close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

bd000102901

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
НАНИЕВА Бэла Муратовна
КИНЕМАТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ
ДВИЖЕНИЯ ИЗМЕЛЬЧАЕМОГО МАТЕРИАЛА В
КОРПУСЕ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ МЕЛЬНИЦЫ
ВЕРТИКАЛЬНОГО ТИПА
Специальность: 05.05.06 - Горные машины
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Владикавказ - 2005
Работа выполнена на кафедре технологических машин и
оборудования Северо-Кавказского горно-металлургического
института (государственного технологического университета)
Научный руководитель:
доктор технических наук,
профессор
ХЕТАГУРОВ Валерий Николаевич
Официальные оппоненты:
доктор технических наук,
профессор
СЫСА Анатолий Борисович
доктор технических наук
СОРОКЕР Лев Владимирович
Ведущая организация: ГУП «Садонский свинцово-цинковый комбинат»
Защита состоится «16» декабря 2005 г. в 14 часов, на заседании
диссертационного совета Д212.246.02 при Северо-Кавказском горнометаллургическом институте (государственном технологическом
университете) по адресу:
362021, РСО - Алания, г Владикавказ, ул Николаева, 44.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью,
просим направлять в адрес Совета.
Факс: (8672)74-99-45.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета
Автореферат разослан « 14 » ноября 2005 г.
Ученый секретарь совета,
Д.Т.Н., профессор
Гегелашвили МБ.
2ШЛ-
^гя^з
ri^''L<o^b
ОБЩ/.Я ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность
работы.
Наиболее
трудоемкими
и
энергоемкими процессами в технологии рудоподготовки являются
дробление и измельчение, на долю которых приходится 60 - 70 %
энергозатрат (на дробление более 5 %, на измельчение - 64 % ) ,
поэтому актуальной является концепция снижения энергозатрат на
процессы дробления и измельчения путем переноса основной
нагрузки в цикл дробления.
Применяемые в настоящее время измельчительные машины,
среди которых наибольшее распространение получили барабанные
мельницы, имеют низкий коэффициент полезного действия,
громоздки, характеризуются низкой удельной производительностью,
значительным расходом стали на мелющие тела и футеровку,
высоким уровнем шума.
В Северо-Кавказском горно-металлургическом институте
(государственном технологическом университете) (СКГМИ (ГТУ))
разработан новый способ самоизмельчения материалов (патент РФ
№2078613), при котором измельчаемый материал формируют в виде
неподвижного вертикального цилиндрического столба, нижнюю часть
которого вращают с определенной скоростью, а измельчение
материала осуществляется в активной зоне за счет взаимного
соударения частиц и кусков друг о друга и последующего их
истирания в верхних слоях столба. Этот способ был реализован в
виде центробежной мельницы самоизмельчения (патент РФ
№2084787), состоящего из вертикального неподвижного корпуса и
соосно с ним установленного рабочего органа в виде чашеобразного
ротора с перегородками во внутренней его полости
Опытные образцы мельницы нового типа прошли успешные
испытания по размолу руд и других сырьевых материалов и были
реализованы в виде промышленных серии центробежных мельниц
вертикального типа МВ-1. Однако сдерживающими факторами для
широкого внедрения этих мельниц являются отсутствие достоверных
методик
расчета
основных
технологических
показателей
измельчения в зависимости от физико-механических свойств
измельчаемого материала, поэтому решение вопросов, связанных с
разработкой методов повышения технологических показателей
мельницы нового типа, является весьма актуальным
Цель работы - исследование кинематических и динамических
характеристик движения измельчаемого материала в центробежной
мельнице вертикального типа
Идея работы - установление закономерностей движения
измельчаемого материала в рабрчем---пвостр^та|^§. и роторе
БИБЛИОТЕКА
I
центробежной мельницы вертикального типа путем применения
системы дифференциальных уравнений Навье-Стокса.
Методы исследований В работе применен комплексный
метод исследований- критическое обобщение опыта на основе
анализа литературных и патентных источников, теоретические
исследования с использованием теории гидродинамики и
применением численных методов
и ЭВМ; лабораторные
эксперименты
с
использованием
методов
планирования
экспериментов;
статистические
методы
исследований
с
использованием ЭВМ.
Научные положения, защищаемые в работе:
1. Движение измельчаемого материала внутри неподвижного
корпуса центробежной мельницы вертикального типа начинается от
плоскости вращения верхних кромок ребер ротора, у стенок корпуса,
и продолжается по восходящей спиралевидной траектории, которая
расположена на поверхности параболоида вращения с вершиной на
оси мельницы, далее по нисходящей траектории у оси мельницы и
описывается системой дифференциальных уравнений Навье-Стокса
2. При высоте столба материала более 0,6 от радиуса ротора в
неподвижном корпусе центробежной мельницы вертикального типа
наблюдается разворот измельчаемого материала от корпуса
мельницы к ее оси, причем высота этого разворота находится на
расстоянии от плоскости вращения верхних кромок, равной 0,6 от
радиуса ротора, а вблизи оси мельницы наблюдается обратное
движение, по отношению к направлению движения ротора
3 Мощность привода центробежной мельницы вертикального
типа зависит в основном от потерь на преодоление сопротивлений
движению в слоях измельчаемого материала и в значительно
меньшей степени от трения в подшипниковых опорах, трения
материала о стенки корпуса мельницы и потерь на разрушение
кусков материала
Научная новизна'
1. Теоретическая модель движения измельчаемого материала
в
корпусе
центробежной
мельницы
вертикального
типа
усовершенствована с учетом формы чашеобразного ротора в виде
полого усеченного конуса, а коэффициент эквивалентной вязкости
принят равным сумме двух составляющих, одна из которых
постоянна, а вторая пропорциональна давлению от столба
материала.
2 Вьюота разворота измельчаемого материала в неподвижном
корпусе центробежной мельницы вертикального типа над
плоскостью вращения верхних кромок ребер ротора центробежной
мельницы вертикального типа, от корпуса мельницы к ее оси,
определена с учетом частоты вращения ротора, вьюоты столба
. '1
Kfi
материала и удаления рассматриваемой точки от оси корпуса
мельницы.
3. Мощность привода центробежной мельницы вертикального
типа определена с одновременным учетом потерь на преодоление
сопротивлений движению в слоях измельчаемого материала, трения
в подшипниковых опорах, трения материала о стенки корпуса
мельницы и потерь на разрушение кусков материала.
Научное значение работы:
1. Выявленные кинематические и динамические параметры
движения измельчаемого материала в корпусе и роторе
центробежной мельницы вертикального типа позволили определить
скорость и направление слоев материала в любой точке рабочего
пространства, энергетические затраты на перемещение слоев,
влияние высоты столба материала на характер движения материала
в пространстве над ротором.
2. Установленная высота разворота вовлеченного во
вторичное движение измельчаемого материала над плоскостью
вращения верхних кромок ребер ротора центробежной мельницы
вертикального типа, от корпуса мельницы к ее оси, позволила
определить предельную высоту расположения просеивающих
поверхностей в нижней части рабочего пространства мельницы,
равной 0,6 от радиуса ротора.
3
Выражение для определения мощности привода
центробежной мельницы вертикального типа позволяет установить
коэффициенты эквивалентной вязкости и установить основной
механизм разрушения для различных измельчаемых материалов.
Практическое значение работы:
- разработанные выражения для определения скорости удара и
угла встречи измельчаемых частиц с поверхностью ребер и друг с
другом позволили применить известные выражения для расчета
срока службы ребер и установления области рационального
использования центробежных мельниц вертикального типа,
- определены зависимости для расчета сопротивлений в
нижней части столба материала, позволяющие прогнозировать
мощность электродвигателя центробежной мельницы
Достоверность и обоснованность научных положений,
выводов и рекомендаций подтверждается: статистической
обработкой результатов экспериментальных и теоретических
исследований,
использованием
современных
методик
и
измерительной аппаратуры, хорошей сходимостью теоретических и
экспериментальных
исследований, не превышающей 7,1%,
внедрением результатов исследований, подтвержденным актом.
Реализация выводов и рекомендаций Методика и пакет
программ для расчета характера движения материала в рабочем
пространстве центробежной мельницы вертикального типа, а также
рекомендации по модернизации ее рабочего пространства, приняты
к использованию ОАО «Кавказцветметпроект».
Апробация работы. Основные положения диссертационной
работы доложены и получили одобрение на научных симпозиумах
«Неделя горняка-2003» и «Неделя горняка-2004», г. Москва; на
Международном Форуме по проблемам науки, техники и
образования, Москва, 2001; на Международной научно-технической
конференции «Чтения памяти В.Р.Кубачека» - Технологическое
оборудование для горной и нефтегазовой промышленности,
г.Екатеринбург, 2002 г.; на Всероссийской научно-практической
конференции, посвященной 70-летию СКГТУ «Перспективы развития
горнодобывающего и металлургических комплексов России»,
Владикавказ, 2002г., на Всероссийской конференции «Приложение
начертательной геометрии в геотехнологии», Владикавказ, 2002 г;
на заседаниях секции технологических машин и оборудования
ежегодных научно-технических конференций СКГМИ (ГТУ) 2001-2004
гг.; на расширенном заседании кафедры технологических машин и
оборудования СКГМИ (ГТУ), 2005 г
Публикации. Основные положения диссертации изложены в
13 научных работах
Структура и объем работы. Диссертация состоит из
введения, четырех глав и заключения, изложенных на 138 страницах
машинописного текста, и содержит 18 таблиц, 26 рисунков, список
использованной литературы из 112 наименований, а также 5
приложений, включающих программу расчета на ЭВГУ1.
Автор выражает глубокую благодарность заведующему
кафедрой теоретической и математической физики СевероОсетинского государственного университета доц., к.т.н Каменецкому
Е.С. за консультативную помощь и ценные советы в процессе
выполнения теоретических исследований.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Анализ современного состояния измельчительного
оборудования, задачи и методы исследований
В диссертационной работе приведен анализ измельчитепьных
машин. Было показано, что применяемые в настоящее время
мельницы, среди которых наибольшее распространение получили
барабанные мельницы, имеют низкий коэффициент полезного
действия,
громоздки,
характеризуются
низкой
удельной
производительностью, значительным расходом стали на мелющие
тела и футеровку, высоким уровнем шума.
В СКГМИ (ГТУ) разработан новый способ измельчения
материалов, согласно которому измельчаемый материал формируют
в виде неподвижного вертикального цилиндрического столба,
нижнюю часть которого вращают с окружной скоростью 10-70 м/с,
давление материала на нижнюю часть столба поддерживают равным
0,005-0,049 МПа, а измельчение материала осуществляется в
активной зоне за счет взаимного соударения частиц и кусков друг о
друга и последующего истирания в верхних слоях столба.
Практической реализацией этого способа являются центробежные
мельницы вертикального типа. Новый процесс самоизмепьчения
минерального сырья показал перспективность нового способа
самоизмельчения за счет отсутствия мелющих тел; совмещения
операций
мелкого
дробления
и
измельчения;
малой
металлоемкости; отсутствия специальных фундаментов; высокой
удельной производительности; сокращения удельного расхода
электроэнергии; низкого расхода металла, низкого уровня шума в
работе; простоты конструкции и ремонтных операций.
На основе результатов испытаний была разработана
конструкторская документация центробежной мельницы МВ-1
диаметром ротора 1 м Эта документация была передана АО «АГАТ»
(бывший Георгиевский ремонтно-механический завод), который в
1993-1994 гг изготовил и реализовал про'мышленную серию мельниц
МВ-1.
Мельница
МВ-1 была
реализована:
предприятиям
строительной и стекольной промышленности России
Вместе с этим, при переходе к созданию промышленных
образцов мельниц нового типа был выявлен ряд проблем
являющимися
сдерживающим
фактором
при
разработке
центробежных
мельниц
вертикального
типа
большой
производительности
Так,
для
центробежной
мельницы
вертикального типа неизвестна скорость удара и угол встречи
абразивной частицы при ее соударении с поверхностью ребер
ротора, скорость взаимного соударения частиц в роторе мельницы,
что требует проведения дополнительных исследований.
Анализ научных работ Ягупова А.В., Хетагурова В.Н,
Выскребенца А.С , Гегелашвили М.В., Клыкова Ю.Г., Пекониди А. В ,
Медоева Т.Г. показал что, несмотря на большое количество
теоретического и экспериментального материала, вышеприведенные
вопросы остались нерешенными.
Задачи диссертационной работы:
1
Установить характер и закономерности движения
измельчаемого материала в корпусе и роторе центробежной
мельницы вертикального типа с учетом конструктивных параметров
8
его ротора и физико-механических свойств измельчаемого
материала.
2. Определить предельную высоту расположения кольцевых
просеивающих поверхностей в нижней части рабочего пространства
мельницы.
3. Разработать надежные методики расчета основных
технологических
показателей
измельчения
(мощность
электродвигателя, частота вращения ротора) в зависимости от
физико-механических свойств измельчаемого материала
Математическое описание характера движения измельчаемого
материала в центробежной мельнице
Движение сыпучей среды при больших скоростях, которые
наблюдаются в центробежных мельницах вертикального типа можно
рассматривать как движение неньютоновской жидкой среды
Поскольку корпус мельницы представляет собой цилиндр уравнения
Назье-Стокса в диссертационной работе записаны s цилиндрических
координатах.
В разработанной Хетагуровым В.Н математической модели
движения измельчаемого материала в рабочем пространстве
центробежной мельницы вертикального типа было сделано
предположение, что
коэффициент
трения
пропорционален
давлению Данная модель дала качественно удовлетворительные
результаты, однако количественно отклонения расчетных значений
максимума и минимума углов направления движения материала,
выбранных в качестве параметра сравнения, а в особенности точки
перехода от области, в которой материал опускается в ротор, к
области его подъема (нулевых значений вертикальной скорости,
взятые в горизонтальной плоскости над срезом чаши) значительны
Кроме того, размеры вихря в вертикальном направлении в расчетах
значительно превышали реальные, что свидетельствовало о
необходимости дальнейшего совершенствования модели движения
материала в корпусе мельницы.
Было сделано предположение, что более корректным будет
представление коэффициента вязкости как состоящего из двух
слагаемых
т^Ц+Ь/»),
где (iQ - константа (аналог динамической вязкости);
к- коэффициент трения;
Р-давление.
(1)
После подстановки компонентов тензора напряжения трения
были получены уравнения количества движения для осевой,
радиальной и тангенциальной или угловой составляющей.
Уравнение неразрывности в цилиндрических координатах:
dvr
1 5vffi
—
i
dv
—+—
(2.)
г
9r
г 9(p
д
Для осесимметричной
задачи
удобно использовать уравнения
не в физических переменных (скорость, давление), а в переменных
вихрь - функция тока Под вихрем при этом понимается
тангенциальная проекция ротора скорости, т е
5v^
(5v,
со = -дг
(3)
dz
Введем обозначение X =
dV,
dV^
дг
dz
(4)
В
безразмерных
уравнениях движения
возникает д в а
б е з р а з м е р н ы х параметра, а н а л о г и ч н ы х ч и с л у Р е и н о л ь д с а , к о т о р ы е
и м е ю т с л е д у ю щ и й вид
рсо/?^
Reo
Но
„
т-Л^
и Rej =" k-g-H
(5)
Уравнение для вихря:
9со
5а>
It
- + Vг
дг
+V2
/ 1
\
Reo
Rej
Vг
5ш
2
9 0)
dz '2
дг^
д^Р
1 дР
д^Р^
dr 2
г dr
dz'
Rej dr-dz
ш + - dz
1
да
d^P
1 ^"1
^
г
dz
dv,
dz
dv
r
dr
dr'
2
dP
Re]
Р
+
d^v z ,
dP
' dr
Rei
1
а
1 да
г дг
Reo
d\
5v,
dVy.
дг
dz
Rei
dz'
da
(6)
dz dz
В диссертационной работе также выведены уравнения для
давления
d'^P
d^p_
dz"-
dr^
= ~2
дУг
dz
dV,
dr
dr
+ V.
dz
10
dV.
V
Rei
+2
h^-
г
V
дг
^ Э^Р
J
^ 1
,dr-dz
ЭР
2-r dz
)
дЧ
dr-dz
1
Гу2\\
P
Rej dz
dr
a^A'
1
RCQ • +Rej
- I 9r-9z
1
P
1
,2(^Reo • +Re,
-
Rei
9r
Э2
1
'Г.хЛ
P
• J
Reg• +Rej
r-Rei dz
'vl^^
дХ
Эг
^^^
Полученные уравнения решались численно методом конечных
разностей по явной схеме.
Начальные условия
(8)
dz
Граничные условия
на оси симметрии:
V
дг
на верхней границе.
О: ^ - ^ = 0;
5z
— ^ = 0;
(^Q4
дг
Р-О;
5z
(10)
на нижней границе:
F^^O;
F^=0;
K^=o-r;
5z
= g-^;
(11)
на неподвижной стенке цилиндра:
F,=0;
F^=0; V^=Q-
дР
дг
= 0.
(12)
Образующая чаши центробежной мельницы представляет
собой наклонную стенку под углом 45°. Тогда граничные условия для
узлов сетки, не попавших в контур чаши
будут выглядеть
следующим образом'
и
V,=0;
V,=0;
K^=0;
~
dz
= 0.
(13)
В результате исследований была разработана программа
расчета на ЭВМ, позволяющая определять значения давлений,
скоростей и направлений движения измельчаемого материала в
любой точке корпуса мельницы.
Одновременно
было
проведено
сравнение
усовершенствованной математической модели с обобщенной
моделью Багнолда для быстрого движения сыпучей среды. Обе
модели дают примерно одну и ту же картину течения Но при
расчётах по модели Багнолда вертикальная составляющая скорости
слабо затухает и колеблется с увеличением высоты, а
тангенциальная составляющая скорости принимает отрицательные
значения вблизи оси вращения на небольшой высоте над дном, т е.
сыпучая среда в этой области вращается в направлении
противоположном вращению дна. Такая
картина течения
маловероятна Увеличение значения константы к в 10 раз приводит
к тому, что картина течения, полученная при расчётах с
использованием модели Багнолда, полностью совпадает с той
которая, получается, по второй модели, но величины горизонтальной
и вертикальной составляющих скорости сыпучей среды оказываются
меньше в 5,5 и 2,3 раза соответственно
На основе полученных уравнений, описывающих движение
измельчаемого .материала, были построены кривые зависимости
компонентов скорости в зависимости от высоты столба материала
частоты вращения ротора и от вида измельчаемого материала. В
частности, на рис. 2.7 приведена зависимость скорости движения
материала в проекциях на вертикальную плоскость при значениях
частоты вращения ротора © = 31,3 с"% и = 31,3 с\ фиксированных
значениях высоты столба Н = 1,8R и коэффициенте трения к = 0,026,
рассчитанные для плоскости вращения верхних кромок чаши Так, с
увеличением частоты вращения ротора точка раздела нисходящих и
восходящих потоков смещается к оси ротора (от значений 0,82 до
0,85),
что
хорошо
согласуется
с
экспериментальными
исследованиями модели центробежной мельницы, проведенными
проф Хетагуровым В.Н.
Вблизи ступицы ротора наблюдается подъем материала,
причем максимальное значение этого подъема наблюдается на
расстоянии (0,37 - 0,45)/=? от оси ротора, которое также
подтверждается экспериментальными исследованиями характера
движения материала в полости ротора мельницы МВ-0,25
Одновременно, при увеличении частоты вращения ротора
увеличивается тангенциальная составляющая скорости движения
12
измельчаемого материала, являющаяся доминирующим среди всех
составляющих вектора скорости.
.
0,03
-
0,02
0,01
О
I—
-0,01
0.15 ОЛ
0.3
04
0,5
(О = 25 с
Об
07
0.
( i j , со = о о с (^)
Рис. 1. Зависимость осевой скорости материала на срезе чаши от
частоты вращения ротора (Н = 1,8R, к = 0,026)
Сравнение полученных результатов теоретических расчетов
с результатами промышленных испытаний центробежной мельницы
диаметром ротора 1 м показало следующее. На Днепровском
электродном заводе, путем замеров износа радиальных ребер
ротора при частоте вращения ротора о = 30 с\ была установлена,
осредненная по шести ребрам, граница восходящих и нисходящих
потоков измельчаемого материала как точка наименьшего износа
ребер: на расстоянии 223 мм от оси вращения ротора. При
аналогичных
испытаниях
центробежной
мельницы
в
ПО
«Узбекзолото», путем замеров износа радиальных ребер ротора при
частоте вращения ротора ю= 31,4 с\ была установлена,
осредненная по трем ребрам, граница восходящих и нисходящих
потоков измельчаемого материала как точка наименьшего износа
1
i/R
13
ребер: на расстоянии 270, 282, 260 мм от оси вращения ротора
соответственно. Отчетливо наблюдается тенденция к уменьшению
расхождения теоретических и экспериментальных исследований по
мере уменьшения радиальных ребер ротора и приближения картины
движения
измельчаемого
материала
к
безреберному
(теоретическому) варианту
Одновременно, Зная значения скоростей по трем осям,
можно найти результирующее значение скорости движения
материала в корпусе центробежной мельницы по формуле
4
Vi+V^+V^
(14)
Анализ значений скоростей по различным осям показывает,
что тангенциальное направление движения измельчаемого
материала
в
корпусе центробежной мельницы
является
доминирующим. Тогда угол встречи частиц материала с
поверхностями ребер ротора мельницы можно найти по формуле
у
a = arctg-f-.
У(р
(15)
Таким образом, зная значения скорости удара и угла встречи
частицы с верхними кромками ребер ротора, можно определить срок
службы ребер ротора и установить область рационального
использования центробежных мельниц вертикального типа
Экспериментальное исследования характера движения
измельчаемого мгтгриалз в рабочем пространстве мельницы
Для определения характера движения материала в корпусе
мельницы была разработана и изготовлена ее модель из
органического стекла с диаметром ротора 200 мм, в которую были
введены датчики.
Испытания проводились по следующей методике В корпус
модели загружался гранулированный полиэтилен с диаметром зерен
4мм. Частота вращения менялась в пределах 470-670 мт\ высота
столба материала в корпусе - в пределах 60-200 мм Время
испытаний - 5 мин Каждый опыт повторялся 3-5 раз. Угловые
отклонения датчика от исходного положения определялись
визуально с помощью стрелки, закрепленной на его стержне, и
лимба на корпусе.
В результате экспериментальных исследований установлен
характер движения измельчаемого
материала
в корпусе
центробежной мельницы вертикального типа при различных
значениях частоты вращения ротора, расстояния от оси вращения
ротора, высоты столба материала и расстояния от среза чаши
14
Установлено, что материал в корпусе движется по
определенным траекториям: циркуляция по восходящей винтовой
линии в периферийной части корпуса мельницы и нисходящей
винтовой линии в центральной части корпуса. Графики движения
материала в зоне, находящейся над ротором показывают, что
изменение частоты вращения ротора незначительно влияет на
расположение точки раздела восходящих и нисходящих потоков на
кромке ребра и эта точка смещается к периферии ротора при
увеличении угловой скорости ротора При увеличении высоты столба
материала точка раздела потоков смещается к оси' мельницы, что
подтверждает результаты аналитических исследований движения
материала в полости ротора мельницы.
По мере увеличения высоты столба материала (более 0,6 от
радиуса ротора) на относительном расстоянии от среза чаши H/R =
0,6 в нижней части корпуса мельницы наблюдается резкий поворот и
обратное движение потоков материала к оси мельницы (рис.2)
Очевидно, что эта высота и является предельной рациональной
высотой расположения кольцевых просеивающих поверхностей в
периферийной
части
корпуса
центробежной
мельницы
вертикального типа, в зоне над вращающимся ротором
Для
экспериментальной
проверки
разработанной
математической модели движения измельчаемого материала в
корпусе центробежной мельницы, которая описана уравнениями
гидромеханики была использована модель мельницы с радиусом
ротора R = 100 мм при отсутствии в полости ротора радиальных
ребер Испытэ.чия проводились по вышеп'^иведе'-'ной методике
Опыты были рэндомизированы с помощью таблицы
случайных чисел. Статистический анализ результатов с целью
оценки достоверности проводили согласно стандартным методикам.
В результате испытаний был установлен характер и
закономерности движения измельчаемого материала в корпусе
центробежной мельницы вертикального типа при отсутствии в
полости ротора радиальных ребер.
Было также произведено сравнение полученных результатов
с экспериментальными данными по углу р = arctg—.
Кф
Как показала обработка расчётных и опытных данных,
количественно ошибки численного эксперимента не превышают
7,1%, а качественно картина движения хорошо согласуется с
экспериментом. Это показывает, что разработанная математическая
модель
движения
измельчаемого
материала
в
корпусе
центробежной мельницы вертикального типа достаточно корректно
описывает процессы, протекающие в мельнице.
15
H/R
В
0,17
0,32
0,47
0,62
0,77
0,92
r/R
H/R
б
H/R
0,17
0,32
0,47
0,62
0,77
0,92
r/R
0,17
0,32
0,47
0,62
0,77
0.92
r/R
при WR-a-0,6; б-1,2; в-1,8
Рис.2 Графики направлений движения материала в корпусе
модели мельницы на разных высотах над ротором
(вертикальная плоскость)
16
Усовершенствование зависимости для определения мощности
электродвигателя мельницы
Используя
рекомендации
работ
Выскребенца
А.С.,
Гегелашвили М.В. и Баумана В А. запишем выражение для расчета
мощности привода центробежной мельницы в следующем виде
f^ds-Nc.^Ncm^Non-'Npas'
где
ДГ^
- мощность,
(^6)
расходуемая
на
сопротивление
вращению ротора,
N cm ' мощность, расходуемая на трение материала о
ДГ^^
стенки корпуса мельницы;
- мощность, расходуемая
на
трение
в
подшипниковых опорах;
N паз' ''•''0^'^°^"''^, расходуемая на разрушение кусков
материала
После подстановки всех слагаемых в (16) получили
приближенное выражение для расчета мощности электродвигателя
центробежной мельницы
Л'^^ = 71 p-R^iJ^
+яря-/2-т-/?^-я2.со +
f /з R^ \Gp + G , j 4 0
f
-£
Dce'^M-'^n
'- ,
(17)
где p - плотность материала; R - радиус ротора мельницы; 0)
- частота вращения ротора; v - коэффициент эквивалентной вязкости
материала; h - коэффициент трения измельчаемого материала о
стенки корпуса; R^ - радиус корпуса мельницы; Н - расстояние от
верхнего (неподвижного) слоя столба материала; т - коэффициент
подвижности; где /з - коэффициент трения качения в подшипнике,
R„ - радиус расположения тел качения; Gp - вес ротора в сборе;
Gj^ -
вес
измельчаемого
материала,
находящегося
внутри
мельницы; сгр - предел прочности исходного материала при
растяжении, кгс/см^; о - производительность мельницы, м^/ч;
/ - степень дробления; Dee - средневзвешенный размер исходного
материала, м; ri„ - КПД мельницы, г\„ - КПД привода мельницы
В свою очередь
т = \ + ■/l-2-/,-^7}f
1
(18)
17
здесь fi - коэффициент внутреннего трения материала и
Gj^=npgHR.
Определение основного механизма разрушения материалов в
центробежной мельнице вертикального типа
Используя выражение (17) определим энергетические потери
по статьям расхода. Результаты расчетов энергетических потерь
приведены в таблице Анализ результатов показывает, что основной
статьей энергетических потерь при работе центробежной мельницы
вертикального типа являются затраты на перемещение слоев
материала в рабочем пространстве, при этом отмечено увеличение
этих затрат по мере возрастания коэффициента трения
измельчаемого материала. Характерным также является увеличение
расхода мощности при размоле рудных материалов, обладающих
большей крепостью и содержащих естественную трещиноватосгь
Следует также отметить, что для расчета КПД центробежной
мельницы необходимо учитывать потери на разрушение материалов
истиранием, входящие в составляющую N^^.
Таблица
Распределение энергетических потерь по статьям расхода
№
п/п
Измельчаемый
материал
1
Антрацит
4
Руда
золотосодержащая
5
6
2
3
Антрацит
Доломит
Диаметр
Статья расхода,
ротора
мельницы.
N
N
^"^сл ^^ cm '^ on '^ раз
м
98,8 0,20 0,80 0,20
0,46
0,30
98,5 0 40 0 90 0,20
97,2 0,41 1,99 0,40
1,00
%
^дв
100,0
100,0
100,0
1,00
96,5 0,40 2,50 0,60 100,0
Кокс
1,00
96,1 0,77 2,85 0,28 100,0
Руда медная
0.60
95,8 1,30 2,48 0,42 100,0
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Диссертация является законченной научно-исследовательской
работой, в которой на основе результатов проведенных
исследований изложены научно обоснованные технические решения
18
по проектированию центробежных мельниц вертикального типа.
Реализация результатов исследований вносит значительный вклад в
теорию и практику процессов самоизмельчения минерального сырья.
Основные научные результаты, выводы и практические
рекомендации заключаются в следующем:
1. Усовершенствована математическая модель движения
измельчаемого материала в корпусе центробежной мельницы
вертикального типа с учетом формы чашеобразного ротора в виде
полого усеченного конуса, а коэффициент эквивалентной вязкости
принят равным сумме двух составляющих, одна из которых
постоянна, а вторая пропорциональна давлению от столба
материала При этом установлено, что движение измельчаемого
материала внутри неподвижного корпуса центробежной мельницы
вертикального типа начинается от плоскости вращения верхних
кромок ребер ротора, у стенок корпуса, и продолжается по
восходящей спиралевидной траектории, которая расположена на
поверхности параболоида вращения с вершиной на оси мельницы,
далее по нисходящей траектории опускается у оси мельницы.
2. Сравнение картины движения сыпучей среды в
цилиндрическом сосуде с вращающимся днищем, имитирующем
ротор
мельницы,
полученных
с
использованием
усовершенствованной математической модели и обобщенной
модели Багнолда показывает, что разработанная математическая
модель движения измельчаемого материала лучше описывает
реальную картину.
3. Усовершенствованная теоретическая модель движения
измельчаемого материала в корпусе центробежной мельницы
позволяет определить скорость и направление движения слоев
материала в любой точке рабочего пространства, энергетические
затраты на перемещение слоев, установить влияние высоты столба
материала на характер движения материала в пространстве над
ротором, что в свою очередь позволяет определить срок службы
ребер ротора и установить область рационального использования
центробежных мельниц вертикального типа.
4. Экспериментально
установлен
характер
движения
материала в корпусе центробежной мельницы при наличии
радиальных ребер в полости ротора в зависимости от высоты столба
материала и частоты вращения ротора. В pesynDTsre устяновлено
что измельчаемый материал в корпусе мельницы движется по
фиксированным
траекториям.
Доминирующая
траектория
определяется движением материала вблизи стенок корпуса
мельницы по восходящей винтовой линии, замедлением скорости
материала в верхней части столба, смещением его к оси мельницы и
спуском по нисходящей спирали в центр ротора. Вторая траектория
19
(вторичное движение материала) характеризуется разворотом от
корпуса мельницы к ее оси на высоте от плоскости вращения
верхних фомок ребер ротора мельницы равной 0,6 от радиуса
ротора,
затем
спуском
по
нисходящей
спиралевидной
цилиндрической траектории, которая заканчивается на нижнем
основании чашеобразного ротора. Причем вблизи оси мельницы
наблюдается обратное движение, по отношению к направлению
движения ротора.
5. При высоте столба материала более 0,6 от радиуса ротора в
неподвижном корпусе центробежной мельницы вертикального типа
наблюдается разворот измельчаемого материала от корпуса
мельницы к ее оси, причем вьюота этого разворота находится на
расстоянии от плоскости вращения верхних кромок, равной 0,6 от
радиуса ротора, а вблизи оси мельницы наблюдается обратное
движение, по отношению к направлению движения ротора.
6.
Определена
предельная
рациональная
высота
расположения
кольцевых
просеивающих
поверхностей
в
периферийной
части
корпуса
центробежной
мельницы
вертикального типа, в зоне над вращающимся ротором, величина
которой составляет 0,6 часть от радиуса ее ротора.
7.
Экспериментально
установлен
характер движения
материала в корпусе центробежной мельницы без установки
радиальных ребер в полости ротора в зависимости от вьюоты столба
материала и частоты вращения ротора. Причем с увеличением
частоты вращения ротора увеличивается угол спуска материала в
полость ротора. Граница перехода нисходящих и восходящих струй
зависит от частоты вращения ротора' с увеличением частоты
вращения ротора граница смещается к оси ротора и она находится
на расстоянии (0,4 - 0,54)R от оси мельницы.
8. Мощность привода центробежной мельницы вертикального
типа зависит в основном от потерь на преодоление сопротивлений
движению в слоях измельчаемого материала и в значительно
меньшей степени от трения в подшипниковых опорах, трения
материала о стенки корпуса мельницы и потерь на разрушение
кусков материала.
9. Определено распределение энергетических потерь по
статьям расхода при измельчении различных материалов в
центробежной мельнице вертикального типа, при этом основной
статьей являются затраты на перемещение слоев материала в
рабочем пространстве.
10. Разработанные методика и пакет программ для расчета
характера движения материала
в
рабочем пространстве
центробежной мельницы вертикального типа, мощности привода, а
20
также рекомендации по модернизации ее рабочего пространства,
приняты ОАО «Кавказцветметпроекг».
