«ОБОРУДОВАНИЕ, ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ: ДРОБИЛКИ И МЕЛЬНИЦЫ ИЗДАТЕЛЬСТВО ТГТУ В.Я. БОРЩЁВ В. Я. Борщев Оборудование для измельчения материалов: дробилки и мельницы: учебное пособие, Тамбов: издательство Тамбовского ...»

При обеспечении этих условий траектория колебаний будет близка к круговой. Сопротивлением диссипативных сил (сопротивление воздуха и др.) для упрощения расчетов пренебрегают, т.е. принимают С учетом того, что c = m0 0, амплитуды колебаний равны:

Для обеспечения эффективной виброизоляции несущих конструкций жесткость опорных пружин выбирают из условия 0/ = 1/4…1/5, т.е. мельница должна работать в зарезонансном режиме. Как правило, частоту и амплитуду колебаний назначают из технологических соображений. Дебалансный момент вибратора рассчитывают из условия Суммарная масса колеблющейся системы где mк и mв – масса корпуса и вибратора, соответственно; kп – коэффициент присоединения загрузки к колебаниям (kп = 0,2…0,3); mш и mм – масса мелющих тел и измельчаемого материала, соответственно.

Энергия, необходимая для поддержания колебаний в системе за время, равное периоду колебаний Т = 2/, Интегрированием данного выражения получают Значение средней мощности, необходимой для поддержания колебаний, находят делением последнего выражения на период колебаний:

Учитывая, что получают где h = b/2m0 – коэффициент затухания колебаний.

Струйные измельчители применяются для измельчения материалов средней прочности с получением частиц до 2…5 мкм.

Принцип действия струйных измельчителей основан на использовании энергии сжатого газа или пара. Энергоноситель при расширении в соплах приобретает большую скорость, достигающую иногда нескольких сотен метров в секунду. Частицы материала измельчаются вследствие соударения между собой при пересечении потоков струй, а также ударов и истирания о стенки камеры.

Одним из достоинств струйных мельниц является возможность практически полного исключения загрязнения измельчаемого материала продуктами износа.

В зависимости от вида энергоносителя различают воздухо-, газо-, и пароструйные мельницы, в которых энергоносителем является сжатый воздух, инертный газ и перегретый пар, соответственно.

По конструкции помольной камеры различают мельницы с противоточной камерой (применяются для тонкого измельчения материаВ.Я. БОРЩЁВ лов), с плоской и трубчатой камерой (для сверхтонкого (коллоидного) измельчения).

Мельница с противоточной камерой (рис. 3.8, а) состоит из помольной камеры 1, футерованной износостойким материалом. В камере с противоположных сторон установлены разгонные трубки 2 с размещенными в них соплами 3 для подачи энергоносителя. В разгонные трубки по рукавам 4 подается измельчаемый материал. Потоком газа или пара материал направляется в камеру 1, в которой происходит измельчение за счет соударения частиц. Измельченный материал через трубу 5 попадает в сепаратор 6, где происходит отделение крупной фракции. Последняя возвращается на повторное измельчение, а мелкая фракция через штуцер 7 выводится из измельчителя. Питатель 8 служит для подачи исходного материала.

Измельчитель с плоской помольной камерой (рис. 3.8, б) состоит из камеры 9, коллектора 12 и циклона-сепаратора 14. Измельчаемый материал через штуцер 13 подается в камеру 9, в которую из кольцеВ.Я. БОРЩЁВ вого коллектора 12 через сопла 10 поступает сжатый газ или пар. При этом сопла располагаются так, чтобы струи пересекались внутри камеры. Вследствие этого частицы материала, увлекаемые струями газа, соударяются и разрушаются. При вращении пылегазовой смеси в камере более тяжелые частицы оттесняются к ее периферии, где вновь захватываются потоком энергоносителя, подаваемого через штуцер 11.

Поток газа с более мелкими частицами поступает в циклонсепаратор 14, в котором большая часть твердой фазы отделяется от газа и попадает в сборник 16. Отработанный газ через трубу 15 направляется на окончательную очистку.

Струйная мельница с трубчатой камерой (рис. 3.8, в) состоит из двух труб 20 и 24, соединенных снизу подковообразной помольной камерой 19, а сверху – дугообразной сепарационной трубой 21. В помольную камеру снизу через два ряда сопел 18, расположенных наклонно одно к другому, из коллектора 17 подводится энергоноситель.

Измельчаемый материал из воронки 25 вводится в рабочую зону эжектором 26, воздух к которому подводится через трубку 27. Частицы материала, увлекаемые пересекающимися струями энергоносителя, измельчаются в результате взаимных соударений, а также ударов о стенки и истирания. Энергоносителем частицы перемещаются вверх по трубе 20. В сепараторе за счет поворота пылегазового потока более крупные частицы отходят к периферии и с нисходящим потоком по трубе 24 возвращаются на повторное измельчение. Очищенный газ с мелкими частицами проходит через жалюзийную решетку 23 и через патрубок 22 направляется на дальнейшую очистку в фильтры. При этом из отходящего потока с помощью жалюзийной решетки удаляются более крупные частицы.

Противоточная эжекторная струйная мельница (рис. 3.9) состоит из размольной камеры 5, защищенной изнутри износостойкими элементами 8, двух расположенных друг против друга разгонных трубок 4 и 9. Материал из бункера 2 поступает в разгонные трубки 4 и 9, подхватывается сжатым воздухом, подаваемым по трубкам 3 и 10, и Рис. 3.9 Противоточная эжекторная струйная мельница ную камеру 5. Измельчение материала происходит за счет соударений частиц во встречных вихревых потоках. Измельченный материал отработанным воздухом по трубе 6 выносится в сепаратор, присоединенный к фланцу 7. Люки 1 служат для ревизии состояния сопел и их регулирования.

Широкое применение струйных мельниц (при их несомненных эксплуатационных преимуществах) сдерживается относительно высоким расходом дорогостоящего энергоносителя.

Методика расчета струйных мельниц, разработанная В.И. Акуновым [16], основана на использовании экспериментальных данных, полученных на модельных установках. При этом необходимо обеспечить одинаковые условия измельчения на модельных и промышленных установках. В первую очередь должны быть постоянными (рис.

3.10):

1) расход материала на единицу площади сечения разгонных трубок Рис. 3.10 К методике расчета противоточных струйных мельниц 2) концентрационная напряженность размольной зоны по материалу где Пм – производительность модельной мельницы.

По экспериментальным данным, полученным на опытной мельнице, находят постоянные величины Kт и Kп. Затем по заданной производительности промышленной мельницы Пм определяют:

• диаметр разгонной трубки расстояние между торцами разгонных трубок Для модельной мельницы можно записать где dс – диаметр сопла модельного измельчителя; Gв – расход энергоносителя в модельном измельчителе; Vв – удельный объем энергоносителя;

к – скорость энергоносителя в сопле.

Для промышленной мельницы Из уравнений (3.7) и (3.8) получают откуда где d с – диаметр сопла промышленного измельчителя; Gв – расход энергоносителя в промышленном измельчителе.

Делается допущение о постоянстве удельного расхода энергоносителя при измельчении материала, определяемого опытным путем, т.е.

тогда Длина разгонной трубки Lт определяется по значениям d т и d с из схем движения энергоносителя в разгонной трубке (рис. 3.11):

где l1 – длина участка расширения струи; l2 – оптимальная длина участка разгона частиц.

Рис. 3.11 К определению зависимости между параметрами процесса измельчения в противоточных струйных мельницах Длина участка расширения струи где – угол расширения струи.

Значения величин l2 и определяются опытным путем.

Размеры помольной камеры (диаметр dк и длина Lк) определяются по рекомендациям в зависимости от диаметра разгонных трубок:

Нормальная работа струйных мельниц определяется обеспечением таких скоростей соударения частиц материала, при которых они будут разрушаться. В противоточном струйном измельчителе скорости движения соударяющихся частиц 0 равны между собой. В момент удара минимальная скорость соударения частиц равна где у – результирующая скорость соударения двух движущихся навстречу друг другу частиц.

Для простоты дальнейших рассуждений скорость вылета частицы из разгонной трубки принимают равной 0. По длине разгонной трубки выделяют два участка (рис. 3.11): участок подсоса материала l1 и участок разгона частиц l2, на котором скорость частицы становится равной 0. На частицу в разгонной трубке действует сила лобового сопротивления где с – коэффициент лобового сопротивления; – плотность энергоносителя; S – площадь проекции тела на плоскость, перпендикулярную к скорости невозмущенного потока (миделево сечение); т – скорость невозмущенного потока, или скорость в разгонной трубке.

Под действием силы лобового давления частица равноускоренно движется в направлении ее действия. При этом где q – вес частицы; а – ускорение движения частицы.

При равноускоренном движении частицы ее конечная скорость 0 = а., а пройденный путь Следовательно, С учетом выражений (3.10) – (3.12) получают Для частиц шарообразной формы диаметром d формула (3.13) приобретает вид где т – плотность измельчаемого материала.

Из формулы (3.14) видно, что скорость энергоносителя в разгонной трубке уменьшается с увеличением его плотности и длины трубки и возрастает с увеличением плотности и прочности измельчаемого материала. Скорость энергоносителя для конкретного материала где k – коэффициент пропорциональности.

Скорость энергоносителя в разгонной трубке связана со скоростью истечения его из сопла соотношением где dс – диаметр сопла; с – скорость истечения энергоносителя из сопла.

Скорость истечения энергоносителя из сопла может быть определена по формуле где Е – кинетическая энергия газа.

Тогда из выражения (3.15) с учетом (3.16) получают формулу для расчета скорости энергоносителя в разгонной трубке В соответствии с вышеизложенными соотношениями технологический расчет струйных измельчителей проводится в следующей последовательности [15]:

По физико-механическим свойствам измельчаемого материала определяют скорость частиц в момент их соударения 0.

2 Приняв конструктивно длину трубки l2, по скорости 0 определяют скорость энергоносителя в ней т с учетом формулы (3.17).

3 По часовому расходу энергоносителя, который равен произведению его удельного расхода на производительность измельчителя, и скорости т рассчитывают диаметр разгонной трубки По известным т и dт по формуле (3.17) определяют с и dс, предварительно задавшись одной из этих величин.

4 По величине скорости истечения энергоносителя из сопла рассчитывают начальные параметры газа (давление и объем). По заданной производительности измельчителя и удельному расходу энергоносителя определяют его общий расход и расход на одно сопло:

где v – удельный расход энергоносителя (определяется опытным путем);

П – производительность измельчителя; – плотность энергоносителя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Материал, изложенный в учебном пособии, является одной из составных частей курса «Машин и аппаратов химических производств».

Овладение данным материалом расширит знания студентов по конструктивным особенностям дробилок и мельниц, а также методикам их расчета. Дальнейшее изучение конструкций и принципа действия дробильно-размольного оборудования может осуществляться как в процессе учебных занятий, так и самостоятельно.

Оно предполагает:

1 знакомство с устройством и принципом работы дробильноразмольного оборудования в процессе выполнения лабораторного практикума [17];

знакомство с конструктивным оформлением различных вариантов исполнения оборудования, а также их отдельных узлов по атласу конструкций [18];

3 знакомство с основами эксплуатации дробильно-размольного оборудования на промышленных предприятиях во время прохождения конструкторско-технологической и преддипломной практик;

4 приобретение навыков проектирования дробилок и мельниц в процессе выполнения курсового и дипломного проектов.

Для проверки знаний предлагаются тестовые вопросы в соответствии с изложенным материалом учебного пособия (см. прил. 6).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Клушанцев Б.В., Косарев А.И., Муйземнек Ю.А. Дробилки.

Конструкции, расчет, особенности эксплуатации. М.: Машиностроение, 1990. 320 с.

Машины и аппараты химических производств: Примеры и задачи: Учебное пособие для студентов втузов / И.В. Доманский, В.П.

Исаков, Г.М. Островский и др.; Под общ. ред. В.Н. Соколова. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1982. 384 с.

3 Конструирование и расчет машин химических производств / Ю.И. Гусев, И.Н. Карасев, Э.Э. Кольман-Иванов и др. М.: Машиностроение, 1985. 408 с.

Мартынов В.Д., Алешин Н.И., Морозов Б.П. Строительные материалы и монтажное оборудование. М.: Машиностроение, 1990.

352 с.

5 Клушанцев Б.В. Расчет производительности щековых и конусных дробилок // Строительные и дорожные машины, 1977. № 6. С.

13 – 15.

6 Исследование нагрузок на эксцентриковый вал щековой дробилки со сложным движением подвижной щеки / А.И. Косарев, Н.С.

Овчаренко, Г.А. Сперанский, А.П. Арбузов // Тр. ВНИИстройдормаша. 1977. № 77. С. 18 – 21.

Андреев С.Е., Зверевич В.В., Перов В.А. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. М.: Недра, 1966. 395 с.

Андреев С.Е., Петров В.А., Зверевич В.В. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. М.: Недра.1980. – Барабашкин В.П. Молотковые и роторные дробилки. М.: Недра, 1973. 114 с.

10 Косарев А.И., Силенок Д.С. Молотковые дробилки для промышленности строительных материалов. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1979.

40 с.

11 Осокин В.П. Молотковые мельницы. М.: Энергия, 1980. 176 с.

12 Харламов С.В. Практикум по расчету и конструированию машин и аппаратов пищевых производств. Л.: Агропромиздат, 1991.

256 с.

13 Джигурда Ю.П. Расчет молотковых мельниц // Электрические станции. 1970. № 5. С. 17 – 21.

14 Муйземнек Ю.А. и др. Конусные дробилки. М.: Машиностроение. 1990. 319 с.

15 Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности.

М.: Химия. 1977. 368 с.

16 Акунов В.И. Струйные мельницы. Элементы теории и расчета. М.: Машиностроение, 1967. 264 с.

17 Техника переработки сыпучих материалов: Лаб. работы / Сост.: В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, Г.С. Кормильцин, А.Н. Плотников. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2000. 40 с.

18 Машины химических производств: Атлас конструкций. Учеб.

пособие для студентов вузов / Э.Э. Кольман-Иванов, Ю.И. Гусев, И.Н.

Карасев и др. М.: Машиностроение, 1981. 118 с.

В.Я. БОРЩЁВ В.Я. БОРЩЁВ В.Я. БОРЩЁВ В.Я. БОРЩЁВ В.Я. БОРЩЁВ В.Я. БОРЩЁВ

ТЕСТОВЫЕ ВОПРОСЫ

ПО ТЕОРИИ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

Процесс измельчения – это процесс … а) уменьшения кусков твердого материала;

б) помола твердого материала;

в) уменьшения кусков твердого материала механическим воздействием.

Основной характеристикой процесса измельчения является … а) степень измельчения;

б) средний размер кусков материала до измельчения;

в) средний размер кусков материала после измельчения.

Степень измельчения показывает… а) крупность частиц исходного материала;

б) крупность частиц готового продукта;

в) отношение средних диаметров частиц материала до и после измельчения.

Сколько стадий дробления целесообразно применить для обеспечения степени измельчения i = 30?

5 Число стадий измельчения определяется требуемой … а) степенью измельчения;

б) крупностью частиц измельчаемого материала;

в) мощностью, затрачиваемой на измельчение.

Прочность твердых материалов оценивается пределом прочности … а) при растяжении;

7 Способность перерабатываемого материала изнашивать рабочие органы машины называется … в) абразивностью.

8 В машинах для измельчения НЕ применяются нагрузки … 9 Среднее дробление мягких материалов предпочтительно осуществлять … а) раздавливанием;

10 Дробление твердых материалов может быть … по дробилкам, РАЗРУШАЮЩИМ материал СЖАТИЕМ 1 Преобладающим способом измельчения при работе щековой дробилки является… а) раскалывание;

в) раздавливание;

г) разламывание.

В чем заключается назначение маховика в щековой дробилке?

а) служит для уменьшения вибрации дробилки;

б) обеспечивает качание подвижной щеки;

в) служит для выравнивания нагрузки на двигатель.

Какое дробление реализуется в щековых дробилках?

Какие способы измельчения реализуются в щековой дробилке со сложным движением щеки?

а) раздавливание и истирание;

б) раздавливание и излом;

в) удар и истирание;

г) истирание и излом.

Дробление вязких материалов можно осуществить в щековой дробилке… а) с простым движение щеки;

б) со сложным движением щеки;

в) с комбинированным движением щеки.

Рабочим органом конусной дробилки является… а) два подвижных конуса;

б) неподвижный и подвижный конусы;

в) два неподвижных конуса.

В конусных дробилках реализуется … дробление.

а) среднее, мелкое и тонкое;

б) крупное, среднее и мелкое;

в) крупное, мелкое и тонкое.

8 В каких дробилках целесообразно измельчать материалы, склонные к налипанию?

В валковых дробилках реализуется … дробление.

б) крупное и мелкое;

в) среднее и мелкое.

10 В валковых дробилках измельчают материалы … прочности а) высокой и средней;

ТЕСТОВЫЕ ВОПРОСЫ

ПО ДРОБИЛКАМ УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ

1 Дробилки ударного действия применяются для измельчения материалов … а) средней прочности;

б) высокой прочности;

в) средней прочности и мягких.

Какую степень измельчения, как правило, обеспечивают дробилки ударного действия?

Какие материалы НЕ целесообразно измельчать в дробилках ударного действия?

б) малоабразивные;

в) высокой влажности.

4 В каких машинах целесообразно измельчать крупнокусковые материалы?

а) молотковых дробилках;

б) роторных дробилках;

в) пальцевых измельчителях.

5 В каких машинах реализуется крупное, среднее и мелкое дробление?

а) молотковых дробилках;

б) пальцевых измельчителях;

в) роторных дробилках.

Укажите основной недостаток пальцевых измельчителей.

б) повышенный износ пальцев;

в) высокие энергозатраты.

Рабочим органом роторных дробилок является … а) жестко закрепленные била;

б) шарнирно закрепленные била;

в) диски с закрепленными на них пальцами.

Рабочими органами дезинтеграторов являются … а) два неподвижных диска с пальцами;

б) два вращающихся диска с пальцами;

в) неподвижный и вращающийся диски с пальцами.

В молотковых дробилках материал измельчается под действием б) удара и раздавливания;

в) удара и раскалывания.

10 С какой целью применяют дробилки с реверсивным вращением роторов?

а) удобство монтажа;

б) упрощение конструкции ротора;

в) использование обеих сторон бил без их перестановки.

ТЕСТОВЫЕ ВОПРОСЫ

ПО БАРАБАННЫМ МЕЛЬНИЦАМ

Какие способы измельчения реализуются в барабанной шаровой мельнице?

б) удар и раздавливание;

в) удар, раздавливание и истирание;

г) раздавливание и истирание.

Что является рабочим органом барабанных мельниц?

а) футерованный барабан;

в) барабан и мелющие тела.

Футеровка барабана предназначена для… а) защиты стенок барабана от износа;

б) повышения прочности барабана;

в) улучшения условий измельчения.

В качестве мелющих тел в барабанных мельницах, работающих по принципу самоизмельчения, используются… г) куски измельчаемого материала.

Чем определяется режим движения мелющих тел в барабане?

а) производительностью мельницы;

б) угловой скоростью барабана;

в) формой мелющих тел.

6 При каком режиме движения мелющих тел обеспечивается более эффективный помол материала?

Критическая угловая скорость барабана соответствует… а) максимальной производительности мельницы;

б) максимальным нагрузкам на барабан;

в) движению мелющих тел вместе со стенкой барабана.

8 Коэффициент заполнения барабана мелющими телами характеризует… а) отношение объема мелющих тел к внутреннему объему барабана;

б) отношение насыпного объема мелющих тел к внутреннему объему барабана;

в) отношение объема мелющих тел к свободному объему барабана.

Какая форма мелющих тел обеспечивает более эффективный помол?

в) тело неправильной формы.

10 Оптимальная угловая скорость барабана равна… в) w = 0,76wкр, (wкр – критическая угловая скорость).

ТЕСТОВЫЕ ВОПРОСЫ

По среднеходным мельницам и мельницам 1 Рабочим органом валковых мельниц является… а) вращающиеся валки и вращающаяся тарелка;

б) вращающиеся валки и неподвижная тарелка;

в) неподвижные валки и вращающаяся тарелка.

2 Материал в валковых мельницах измельчается под действием… а) раздавливания и излома;

б) раздавливания и раскалывания;

в) раздавливания и истирания.

3 Угловая скорость тарелки определяется из условия… а) обеспечения максимальной производительности;

б) исключения выброса центробежной силой частиц материала с тарелки;

в) обеспечение минимальных энергозатрат.

4 В вибрационных мельницах материал измельчается под воздействием… а) раскалывания и истирания;

в) удара и раздавливания.

5 В вибрационных мельницах в качестве мелющих тел, как правило, используют… 6 В вибрационных мельницах процесс измельчения сопровождается… а) повышенным пылением;

б) переизмельчением материала;

в) повышенным тепловыделением.

7 В каком режиме должна работать вибрационная мельница в процессе эксплуатации?

а) дорезонансном;

б) зарезонансном;

в) резонансном.

8 Какие материалы целесообразно измельчать в струйных мельницах?

а) высокой прочности;

б) склонных к налипанию;

в) средней прочности.

9 Основным недостатком струйных мельниц является… а) высокий расход энергоносителя;

б) повышенное пылеобразование;

в) низкая производительность.

10 В струйных мельницах в качестве энергоносителя НЕ используют… б) перегретый пар;

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………… …..

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЦЕССАХ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ……

НИЯ…………………………………….

2 МАШИНЫ ДЛЯ ДРОБЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ……………… СЖАТИЕМ..

ки……………………………………..

ки…………………………………….

ки…………………………………….

ны…………………………………………………..

2.1.5 Расчет параметров щековых, конусных, вал- 2.1.6 Расчет нагрузок, действующих на элементы дробилок…………………………………………… ВИЯ……………………… са……………………… лок………………………………...

2.2.3 Расчет параметров дробилок ударного дей- ствия…….

2.2.4 Пример расчета молотковой дробилки ……………….

3 МАШИНЫ ДЛЯ ПОМОЛА МАТЕРИАЛОВ…………………..

ЦЫ…………………..

3.1.1 Расчет параметров барабанных шаровых мельниц 3.1.2 Расчет нагрузок на элементы барабанных измельчителей…………………………………………… мельницы…….

ЦЫ…………………………….

ниц………………………………….

ниц…………………………...

МЕЛЬЧЕНИЯ….

цы……………………………...

цы…………………………………… ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………...

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………….

ПРИЛОЖЕ- НИЯ………………………………………………………..