.. Хопа'кова," С.Ф. Шинксренкр.

i

Измельчение представляет собой сложный процесс, на который оказываат влияние многие факторы. Сложность заключается в том, что • процессе работы измельчительной машины постоянно меняются условия работы. Одновременно действуют упругие и пластические деформации, происходит взаимодействие измельчае-емых частиц немпу собой и с окружаюцей средой, идет масвтаб-ное изменен« прочности по мере измельчения. Существенную роль играет конструктивные особенности мельницы.

Наиболее перспективными в своем развитии являются роторные мелыящы. Они Отличаются высокими технико-экономическими показателями - большей степенью измельчения, высокой производительностью, меньшим удельный расходом электроэнергии, меньшими удельной массой и размерами, простотой конструкции

и удобством обслуживания по сравнению-с другими тяими мельниц. Банными достоинствами являете* быстрый отвод готового продукта из рабочей зоны, меньшая чувствительность к попаданию недробимых предметов, возможность перенастрой» для получения продукта различной тонкости.

Анализ влияния скорости нагружения на прочностные и деформационные свойства материалов, показывает преимущества высокоскоростного взаимодействия рабочих органов с измельчаемым материалом. Наименьшую энергоемкость имеет решм периодического силового воздействия с высокой частотой, вызывающей усталостное разрушение частиц измпельчаеиого «итериала Исследования,проведенные В.П.Барабашкиным,показывают, что на производительность и степень измельчения . влия-

ние оказывают радиальные зазоры между ротором и колосниковой решеткой. Исследования В.Л.Анферова позволяют предположить, что на производительность, степень измельчения и потребляемую мощность больвое влияние оказывает перекрытие рабочих элементов роторов в области их зацепления "й величина торцового'зазора между ротором и торцевой стенкой помольной саперы. Существующие теоретические и эмпирические зависяпости расчета параметров роторных мельниц позволяют определать их параметры приближенно. Для них отсутствуют.рекоменоажии по определению связей между крупностью получаемого продукта и производительность!!) в зависимости от зазора между подвижными и неподвижными элементами в помольной камере, числа ступеней измельчения, величины перекрытия роторов в области их зацепления.

Существующие показатели эффективности работы мельницы не позволяют учитывать получаемую тонкость измельчения и экономии энергетических и материальных затрат отнесенную

непосредствепо к заданной тонкости измельчения.

Проведенные ранее исследования не дает четкой картины о движении материала 8 помольной камере, не позволяют выявить активнее зоны измельчения и не дают возможности оценить влияние оказываемое изменением перекрытия роторов' в области зацепления ж скорости вращения роторов на распределение материала в поюльной камере и эффективность измельчения.

Наилучаих результатов достигают на роторных мельницах имевиих несколько ступеней измельчения. Каждая ступень измельчения домна обеспечиввать степень измельчения не более

8 - 10. В роторных мельницах этого можно достигнуть устанав-»

ливая между парами роторов диафрагмы с разными проходными отверстиями. Проведенные ранее исследования не дают возможности оценить влияние, оказываемое диафрагмами установленными между парами роторов на производительность и тонкость измельчения.

Отсутствует методика расчета мельниц интенсифицируюие-го действия позволяпцая расчитывать производительность и тонкость готового продукта с учетом зазоров, величины перекрытия роторов, размеров и числа диафрагм установленных между ступенями «иельчения. 4

Из полученных выводов вытекают цели и задачи дальнейших исследований в области совершенствования роторных мельниц.

Целы настоящих исследований является разработка рекомендаций по повышенно эффективности роторных мельниц интенсифицирующего действия на основе определения их рациональных. параметров и режимов эксплуатации, обеспечиваювих снижение энергетических и материальных затрат при требуемой тонкости измельчения.

Для лостикения поставленной цели необходимо оегаить следуйте залами:

1. Создать экспериментальные лабораторные повели роторных мельниц интенсирицирувсего действия, с кесткипв рабочими органами роторов-с изменяемыми' параметрами, давжими возможность наблюдать за процессами, происходяпими внутри помольной камеры.

2. Установить характер движения потоков материала и его распределение в помольной камере пои работе мельницы для выявления активных зон измельчениями уточнения расчетной схемы

3. Экспериментально установить влияние на эффективность измельчения зазооов меиду подвижными и неподвинныни элементами в помольной камере и величины перекрытия ротооов в области зацепления.

4. Установить влияние числа диафрагм и величины их проходных отверстий, установленных меиду ступенями измельчения на производительность и тонкость измельчения.

5. Разработать зависимости, опреаеляпвие связь меяду производительностью и основными параметрами и ренинами работы оборудовния (диаметр роторов, числр оборотов, величина зазоров между подвижными и неподвижными элемента™ Ь помольной кзкеое, степень заполнения помольной камеоы, продолжительности измельчения).

6. Разработать показатель, определявший эффективность работы мельницы по достижению требуемой тонкости измельчения и экономии энергетических и материальных затрат.

7. Разрг5отать методику расчета параметроз и реиимов работы роторных мельниц интенсифииирувшего дейпзия и определить ожидаемый экономический эффект от внедоения результатов исследований в 'производство, с учетом влияния

9

оказываемого зазорани между подвижными и неподвижными эленен-тами в покоенной камере, пзрекрытиеи роторов, числон ступеней измельчения на производительность н тонкость измельчения.

Вторая глава посвящена аналитически» исследованиям зависимости производительности от основных определяющих ее факторов; рассмотрена системная модель процесса измельчения и на ее основе сформирован много?акторный целезой критерий позволяющий проводить присс рациональных параметров мельницы.

Рабочдй цикл мельницы условно разбивается на три этапа. Первый этап охватывает двикение материала кз бункера и его захзат работами элементами. Второй этап охватывает процесс измельчения в зоне зацепления роторов и двииение материала в продольноя направлении вдоль осей вращения роторов от первой пары до последней. Третий характеризует этап выгрузки и охватывает ввижение- частиц материала с рабочих элементов роторов до выгрузочного окна. Кандый этап характеризуется определенна временем прохождения материала - пропускной способности: или условной производительность». Первый этап характеризуется производительностью П^ по загрузке материала. Второй этаа определяется Пэ, измельчение а транспортирование -материала вгроль оси вращения ротора. Третий этап определяется производительность«) П^ - выгрузка материала.

Для устойчивой работы мельницы необходимо соблюдать условие нарастания производмтельностей от загрузочного бункера к выгрузочному отверстии Г1{ < П? . не соблюдение этого условия приведет к забивания помольной камеры материалом и остановке рот-оров.

Определение ГЦ основывается на анализе процесса загрузки однороторных мельниц. Толиина слоя материала, срезаемая одним рабочим элементом, принимается как путь свободно падающих частиц материала за время поворота рабочего элемента от начала захвата к завериенив захвата. Производительность ГЦ прямопропорцнональнб. зависит от размеров загрузочного окна, диаметра рабочего элемента ротора и обратно пропорзиональна угловой скорости и числу рабочих элементов на роторе.

После загрузки материала в помольмув камеру происходит его измельчение и перемеаение вдоль валов. Перемещение материала вдоль валов происходит за счет сообщения частицам материала продольной скорости ТУое , как части состовляюяей полной скорости движения. Это оОуслоьленэ наклона* рабочих элементов ротора на угол £ к оси врапения ротора. Скорость

определяет транспортируемо способность мелыпцы и ее производительность П^. Производительность обусловлена перемещением.материала вдоль валов роторов рабочими элементами как винтовыми элементами, скоростью потока воздуха в помрльной канере и наличием местных сопротивлений движение материала (диафрагм) в помольной камере. Это влияние учитывается коэффициентами. Исходя из этого производительность выразится ■ как:

где проекция поверхности рабочего элемента ротора, ззаи-.' иодействуювдю с материалом, на плоскость перпендик/-' лкрнув направлению движения материала вдоль залов. - скорость поступаемого движения материала в камере измельчения.

2. - число рабсих элементов.

коэффициент учитывавший скорость дв::иеяяя воздуха в помольной камере (без применения аспира^ионыых систем равен 1).

~ коэффициент; учитывапаий влияние местных сопротивлении в помольной камере.

" коэ^ицлент, влияние торцгвых зазо;':.«

мекду ротором и корпусом (диафрагмой) мельницы на продольное перемещение материала. Значение Кс и Kj определены экспериментальным путем.

Производительвость П^ - выгрузка материала из помольной камера, рассматривается как движение частиц материала по рабочему элементу ротора под действием центробежных сил инерции, силы Кориолиса, силы трения.

Так как основное измельчение происходит на втором этапе, то расчет производительности долвен вестись по нему, как наиболее важному этапу. Параметры мельницы по загрузке и выгрузке материала доляиы определяться из величины П^. Регулируя время пребывания на втором этапе осуществляется регулировка тонкости готового продукта. Регулировка заключается в изменении величкяв торцевого -зазора и размера проходного отверстия в диафрагмах. Не меняя общей конструкции мельницы возможно изменение 'величины - подводимой энергии к измельчаемому материалу и как следствже этого изменяется степень измельчения.

Получение зависимости, для определения П.] и П^, позволяют судить о параметрах с помощью которых можно регулировать эти ветчины. Производительность П^ можно регулировать с помощью вменения пропускной площади загрузочного окна, а П^ изменяя угол разгрузки.

Для ресгния задачи поиска рациональной совокупности параметров, сформулирован многофакторный целевой критерий, являющийся функцией конструктивных и режимных параметров мельницы интенсифицирующего действия. В качестве целевого критерия, еря рационализации параметров мельницы, предлагается разработанный обобщенный показатель технической эффективн

12

ности , позволяющий производить сравнительную оценку измельчительных мавин по экономии энергетических и материальных затрат при различной тонкости продукта измельчения.

где П - общая производительности мельницы, т/ч N - потребляемая мощность, кВт/ч G - вес мельницы, т

тонкость измельчения (процентное содеряание заданой фракции в общей массе продукта) Показатель указывает сколько процентов материала, при заданой тонкости в единицу времени приходится на единицу материальных и энергетических затрат. Условия рационализации паоаметра сводятся к его увеличению.

Третья глава посвящена методике проведения экспериментальных исследований и оборудованию на котором они' проводились.

В соответствии с поставленными задачами, методика проведения экспериментальных исследований по измельчению строительных материалов на роторной мельнице интенсифицирующего действия с жесткими рабочими органами включает в себя следующие вопросы: разработка и изготовление экспериментального стенда для изучения процесса измельчения на мельнице интенсифицирующего действия; установление характера движения и распределения материала в помольной камере; установление параметров подверженных изменению и контролю при проведении экспериментальных исследований; выбор плана проведения многофакторного эксперимента и установление уровней и интервалов варьирования исследуемых параметров процесса.

Изучение процесса тонкого измельчения строительных материалов на роторной мельнице интенсифицирующего действия

тоебует специального экспериментального оборудования отвечавшего следующим требованиям: стенд для исследования процесса измельчения долиен обеспечивать возможность изменения исследуемых параметров и режимов работы мельницы в необходимых пределах (число оборотоврэторов от 100 до 2700 об/мин, торцевой зазор от 2 до 15мм, перекрытие роторов от 0 до±15мм); контрольно-измеоительная аппаратура долина соответствовать исследованию изучаемого процесса и иметь необходимую точность измерений (электронный тахометр с возможность!! измерения числа оборотов до 3000 об/мин, весы с возможностью взвешивания до 1кг, набор сит с возможностью рассева проб материала от 71мкм до ЮООмкм, Ваттметр мощность» до 5 кВт.); корпус помольной камеры должен обеспечивать визуальное наблюдение за движением материала.

С учетом указанных требований разработаны и изготовлены несколько экспериментальных стендов. Стенд для изучения влияние основных ^акторов на производительность и тонкость измельчения; стенд для изучения влияния на производительность местных сопротивлений (диафрагм с различными проходными -i

отверстиями, установленных между парами роторов); стенд для изучения влияния перекрытия рабочих элементов в области их зацепления. Стенды могли работать как в циклическом так и в непрерывном режиме.

Проведенный анализ научно-технической информации позволил установить основные параметры, которые определяют ход процесса измельчения материала. К таким параметрам относятся: частота враиения рабочих органов, степень заполнения помольной камеры, продолжительность измельчения, величине зазоров между подькжними и неподвижными элементами помольной кзмери (торцевой зазор), величина перекрытия ротооов в области их

зацепления.

При пронесении экспериментальна* исследований в качестве измельчаемого материала исг.ользовался известняк фракции 5-?мн.

За критерий оценки конечных результатов процесса измельчения приняты: показатель качества готового продукта измельчения - тонкость понола ^ , оцениваемая величиной остатка на контрольном сите, размер ячеек которого составляет 71мкм и которая не должна превышать величины 30Х> производительность мельницы П а кч/час; потребляемая мощность N в кВт, удельные показатели процесса - энергоемкость Еуд/ металлоемкость Муд. Для сравнения измельчителей с различными параметрами при зада-нон диапазоне тонкости продукта измельчения, введен обобщенный показатель Па учитывающий тонкость измельчения

При исследовании процесса измельчения на экспериментальных стендах в периодическом режиме работы мельницу использовался план Хартли Н^ с числом независимых переменных VI =5 и обоим количеством точек плана М = 27.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований позволяющие судить о влиянии величины торцевого зазора, перекрытия рабочих элементов роторов в области зацепления и величины проходного отверстия в диафрагмах на основные показатели мельницы.

Для выявления качественной картины распределения материала внутри помольной камеры, были поставлены эксперименты позволяющие визуально наблюдать движение материала и.выявить активные зоны измельчения. Было установлено, что на характер движения материала большое влияние оказывавт частота вращения роторов й объем (масса) загружаемого материала. При малых числах оборотов роторов (100-200 об/мин) происходит перемеои-

Рис. 1. Зависимость тонкости измельчения ^7/ от величины торцевого зазора X при разной степени заполнения помольной камеры Км

1 - Кн = 0,1; г - км -- 0,3; 3 - = 0,5

Я % 80

60

• АО 20

1/

к/

-15

5 О *5

Рис. 2. Зависимость тонкости измельчения от величины перекрытия роторов А при разном числе оборотов роторов П .

1 - П = 1500об/иин; г -и=2000 65/ккн; 3 -Л =2500 об/

16

ч 80

60

40

20

?П

/ \ *

ч Я

\ 2 '3

40 60 80 <00

60 40 20

с/у ,мм

Рис. 3. Зависимость производительности (1 и тонкости измельчения от величины проходного отверстия диафрагмы при различном торцевом зазоре X.

1 - Х=2мм; 2-Х- 7мм;.3 - Х= 12мм

вание материала в нижней части камеры измельчения. Увеличение частоты вращения более 500 об/мин приводит к образованию, под действием центробежных сил, условных тороподобных зон вокруг каждого ротора. В них материал находится под. млением и подвергается активному перемешивания и действию интенсивных сдвиговые И ударных нагрузок. На устойчивость тороподобных зон в области зацепления роторов большое влияние оказывает обьем занимаемый материалом, чем больве объем (масса) тем более устойчива тороподобная зона.

Установлено влияние угла наклона рабочих элементов, по отношении к оси вращения роторов, на движение материала в продольном направлении. В зависимости от угла установки рабочих элементов на роторе, материал получает дополнительный импульс в сторону выгрузки или задерживается в зоне измельчения. Важным условием интенсивного измельчения, как установлено, является наличие предельно малых торцевых зазоров. Больаие

зазоры способствуют уходу материала из зон воздействия разру-

17

вавцих сил не измельчаясь. С увеличением зазоров тренспорти-рупяая способность увеличивается, а степень измельчения резко падает.

На интенсивность измельчения больпуп роль оказывает величина перекрытия рабочих элементов роторов в зоне их зацепления. Ряс. 2 . При сравнении работы мельницы без зацепления установлено, что с ростом величины перекрытия тонкость измельчения повышается. Это объясняется появлением в области зацепления дополнительных усилий раздавливания, среза и трения при передаче крутяцего момента.

Для проектирования и создания многомодульных мельниц, имевцих несколько пар роторов, были проведены эксперименты по установление влияния размеров проходных отверстий в диафрагмах установленных между парами роторов на производительность и тонкость измельчения. Рис. 3 . Они показали, что с увеличением зазоров нейду роторами и диафрагмой возрастает транс-портирувцая способность, но тонкость измельчения существенно снимается. Такой же' эффект наблвдается при увеличении проходного отверстия в диафрагме. Учитывая это можно настраивать каждую пару роторов на получение одинаковой степени изнельче-ния, достигая тем самым более Эффективной работы мельницы. Наилучших результатов можно достич применяя диафрагмы у кото- . рых проходной диаметр равен среднему диаметру ротора. При работе мельницы в режиме зацепления происходит более интенсивное протекание процесса измельчения, по сравнению с работой без зацепления. Установлена зависимость тонкости измельчения К* от величины перекрытия роторов А (в мм)в виде следувцего выражения:

35+0,9/4 +^/4 л2

Область изменения величины А определяется неравенством 0< А<15мм

.Зависимость справедлива при оптимальном значении торцевого зазора и степени „заполнения помольной камеры материалом.

Установлено влияние величины торцевого зазора X (в мм) на тонкость измельчения . Зависимость тонкости измельчения от X определяется формулой

Область изменения величины X определяется неравенством Зависимость справедлива при оптимальном значении степени заполнения помольной камеры.

Для рациональных условий работы мельницы были определены параметры уравнения кинетики процесса измельчения и построены графики изменения величины остатка на контрольном сите от времени измельчения. На основании полученных параметров уравнения разработана зависимость позволяемая расчитывать производительность мельницы по выходу нижнего класса. . ....

а,- ^-ф^-ьи-г**'"*1! с

где £ - время измельчения,

- диаметр помольной камеры, длина помольной камеры, ^ - коэффициент заполнения помольной камеры, _р - объемный вес "измельчаемого материала, ^ - остаток на контрольном сите исходного продукта в долях единицы, К и ГЛ - параметры уравнения.

Для 2мм К =0,05, ^ =0,68, для 7мм К-0,05, М =0,054.

В пятой главе представлены методика расчета основных параметров мельницы и технике экономическая оценка внедрения результатов .в производство. Расчет заключается в определении основных параметров мельницы исходя из заданной производи-тпльности и степени измельчения. Разработанная методика учитывает основные ^акторы влияацие на измельчение. Полученные данные проверены путем сопоставления с практическими, при измельчении известняка исходной крупности 10ям.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ. НАПРАВЛЕНИЯ ЛАЛЬНЕЙВИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Результаты анализа исследований и технических решений в области оборудовния для измельчения строительно-дорожных материалов позволяет сделать вывод, что создание новых высокоэффективных мельниц интенсифицируюпего действия для приготовления минерального поровка и переработки отходов производства является актуальной задачей, имевшей научное и практическое значение. Одним из путей интенсификации процесса измельчения является увеличение энергонапряженности измельчи-тепьных машин и концентраций энергии измельчения непосредственно на разрупение материала за счет ограничения возможности ухода материала из зоны действия разрувввцих сил.

1. Экспериментально установлен характер движения нате- -риала и его распределение в помольной камере, при работе мельницы. Основное влияние на характер распределения материала оказывают степень заполнения помольной камеры материалом и частота врацения роторов. При высокой частоте вращения весь материал вовлекается в круговое движение и под действием центробежных сил прижимается к стенкам помольной камеры,образуя условные тороподобные тела вокруг каждого ротора. В зоне зацепления роторов материал подвергается интенсивному измельчению. Устойчивость тел зависит от скорости врацения роторов

20

и степени заполнения помольной камеры. Как показали эксперименты упорядоченое движение материала приводит к повышению тонкости готового продукта.

2. Установлено влияние на интенсивность измельчения зазоров'между подвижными и неподвижными элементами помольной камеры. Характер изменения тонкости измельчения от величины торцевого зазора описывается степенной зависимость». ' Увеличение зазоров ведет к снижение степени измельчения и повыоенип транспортируете* способности мельницы. Необходимая тонкость готового продукта может быть достигнута за счет изменения величины торцевого зазора без изменения скорости вращения роторов и других параметров мельницы.

3. Сувественное влияние на производительность мельницы оказывают диафрагмы, установленные между парами роторов, разделяющие мельницу на ступени измельчения и размеры проходных отверстий в них. Эксперименты показали, что наилучших результатов по производительности и тонкости измельчения можно дос-тич при равенстве диаметров проходного отверстия диафрагмы и среднего диаметра ротора. Увеличение числа диафрагм и уменьшение проходного диаметра приводит к снижению транспортирующей способности мельницы и увеличения времени пребывания материала в помольной камере. Применение диафрагм позволяет разделить мельницу на отдельные ступени измельчения, что дает возможность настраивать их на измельчение все более мелкой Фракции по мере продвижения материала с первой ступени на последнею. При одинаковой степени измельчения в каждой ступени в целом мельница дает высокую степень измельчения. Устранение совместного измельчения крупных и мелких фракций ведет

к снижению энергетических затрат.

4. Анализ процессов, происходяпих в помольной камере и результатов исследований по изучению влияния перекрытия рабочих элементов роторов на производительность и тонкость измельчения позволил сделать вывод, что принцип работы предложенной мельницы отличается от работы обычных роторных мельниц. Данная.мельница в области зацепления роторов имеет до-полнительнуп зону интенсивного воздействия рабочих элементов на обрабатываемый материал. В ней материал подвергается раздавливание, истиранив и значительным сдвиговым нагрузкам при передаче крутяпего момента. Наличие дополнительной зоны приводит к более интенсивному измельчение материала. Установлено, что с увеличением величины перекрытия роторов интенсивность измельчения повышается. В работе получены данные устанавливаете степень эффективности измельчения исследуемого оборуг дования по сравнение с традиционными ооторными мельницами.

5. В результате теоретического анализа установлено влияние на производительность размеров рабочих элементов, угла

с которым они установлены на роторах, скорости врапения роторов, величины торцевых зазоров и размера проходных отверстий диафрагм. На основании выполненных исследований разработана Формула для определения производительности в зависимости от влиявцях факторов. Установлено, что производительность по -выходу готового продукта увеличивается с ростом числа оборотов роторов, степени заполнения помольной камеры материалон и увеличения перекрытия рабочих элементов роторов в зоне зацепления.

6. В результате экспериментальных исследований установлены рациональные геометрические и режимные параметры мельницы для получения минерального порошка, при измельчении известняка. Даны рекомендации по определение торцевых зазоров,

22

диаметров проходных отверстий диафрагм, степени заполнения помольной камеры, величины перекрытия рабочих элементов рото-роа в зоне зацепления.

7. Предложен обобщенный показатель эффективности работы мельницы, позволяющий учитывать тонкость готового продукта при определении рациональных параметров мельницы. Показатель позволяет оценить работу мельницы по экономии энергетических и материальных затрат приходящихся на единицу продукта измельчения.

8. Разработана методика определения основных конструктивных и режимных параметров мельницы исходя их заданной производительности и степени измельчения. Методика позволяет учитывать влияние торцевых зазоров и проходных отверстий диафрагм на производительность мельницы.

9. Разработанные рекомендации по выбору рациональных параметров мельницы интенсифицирующего действия использованы

"при разработке технической документации на данный тип мельниц на Подольской заводе геолого-разведочного оборудования и на кафедре Дорожных машин ПАДИ. Они позволяют снизить затраты на производство минерального пороика в среднем на 25-35%.

Дальнейшее исследование процессов тонкого измельчения материалов з роторных мельницах интенсифицирующего действия целесообразно, в первую очередь, развивать в следующих основных направлениях:

изучение процессов тонкого измельчения высокообразивных материалов;

исследование процессов активизации измельчения материалов с применением поверхностно активных веществ;

оптимизация параметров устройств для загрузки и выгрузки мельницы.

ПУБЛИКАЦИИ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Заявка N 93002698/33 002243. Устройство для измельчения материалов. В.И.Баловнев, В.П.Бакатин, К.Г.Пугин. Положит.

.рев. Госкомизобретений от 20.12.93.

2. Баловнев В.И., Пугин К.Г. Повышение тонкости измельчения в роторно-шаровых мельницах. // Строительные и дорожные машины. 1993. N 11

3. Баловнев В.И., Пугин К.Г. Универсальные мельницы //Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1993. N 7 С. 19/.

А. Баловнев В.И., Разумов В.В., Пугин К.Г. Новые мельницы для тонкого измельчения строительных материалов. // Механизация строительства. 1993. N'8 С."6-7/.