Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
Жидков Владимир Валентинович
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ В КЛАССИФИКАТОРЕ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ТИПА
Специальность:
05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (строительство)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Белгород - 2012
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Белгородский государственный технологический университет им. В.Г.
Шухова.
Научный консультант: Богданов Василий Степанович доктор технических наук, профессор.
Официальные оппоненты: Сиваченко Л. А доктор технических наук, профессор кафедры строительные, дорожные, подъёмно-транспортные машины и оборудование Белорусско-Российского университета;
Хлудеев В.И.
кандидат технических наук, ЗАО Белгородский цементный завод, генеральный директор.
Ведущая организация: Шахтинский институт (филиал) ЮжноРоссийского университета (Новочеркасский политехнический институт), г. Шахты, Ростовская область.
Защита состоится л18 мая 2012 года в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д 212.014.04 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46, главный учебный корпус, ауд. 242).
С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова.
Автореферат разослан л 17 апреля 2012 г.
Ученый секретарь совета В.А. Уваров
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В связи с развитием новых технологий на базе применения порошковых материалов в настоящее время огромные требования предъявляются к дисперсности конечного продукта. С увеличением дисперсности порошков повышаются механическая прочность, эластичность и долговечность изделий из него.
Современные тенденции в области производства тонкодисперсных порошков показывают, что доля рынка, связанная с применением тонкодисперсных порошков с заданным гранулометрическим составом, постоянно растет. Одним из направлений развития отечественного производства пенобетонных блоков является производство тонкодисперсного цемента, производства цемента по сухому способу - получение качественной сырьевой муки, соответствующей ГОСТ 10178-85, для обжига клинкера, в производстве керамических изделий - производство тонкодисперсной глины, в резинотехнической, лакокрасочной и бумажной промышленности - производство тонкодисперсного мела.
Основной проблемой проникновения на данный сектор рынка связан с отсутствием высокоэффективных классификаторов для выделения тонкодисперсных порошков с равномерным гранулометрическим составом.
Анализ существующих конструкций сепараторов и основных направлений их совершенствования показал, что рабочий процесс в них изучен недостаточно. Не выявлено влияние определяющих режимных и конструктивных параметров на характеристики разделения. Нет достаточной теоретически обоснованной методики расчета. В тоже время опыт работы показывает, что имеются существенные резервы повышения эффективности классификации. Несмотря на давнее и широкое применение центробежных классификаторов воздушно-проходного и циркуляционного типа, рабочий процесс в них изучен недостаточно. Не выявлено влияние определяющих режимных и конструктивных параметров на характеристики разделения. Нет теоретически обоснованной методики расчета. В тоже время опыт работы показывает, что имеются существенные резервы повышения эффективности классификации. Перечисленное, позволяет сделать вывод об актуальности данной проблемы.
Диссертационная работа выполнена в БГТУ имени В.Г. Шухова в рамках г/б НИР: Разработка научных основ получения мелкодисперсных порошков в аппаратах с повышенной энергонапряженностью; при финансовой поддержке Министерства образования РФ (ГРАНТ-20Научные основы и создание динамического сепаратора для получения порошков с заданным гранулометрическим составом и при поддержке Совета по грантам Президента РФ (код проекта НШ-588.2012.8).
Цель работы: усовершенствование процесса сепарации, разработка технических средств и методов их расчета для повышения эффективности разделения тонкодисперсных порошков в классификаторах центробежного типа.
Научная новизна работы представлена уравнениями движения частиц классифицируемого материала в поле центробежных и кориолисовых сил с учётом места подачи исходного материала на разбрасывающий диск; системой уравнений для определения относительной траектории частиц, скользящих без сопротивления по вращающемуся в горизонтальной плоскости диска, а также системой уравнений, описывающей относительное перемещение частиц в зоне сепарации цилиндрической формы с учётом силы аэродинамического сопротивления и силы тяжести; соотношением для расчёта граничного размера в зависимости от радиуса равновесной траектории и высоты зоны сепарации; результатами экспериментальных исследований в виде соотношения для определения коэффициентов местных сопротивлений (К.М.С.) классификатора и его конструктивных элементов, а так же конструктивных и технологических параметров.
Автор защищает:
- систему уравнений для определения относительной траектории частиц, скользящих без сопротивления по вращающемуся диску в горизонтальной плоскости диска, а также систему уравнений, описывающих относительное перемещение частиц в зоне сепарации цилиндрической формы с учетом силы аэродинамического сопротивления и силы тяжести;
- соотношения для расчета граничного размера в зависимости от радиуса равновесной траектории и высоты зоны сепарации;
- соотношения для определения коэффициентов местных сопротивлений (К.М.С.) классификатора и его конструктивных элементов, а также конструктивных и технологических параметров;
-уравнения регрессии для производительности и остатка на сите R008;
- инженерную методику расчета классификатора и процесса сепарации.
