Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
Суханов Алексей Сергеевич
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ В МЕЛЬНИЦЕ ЦЕНТРОБЕЖНО-УДАРНОГО ТИПА
05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Ярославль - 2012
Работа выполнена на кафедре Теоретическая механика Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Ярославский государственный технический университет и ОАО АБЗ-4 Капотня г. Москва.
Научный консультант: доктор технических наук, доцент Лупанов Андрей Павлович, генеральный директор ОАО АБЗ-4 Капотня г. Москва Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор Бобков Сергей Петрович, ФГБОУВПО Ивановский государственный химикотехнологический университет доктор технических наук, профессор Гончаров Григорий Михайлович ФГБОУВПО Ярославский государст-венный технический университет
Ведущая организация: ОАО ТИИР, г. Ярославль
Защита диссертации состоится л 26 апреля 2012 г. в 14 часов на заседании Диссертационного совета Д 212.308.01 при ФГБОУВПО Ярославский государственный технический университет по адресу: 150023, г. Ярославль, Московский пр. 88, ауд. Г-2
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Ярославского государственного технического университета, по адресу: 150023, г.Ярославль, Московский проспект, 88.
Автореферат разослан л25 марта 2012г.
Ученый секретарь диссертационного совета, А.А. Ильин Введение Измельчение материалов - наиболее распространенный процесс многих отраслей промышленности, химической - в том числе. Это объясняется тем, что спрос на тонкодисперсные материалы неуклонно растет. В то же время процессы измельчения материалов остаются, пожалуй, наименее изученными технологическими процессами ввиду сложности физических процессов разрушения частиц.
Измельчение твердых материалов нашло применение и в производстве минерального порошка для асфальтобетонных смесей, который получают путем помола щебня карбонатных пород, а также различных добавок (например гранулята старого асфальтобетона). Минеральный порошок один из наиболее дорогостоящих компонентов, составляющий 10 % от стоимости асфальтобетонной смеси. Размер частиц порошка колеблется в пределах от 0,05 до 1,25 мм. В различных отраслях промышленности используется большое разнообразие мельниц, выбор которых определяется, в первую очередь, физико-механическими свойствами подлежащих измельчению материалов и требованиями к конечному фракционному составу.
Наибольшее распространение, в частности, в производстве асфальтобетонов, применительно к измельчению щебня и асфальтового гранулята получили мельницы центробежно-ударного действия.
Однако, при измельчении асфальтового гранулята в центробежноударных устройствах, особенно на стадии тонкого измельчения, происходит быстрый износ деталей оборудования. Наибольшему износу подвержены лопасти вращающегося ускорителя и отбойные элементы. При этом было установлено, что разрушаются лишь некоторые участки рабочих органов измельчителя. Одним из возможных путей повышения надежности деталей измельчительного оборудования в мельницах этого типа является организация одинаковых условий движения и взаимодействия всех частиц материалов с поверхностями рабочих органов ускорителей и отбойных элементов. В этом случае износ поверхностей деталей рабочих органов будет осуществляться равномерно и с пониженной интенсивностью. Такие условия движения и взаимодействия материала с элементами измельчителя могут быть достигнуты при выполнении лопастей вращающегося ускорительного устройства наклонными или криволинейной формы.
В виду малой изученности процессов движения материала по таким лопастям, отсутствия методов расчета образования и движения дисперсных потоков за ускорителем, их ударного взаимодействия с отбойными элементами, необходимы теоретические и экспериментальные исследования данных процессов. Это позволит выдать рекомендации по конструктивной модернизации аппаратов данного типа и созданию методов расчета.
Цель работыЦтеоретико-экспериментальные исследования движения и ударного взаимодействия материалов в мельнице центробежно-ударного типа и на основании этого обоснование конструктивной модернизации ускорителя за счет введения криволинейных лопастей для повышения эффективности помола и срока службы узлов.
Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:
-создание математического описания процесса движения материала по поверхностям криволинейных лопастей ускорителя центробежно-ударного измельчителя;
- выявление зависимостей скоростей потока, угла наклона лопасти к плоскости горизонтального диска, толщины слоя от режимных, конструктивных параметров, физических свойств материала;
-теоретическое обоснование возможности получения равномерной по высоте отбойного элемента подачи материалов;
-разработка математических описаний движения разреженных потоков до и после удара с отбойными элементами с целью получения данных по распределению частиц в потоках по углу рассеивания и размерам;
-проведение серии сравнительных исследований основных положений математической модели ударного взаимодействия материалов с отбойными элементами с данными работы промышленных и лабораторных мельниц;
-создание на основе теоретических и экспериментальных исследований методики инженерного расчета модернизированных устройств с криволинейными лопастями для измельчения твердых материалов.
Научная новизна работы - на основе механики гетерогенных сред построено математическое описание движения материалов по поверхностям криволинейных лопастей вускорителе центробежно-ударного измельчителя. Получены аналитические зависимости для угла наклона лопасти к плоскости горизонтального диска, скоростей движения материалов и толщины слоя при сходе с лопасти;
- дано теоретическое обоснование возможности получения практически постоянной толщины слоя по ширине лопасти при срыве с нее материала;
- с использованием вероятностного подхода созданы математические описания движения и ударного измельчения твердых, в том числе неоднородных частиц. Получены дифференциальные функции распределения числа частиц по угловой координате для набегающего потока и по диаметрам - для отраженного;
- на основе теоретико-экспериментальных исследований создана методика инженерного расчета режимных и конструктивных параметров модернизированного измельчителя материалов.
На защиту выносятся следующие положения:
- математическое описание движения частиц по криволинейным лопастям в новом ускорителе центробежно-ударного измельчителя в условиях равномерного потока материала по ширине лопасти на выходе из рабочей камеры;
- математическое описание процесса движения материалов в потоке за ускорителем и при ударном взаимодействии с отбойными элементами;
- основные результаты опытных и теоретических исследований процессов движения материалов и измельчения в лабораторных и промышленных условиях;
-конструкция модернизированного измельчителя и метод расчета конструктивных и режимных параметров.
Практическая ценность работы:
- использование на основе теоретико-экспериментальных исследований новой конструкции ускорителя позволяет снизить интенсивность износа лопастей и отбойных элементов мельниц центробежно-ударного типа, что повышает их срок службы и увеличивает межремонтный период;
-внедрение созданной в работе модернизированной конструкции узла ускоритель-отбойник способствует повышению эффективности работы мельницы;
- методика инженерного расчета конструктивных и режимных параметров центробежно-ударного аппарата будет востребована при разработке оборудования для измельчения материалов различной природы на предприятиях химической и других отраслей промышленности.
Достоверность полученных результатов. Достоверность научных положений и выводов диссертации базируется на комплексном применении современных физико-механических и математических методов анализа, результатов промышленных испытаний, удовлетворительным совпадением теоретических и экспериментальных данных.
ичный вклад автора.
Диссертантом разработаны математические модели. Выполнен весь объем опытных исследований, проведены необходимые расчеты, обработаны и проанализированы результаты, сформулированы выводы по каждому разделу работы.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Международной научной конференции Теоретические основы энергосберегающих процессов, оборудования и экологически безопасных производств г. Иваново и на Всероссийском дорожном конгрессе, г.
Москва.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы (115 наименований) и приложений. Работа содержит 1страницу основного текста.
Методы исследования. Экспериментальные исследования производились в лабораторных условиях и на опытно-промышленной установке. Математическое моделирование осуществлялось с помощью уравнений механики, вероятностных и статистических методов. Расчеты, обработку результатов эксперимента и численное и аналитическое решение уравнений производили на ЭВМ.
Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 11 печатных работ, из них 8 - в изданиях, предусмотренных перечнем ВАК.
Краткое содержание работы Во введении обоснована актуальность, приведены данные о структуре работы, сформулированы основные цели и задачи исследования.
В первой главе рассматриваются основные типы и конструкции существующих измельчителей центробежно-ударного действия. Выполнен анализ современных методов моделирования процессов движения дисперсных материалов в центробежных устройствах, разреженных потоках и при ударе. Приведена и обоснована постановка задач исследований.
Показано, что неравномерный износ отбойников и лопастей связан с конструктивными особенностями существующих устройств.
Вторая глава посвящена математическому моделированию процессов движения материалов в процессе измельчения в новом устройстве с криволинейными лопастями. В начале главы приводится анализ разрушения рабочих органов центробежно-ударной мельницы при измельчении неоднородных материалов. На рис. 1 и 2 представлены фотографии изношенных отбойных элементов и ускорителя мельницы Титан.
Рис.1.Изношенные отбойные элементы Рис. 2. Изношенные лопасти и диски ускорителя Для снижения интенсивности износа элементов измельчителя были проведены предварительные опытные исследования, на основе которых разработана конструкция ускорителя с наклонными и криволинейными лопастями (рис.3).
Рис. 3.
Схема конструкции центробежно-ударного измельчителя:
1-устройство загрузки, 2-устройство выгрузки, 3-корпус, 4-ускоритель, 5-лопасти, 6-привод, 7-отбойные элементы, 8-подъемный механизм, 9-направляющие лопасти, 10-классификатор При работе центробежно-ударного измельчителя подвергаемый измельчению материал подается из устройства загрузки во вращающийся ускоритель. Частицы захватываются лопастями, под действием центробежных сил движутся от его центра к периферии и разбрасываются.
Разреженный поток твердых частиц ударяется об отбойные элементы, равномерно расположенные по периметру внутренней поверхности корпуса.
При ударном взаимодействии с отбойными элементами происходит их разрушение с образованием полидисперсного потока. Для извлечения частиц измельченного материала требуемого размера мельница снабжена воздушным классификатором.
Предварительно проведенными опытами работы ускорителя с наклонными и криволинейными лопастями установлено, что криволинейные лопасти имеют ряд существенных преимуществ перед наклонными. Наличие вертикальной составляющей скорости материала при движении по наклонным лопастям обеспечивает прижатие материала к верхнему диску, при сходе с которого соударение потока частиц с поверхностью отбойника будет происходить под углами, отличающимися от наиболее эффективных с точки зрения измельчения.
С целью повышения степени однородности потока по всей поверхности лопасти в ее периферийной зоне, увеличения его ширины была разработана конструкция криволинейной лопасти с переменным углом наклона.
Далее приводится теоретическое исследование механизма поведения дисперсной среды в рабочей камере центробежного измельчителя в зоне криволинейных лопастей.
С позиций методов механики сплошных сред дано описание движения дисперсного материала в рабочем объеме указанного устройства, что позволяет рассчитать: скорость срыва материала с криволинейной лопасти;
угол ее наклона, необходимый для реализации условия равномерности потока материала по высоте лопасти; толщину слоя материала при выходе из рабочей камеры.
Использована цилиндрическая система координат с началом в центре диска основания ускорителя (рис. 4). Оценка указанных искомых величин проводится в зависимости от конструктивных и режимных параметров устройства, которыми являются r0, R0 - радиусы, соответственно, загрузочного отверстия и дисков основания и крышки; h- высота лопасти при срыве материала с ее поверхности (расстояние между дисками);N0 - число лопастей; - угловая скорость их вращения.Т.к. насыпная плотность дисперсного материала значительно превышает плотность газообразной фазы (индекс л1) ограничимся рассмотрением механики поведения только дисперсной составляющей (индекс л2) дисперсной среды с учетом среднего размера частиц. В силу инерционных эффектов дисперсный материал испытывает значительное прижатие к одной из криволинейных лопастей.Поэтому порозность 2 можно считать постоянной величиной, а относительную скорость движения фаз v12 - равной начальной скорости материала v0.Практически отсутствуют изменения окружной скорости твердого скелета v2 в угловом направлении.
Рис. 4. Расчетная схема для движения дисперсного материала вдоль криволинейной лопасти Осреднение напряжений твердого скелета выполняется с учетом хаотического поступательного движения частиц и наличия параметра псевдовязкости . Составим p уравнения движения материала в рабочей ячейке центробежного устройства в проекции на радиальное и окружное направления с учетом инерционных эффектов в виде:
/ = - - - 2, (1) 0 = + 2. (2) Коэффициент учитывает вид составляющих эффективного тензора напряжений. Условием равномерного истечения материала с поверхности лопасти может служить следующее:
( / + / )| ; = 0. (3) Система уравнений (1)-(3) при = (1 - 4 ) позволяет рассчитать (, 0) - радиальную скорость срыва дисперсной фазы для сыпучей среды с криволинейной лопатки центробежного устройства:
( (, 0) = 16 + 4 + + 8 + / ] 16 +4 ) + ( + 8 ). (4) Для оценки угла наклона лопасти применим закон сухого трения =, справедливый при движении дисперсного материала по поверхности лопасти M0M1N0 (рис. 4). Составляющие тензора напряжений твердого скелета - касательная s и нормальная - Ps на указанной границе вычисляются с учетом псевдовязкости потока и коэффициента восстановления для удара частиц среды о лопатку. Тогда при введении | | параметра = получено выражение:
{ ( )( ) ( ) ] / = arctg [9 + - + 2.(5) Функция (r ) для угла наклона лопасти в зависимости от M0N0 M0Nрадиальной координаты rM N0 ее точки закрепления на диске радиусом Rопределяется согласно уравнению прямой M1N0 (рис. 4) в полярных координатах и выражению (5) при координатах точки D [( ) ( ) ] D h(R0 rD )[rD (R0 r0) tg и = 3 + 2 + ctg в 1 1 форме (r ) arctg h (R r ) (R r ) (r 2R )tg M N0 M N0 0 0 0 M0N0 0 0 D1 0 0 .
Оценка толщины слоя LNW N0W0 (рис. 4) согласно формуле:
1/LNW R0 2(1 cosW ) (6) связана с расчетом угловой координаты точки W0 свободной поверхности на 2 ободе диска из уравнения линий тока dru () / d 1(v2ru v2u )1/2 для области G1M1N0W0, где,, - радиальная и окружная составляющие скорости дисперсной фазы материала в указанной зоне (рис. 4).
Графики соответствующих зависимостей: конструктивного параметра ( ) = (,,, ) из (5);скорости срыва сыпучего материала, 0 = (,,, ) из (4); толщины слоя L f (,r, R,h) из (6) представлены NW 3 0 на рис. 5-6 и получены согласно следующим входным данным при движении щебняв процессе производства минерального порошка. Режимные параметры установки: = (1,2 10 - 1,3 10 ) об/мин; = 8,3 10 кг/с; = 1,484 рад; конструктивные: = 4; = 4,0 10 м; = (4,0 10 - 4,5 ( ) 10 ) м; = 4,8 - 5,5 10 м. Физико-механические характеристики для материала: = 2,0 10 кг/м ; = 0,95; = 3,5 10 м; = 2,0 10 ;
= 2,5 10 ; = 4,5 10.
а) б) Рис. 5. Результаты моделирования угла наклона лопасти f2(, r0, R0, h) при движении частиц щебня :
h 4,0102 м; 1 - n1 1, 2103 об/мин; 2 - n2 1, 25103 об/мин; 3 - n3 1,30 103 об/мин;
а) (r0,) ; R0 5,0101 м, б) (R0,) ; r0 5,0102 м Рис. 6. Сопоставление результатов теории и опытных данных для LNW f3(, r0, R0, h) щебня :
h 4,0102 м; r0 5,0102 м; 1 - R0 4,5101 м;
2 - R0 5,0101 м; 3 - R0 5,5101 м;
кривые - расчет; точки - эксперимент.
Ввиду большого числа случайных факторов при математическом описании используется вероятностный подход. Распределение Рис. 7. Расчетная схема процесса образования разреженного числа частиц дисперсного потока потока dN1 в элементе фазового объема d1 dvx1dvy1dD1 экспоненциально убывает в зависимости от энергии частицы Е1:
dN1 A1 exp(E1 / E01)dГ1. (7) Здесь энергия Е1состоит из кинетической энергии и энергии, вызванной расширением потока за счет взаимодействия частиц с воздухом E1 mv2 / 2 I 2 / 2 m(v tg1)2 / 2, I 8 / 5mD1, 2v / D1, (8) x1 z x1 z xНеизвестная константа А1 в (7) определяется из условия нормировки, а параметр E0- из уравнения энергетического баланса, составленного для момента образования потока.
Дифференциальная функция распределения числа частиц по углам рассеивания будет описываться выражением:
1 dN1 1 A1 vx1max D1max f1(1) dN1 exp(E1 / E01)dD1dvx1. (9) N1 d1 N1 1 N1 vx1min D1min ' После интегрирования имеем:
f1(1) A12N1111[erf ( 1v1min ) erf ( 1v1max )],. (10) 1 (1 tg21) / E01, 2 D1min -D1max.
В этих выражениях erf - функция ошибок. Выражение (10) может быть использовано для расчета зоны разрушения отбойных элементов.
В следующей части главы рассматривается процесс ударного взаимодействия разреженного потока с отбойными элементами.
Рис.8. Расчетная схема процесса образования отраженного дисперсного потока твердых частиц: 1- набегающий поток,2- отраженный поток, 3ускоритель, 4- отбойный элемент В этом случае распределение числа частиц отраженного дисперсного потока dN2 в элементе фазового объема dГ2 dv2dD2 пропорционально энергии частицы Е2:
dN2 A2 exp(E2 / E02)dГ2. (12) ЭнергияЕ2складывается из кинетической и поверхностной энергии, которая для твердых частиц имеет вид:
E 1 / ( D2). (13) пов В случае дробления неоднородных частиц(в частности асфальтобетонного гранулята), состоящих из твердой составляющей, частиц тонкодисперсного материала, песка, и вязкого связующего:
E 2 / ( D2 ), (14) пов где1,2 коэффициенты, зависящие от физико-механических свойств измельчаемых материалов.
Параметры распределения (12) находятся из условия нормировки и энергетического баланса в момент удара. Тогда:
8A2[erf (2v2 min) erf (2v2 max)]exp(3) 3D2 f2(D2) ,2 D2.(15) EN2D2 D2 / EКонстанта 3для хрупких (однородных) частиц 3 1 / (D2 E02),для неоднородных3 2 / (D2 E02).Для среднего диаметра частиц имеем:
2 D2 D dN2 A2(D2max D2min)[(erf (4v2min ) N2 (16) erf (4v2max)]exp(5) / / E02,4 3 / E02, 5 3 ( E02)1.
Для определения параметров распределения (12) и значения среднего размера получаемых частиц в установившемся режиме (с учетом рециклов) необходимо учитывать изменение гранулометрического состава перерабатываемого материала.
Число частиц, уносимых газовым потоком при работе классификатора:
Nizm N2(Dk D2 min ) f2(D2). (17) Тогда количество частиц, требующих повторного дробления:
Npovt N2(D2max Dk ) f2(D2) (18).
Выражения(17) и (18) позволяет вычислить энергетический параметр распределения (12) и описать процесс измельчения с учетом материала, подаваемого на повторное измельчение.
В третьей главе приведенырезультатысравнительных исследований основных положений разработанных математических моделей на опытной установке (Рис. 9).
Рис. 9- Схема опытной установки:
1-обечайка, 2-вал, 3-диск, 4- лопасти, 5- привод, 6-бункер, 7- воронка 8-отбойные элементы, 9-устройство выгрузки.
- угол наклона лопасти к диску В опытах использовался щебень и асфальтовый гранулят, а также их смесь в массовом соотношении 1:1.
Далее приведены некоторые качественные показатели движения частиц. Траектории движения частиц по поверхностям лопастей фиксировались нанесением слоя краски на рабочие поверхности (Рис.10).
а) б) Рис.10. Следы движения частиц материала по поверхностям наклонных лопастей: а) =900, б)криволинейная n=1200 мин-1, Q=100 кг/ч По характеру отслаивания краски и фотографирования поверхностей лопастей проводили анализ движения потока частиц материала, траекторий движения, и, в конечном итоге плотности потока по лопасти.
Представленные схемы указывают на то, что в случае опытов с прямоугольными лопастями с углом наклона к поверхности диска =9(Рис.10 а), что имеет место в большинстве центробежных ускорителей, практически весь материал движется в нижней зоне лопасти (по диску) в радиальном направлении.
Вследствие этого в зоне крепления наблюдается интенсивное разрушение как диска, так и самой лопасти. При движении частиц по поверхности криволинейных лопастей силовые факторы, действующие на частицы, распределяют их по всей поверхности. Качественное исследование движения частиц в разреженном потоке и взаимодействия проводилось с использованием имиа)n=1200 мин-1, =900 б) n=1200 мин-1, криволинейная таторов отбойных элементов, в виде Рис.11. Фотографии отбойных элементовдеревянных брусов с хрупкими имитаторов вставками.
Из представленных фотографий (Рис.11) видно, что в случае использования криволинейных лопастей изношенная поверхность имеет меньшую глубину, но большую площадь.
Для проверки адекватности математической модели ударного взаимодействия потока частиц с отбойными элементами опытным данным были проведены опыты по измельчению щебня и асфальтового гранулята на промышленной центробежно-ударной мельнице Титан. Сравнение опытных и расчетных данных показано на рис.12 и 13.
Рис.12. Дифференциальные функции распределения Рис.13. Дифференциальные функции распределения числа частиц по размерам: сплошные линии Црасчет, числа частиц по размерам с учетом повторной переработки: сплошные линии Црасчет, точки - точки - опытные данные E02 2.355, A2 2.5111опытные данные E02 2.441, A2 2.437 1Представленные сравнения свидетельствуют о незначительных расхождениях теоретических и промышленных данных, не превышающих 10%. Сдвиг максимума кривой распределения частиц щебня влево по отношению к кривой распределения асфальтобетонного гранулята свидетельствует о более тонком помоле. Сравнивая соответствующие кривые на рис. 12 и 13 видно, что повторное измельчение позволяет уменьшить средний размер частиц щебня с 0,067 мм до 0,048 мм, а старого асфальтобетона с 0,08 мм до 0,065 мм.
Четвертая глава посвящена созданию инженерной методики расчета измельчителя с новой конструкцией ускорителя. В начале главы приведено определение потребляемой мощности на установившемся режиме и в процессе разгона ускорителя.
Мощность, потребляемая при установившемся режиме работы ускорителя, складывается из мощности, расходуемой на преодоление сил трения и мощности, направленной на разгон частиц до требуемой скорости:
Ndv Ntr Nrazg, Nrazg 0,5Q(v )2. (21) В этом выражении v -средняя скорость частиц при сходе с лопасти, Q -массовый расход материала.
Мощность, затрачиваемая на трение:
Ntr Mtr, Mtr FtrR mugfR (22) u u, где Ru Црадиус опорной поверхности крепления ускорителя, f- коэффициент трения, mu - масса ускорителя с находящимся в нем материалом.
Мощность, затрачиваемая на вращательное движение ускорителя в процессе запуска, может быть рассчитана по формуле:
Nзап Jzz2 / (2tзап), (23) где J - момент инерции ускорителя относительно оси вращения; - угловая zz скорость на установившемся режиме; tзап - время запуска.
Время разгона до требуемой угловой скорости определяется из дифференциального уравнения вращательного движения ускорителя:
tзап I / M. (24) zz z На рис. 14 приведена блок схема расчета. Блок 1 соответствует вводу исходных данных. Исходными данными являются: физико-механические характеристики материала (плотность , фракционный состав, коэффициент k, наибольший и наименьший размер измельчаемых частиц D2max и D2min).
Далее выполняется задание пределов изменения угловой скорости (блок 2). В блоке 3 вводится начальное значение скорости. Затем производится вычисление параметров распределения числа частиц по диаметрам А2 по и (блок 4).Средний размер частиц после измельчения вычисляется в блоке 5. В шестом блоке сравнивается расчетное значение среднего диаметра измельченных частиц с требуемым значением. В случае соблюдения данного условия выводятся рассчитанные значения определяемых параметров (
При невыполнении условия - переход к блоку 7.
В конце главы дается описание разработанных автором приспособлений для защиты лопастей и наиболее изнашиваемых боковых поверхностей ускорителя от отраженных поттоков частиц для промышленных мельниц.
В работе приведены данные по расчету затрат на производство 1 тонны асфальтобетонной смеси с использованием модернизированной мельницы для АБЗ№Капотня г. Москва.
Рис. 14-Блок схема расчета измельчителя Общие выводы и результаты работы 1. Анализом опытных данных и промышленных испытаний работы мельниц центробежно-ударного типа выявлены причины неравномерного износа отбойных элементов, приводящие к их частой замене и разборке всей установки, что объясняется, в первую очередь, характером распределения объемной плотности взаимодействующего с отбойниками дисперсного потока подлежащих измельчению материалов.
2. Экспериментальным путем установлено, что использование лопастей криволинейной формы в ускорителе позволяет получить потоки материала с равномерным распределением объемной плотности частиц по их поверхностям. Выявлено, что при этом обеспечивается снижение интенсивности износа отбойных элементов, более равномерный износ по высоте, увеличение межремонтного периода.
3. На основе методов механики гетерогенных сред построена модель движения твердых дисперсных материалов по криволинейной лопасти центробежного измельчителя. В результате моделирования дано теоретическое обоснование возможности получения равномерной плотности потока материала по лопасти и по поверхности отбойного элемента после срыва с лопасти.
4. Получены подтвержденные экспериментальными данными зависимости для расчета скоростей и толщины слоя частиц при сходе с лопасти, а также угла её наклона к плоскости горизонтального диска, которые использованы при разработке инженерной методики расчета модернизированного центробежноударного измельчителя.
5. С использованием вероятностного подхода составлено математическое описание формирования разреженного потока твердых частиц лопастным ускорителем центробежно-ударной мельницы. Полученное выражение для дифференциальной функции распределения числа частиц в потоке позволяет оценить размеры и форму зоны износа отбойных элементов.
6. Разработана математическая модель ударного взаимодействия расширяющегося дисперсного потока однородных и неоднородных частиц с отбойными элементами. Использованием аналитического выражения дифференциальной функции распределения числа частиц по размерам предложен метод определения фракционного состава измельчаемого материала с учетом повторно перерабатываемых частиц.
7. Сравнительные исследования основных положений математической модели ударного взаимодействия материала с отбойными элементами с данными промышленных испытаний на мельнице центробежно-ударного типа Титан М-125 показали, что расхождение во всем диапазоне исследуемых параметров не превышает 10%.
8. Применительно к инженерной методике расчета центробежно-ударного измельчителя составлена блок-схема и приведены примеры расчета процесса измельчения щебня и асфальтового гранулята. Представлен расчет потребляемой установкой мощности для разгонного этапа и на установившемся режиме работы. Предложены конструктивные решения, обеспечивающие уменьшение износа деталей ускорителя от отраженных отбойными элементами частиц.
9. Внедрение новой установки с криволинейеными лопастями на АБЗ-Капотня г. Москва позволит снизить себестоимость 1тонны асфальтобетонной смеси на 6,29 руб.
Основные условные обозначения D -диаметр частицы, - коэффициент скольжения материала о лопасть,IzЦосевой момент инерции частицы, m -масса частицы, n-частота вращения ускорителя, N -число частиц,Q-массовый расход материала, tвремя, v- скорость,R-радиус диска, r - радиальная координата цилиндрической системы, - усредненный угол падения частиц материала в загрузочной области, - угол наклона лопасти, - коэффициент восстановления при соударениях двух частиц с усредненными размерами а, - коэффициент восстановления для удара частиц среды о лопатку, - max угловая координата цилиндрической системы, -максимальное значение угла рассеивания, -плотность материала, - истинная плотность вещества t материала.
Список опубликованных работ по теме диссертации 1. Суханов, А.С. Механика движения сыпучих сред по криволинейным лопаткам центробежных измельчителей / А.С. Суханов, А.Б. Капранова, А.П.
упанов, А.Е. Лебедев // Изв. ВУЗов. Химия и химическая технология. - Иваново, 2012. - Т. 55, вып. 2. - С. 108-111.
2. Суханов, А.С. Математическое описание движения частиц в разреженном потоке центробежного измельчителя ударного действия / А.С. Суханов, А.Е.
ебедев, А. И. Зайцев, А. П. Лупанов // Фундаментальные исследования. - М., 2012. - №3. - С. 133-137.
3. Лебедев, А. Е. К расчету процесса ударного взаимодействия потока твердых частиц с преградой/ А. Е. Лебедев, А. И. Зайцев, А.А. Петров, И.С.
Шеронина, А.С. Суханов // Изв. ВУЗов. Химия и химическая технология. - Иваново, 2011. - Т. 54, вып. 6. - С. 105-106.
4. Суханов, А.С. Получение активированного минерального порошка в центробежно-ударной мельнице / А. С. Суханов, А. П. Лупанов, Т. Н. Кондратьева // Строительные материалы. - М., 2009. - № 11. - С. 12-14.
5. Лупанов, А.П. Исследование процесса измельчения асфальтового гранулята для вторичного использования/ А. П. Лупанов, А. С. Суханов, Т. Н.
Кондратьева // Строительные материалы. - М., 2008. - № 5. - С. 58-59.
6. Пат. № 2317273 Российская Федерация, МПК С04В26/26, Е01С19/10.
Способ регенерации асфальтобетона / А.П. Лупанов, А.С. Суханов, И.И. Капанадзе [и др.]. - Опубл. 20.02.2008.
7. Пат. № 2346103 Российская Федерация, МПК Е01С19/10, С04В26/26.
Способ и установка изготовления наполнителя для асфальтобетона / А.П. Лупанов, А.С. Суханов, И.И. Капанадзе [и др.]. - Опубл. 10.02.2010.
8. Пат. № 2374199 Российская Федерация, МПК С04В26/26, С04В20/20.
Способ получения минерального порошка / А.П. Лупанов, А.С. Суханов, И.И.
Капанадзе [и др.]. - Опубл. 27.11.2009.
9.Суханов, А.С. Математическое моделирование процесса измельчения сыпучего материала в устройстве центробежно-ударного типа / А. С. Суханов, А.
А. Мурашов, А. П. Лупанов, Д.А. Личак // Теоретические основы энергосберегающих процессов, оборудования и экологически безопасных производств: сб. трудов IX-й Междунар. Науч. конф. ЦИваново, Россия, 2010. - № 11. - С. 199-203.
10.Лупанов, А.П. Совершенствование технологии переработки асфальтобетона / А. П. Лупанов, А. С. Суханов, Т. Н. Кондратьева // Второй всероссийский дорожный конгресс: сб. науч. тр. / МАДИ МОО Дорож. Конгресс.
- М., 2010.- С. 282-296.
11. Заявка. № 201126728 Российская Федерация. Центробежно-ударная мельница / А.И. Зайцев, А.Е. Лебедев. А.Б. Капранова, А.С. Суханов. - опубл.
29.06.2011.
Автор благодарен коллективу кафедры теоретической механики, доценту Лебедеву А.Е. за ценные замечания при выполнении работы, консультации.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям