Определение основных параметров роторных мельниц с зубчатоподобным зацеплением

Измельчение исходных составляющих является одним из основных процессов в производстве строительных материалов. К их числу относятся цемент, известняк, известь, гипс, различные наполнители строительных пластмасс, кварцевый песок, минеральные порошки для асфальтобетона и др. Актуальность исследования в этой области определяется большим влиянием степени измельчения на технологические свойства порошков и огромным объемом производства многих из них. В России только цемента производят несколько десятков млн. т. в год. Причем по мере развития техники требования к дисперсности цемента (как и других вяжущих), определяющей скорость его твердения и прочность в начальный период, ужесточаются. Особенно высокой степенью диспергирования должны обладать порошки предназначенные для производства магнитов, пластмасс, резины, бумаги, картона и др. Это порошки из железных магнитных руд, известняка, мела, каолина, талька, глинозема. Такие же материалы используются и в производстве керамики, эмалей, лаков, красок, качество которых также зависит от дисперсности порошков.

Необходимость повышения дисперсности строительных и других материалов, как в виде целевой продукции, так и на промежуточных стадиях переработки в изделия потребовала совершенствования и создания новых типов помольных агрегатов и приборов дисперсионного анализа. Исследования высокодисперсных материалов оказались тем более актуальными, что с ростом дисперсности затрудняется их измельчение и анализ. Тонкое измельчение является дорогостоящей операцией. Небольшой прирост удельной поверхности материала приводит к резкому увеличению затрат, а начиная с некоторой предельной тонкости помола для данного матери способа разрушения его частиц дальнейшее измельчение становится практически • невозможным [18, 22].

В результате комплекса экспериментальных и теоретических исследований в последние годы в научно-технической литературе сложились новые взгляды на помол. Ныне считают [22], что процесс измельчения представляет собой чрезвычайно сложное явление, в котором наряду с механическими существенное значение имеют физико-механические факторы и окружающая среда. Эти же факторы влияют на изменение технологических свойств материалов в результате измельчения.

Снижение энергоемкости, металлоемкости и увеличение производительности процесса измельчения требует совершенствования существующего помольного оборудования и поиска новых технических решений, направленных на интенсификацию процесса тонкого измельчения материалов. Большой интерес представляет использование для этих целей новых конструктивных схем механического воздействия рабочих органов на измельчаемый материал. В частности использования в качестве рабочих органов системы роторов, имеющих зубчатоподобное зацепление.

Отмеченные проблемы тонкого измельчения приводят к необходимости проведения исследований с целью освещения процессов происходящих при разрушении материала в роторных мельницах и разработки методик и рекомендаций для совершенствования существующих и проектирования новых роторных мельниц различного типа.

В данной работе рассмотрены вопросы повышения эффективности работы роторной мельницы с зубчатоподобным зацеплением. На основании теоретического и экспериментального анализа процессов происходящих внутри камеры помола роторной мельницы с зубчатоподобным зацеплением впервые определен механизм разрушения частиц измельчаемого материала. Установлены зависимости, позволяющие определить момент сопротивления измельчению и мощность потребляемую мельницей при работе. Предложены формулы для определения мощности двигателя и производительности роторных мельниц с зубчатоподобным зацеплением.

На защиту выносится: гипотеза механизма измельчения в роторных мельницах с зубчатоподобным зацеплениемформулы определяющие: величины разрушающих нагрузок для измельчения материала, момент сопротивления измельчению, мощность потребляемую мельницей при работе, мощность двигателя для привода мельницы и производительность роторной мельницы с зубчатоподобным зацеплением при поперечном относительно осей вращения ротора движении материаламетодика определения основных параметров роторных мельниц с зубчатоподобным зацеплениемновая схема движения материала в мельнице — поперек осей вращения ротора.

Практическая ценность работы определяется разработанной методикой расчета основных параметров роторных мельниц с зубчатоподобным зацеплением с помощью которой предложена новая конструкция мельницы с поперечным относительно осей ротора движением материала. Увеличение производительности новой мельницы достигает от 10 до 60% по сравнению с существующими роторно-шаровыми мельницами с продольным, вдоль осей роторов, движением материала.

Диссертация выполнена на кафедре «Дорожно-строительные машины» в Московском государственном автомобильно-дорожном институте (Техническом университете).

Общие выводы, результаты и направления дальнейших исследований.

В диссертационной работе рассмотрен вопрос формирования механизма измельчения в роторных мельницах с зубчатоподобным зацеплением, разработана новая схема движения материала, интенсифицирующая процесс измельчения. В работе дана уточненная методика определения основных параметров роторных мельниц с зубчатоподобным зацеплением для расчета: мощности привода, предельно-допустимой величины размера и прочности куска размалываемого материала, а также зависимости для определения производительности мельницы при работе в различных режимах. По результатам работы можно сделать ряд выводов:

1 .Установлено, что материал в роторных мельницах с зубчатоподобным зацеплением измельчается, главным образом, путем истирания под действием касательных напряжений, возникающих между слоями потока материала, за счет разности скоростей слоев.

2.Теоретически установлено, что материал в роторных мельницах с зубчатоподобным зацеплением измельчается, главным образом, в трех зонах измельчения: в зазоре между ротором и корпусом и в зоне встречного соединения двух потоков — за счет касательных напряжений истирания возникающих в потоке, а в зоне зацепления — двумя способами — под действием касательных напряжений истирания и за счет раздавливания защемившихся между взаимодействующими зубьями частичек.

3.. Предельная прочность измельчаемого материала в исследуемых мельницах прямо пропорциональна квадрату частоты вращения ротора, массе загрузки, радиусу ротора и коэф. внутреннего трения материала, и обратно пропорциональна площади сечения зазоров между подвижными и не подвижными элементами камеры помола роторных мельниц.

4.Установлено, что момент сопротивления измельчению материала в роторной мельнице с зубчатоподобным зацеплением является суммой двух составляющих: момента от трения и истирания материала в потоке и момента от дробления защемляющихся между зубьями в зоне зацепления частиц материала.

5.Установлено, что мощность, потребляемая двигателем при работе мельницы, является суммой трех составляющих: мощности, затрачиваемой на трение и истирание потока материала, мощности, потребляемой на дробление защемившихся между зубьями в зоне зацепления частиц и мощности, расходуемой на преодоление трения в подшипниках.

6.Установлен предельный размер загружаемых кусков для предотвращения заклинивания мельницы. Размер загружаемого куска материала должен быть меньше величины зазора между двумя соседними зубьями ротора.

7.Для увеличения эффективности использования двигателя по мощности диаметр пальцев ротора должен быть наименьшим с учетом ограничения по прочности пальцев.

8.Применение в роторных мельницах с зубчатоподобным зацеплением новой схемы движения материала поперек осей вращения роторов дает значительное увеличение производительности: для прочных пород, в среднем на 10%, для легких и средних пород — на 50−60% по сравнению с мельницами, движение материала в которых осуществляется вдоль осей вращения роторов.

В результате проведенного исследования предложена новая конструкция роторной мельницы с зубчатоподобным зацеплением. Показатель удельной энергоемкости 1Г/П новой мельницы снизился на 9% и составляет 9,1 кВтч/т, ожидаемый экономический эффект от внедрения составляет 1733 руб. по ценам 1989 го, п-а на одну машину.

Отсутствие всестороннего исследования с учетом вероятностных характеристик измельчения для определения фактической мощности, расходуемой роторной мельницей, не дает возможности рассчитывать и прогнозировать затраты энергии в мельницах такого типа при помоле различных материалов. Поэтому для уточнения полученных формул необходимо проведение дальнейших исследований работы роторной мельницы с зубчатоподобным зацеплением с учетом проявления вероятностных характеристик процесса.

Для уточнения качественных и количественных характеристик механизма измельчения материала в роторных мельницах за счет касательных напряжений необходимо провести эксперименты на роторных мельницах других конструкций: f ударных, валковых, дезинтеграторах и т. д.