Практическая ценность. Разработана методика расчёта и соответствующее программное обеспечение определения основных технологических и конструктивных параметров процесса сепарации и рекомендации по выбору рациональных технологических режимов работы классификаторов центробежного типа для получения тонкодисперсных порошков с равномерным гранулометрическим составом, обеспечивающих эффективность разделения за счёт тангенциального ввода рабочего воздуха в зону сепарации с одинаковой скоростью и методом подачи исходного материала на разбрасывающий диск. Прикладные вопросы теории и экспериментов получили практическое применение при разработке конструкции классификатора центробежного типа, внедрение которого обеспечивает снижение удельного расхода электроэнергии при помоле клинкера на 9%.
Результаты проведенных исследований используются при чтении лекций, выполнении лабораторных работ по дисциплине проектирование машин и оборудования ПСМ, а также по дисциплине механическое оборудование и технологические комплексы для студентов дневной и заочной формы обучения по специальности 270101 Механическое оборудование предприятий ПСМ, изделий и конструкций.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены в межвузовском сборнике статей Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов Белгород 2003г, а также на научно - технических конференциях, проводимых в БГТУ им. В.Г.
Шухова: межвузовский сборник статей Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов 2004 г.; межвузовский сборник статей Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов 2005 г.; международная научнопрактическая конференция Современные технологии в промышленности строительных материалов и строй индустрии 2005 г.; V межрегиональная научно-техническая конференция с международным участием Механики XXI - веку Братск 2006г.; Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии:
Сборник докладов Международной научно-практической конференции - Белгород: БГТУ им. Шухова, 2007 г. Часть 7; Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов Межвузовский сборник статей, Белгород 2011;
Научно-теоретический журнал Вестник БГТУ им.В.Г. Шухова выпуск №1 2012 г.
Публикации. Основные положения, разработанные в диссертации, в полной мере отражены в 13 публикациях общим объемом 4,52 п.л., две из которых опубликованы в рецензируемых изданиях, определенных ВАК РФ.
Состав и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, содержащего основные результаты и выводы. Работа включает 135 страниц, в том числе 130 страниц машинописного текста, 16 таблиц, 35 рисунков, список литературы из 102 наименований и приложения.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение. Обоснована актуальность темы диссертационной работы, указана научная новизна, практическая ценность, изложены основные положения, выносимые на защиту.
Первая глава посвящена анализу современного состояния техники и технологии воздушной классификации порошковых материалов. Анализ исследований по определению эффективности сепарации проведенных В.П. Ромадиным, П.Г. Романковым, И.А. Яблонским, Н.Г. Тюренковым, Г.В. Ньютоным, В.Г. Ньютоным, П.В. Лященко, В.В. Клячкиным и Ю.И.
Никитиным не позволяют дать полную и объективную характеристику совершенства конструкции классификатора. Большинство применяемых методов основано на количественном сравнении совершенства процесса с идеальным разделением, при котором обеспечивается максимальное отличие во фракционных составах конечных продуктов. Ушаков С.Г., Зверев Н.И., Барский М.Д. показали, что работу сепаратора наиболее достоверно и полно можно характеризовать при помощи кривой парциальных выносов (К.П.В.).
Анализ работ фирм Полизиус(ФРГ), ФЛС(Дания), СКЕТ/САБ(ФРГ), Индустрианлаген (ФРГ), Фуллер(ФРГ), Сэисин(Япония), Gement Company(Япония), Sturtevant Jnc(США), Ивановского энергетического института (ИЭИ, Россия), ТКЗ-ВТИ (Россия) БГТУ им. В.Г. Шухова (Россия) позволил установить тенденцию к созданию супердинамических классификаторов для крупнотоннажного производства и небольших показателей этих машин - границы разделения(гр50мкм), эффективности классификации и коэффициента полезного действия (К.П.Д.), большого аэродинамического сопротивления (энергопотребления). При имеющейся большой гамме разнообразных конструкций классификаторов нет машин, которые были бы просты по своей конструкции, и не сложны в эксплуатации. В связи с вышесказанным, на наш взгляд, можно выделить наиболее перспективные направления усовершенствования классификаторов. Совершенствованием аэродинамики, второе с эффективностью сепарации в центробежном классификаторе. Исследования Бокштейна С.Я., Маргулиса М.Л., Ушакова С.Г., Зверева Н.И. и ряда других авторов позволили сформировать одно из направлений разделения порошковых материалов в центробежных классификаторах. Данное направление основано на разделении частиц материала в вихревом потоке под действием центробежных сил, сил тяжести, сил инерции и давления воздуха. Одним из способов интенсификации процессов разделения сыпучих материалов в классификаторах является создание пылевой завесы за счет вращающихся частей (ротора, лопасти вентилятора, отбойника), находящихся внутри корпуса классификатора. Анализ аэродинамики классификатора показал, что с увеличением производительности классификатора по исходному материалу и с образованием агломератов в тонкой фракции, а также налипанием, эффективность сепарации () снижается, также снижается и граница разделения (гр). Снижения коэффициента местного сопротивления классификатора можно добиться за счет геометрических размеров и расходов воздуха приточного и отводящего патрубков и рациональной конструкции ротора и его частоты вращения. Разрушение скоплений пыли и агломератов в потоке может быть достигнуто за счет ввода воздуха в зону сепарации.
Исходя из выше изложенного и поставленной цели, решению подлежат следующие задачи:
1. Разработать конструкцию классификатора центробежного типа с тангенциальным вводом рабочего энергоносителя его равномерной подачей в зону сепарации и рациональной подачей исходного материала на разбрасывающий диск.
2. Аналитически исследовать кинематику движения частиц материала в классификаторе.
3. Установить рациональные режимы работы классификатора с целью снижения аэродинамического сопротивления, увеличения эффективности разделения.
4. Установить методом планирования многофакторного эксперимента регрессионные зависимости производительности классификатора от входных конструктивно-технологических факторов, и провести экспериментальную проверку в лабораторных условиях разработанной методики расчета и теоретических моделей.
5. Разработать методику расчета конструктивно - технологических параметров классификатора центробежного типа с тангенциальным вводом рабочего энергоносителя и рациональной подачей исходного материала на разбрасывающий диск.
6. Апробировать конструкцию классификатора центробежного типа для классификации тонкодисперсных порошков.
На рис.1 представлена конструкция классификатора центробежного типа, работающего как в автономном режиме, так и в комплексе с помольными агрегатами.
Классификация частиц в классификаторе происходит под действием разнонаправленных сил: центробежных, отбрасывающих частицы к периферии, и аэродинамических сил, стремящихся перенести частицу к оси вращения.
Во второй главе представлены теоретические исследования динамики твердых частиц в классификаторе центробежного типа (рисунок 1).
Рис. 1. Принципиальная схема классификатора центробежного типа 1 - сепарационная камера цилиндрической формы, 2 - бункер сбора грубой фракции ротора, 3 - загрузочные воронки, 4 - патрубок для отвода тонкой фракции, 5 - улитка, 6- патрубок подачи рабочего энергоносителя, 7 - ротор, 8 - жалюзи.
С целью определения технологических характеристик разделения частиц в классификаторе было рассмотрено движение частиц различного диаметра на вращающемся диске и в зоне сепарации цилиндрической формы. В основу анализа было положено уравнение относительного движения частицы в поле центробежных, кориолисовых сил и сил сопротивления.
При рассмотрении движения частиц на диске (рис. 2) скорость вращения которого принимался постоянным e= 2n, где n - частота вращения диска, с-1. Сила сопротивления представлена как сумма сил сопротивления, трения скольжения частиц по диску и сил аэродинамического сопротивления воздуха в пограничном слое:
qfmp 6B (1) C f, f amp ., amp , 8 dэ чe e Rd B 24 .Re2.ln Центробежная сила:
где m-масса частицы, xr. Кориолисова Цх mxe, сила инерции определяется правилом Н.Е. Жуковского и ее составляющие имеют вид .
Kx 2mе х ; K 2mе х Уравнение динамики скользящей частицы под действие этих сил в безразмерном виде dx dx dx ; ; ( 2) x x(1 )2 fx d d d d x, (3) 2 (1 )2 f d x с неоднородными в общем случае начальными условиями x x0, 0, x 0, 0, при (4) допускают аналитическое решение в одном частном случае скольжения частиц без сил сопротивления при f = 0:
n, n0 10х0, o do n0, (5) 1 хdo oРис. 2. Кинематическая схема относительного скольжения частиц по вращающемуся диску откуда 1 1 n0 2 o 2. (6) o 0 n0 2 1 H0 o0 o2 o0 o dх Интегрируя это уравнение (имея ввиду, что ) найдем х d 2 n0 2 n0 , (7) х х0 в0 в0 в0 где для простоты записи принято 0o n.
H0 0 /10o0;
b0 0 nх Уравнение (5) с учетом (7) перепишем в виде следующего разрешимого в квадратурах дифференциального уравнения d n0H0 1, 1 d 1 H0 11 02 х0 H0 решение которого имеет вид:
х / х021 H0 1 H. (8) 0 arctg х / х0 21 H0 1 arctgH1 H0 1 0 Траектории, построенные в соответствии с этими соотношениями представляют собой спирали раскручивающихся под действием кориолисовых сил в сторону противоположную направлению вращения диска. Длина этих спиралей в существенной степени зависит от положения начальной точки траектории х0 (расстояния от оси вращения до точки загрузки частицы на диск). Чем ближе точка загрузки к оси вращения, тем длиннее траектория частиц, тем больше угол сброса частиц с диска k (1).
Что касается скорости скользящих без трения частиц, то она имеет асимптотический характер: как радиальная, так и угловая скорости достаточно быстро принимают предельное значение. Поэтому систему уравнений (1,2) можно представить в виде системы линейных уравнений второго порядка, решение которых имеет вид:
1 1 ; x x' C1a1ea C2a2ea ;
x C1ea C2ea 1 e ;
0 (0 ) ;
(0 )a где для удобства записи принято ; 2ax (1 f )1;
f 2ax 2ax C1 0 a2 x ; C2 0 a1x ;
a1 a2 a1 a f f a1 ( 1 1); a2 ( 1 1);
2 2 b;
a1 a2 f 1 ;
f Используя полученные решения, найдена зависимость параметров и a1 от коэффициента силы сопротивления f f 4 ;.
ao 1 b 1 b 1 1 2 2 f 8 f и определить конечную величину скорости скольжения частиц (при x =1) x x1 1 ax; x1 1 1 b ;
ax (1 b )2 ;
xСопоставление этих величин со значениями полученных численным интегрированием исходной системы (2,3), показали удовлетворительные результаты. Как видно из графиков рис. 3 траектория скольжения частиц заметно изменяется от коэффициента сопротивления f.
2,0 2,4 k 2,1,8 3,2 1,3,4,0 1,1,1,f>0,f=0,5 O f=0,f=0,0,Рис.3. Изменение траектории скользящих по диску частиц в зависимости от коэффициента сопротивления.
Для случая скольжения частиц без сопротивления (f 0), траектория наиболее протяженная, а угол схода (угол между радиусом диска и вектором относительной скорости при сходе частиц с диска) k практически равен, для случая f , имеем 0. Коэффициент / 2 сопротивления зависит от диаметра частиц, в силу (1):
f = fт + fa;
s fmpq p dэ где ; ; ;
fa p fm dэ 2 dэ Rd e Rd .
S K dy ?a Таким образом, уже при загрузке полидисперсного порошка диском происходит разделение частиц по крупности. Этому способствуют силы Кориолиса и силы сопротивления движения частиц при их скольжении по вращающемуся диску.
Сброшенные с диска частицы поступают в зону вихрестока образованного путем тангенциальной подачи воздуха через цилиндрическую решетку из пластин, установленную под углом к касательной окружности радиусом. Уравнение динамики частиц в Rp этом вихрестоке под действием сил тяжести и сил аэродинамического сопротивления имеют вид:
dx dz d ; ; ; (9) z x d d d do 2 aq ; (10) x K ( ) x d d ar ; (11) 2 / x k( ) x d odz. (12) F K(az z ) z d где x z x x / Rd ; z z / Rd ; x /eRd ; z /eRd ;
2 aq q / 2Rde; ar aq / tg; az 2aq / Rp ; Rp Rp / Rd ;
- радиус решетки пластины, м; e - угловая скорость вращения диска, Rp рад/с;.
K 18 / чdэe; F q /[Rda] При этом начальные условия определяются условиями схода частиц с вращающегося диска. При малых массовых силах (для тонкодисперсных частиц), когда d dx и, 0 d d решение уравнений (10) и (11) имеют вид:
(13) ar Ear x .
x ;
o o o E 2 o aq o x o Сопоставление расчетов по этим формулам с результатом численного интегрирования системы точных уравнений (9) - (12), показало удовлетворительные совпадения.
Уравнение (12), описывающее перемещение частицы в вертикальной плоскости является независимой и сводится к неоднородному линейному уравнению второго порядка:
, z К z Каz z F решение которого примет вид:
С1 - К С2 - К F , (14) z exp exp Каz 2 Каz 2 Каz где F К F К 1 ; С2 F 1 К F К , К 2 4Каz.
С1 2 2 2 Скорость падения частицы определяется уравнением dz F - К - К . (15) z exp - exp 2 d В результате численного интегрирования системы дифференциальных уравнений (9) - (12), были найдены траектории частиц в цилиндрическом канале при воздушном течении винтообразного типа. Как показали численные эксперименты, траектория имеет явно выраженную форму раскручивающейся спирали. В своей завершающей стадии она имеет асимптотический характер. Наглядно это можно увидеть на графиках радиального перемещения частиц (рис. 4 и 5, пунктиром показано возможное перемещение частиц при условии, если характеристика вихрестока сохраняется и за пределами рассматриваемого цилиндрического канала, т.е. при x < 1 и при x > 1,5). Как видно из графиков для крупных частиц (dэ 40 мкм), обладающих заметной инерционностью, начальное перемещение определяется начальным импульсом на заметной высоте падения.
Для мелких частиц (dэ 20 мкм) начальный импульс проявляется лишь в самом начале падения. Сила аэродинамического сопротивления велика и стабилизация радиального перемещения наступает значительно раньше. Во всех случаях радиальное перемещение практически прекращается на заключительном участке падения частиц, когда стабилизируется радиальная и тангенциальная скорости (первая становится почти равной нулю и вторая стремятся к пределу (рис. 6).
При равенстве центробежной силы и аэродинамического сопротивления в силу (10) аq, (16) х К( ) х х ускорение радиального перемещение частицы становится равной нулю.
При этом возможно установление режима, когда = 0, и частица х совершает лишь вращение в равновесной цилиндрической поверхности радиусом, х х р и медленное падение со скоростью z, определяемой по формуле (14).
Радиус равновесной цилиндрической поверхности с учетом (13) и (16) определяется очевидным равенством:
, (17) ar aq o? / tg Eaq E или в размерном виде:
, (18) Q dy o? I tg откуда (19) o? 6tg dy .
Q I Таким образом, радиус равновесной цилиндрической поверхности зависит от крупности частиц, расхода воздуха и угла установки пластин решетки (рис. 5 и 6).
Рис. 4. Радиальное перемещение падающей частицы dэ = 40 мкм в зависимости от расхода воздуха (при = 150) Рис. 5. Радиальное перемещение падающей частицы dэ = 20 мкм в зависимости от расхода воздуха (при = 150) Рис. 6. Изменение радиальной и тангенциальной скорости по высоте падения частицы dэ = 30 мкм (при K = 1,726; аq = 0,1366; = 150).
В третьей главе представлена методика проведения экспериментальных исследований и описание экспериментального оборудования.
В связи с тем, что исследования классификатора проводились в два этапа, был разработан план проведения экспериментов классификатора с целью определения его аэродинамической характеристики, и для определения эффективности процесса сепарации. В качестве плана для второго этапа экспериментов был выбран центральный композиционный ратотабельный план полного факторного эксперимента ПФЭ ЦКРП 24. В качестве функции отклика на воздействие факторов определяющих характер протекания процесса, выбраны: часовая производительность классификатора (Q); остаток на cите (R008), получаемых порошков, отвечающие ряду требований, предъявляемых к параметрам функции отклика: универсальность, возможность выражения одним членом и представления в количественном виде.
В качестве исследуемых факторов при проведении экспериментов по разделению сырьевой муки в классификаторе центробежного типа были приняты: частота вращения ротора классификатора (n); место (радиус r) подачи исходного материала на диск ротора; расход воздуха классификатора (Q) и угол установки жалюзей ().
В четвертой главе рассмотрены экспериментальные исследования классификатора согласно плану экспериментальных исследований.
Исследования аэродинамических характеристик включали в себя два этапа. На первом этапе рассматривали вентилирующую способность классификатора. Установлено, что замеренные величины очень малы и не дают полной картины о работе классификатора как вентилятора. Поэтому, для определения рациональной работы классификатора с точки зрения аэродинамики, исследовали работу классификатора на изменение коэффициента аэродинамического сопротивления.
Варьируемыми параметрами брали частоту вращения ротора с пределами варьирования 200 мин-1 - 800 мин-1, шаг 200 мин-1 и расходы воздуха приточного и отводящего трубопроводов.
Замеры на участках движения воздуха проводились по стандартной методике.
После обработки экспериментальных значений получили окончательный вид формулы для определения коэффициента местного сопротивления классификатора:
= -2,08333(n. 10-3)2+6,88333(n. 10-3)+3,8 (20) Своего максимального значения достигает при отношении сеп Q2/Q1=1 при частотах вращения ротора 200мин-1, 400мин-1, 600мин-1, 800мин-1. Так на (рис. 7) показан график изменения усредненного коэффициента местного сопротивления классификатора () от отношения расхода воздуха (а) в воздуховодах при n=200 мин-1.
Как было указано в главе 3, для второго этапа экспериментов был выбран центральный композиционный план полного факторного эксперимента ПФЭ ЦКРП 24.
Его реализация позволила получить уравнения регрессии, описывающие процесс сепарации в натуральных величинах:
для производительности:
G 19,649 0,004528n 8,971105 Q 0,00722 6,028 r (21) для остатка на сите R008:
R008 2,566 0,016n 5,712104 Q 0,039 28,893 r (22) Одновременное изучение двух полученных уравнений, учитывая количество независимых входных факторов, представляет собой довольно сложную математическую задачу. Поэтому, прежде чем перейти к ней Рис.7 График изменения усредненного коэффициента местного сопротивления классификатора () от отношения расхода воздуха (а) в воздуховодах при n=200 мин-1.
и с целью выяснения физического содержания характера влияния интересующих нас параметров - частоты вращения ротора n, место (радиус) подачи исходного материала на диск ротора; расход воздуха классификатора (Q) и угол установки жалюзей (), нами были рассмотрены парные воздействия варьируемых факторов на выходные величины: производительность G, остатка на сите R008, которые дали следующие результаты:
-при увеличении частоты вращения ротора n от 100мин-1 до 500минЦ1 и значениях расходов воздуха классификатора (Q=100000 м3/ч, Q=900м3/ч, Q=80000 м3/ч, Q=70000 м3/ч, Q=60000 м3/ч), угла установки жалюзей =5град., радиуса подачи исходного материала r=0,1м, происходит снижение производительности и остатка на сите. Так при Q=100000 м3/ч производительность классификатора снижается с 27,5 т/ч до 25,8 т/ч, остаток на сите снижается с 55% до 49%. Аналогичная закономерность наблюдается при всех значениях радиуса подачи материала на диск ротора (r=0,2м; 0,3м; 0,4м; 0,5м). Так при Q=100000 м3/ч, r=0,5 м, =градусов снижение производительности происходит с 25,1т /ч до 23,3 т/ч, а остаток на сите R008 с 48,5% до 37,5%. Изменение угла установки жалюзей от 5 до 25 градусов, так же указывают, что снижение производительности и остатка на сите происходит при увеличении частоты вращения ротора при всех значениях расхода воздуха и радиуса подачи исходного материала. Так при увеличении n от 100 мин-1 до 5мин-1 =25; Q=100000 м3/ч; r=0,1м производительность снижается с 24,т/ч до 23,15 т/ч, R008 с 54% до 48%. Все графики носят прямолинейный характер.
Анализ графиков зависимости G, R008 от n, , Q, r, позволил установить рациональный режим работы классификатора удовлетворяющих качеству готового продукта (остатка на сите R008 до 18%), наименьшему энергопотреблению и удовлетворительному значению производительности. Так при Q=55900 м3/ч, r=0,3 м, =15 градусов, n= 59мин-1 остаток на сите составил R008=15,3%, производительность G=22,т/ч.
Определив физическое содержание характера влияния (n, Q, r, ) на выходные величины: производительность G и остаток на сите R008, наиболее полно работу классификатора характеризует весовое распределение частиц по их размеру и процентному соотношению. Для исследования отбирали пробы сырьевой смеси исходного, тонкого продуктов и крупки. Дисперсный анализ отобранных проб проводили с помощью лазерного анализатора частиц Micro Sizer 201. В таблицах 1, 3, представлены соответствия размеров частиц (D, мкм), заданным значениям весовой доли и таблицах 2, 4, 6 весовые доли частиц (Р, %), соответствующие заданным значениям размеров частиц при n=59 мин-1, Q= 55900м3/ч, r=0,3 м, =15 град, G=22,5 т/ч.
Соответствие размеров частиц (D, мкм) заданным значениям весовой доли Таблица 1.
1,23 2,18 3,95 9,81 39,2 83,0 105 134 182 6Р, % 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1Весовая доля частиц (Р, %), соответствующая заданным значениям размеров частиц Таблица 2.
32,3 40,3 44,9 49,9 58,6 67,7 84,2 92,2 99,4 1D, (мкм) 5 10 20 50 80 100 150 200 400 6Соответствие размеров частиц (D, мкм) заданным значениям весовой доли Таблица 3.
1,40 2,98 7,55 36,1 83,4 102 123 151 200 6Р, % 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1Весовая доля частиц (Р, %), соответствующая заданным значениям размеров частиц Таблица 4.
25,9 32,3 36 39,9 48,2 59,1 79,7 90 99,3 1D, (мкм) 5 10 20 50 80 100 150 200 400 6Соответствие размеров частиц (D, мкм) заданным значениям весовой доли Таблица 5.
1,02 1,58 2,52 3,83 7,40 18,2 42,0 66,1 103 6Р, % 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1Весовая доля частиц (Р, %), соответствующая заданным значениям размеров частиц Таблица 6.
43,7 54 61 73,4 84,7 89,5 95,6 98 99,8 1D, (мкм) 5 10 20 50 80 100 150 200 400 6В таблицах приводятся значения весовых долей, содержащихся в интервалах размеров меньше указанного диаметра.
Из таблиц 1, 3, 5 и 2, 4, 6 видно, что частичек прошедших сквозь сито размером 80мкм, составляет для исходного продукта 58,6%, грубого 48,2% и тонкого 84,7%. Остаток на сите (R008) составляет для исходного материала 41,4% для грубого 51,8%, для тонкого 15,3%. Дисперсность готового продукта (остаток на сите (R008)) соответствует требованиям ГОСТ 10178-85, предъявляемым к сырьевой смеси карбонатной породы в производстве цемента по сухому способу.
Применение данного классификатора позволило снизить удельный расход электроэнергии на 9 % при помоле клинкера. Расчетный экономический эффект от внедрения составил 600000 рублей в год.
Основные результаты и выводы 1. На основании анализа современного состояния техники и технологии воздушной классификации тонкодисперсных порошков установлено, что одним из прогрессивных способов получения порошков с равномерным гранулометрическим составом является способ воздействия на частицу разнонаправленными силами.
2. Установлены закономерности движения частиц на вращающемся диске центробежного классификатора от центробежной и кориолисовой силы, силы сопротивления и ускорения относительного движения. Определено место подачи исходного материала на разбрасывающий диск.
3. Получены соотношения скорости схода частиц с диска, и показано движение частиц различного диаметра в зоне сепарации цилиндрической формы в зависимости от силы тяжести, аэродинамической силы, неоднородности физико-механических параметров частиц, пульсации скорости вращения диска, расхода порошка, а также перемещение падающих частиц различной крупности в зависимости от расхода воздуха.
Получено соотношение граничного размера порошка в зависимости от радиуса равновесной траектории и высоты зоны сепарации.
6. Экспериментально установлены оптимальные конструктивнотехнологические параметры классификатора:
- снижение коэффициента местного (К.М.С.) сопротивления классификатора происходит при условии Q2/Q1>1 и Q2/Q1<1, когда классификация порошков будет затруднена. Для проведения опытов с материалов остается единственное условие при Q2/Q1=1.
- Рациональный режим работы классификатора при удовлетворении требованиям ГОСТ 10178-85 (R008 не более 18,0%) для сырьевой смеси составляет при n=59 мин-1, Q= 55900м3/ч, r=0,3 м, =15 град, G=22,5 т/ч, R008= 15,3%.
7. Разработана инженерная методика расчета классификатора, а также процесса классификации.
8. Осуществлено внедрение результатов научных исследований на ОАО Верхнебаканский цементный завод для классификации сырьевой смеси карбонатной породы производства цемента по сухому способу.
Полученный порошок смеси соответствует ГОСТ 10178-85. Применение данного классификатора позволило повысить эффективность разделения на 10% и снизить удельный расход электроэнергии на 9%. Расчетный Экономический эффект от внедрения составил 600000 рублей в год.
По материалам диссертации опубликованы следующие работы:
1. Жидков В.В. К определению частоты вращения ротора сепаратора. // Дмитриенко В.Г., Булгаков С.Б., Сердюк В.В., / Межвузовский сборник статей - Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г.
Шухова, 2003г. - 81-83 с.
2. Жидков В.В. Состояние и совершенствование конструкции сепараторов для получения порошков с заданным гранулометрическим составом. // Дмитриенко В.Г., Булгаков С.Б., Сердюк В.В./ Межвузовский сборник статей - Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2003г. - 84-87 с.
3. Жидков В.В. К вопросу определения эффективности классификации частиц в сепараторе // Дмитриенко В.Г., Куприн А.В./ Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов.
Межвузовский сборник статей. Белгород, БГТУ им. В.Г. Шухова, 2004. - С. 71-4. Жидков В.В. К определению динамики частиц порошка в сепараторе центробежного типа // Дмитриенко В.Г., Богданов В.С., Логачев И.Н., Мелихов С.В., / Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов. Межвузовский сборник статей.
Белгород: изд. БГТУ им. В.Г. Шухова, 2005. - С. 6 - 7.
5. Жидков В.В. Особенности движения воздуха в центробежном сепараторе // Дмитриенко В.Г., Богданов В.С., Логачев И.Н., Мелихов С.В. / Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. Белгород: изд.
БГТУ им. В.Г. Шухова, 2005. - С. 141 - 144.
6. Жидков В.В. Аналитическое решение уравнения динамики пылевых частиц в центробежном сепараторе // Дмитриенко В.Г., Логачев И.Н., Мелихов С.В./ Механики XXI - век. Сборник докладов Братск 2006. - С. 6 - 7. Жидков В.В. Рецикл пылевых частиц в центробежном сепараторе // Дмитриенко В.Г., Логачев И.Н., Мелихов С.В. / Механики XXI - век. Сборник докладов Братск 2006. С. 12 - 16.
8. Жидков В.В. Модельные представления об условиях движения частиц на границе зоны при центробежной классификации // Дмитриенко В.Г., Богданов В.С., Дмитриенко А.Г. / Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии. Сборник докладов, часть 7. Белгород 2007 - С.
13 - 17.
9. Жидков В.В. Теоретические основы стохастического моделирования аэродинамической классификации // Дмитриенко В.Г., Богданов В.С., Дмитриенко А.Г. / Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии. Сборник докладов, часть 7. Белгород 2007 - С.
18 - 20.
10. Жидков В.В. Планирование эксперимента по исследованию центробежного сепаратора с тангенциальным подводом энергоносителя // Дмитриенко В.Г., Дмитриенко А.Г., Бондаренко И.Р. / Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии. Сборник докладов, часть 7. Белгород 2007 - С. 67 - 69.
11. Жидков В.В. Планирование экспериментальных исследований сепаратора центробежного типа / Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов. Межвузовский сборник статей.
Белгород: изд. БГТУ им. В.Г. Шухова, 2011. - С. 114 - 115.
12. Жидков В.В. Закономерности движения частиц порошка в зоне сепарации цилиндрической формы классификатора центробежного типа // Дмитриенко В.Г., Богданов В.С., Логачев И.Н., Семикопенко И.А. / Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова.
Белгород: изд. БГТУ им. В.Г. Шухова, 2012. - С. 60 - 13. Жидков В.В. Закономерности сегрегации частиц на вращающемся диске классификатора центробежного типа // Дмитриенко В.Г., Богданов В.С., Логачев И.Н. / Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова.
Белгород: изд. БГТУ им. В.Г. Шухова, 2012. - С. 73 - Система основных буквенных обозначений a - вектор ускорения относительного движения; ax, a - его составляющие; aтр - ускорение механических сил трения частиц о диск;
B - коэффициент, характеризующий аэродинамическое сопротивление частицы при линейном законе Стокса; b - константа; - безразмерная С комплексная сила сопротивления; dэ - эквивалентный диаметр частицы, м; f - комплексный коэффициент трения; fтр - коэффициент трения; g - ускорение силы тяжести, м/с ; Н - высота цилиндрического канала (зоны сепарации), м; К - Кориолисова сила инерции; K - численный коэффициент; m - масса частицы, кг; P - давление; Rd - радиус диска, м;
S - площадь живого сечения потока частиц, м2; - безразмерное время;
- вектор скорости перемещения частицы по диску, м/с; | | - абсолютная величина вектора безразмерной скорости перемещения частицы;, - радиальная безразмерная скорость и тангенциальная;
х х - радиальная скорость и - тангенциальная скорость; е - угловая скорость вращения диска (рад/с); x, - тангенциальная и радиальная координаты; - угол схода, рад; - условная толщина пограничного слоя, м; - угловая скорость, с-1; ? - динамическая вязкость воздуха, Пас;
- коэффициент гидравлического сопротивления; - плотность воздуха, кг/м3; ч - плотность частиц порошка, кг/м3; Цбезразмерное время;
Подписано в печать 17.04.2012г. Формат 60х84/Усл. печ. л. 1,8 Тираж 100 экз. Заказ №___ _____________________________________________________________ Отпечатано в ФГБОУ ВПО Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова 308012, г. Белгород, ул. Костюкова,
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям