автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Установление рациональных параметров пересыпного полочного сепаратора для обеспыливания гранитного щебня

П 13

Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

Московский государственный горный университет

На правах рукописи ЗУБКОВ А Ольга Викторовна

УДК 621.928.6

УСТАНОВЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬГ 'X ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕСЫПНОГО ПОЛОЧНОГО СЕПАРАТОРА ДЛЯ ОБЕСПЫЛИВАНИЯ ГРАНИТНОГО ЩЕБНЯ

Специальность 05.05.06 — «Горные машины»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1994

Работа выполнена в Московском государственном горном университете.

канд. техн. наук, .проф. ДОБРОБОРСКИН Г. Л. Официальные оппоненты: докт. техн. паук, проф. РОДИН Р. А., канд. техн. наук, с. н. с. ХАРО О. Е.

Ведущее предприятие — Горно-обогатительный комбинат ПО «Павловскграннт».

Защита диссертации состоится « ^^. » . 1994 г.

в , час. на заседании специализированного совета

К-053.12.03 при Московском государственном горном университете по адресу: 117935, Москва, В-49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Ученый секретарь специализированного совета

канд. техн. наук, проф. ШЕШКО Е. Е.

Научный руководитель

Автореферат разослан

1994 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Промышленность нерудных строительных материалов - одна из крупнейших горнодобывающих и перерабатывающих в. народном хозяйстве. В 1993 году в стране произведено 1,2 млрд. куб. м нерудных строительных материалов, в том числе щебня и гравия более 550 млн. куб. м. Объем производства нерудных материалов в связи с ростом строительства увеличился в 1990 году по сравнению с 1985 годом на 206 млн. куб. м.

В настоящее время при производстве и складировании щебня, керамзита , перлита и др. технические процессы на дробильно - сортировочных заводах сопровождаются, как правило,пылевыделением, причем в пыли содержатся тонкодисперсные частицы, загрязняющие воздух в цехах и окружающую атмосферу. Интенсификация производственных процессов приводит к увеличению выноса пыли. При этом содержащийся, например, в гранитной пыли S10 ( в количестве 30-55Х ) приводит к заболеванию силикозом людей, находящихся постоянно в запыленной зоне . а другие вредные примесй, содержащиеся в воздухе при прочих производствах,являются причиной различных профессиональных заболеваний. Кроме того , запыленность воздуха способствует преждевременному износу технологического оборудования и конструкций зданий. Наличие вредных примесей в щебне также отрицательно влияет на его марку, снижает его технологические показатели при использовании в народном хозяйстве.

В настоящее время для обеспыливания щебня , а тагаге для разделения отсевов дробления на фракции широко применяются методы,основанные на гидравлическом воздействии на горную массу, хотя они имеют ряд существенных недостатков.Так, процесс гидроклассификации требует большого количества воды ( в среднем 6-7 куб. м готового продукта ), а Также отвода значительных площадей под карты намыва. Кроме того, он приводит к загрязнению и замутнению водоемов. При этом повышается стоимость процесса за счет необходимости обезвоживания и последующей сушки готового продукта.

Применение гидроклассификации невозможно в районах с ограниченными водными ресурсами. Этот процесс является весьма энергоемким, -что не отвечает требованиям энергосберегающей технологии.

Указанных недостатков лишены методы сухой классификации , применение которых повышает эффективность разделения материалов, улучшает условия труда, способствует широкому внедрению малоотход-

-2 -

ных и энергосберегающих технологий.

Поэтому разработка конструктивной схемы и установление рациональных параметров пересыпного полочного сепаратора для обеспыливания гранитного щебня является актуальной научной задачей в настоящее время. В данном случае перспективными являются пневматические противоточные установки (ППУ) - классификаторы, используемые для сухого фракционирования смесей, и которые после соответствующих усовершенствований могут быть применены для указанных выше целей.

Предлагаемые пересыпные полочные классификаторы (сепараторы) являются новым видом оборудования, ранее не использовавшимся для обеспыливания готовой продукции.

В настоящее время отсутствуют теоретические и экспериментальные исследования процесса разделения загружаемого материала с отбором пылевидных частиц, необходимые для создания промышленных образцов, а также инженерные методы расчета оптимальных параметров установок, что сдерживает внедрение указанных классификаторов в производство. В связи с этим научная задача выбора параметров пересыпного полочного сепаратора для обеспыливания гранитного щебня является актуальной.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Установление рациональных технологических и конструктивных параметров пересыпного полочного сепаратора, а также установление взаимосвязи между этими параметрами, при которых обеспечивается повышение производительности, улучшение экологических показателей при выполнении процесса обеспыливания и повышение качества конечного продукта.

ИДЕЯ РАБОТЫ. Создание теоретических основ расчета рациональных параметров полочного сепаратора, обеспечивающих повышение эффективности пылеудаления, улучшение качества конечного продукта, повышение производительности и улучшение экологической обстановки, достигаемых за счет наличия периодического режима движения матери-ада внутри сепаратора,и создание энергии удара частиц материала о полки, необходимой и достаточной для отделения пылевидных фракций от щебня заданного гранулометрического состава.

НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ , РАЗРАБОТАННЫЕ ЛИЧНО АВТОРСМ, И НОВИЗНА

Разработана математическая модель процесса пылеотделения в пересыпном полочном сепараторе, отличающаяся тем, что она учитывает наличие. периодического режима движения материала внутри сепаратора, и, в определенных границах, ударное взаимодействие частиц ма-

териала с полками сепаратора.

Установлено, что постоянство величины скорости движения материала по сепаратору является основным критерием существования периодического режима движения, при котором обеспечивается максимальная производительность при требуемой эффективности пылеотделе-. ния.

Установлено, что с увеличением угла наклона полок и расстояния между ними ударный импульс возрастает линейно в зоне существования периодического режима движения материала по сепаратору.

Установлено, что эффективность пылеотделения возрастает с увеличением величины ударного импульса по параболической зависимости, причем для каждого вида материала существует минимальное значение величины ударного импульса, при котором процесс происходит с требуемой эффективностью-.

ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ. Научные положения, выводы и рекомендации обоснованы корректным использованием теории движения частицы по наклонным плоскостям, при соударении частицы о препятствие с одновременным воздействием на нее воздушного потока, установившие границы существования периодического режима движения материала по пересыпному полочному сепаратору, и подтверждены экспериментальными данными, полученными в ходе стендовых испытаний.

Сопоставление расчетных значений, полученных из аналитических зависимостей, с экспериментальными данными показало, что расхождение между ними укладывается в доверительный интервал с вероятностью 0,95, а сходимость результатов теоретических и экспериментальных исследований удовлетворяет требованиям, предъявляемым к точности инженерных расчетов ( погрешность отклонения 10 7.).

ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ. Научное значение работы заключается в установлении зависимости между технологическими и конструктивными параметрами пересыпного полочного сепаратора для обеспыливания гранитного щебня, что является развитием теории пневмоклассификации мелкодисперсных материалов.

Практическое значение работы состоит в разработке конструктивной схемы пересыпного полочного сепаратора и методики расчета его основных параметров, обеспечивающих повышение производительности сепаратора, а также улучшения качества готового продукта и экологических параметров процесса..

РЕАЛИЗАЦИЯ ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ РАБОТЫ. Конструктивная схема

-ч-

и методика расчета основных параметров сепаратора принята к использованию на ПО "Павловскгранит" при разработке опытно-промышленного образца сепаратора для обеспыливания гранитного щебня фракции 5-10 мм.

' Расчетный годовой экономический эффект от использования конструктивной схемы и методики расчета составляет 491 млн. 500 тысяч рублей в год.

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертационной работы опубликовано 6 научных работ.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав,заключения, изложенных на /¿О страницах машинописного текста,содержит ¿О рисунков, // таблиц, список литературы из наименований и 3 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

В горнорудной промышленности, а также во многих других отраслях промышленности.технологические процессы включают в себя операции, целью которых является разделение сыпучих материалов по крупности различными методами. Примером могут служить схемы технологических процессов для обеспыливания гранитного щебня, обогащения песчано-гравийного сырья, производства известняковой муки,а также получения гранитного щебня из природного сырья на карьерах и дро-бильно - сортировочных заводах.

В ц?лях изучения состояния вопроса и дальнейшего прогнозирования перспективных направлений развития классификаторов, способных с достаточной степенью эффективности и надежности обеспечивать высокое качество минерального сырья путем_обеспыливания и удаления замельчахицих фракций, был проведен анализ существующего уровня техники и намечены пути дальнейших исследований.

Данный анализ позволил обобщить передовой отечественный и зарубежный опыт по снижению содержания пыли в измельченной горной массе и показал перспективность применения обеспыливания в воздушном потоке в классификаторах различных типов.

Машины и аппараты для фракционирования материала в воздушном потоке классифицируются по ряду признаков, основными из которых являются характер движения воздушного потока, способ введения исходного материала в разделительный процесс, наличие какой - либо конструктивной особенности, комбинации указанных признаков и т. д.

По своему назначению и характеру цели все устройства гравитационного типа действия с использованием воздушного потока могут быть разбиты на две большие группы машин и аппаратов для разделения продукта крупностью 5...10 мм на фракции по крупности, удельному весу, форме и т.д.: обеспыливатели; классификаторы.

Каждая из этих групп в свою очередь может быть разделена на две, с учетом направления движения воздушного потока: с горизонтальным воздушным потоком и с восходящим воздушным потоком, который может быть вертикальным или наклонным.

По принципу взаимодействия массовых сил и сил сопротивления, также с учетом способа введения в процесс разделения исходного продукта, две предыдущие группы машин и аппаратов делятся в свою очередь на следующие. : поперечно- поточные или отклоняющие ; поворотные-и метательные противоточные или равновесные.

При этом следует отметить, что в устройствах поперечно-поточного типа разделение осуществляется только с применением горизонтального направления воздушного потока, в противоточном - только вертикального, а в поворотных - наклонного или горизонтального.

Все группы рассмотренных выше аппаратов имеют одну обшую особенность, в определяющей степени влияющую на характеристики процесса разделения, а именно то, что материал подвергается разделению в них, как правило, однократно. Более эффективной представляется такая организация процесса, при которой материал подвергается многократному разделению в пределах одного устройства.

Анализ конструкций сепараторов и обеспыливателей показал, что наиболее эффективными машинами для обеспыливания щебня фракций 5-10 мм являются сепараторы с "кипящим" слоем.

При такой организации процесса разделения исходный материал загружается через бункер на распределительную решетку, сквозь которую проходит воздух, продувая слой частиц материала. Мелкие частицы подхватываются потоком воздуха и выносятся из сепаратора. Тяжелые - скатываются с решетки и разгружаются. Благодаря подводу воздушного потока сквозь распределительную решетку, на ней создается "кипящий" слой, который влечет за собой увеличение разрушения агрегатов и перераспределение частиц в слое, что, в свою очередь, позволяет разделить крупный материм в момент схода с решетки с помощью дели тельной плоскости. Положительны!! эффект дает организация каскадного разделения в сепараторах типа

"Зигзаг". Он состоит из нескольких секций, проходя через которые материал, как крупный , так и мелкий, подвергается перечистке несколько раз. В этом сепараторе также решена проблема равномерного распределения воздуха по ступеням.

•В сепараторах указанного типа повышается время пребывания материала в зоне разделения, и при этом увеличивается эффективность классификации. Они просты по конструкции и надежны в работе.

Поэтому на основании приведенного выше анализа существующих типов оборудования для классификации и обеспыливания щебня фракций 5-10 был сделан вывод о перспективности применения пневмосепарато-ров с пересыпными полками.

Пневморазделительные устройства используются преимущественно для классификации мелких фракций сыпучих материалов с различными физико-механическими характеристиками. Поэтому изучение процесса разделения посвящено в основном указанному процессу. Исследованию рабочих процессов разделения сыпучих материалов на фракции и совершенствованию конструкций каскадных пневмосепараторов посвящены работы Ы.Д.Барского, Ю.Н. Канусика, И.С.Ларькова, В.Е.Кравчи-ка, И. М. Верховского, Б.В.Кизевальтера, В.К.Кравца, Ю.А.Гончарова, C.B. Чмыхаловой и др.

В этих трудах разработана система показателей эффективности процесса классификации сыпучих материалов, проведен научный анализ пневмоклассификаторов различных типов. При этом большинство исследователей при изучении процессов, происходящих в пневмокл^ссифика-торах различных типов, основное.внимание уделяло созданию условий для турбулизации двухфазного потока в камере разделения и выравниванию концентрации частиц по поперечному сечению сепаратора. Турбулентный режим движения потока в камере разделения приводит к существенному различию скоростей движения частиц тонких и грубых фракций,что улучшает их разделение в различные по крупности продукты. Выравнивание концентрации частиц в сечении сепаратора позволяет избежать оседания тонких фракций .частиц по стенкам сепаратора и засорения крупного продукта разделения частицами мелких фракций, потерявшими скорость у стенок камеры путем их отвода от стенок камеры разделения.

На основании анализа работ, посвященных теории классификации и обеспыливания сыпучих материалов, можно утверждать, что до настоящего времени отсутствуют исследования процесса движения частиц материала в установившемся режиме в реальном объеме пневмосепарато-

ра, т.е. во взаимодействии его с пересыпными полками , ^то не позволяет разработать рекомендации по стабилизации работы сепаратора по условию устранения и свободных зон и отсутствия забивае-мости. Очевидно, для этого необходимо найти взаимосвязь между скоростью частиц и конструктивными параметрами пневмосепаратора.

В работах также отсутствуют исследования процесса взаимодействия частиц с полками (в момент удара частиц о полки), что необходимо для определения ударной силы и ударного импульса, достаточных для отделения пыли от частиц. Важным моментом безусловно является определение коэффициента восстановления скорости при ударе частиц о полку.

В процессе работы сепаратора происходит неупругий удар частицы материала о полку сепаратора. При этом ударные импульсы могут иметь различную форму, которая зависит от многих параметров, в том числе и от физических свойств соударяющихся тел. Знание формы импульса в значительной степени облегчает нахождение величины его энергии, что в конечном счете влияет на качество работы сепаратора.

Анализ оборудования для обеспыливания щебня фракций 5-10 мм и теоретических исследований процесса разделения и обеспыливания материалов позволил сформулировать следующие задачи исследований:

1 . Разработать математическую модель движения частиц материала внутри пересыпного полочного сепаратора.

2 . Установить границы существования периодического движения материала в зоне разделения. ,

3 . Определить величину ударного импульса, необходимую и достаточную для эффективного отделения пылевидных частиц от щебня фракции 5-10.

4 . Разработать методику определения основных параметров пневмосепаратора.

Выбор пересыпного полочного сепаратора с восходящим воздушным потоком в качестве предпочтительного типа оборудования для обеспыливания гранитного щебня фракции 5-10 мм предопределил направление и объем теоретических исследований, направленных на установление параметров, позволяющих вести процесс с наибольшей эффективностью.

Для обеспечения стабильной работы сепараторов указанного типа необходимо поддерживать на постоянном рациональном уровне концентрацию частиц материала по всему объему сепаратора."

При этом достигается максимальная производительность за счет

устранения забивания сепаратора или устранения зон с недостаточной концентрацией частиц и как следствие этого - наибольшая эффективность. Для обеспечения этих требований представляется необходимым изучить движение частиц внутри сепаратора и установить границы периодического режима движения. Кроме того,нужно определить величину ударного импульса и энергии удара, необходимых и достаточных для эффективного отделения пылевидных фракций от частиц требуемого размера.

Исследование движения частицы обеспыливаемого материала во внутреннем пространстве сепаратора имело целью разработку математической модели, с требуемой достоверностью описывающей взаимодействие частицы с пересыпными полками.

Частица материала, попадающая в сепаратор, ударяется о верхнюю полку, скользит по ней, перелетает на следующую, нижележащую полку, ударяется о нее и скользит по ней, и т.д. При ударах от куска щебня отделяются пылевидные частицы, которые выносятся восходящим воздушным потоком.

Движение частицы материала включает 3 режима:

- свободное падение;

- квазипластический удар, по полке;

- скольжение по полке.

Расчетная схема сепаратора бее учета сил сопротивления воздуха приведена на рис. За,на котором приняты следующие обозначения:

Ь - шаг установки полок; г - расстояние от оси сепаратора до края полки; В - расстояние от оси сепаратора до стенки;

с<- угол наклона полки к горизонту. При этом, если г > О, то полки установлены с зазором (частица имеет возможность пролетать через весь сепаратор, ни разу не ударившись о полку); если г < О, то полки установлены с перекрытием.

1 . Этап свободного падения. Исходный параметр - скорость V отрыва чдстицы от полки с номером 1 (начальная скорость движения). Уравнения свободного падения в осях'Оху (рис .Чр.) ;

X - У tcosЫi у*

Уравнение полки - прямой линии, проходящей через точку с коор-

Рис. . К выводу математической модели движения частицы материала

а) расчетная схема движения частицы материала внутри ППС,

б) Области существования режимов движения ,

8- режим с проскальзыванием при ударе, - режим без проскальзывания

чо-

динатами^Г.А под углом к оси Ох :

\

Ы. . ■ (2)

Подставляя уравнения (1) в формулу (2), получаем квадратное уравнение для" определения времени падения ^:

0,5%-^+2Цб1пс(-С/г +2г1д-<л)*0. (3)

Его решение:

^ - (-IV; Лп С< +Д)/8- , (4)

где

& « +2г&Ы) • (5)

т *

Координаты точки падения на полку с номером ¿+1:

сс^х^,) - (А]

""* I (б)

• у* - у (и) - ь ^м/р. ]

Проекции скорости падения V на оси х и у : Для определения ^ поперечной и продольной ^составляющих скорости

падения введем орты

П - \sind; Cos d} ; {-COS с*, ¿in oi}t

тогда

^ а Кя - ]£ sinok + Vy COSd "A COSCX; Л

- - / (7)

Jf ~V~-Z * - pQcosc* + l£stfzc( -ASi-nct - 7£.j

г .Этап квазипластического удара.

Квазипластический удар-теоретически бесконечный ударный процесс, при котором моменты последовательных соударений образуют сходящуюся последовательность. Предел этой последовательности является моментом окончания квазипластического удара; в этот момент соударяющиеся тела слипаются, как при абсолютно неупругом (пластическом) ударе.

Получены следующие формулы, определяющие параметры движения частицы. Время между двумя последовательными соударениями:

Л 4 - 4 / -■4-^/(g-cosa)^ VniXM/(g-cosoi). (8)

Изменение продольной составляющей скорости за время :

LUzk~ Uc(k+4) -Uck tsmo(- (i/m)Sj^f /'-

- J? Vm #k[tec<-qsf(9)

- Q-[Sin. o( - QSf'(UX)C0soljA t* .

Нормальная работа сепаратора со скольжением материала вдоль полок возможна только при условии где Г-коэффициент трения

скольжения.Коэффициент трения при ударе поэтому (-.коО^и

-0,5Г'(1+Ю>0,т. к. ЯМ.

Из формулы (9) следует,чтод££>0, т.е.при всех соударениях, начиная со второго, происходит проскальзывание частицы вниз по наклонной плоскости полки и возрастание продольной составляющей ее скорости. При первом соударении может произойти полное гашение этой составляющей; условия.гашения даются неравенствами

-е+х^г ч< у„ « е+*жг. (10)

где "^г определяются по формуле (7),При выполнении ус-

ловий (10) О. Нарушению правого неравенства соответствует проскальзывание частицы вниз по полке с послеударной скоросп" -( /+/?) , нарушению левого - проскальзывай^

вверх. Последний случай необходимо исключить, поскольку движение магериала вверх по полке после удара приведет к забиванию сепаратора. Поэтому конструктивные параметры сепаратора должны обеспечивать выполнение условия У^ ^ - Я) ££ / ' Путь частицы вдоль полки за время Ь :

-Ск = и1к А 1к<-0,5£(&^А'я* . (И)

Сумма нормальных составляющих ударных, импульсов

' - I - т К (**)/('-*). (v¿)

А-/

где ш-масса частицы. Скорость U в конце удара и путь L¿ вдоль полки за время 4. :

U-U+8~[stn <*,-0,5f '(f+R) cos a J t J

lt-Ut + 0,5g-(sin c<~f'Rcosol)t. (13)

4 Этап скольжения no полке.

-га-

Расстояние от точки M падения частицы до края полки (рис. у*):

t-(х,-2r)/cos<x = (а-2Ifscnoi)V¿/g--2r/cosc< . (14)

Конечная скорость и время скольжения:

Vt+1 = /l/* sin (cx-9)/cos9 ;

, (15.1

ÍJ - ( - V) cos?/[s Sin foi -p)] .

Бремя полного трехэтапного цикла движения частицы

Периодические режимы устанавливаются в определенном диапазоне начальных условий при достаточно большом числе полок. Однако и в том случае, когда эти условия не выполняются, исследование периодических режимов дает возможность определить направление, в котором развивается последовательность циклов движения частицы при любых начальных условиях. Это облегчает выбор рациональных геометрических параметров сепаратора и скорости подачи материала. Исследование периодических режимов существенно облегчается, если квазипластический удар заменить однократным неупругим соударением.

Режимы с однократным неупругим соударением и проскальзыванием при ударе допускают простое аналитическое описание, из которого вытекает существование периодических режимов и их устойчивость. Формулы (5) и (15) позволили получить в явном виде зависимость между конечной V¿hj и начальной V¿ скоростями цикла:

Ц% ~[/-2s¿n(o<-p)s¿n<xJ¿ V/ +

+ ¿g~ ig-cÀ)Si.n -j>)/cos*£> - (16)

- 4&~Г SÍn(ci-£>)/(COSot ■ COSÇ),

Обозначая V¡¿- , получаем линейное неоднородное конечнораз-ностное уравнение с постоянными коэффициентами:

-Й-

2¿H -А2,- "Ь, (17)

где Я -[/~2 Sin (o(-g)S¿not./¿e£3>] ;

6-2g(h +2rtgot.) sin*(Ы-?)/coep-4gTSm(ct-g)/(caScl Cosgy

Решение уравнения (17) представим к виде vf .где

"ig-h[si-n(<*-sy-6 COS(Ы-$)]/(SitlfaC0á{ci-£)]KlQ) 6-2r/h,

отсюда

Д - "/i*$rfl COS§/[cos(et-S>) CosЫJ . (19)

На основании приведенных выше зависимостей бьшг установлены границы области существования периодического режима на плоскости безразмерных параметрово(,б.Первой из них является1 "геометрическая" граница х,- 2г или 1 - 0. С помощью формул (14), (18), (19) выражение для 1 представим в виде:

L-fli l/fs in С*-?)-б cos с* -g)Jcosp/s¿ncx -- sin (Ы. -$)} / [ COSoC cos (d-p)J. (20)

Отсюда следует уравнение границы :

с =-[cosot sin /Ы -S)]/cot¡> . (21)

Область существования' режима располагается ниже кривой, описанной уравнением (21) (рис.ip) .

Нижняя граница области существования определяется с помощью формул (18) и (19), что можно представить в виде:"

6 = [1-4sin (<*-fjsifid/cosg}tg(b(.-£) . (22)

Кривая (22) разделяет области существования периодических режимов двух типов: с проскальзыванием и без проскальзывания при ударе.

Физический смысл кривых, представленных на рис.4р, состоит в следующем.

При значениях параметров движения, лежащих выше кривой 1 , частица материала пролетает без соударения с полками. Такой режим работы характеризуется недостаточно интенсивным пылеудалением с поверхности частиц щебня и не пригоден для работы сепаратора.

Значения параметров движения, лежащие ниже кривой 2 соответствуют опиранию полок друг на друга. При этом,полностью перекрывается зона сепарации и процесс вообще не имеет места. Кроме того, кривая 4 отсекает на рис. 4,6 область, ниже которой лежат значения параметров , приводящее к движению частицу по полке вверх. При этом будет происходить забивание сепаратора частицами материала.

Таким образом,для обеспечения периодического режима движения материала, а значит, и эффективного пылеудаления при заданной производительности, необходимо, чтобы величины параметров, характеризующих работу сепаратора,лежали в заштрихованных областях, согласно рис. I,б.

В соответствии с приведенными исследованиями, условием, определяющим существование периодического режима движения, является поддержание постоянной величины скорости выхода частицы с полки сепаратора. При выполнении этого условия материал будет равномерно распределяться по всему объему сепаратора, обеспечивая оптимальные условия для пылеотделения. Наличие периодического режима движения является необходимым, но.недостаточным "условием существования эффективного процесса обеспыливания. При периодическом режиме движения' энергии удара частицы о полку может оказаться недостаточно для отделения пылевидных фракций от щебня. Поэтому еще одним условием стабильной работы сепаратора является обеспечение определенной величины ударного импульса, возникающего при взаимодействии частицы о полки, и определяющегося выражением (12).

Еще одним важным параметром, определяющим работу сепаратора, является время прохождения частицей одного цикла (период, за который частица переходит с полки на полку). С учетом значения Т цикла, определяемого как сумма зависимостей 4, 11, и с учетом соотно-

ш«ния между В,Г1,г при периодическом режиме была определена производительность сепаратора при заданной эффективности пылеудаления:

О. - 86400 к В2/Г. (23)

Для решения уравнений, входящих в математическую модель движения материала в полочном сепараторе, составлена оригинальная программа на алгоритмическом языке Бейсик.

Программа использована также для анализа движения частицы материала по полкам сепаратора и позволила путем варьирования параметров и изменения исходных данных получить величины, определяющие оптимальные периодические режимы работы. К указанным величинам относятся : установившаяся скорость схода частицы с полок, время прохождения частицы по всем полкам и суммарный ударный импульс.

В результате анализа зависимостей, приведенных выше, установлено,что:

1) с уменьшением длины полки увеличивается диапазон существования периодического режима, а с ростом расстояния между полками производительность увеличивается по квадратичной зависимости;

2) ударный импульс находится в квадратичной зависимости от угла наклона полки, в линейной зависимости от расстояния между ними и не зависит от длины полки, причем чем больше коэффициент восстановления, тем больше ударный импульс;

3) постоянство величины скорости движения материала по сепаратору является основным критерием существования периодического режима движения, при котором обеспечивается максимальная поизводи-тельность при требуемой эффективности пылеотделения;

4) производительность сепаратора при прочих равных условиях не зависит в явном виде от скорости движения материала по сепаратору, при этом максимум производительности определяется конкретными значениями скорости движения, обуславливающими существование периодического режима движения.

Для проверки правильности выводов, сделанных на основании теоретических исследований, был спроектирован и изготовлен экспериментальный стенд.

На жесткой раме смонтирован пересыпной полочный сепаратор, состоящий из корпуса, загрузочного и выгрузочного бункеров, возду-

- гг -

хораспределительной решетки, пересыпных полок и патрубка для отвода воздуха. Сепаратор соединен с циклоном и вентилятором. Для установления значений факторов планирования стенд оборудован следующей измерительной аппаратурой: виброметром с датчиком вибрации , закрепленным под одной из полок сепаратора, и самописцем. Вибратор, кроме того, подключен к магнитографу и анализатору спектра.

Исходный материал подается из бункера на полку и движется внутри"сепаратора согласно зависимостям,приведенным в главе 2 диссертации. Разрежение в зоне сепарации, создаваемое вентилятором , обеспечивает условия, необходимые для удаления пыли, осаждаемой в циклоне. В процессе прохождения материала по сепаратору имеют место удары частиц о полки сепаратора, фиксирующиеся с помощью вибродатчика. Самописец, связанный с виброметром, регистрирует истинную картину ударных взаимодействий ( форму ударных импульсов ), происходящих в исследуемой точке сепаратора. Информация с виброметра записывается также на магнитограф, а затем передается на анализатор спектра, который кроме спектрального анализа ударного импульса позволяет определить его энергию. Частицы материала, прошедшие через сепаратор и подвергшиеся обеспыливанию, выводятся в бункер.

С целью уменьшения количества опытов при сохранении точности эксперимента, а также для определения влияния различных факторов по силе воздействия и направлению изменения фактора необходимо установить относительный уровень значимости каждого фактора.

Анализ литературы, посвященной проблемам классификации и обеспыливания материалов, а также теоретические исследования, результаты которых приведены в главе 2, позволили сделать вывод о том, что на производительность сепаратора влияют следующие факторы: V- скорость прохождения материала по сепаратору, Ь- - расстояние между полками, £> - длина полки,

- угол наклона полки, т - масса частицы материала, Г - плотность материала,

^ - средний диаметр частиц исходного продукта.

Таким образом,для получения полного представления о производительности сепаратора нужно исследовать влияние каждого параметра. Однако даже при проведении активного эксперимента 7 факторов делают матрицу планирования громоздкой, а число опытов очень большим. Для сокращения числа факторов была проведена их классификация по уров-

ню значимости.

Получено следующее уравнение регрессии:

О~45,4У+5в,ЗА +9ЦЗЗ +35,вы -¿,4т -3,5?+6.7с1 +63,5 . (24)

Анализ уравнения (24) показывает, что на производительность сепаратора больше всего влияют скорость движения материала, расстояние между полками, их длина и угол наклона.

С целью выявления степени влияния указанных факторов на производительность, а также сокращения объема экспериментальных исследований без снижения точности опытов было проведено планирование эксперимента. Выбор метода планирования обусловлен необходимостью ввода в матрицу планирования контролирующего значения функции отклика, в качестве которого была выбрана эффективность обеспыливания материала по классу 1,25 мм.

В результате получаем следующие уравнения регрессии:

02--45г /04к* + 457 /0*к'-4*6 +

в5 - -0,47 /04к* +£¡55 /04Л* +4Ю /О3Л. +/6, <2* -0,28 10+к* + 0.31 Ю5Н +33,13, --0,49 Ю*к* * 0,5510* Н +24,67 ^

ш о,з2 ю4&* ~аз*-юав+ю,

(25)

(26)

(27)

(28)

(29)

(30)

02 - -0,61- Ю5в* +0,2.-10*в* - 0,46 ю43 +4^28, (31)

¿?, в <3,002* 3 - +33,-333 , (34)

&2 = 0,009<*3 - +¿3,5*-469, ..(35)

£?з = 0,003<*л -^45с*2+48,0*-460. (36)

Анализ зависимостей (25-36) показал, что:

1) производительность сепаратора находится в параболической зависимости от длины его полки, причем, чем больше коэффициент восстановления 1?, тем, при прочих равных условиях, выше производительность; 2)чем меньше величина скорости движения материала, при которой обеспечивается периодический режим, тем меньше производительность; 3) с ростом расстояния между полками производительность увеличивается незначительно, при этом большое влияние на рост производительности оказывает увеличение длины полок. Однако, чем больше значение В, тем уже диапазон значений Ь, при которых наблюдается периодический режим движения материала по сепаратору; 4) максимум производительности наблюдается при угле наклона полок 22 - 24 , при этом производительность находится в параболической зависимости от угла наклона полок.

Кроме того, установлено, что с увеличением угла наклона полок и расстояния между ниш ударный импульс возрастает линейно в зон$ существования периодического режима движения материала по сепаратору. в то же время, ударный импульс не зависит от длины полки и тем больше, чем выше скорость движения материала по сепаратору.

Эффективность является одним ив основных показателей, характеризующих работу машины, т.к. наряду с высокой производительностью дсланы выполняться требования по обеспечению качества готового

продукта, которое при пневмосепарации определяется эффективностью.

Исследование влияния различных параметров на производительность и установление рациональных значений их было произведено выше. Для обеспечения требуемой эффективности пылеотделения (б- 857.)

необходимо отделить пыль от щебня посредством удара последнего о полки сепаратора. С этой целью была проведена серия экспериментов на стенде, и установлено, что величина ударного импульса должна находиться в пределах (7-8)х10 кг -м/с. При этом доказано, что эффективность пылеотделения возрастает с увеличением значения ударного импульса по параболической зависимости, причем для каждого вида материала существует минимально допустимое значение величины ударного импульса, при котором процесс проходит с требуемой эффективностью.

С целью определения степени соответствия разработанной математической модели реальным процессам произведено сравнение данных экспериментальных исследований с теоретическими результатами при одних и тех же начальных условиях.

Кроме того, необходимо было подтвердить правильность выбора направления исследований, сформулированных на основании анализа литературных источников и предшествующего уровня техники , для чего сравнивались соответствующие зависимости, полученные в настоящей работе и в исследованиях других авторов. Проведенный анализ и сравнение значений основных параметров работы сепаратора позволили сделать вывод о пригодности и работоспособности математической модели в конкретных заданных условиях.

Анализ зависимостей показал хорошую сходимость результатов теоретических и экспериментальных исследований. Отклонение экспериментальных кривых от теоретических не превышает 10 X, , что вполне приемлемо для инженерных задач и расчетов. Таким образом, математическая модель, разработанная на основе использования основных положений теории массового обслуживания, с достаточной степенью точности описывает реальные процессы,- происходящие в пересыпном . полочном сепараторе.

Выводы, сделанные в результате теоретических и экспериментальных исследований в настоящей работе, были подтверждены на промышленной установке для получения щебня фракции 5-10 мм из отходов дробления Павловского месторождения.

Производство щебня было организовано^ на специально созданном опытно-промышленном участке.

Результаты экспериментальных исследований, проведенных проведенных на опытно - промышленной установке, позволяют утверждать, что предлагаемый метод обеспыливания является весьма эффективным и надежным при соблюдении рациональных конструктивных и режимных параметров сепаратора.

В ходе эксперимента установлено, что максимальная производительность сепаратора достигается при следующих значениях конструктивных и режимных параметров:

расстояние между полками - 0,1 м, длина полки - 0,15 м, угол наклона полки - 22,5 градуса, скорость прохождения частиц материала по полкам (периодический режим работы) - 0,25 м/с, время прохождения материала по сепаратору - 2,33 с, ударный импульс частицы о полку, при котором происходит эффективное пылеотделение - 4,25 х х 105-40 кг.м/с, производительность 1 канала сепаратора - 83,4 кг/ч.

Отклонение значений параметров от указанных выше приводит к снижению производительности либо к нарушению периодичности движения материала по сепаратору и забиванию последнего. В ходе эксперимента установлено , что изменение скорости движения частиц материала по сепаратору приводит к снижению пропускной способности сепаратора или к непериодическому режиму работы, что снижает производительность. Опытным путем установлено, что при рациональных значениях параметров периодический режим работы еще существует при количестве полок 10-12, что вполне достаточно для эффективного пы-леотделения.

За время Т - 2,33 с. частица успевает совершить соударение с 10-12 полками, причем величины ударного импульса хватает для отделения от частицы пылевидных фракций. Отклонения значения угла наклона полок от оптимальной величины в большую или меньшую сторону приводит соответственно к росту или падению скорости движения материала по сепаратору. В обоих случаях это приводит к нарушению периодического режима работы и забиванию сепаратора.

На основании проведенных исследований разработана методика расчета основных параметров сепаратора, которая принята к использованию на предприятии ПО"Павловскгранит".

Расчетный годовой экономический эффект от использования методики составляет 491 мил. 500 тыс. руб.-

-гг -

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной * работе дано новое решение актуальной научной задачи установления рациональных параметров пересыпного полочного сепаратора для обеспыливания гранитного щебня в целях повышения его производительности, качества готовой продукции и улучшения экологических параметров процесса.

Выполненные исследования позволяют сделать следующие выводы»

1.Перспективным типом оборудования для обеспыливания гранитного щебня фракции 5-10 мм является пересыпной полочный сепаратор.

2.Математическая модель процесса пылеотделения в сепараторе устанавливает границы существования периодического режима движения материала в зависимости от режимных и конструктивных параметров, а также от величины ударного импульса при соударении частицы с полкой сепаратора.

3. Постоянство величины скорости движения материала по сепаратору является основным критерием существования периодического режима. при котором обеспечивается максимальная производительность при требуемой эффективности пылеотделения.

4. С увеличением угла наклона полок и расстояния между ними ударный импульс возрастает линейно в зоне существования периодического режима движения материала по сепаратору.

5. Эффективность пылеотделения возрастает с увеличением значения ударного импульса по параболической зависимости , причем для каждого вида материала существует минимально допустимое значение величины ударного импульса, при котором процесс происходит с требуемой эффективностью.

6. Конструктивная схема и методика расчета основных параметров сепаратора принята к использованию на ПО "Павловскгранит" при разработке опытно - промышленного образца сепаратора для обеспыливания гранитного щебня фракции 5-10 мм.

Годовой экономический эффект от использования методики составляет 491 млн. 500 тыс. руб.

-гъ-

Основные положения диссертационной работы изложены в следующих опубликованных работах

1. Лоброборский Г.А., Зубкова О.В. О выборе оборудования для сухого обеспыливания щебня.- В сб.¡Проблемы механизации и электрификации горных работ.- М.:МГГУ, 1394, с.107-109

2. Доброборский Г. А., Дмитрак К).В., Зубкова О.В. Экспериментальные исследования процесса обеспыливания щебня в пересыпном полочном сепараторе,- Депон. в ИАЦ ГН МГГУ.-Опубл. в Горном информационно-аналитическом бюллетене N 3-4,1994.

3. .Доброборский Г.А.. Зубкова О.В. Математическая модель движения частицы минерального сырья в пересыпном полочном сепараторе.- Депон. в ИАЦ ГН МГГУ.-Опубл. в Горном информационно-аналитическом бюллетене N 3-4,1994.

4. Зубкова О.В. К вопросу об ударном взаимодействии частицы минерального сырья с препятствием.-Депон.'в ИАЦ ГН МГГУ.-Опубл.в Горном информационно-аналитическом бюллетене N 3-4, 1994.

5. Зубкова О.В. Пневмо-сепарация.как метод обеспыливания готовой продукции. - В сб.: Проблемы механизации и электрификации горных работ." М.:МГГУ, 1994, С 102-107

Подписано в печать 10.05.94. Формат 60x90/16 Объем 1,5 печ.л. Тираж 100 экз. Заказ N

Типография МГ.ГУ. Ленинский проспект, 6