Основные положения диссертации опубликованы
в следующих работах
1 Хетагуров В.Н., Каменецкий Е.С., Наниева Б.М., Пекониди А.В О
системном подходе к проектированию центробежных мельниц
вертикального типа. Горный информационно-аналитический
бюллетень №3, - М.: Изд-во МГУ, 2003. - С.197.
2. Хетагуров В.Н,, Каменецкий Е.С, Тедеева СР., Наниева Б.М.
Сравнение результатов расчетов движения сыпучей среды в
цилиндрическом сосуде с вращающимся дном, выполненных с
использованием
двух
математических
моделей.
Труды
Международного Форума по проблемам науки, техники и
образования
Том
2
/Под
редакциейВ.П.Савиных,
В В Вишневского М." Академия наук о Земле, 2001. - С.34-35.
3. Хетагуров В.Н., Музаев И.Д., Лапинагов А.М, Наниева Б.М.
Исследование движения измельчаемого материала в полостях
ротора центробежной мельницы вертикального типа. Горный
информационно-аналитический бюллетень МГГУ, №4, 2004. С.334-341.
4 Хетагуров В.Н., Каменецкий Е С, Лапинагов А М , Наниева Б.М.
Экспериментальное
исследование
характера
движения
измельчаемого материала в корпусе центробежной мельницы
вертикального типа. М: Горный информационно-аналитический
бюллетень МГГУ, №3, 2004. - С.309-312.
5. Хетагуров В.Н., Каменецкий Е.С., Наниева Б М., Пекониди А В. Об
основном механизме разрушения материалов в центробежной
мельнице вертикального типа. Горный информационноаналитический бюллетень №3, М.: Изд-во МГУ, 2003. - С.195196
6 Хетагуров В.Н., Каменецкий Е.С, Тедеева С.Ш., Наниева Б.М.
Зависимость картины движения сыпучего материала в
цилиндрическом сосуде от свойств материала. Тезисы докладов
Всероссийской конфере.чции «Приложение начертательной
геометрии в геотехнологии». - Владикавказ - 2002. - С.22-24
7. Хетагуров В.Н, Каменецкий Е.С, Тедеева СШ., Наниева Б.М
Влияние формы дна вращающегося сосуда на движение в нем
сыпучей среды. Екатеринбург: В сб. XXII Российская школа по
21
проблемам науки и технологий. Краткие сообщения 2002. С.100-102.
8. Хетагуров В.Н , Е С. Каменецкий Е.С , Лапинагов А.М , Наниева
Б.М., Пекониди А В Движение частиц в модели центробежной
мельницы вертикального типа Сборник научных трудов, №1 (I), Северо-Осетинское отделение академии наук высшей школы
Российской Федерации - Владикавказ. «Терек», СКГМИ (ГТУ),
2003.-С.98-101.
9. Хетагуров В.Н , Каменецкий Е.С, Пекониди А.В., Наниева Б.М.
Вторичное движение измельчаемого материала в центробежной
мельнице
вертикального
типа.
Перспективы
развития
горнодобывающего и металлургических комплексов России Материалы Всероссийской научно-практической конференции,
посвященной 70-летию СКГТУ. 13-15 июня 2002 г. - Владикавказ
«Терек», 2002. ~ С.187-188.
10. Хетагуров В.Н, Каменецкий Е С , Лапинагов А.М. Наниева Б М
Промышленные испытания модернизированной мельницы МАЯК10 на Новочеркасском электродном заводе М.: «Цветная
металлургия», №4, 2001. - С.38-41
11 Хетагуров В.Н., Гегелашвили M B , Каменецкий Е.С, Лапинагов
A.M., Наниева Б М Производство минеральных порошков с
применением центробежной мельницы вертикального типа М
Горный журнал №4, 2002. - С.57-60.
12 Хетагуров В Н , Каменецкий Е С , Гегелашвили M B , Наниева
Б М , Пекониди А В Новая техника для получения минеральных
порошков. М ■ Изд-во «Строительные и дорожные машины», №3,
2002 - С 27-30.
13 Хетагуров В Н , Каменецкий Е.С, Наниева Б.М., Пекониди А В
Влияние различных факторов на потери мощности привода
центробежной мельницы вертикального типа. Технологическое
оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сб.
докл Межд. науч -техн конф Чтения памяти В Р Кубачека Екатеринбург; Уральская гос Горно-геологическая академия,
2002 -С.82-85.
22
Сдано в набор 25 10 2005 г, подписано в печать 23 10 2005 г
Гаршпура Тайме. Печать трафаретная Формат 60x84 1/16
Бумага офсетная Уел печ л 1 Ткраж 100 экз Заказ № 100
Типография 0 0 0 НПКП «МАВР», Лшдензия C q » « ПД № 01107.
362040, г Владикавказ, ул Августовских событий, 8, тел 44-19-31
i
i24 02t
РНБ Русский фонд
2006-4
23279
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
971 Кб
Теги
bd000102901
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа