Описание экспериментальной установки и средств контроля

Проведенный анализ существующих конструкций сепараторов и внутрисепараторных и питающих устройств позволил разработать экспериментальную установку (рисунок 3.1, рисунок 3.2) оснащенную динамическим сепаратором с дезагрегирующим устройством в виде многозаходных лент для сепарации склонных к агрегации порошкообразных материалов [80].

Установка состоит из шнекового питателя 1, который позволяет осуществлять равномерную подачу исходного материала в сепаратор 2. Привод сепаратора 3 имеет клиноременную передачу для передачи крутящего момента с электродвигателя ЛЛМХ90Е4У3, Р_ном=2,2кВт. В результате сепарации мелкая

фракция попадает в сборник мелкой фракции 5, в свою очередь крупная фракция соответственно в сборник крупной фракции 6. Все устройства экспериментальной установки закреплены на сварной раме 4. Вместе с тем предусмотрена и регулировка положения рамы при помощи, установленных на раме регулировочных болтов. Для обеспечения регулировки натяжения приводных ремней на раме предусмотрены натяжные устройства.

Рисунок 3.1. Схема экспериментальной установки динамического сепаратора

1 - шнековый питатель; 2 - сепаратор; 3 - привод сепаратора; 4 - рама установки;

5 - сборник мелкой фракции; 6 - сборник крупной фракции.

Фотография экспериментальной установки сепаратора с дезагрегирующим устройством в виде многозаходных лент представлена на рисунке 3.2. При проектировании динамического сепаратора (рисунок 3.3) установки учитывался экспериментальный характер ее использования.

Рисунок 3.2. Экспериментальная установка динамического сепаратора с дезагрегирующим устройством в виде многозаходных лент

Корпус 1 сепаратора выполнен составным, верхняя цилиндрическая часть корпуса высотой 0,1 м, на которой крепится лабиринтное уплотнение 6.

уплотнении при абразивном износе поверхности как статической, так и динамической частей может быть отрегулирована в пределах от 0,1∙10^-3м до 0,4∙10^³м.

Рисунок 3.3. Схема экспериментального динамического сепаратора с дезагрегирующим устройством в виде многозаходных лент

1 - корпус; 2 - вал распределительного устройства; 3 - вал вентилятора; 4 - вентилятор; 5 - распределительное устройство; 6 - лабиринтное уплотнение; 7 - крыльчатка; 8 - сепарационная камера; 9 - жалюзи; 10 - канала отвода крупной фракции; 11 - канала отвода мелкой фракции; 12 - крепление патрубка; 13 - дезагрегирующее устройство в виде многозаходных лент.

Сепарационная камера 8 крепится к лабиринтному уплотнению, в специально изготовленные в торце уплотнения резьбовые отверстия. При этом

дополнительная нагрузка не влияет на зазор в уплотнении благодаря усиленному креплению эквидистантно расположенными шпильками.

Рисунок 3.4 Крепление лабиринтного уплотнения

В сепарационной камере установлено устройство в виде многозаходных лент 13, положение которого может регулироваться по всей высоте цилиндрической части

сепарационной камеры (рисунок 3.5, а).

Рисунок 3.5.

а) сепарационная камера с устройством, б) многозаходные ленты в обечайке

Разработанная конструкция позволяет производить демонтаж сепарационной камеры без последующей регулировки зазора в лабиринтном уплотнении [91 ].

Для проведения эксперимента из листовой стали толщиной 0,8∙10^-3м были изготовлены элементы устройства многозаходных лент (рисунок 3.6). При этом начала заходов равноудалены друг от друга.

Рисунок 3.6. Элементы устройства в виде многозаходных лент Изготовлены устройства с различными параметрами (углом наклона лент, шагом винта, шириной ленты), использование которых в экспериментах позволяет устанавливать степень влияния этих параметров на такие показатели процесса как (производительность, потребляемую мощность, эффективность процесса дезагрегации), так и выявлять рациональные значения этих параметров. Высота всех обечаек была одинаковой и составляла 25∙10^-3м.

Нижняя часть корпуса - цилиндроконическая крепится к верхней части через фланец, герметизация всех соединений выполнена с использованием уплотнений. В нижней части корпуса имеется патрубок, внутренний диаметр которого составляет 65∙10^-3м, в этот патрубок вставляется канал отвода крупной фракции и фиксируется креплением 12, фиксация служит дополнительной опорой сепарационной камеры через канал отвода крупной фракции 10. Этот канал вставляется в нижнюю часть конуса, соединённого с сепарационной камерой посредством жалюзи 9. Пластины жалюзи установлены под углом 45 градусов. Готовый продукт проходит через вентилятор поступает к каналу отвода мелкой

фракции 11, через который выводится из динамического сепаратора. Для возможности управления процессом сепарации, экспериментальный динамический сепаратор имеет два независимых приводных вала. Вал 2 распределительного устройства 5 и вал вентилятора 3 в ходе проведения экспериментов были жестко зафиксированы и как следствие имели одну частоту вращения.

Рисунок 3.7. Распределительное устройство с крыльчаткой

Для защиты от попадания пыли из сепарационной камеры в подшипниковые узлы установлены манжеты и лабиринтные устройства.

Для равномерной подачи материалов через полый вращающийся вал на распределительное устройство был спроектирован и изготовлен вертикальный шнековый питатель (рисунок 3.8). Питатель приводится во вращение приводом 2 (рисунок 3.9), момент от электродвигателя передается через ременную передачу на шнековый вал 5. При изменении частоты тока на электродвигателе привода (АИРМ63В4У2, Р_ном= 0,37 кВт) в пределах 0-50 Гц задавалась необходимая для

экспериментов частота вращения вертикального шнекового вала 5 (рисунок 3.10) с диаметром шнека 40∙10^-3м и производительность (1-200 кг/ч).

Рисунок 3.8. Схема вертикального шнекового питателя

1 - корпус; 2 - привод; 3 - крышка; 4 - подшипниковый узел; 5 - шнековый вал; 6

- ворошитель; 7 - выходной патрубок; 8 - мерный цилиндр

Шаг шнека увеличивается к выходу, что предотвращает зависание материала при подаче. Подшипниковый узел 4, закрепленный на крышке 3 сконструирован таким образом, чтобы обеспечить осевые и радиальные нагрузки шнекового вала. Корпус 1 выполнен цилиндрически-коническим, конусность конической части составляет 60, что препятствует зависанию и сводообразованию сложных для транспортировки материалов. Помимо этого, на валу закреплен ворошитель 6, который дополнительно придает подвижность порошкообразному материалу, исключая его зависание. Объем корпуса 1 питателя составляет 18 литров, внутренняя полость корпуса сообщается с мерным цилиндром 8 выполненным по

ГОСТ 29227-91.

уплотнение между вращающимся полым валом и полостью корпуса питателя.

Рисунок 3.9. Привод питателя

Рисунок 3.10. Шнековый вал

Это происходит за счет зазора 0, 4∙10^-3м между валом сепаратора и патрубком, длина которого составляет 490∙10^-3м. Наличие патрубка позволяет избежать налипания материала на внутренней поверхности вращающегося вала вследствие центробежных сил. Шнековый питатель экспериментальной установки представлен на рисунке 3.11.

Рисунок 3.11. Шнековый питатель

Управление параметрами работы электродвигателей динамического сепаратора ЛЛМХ90Б4У3 (1410 об/мин) и питателя АИРМ63В4У2 (1370 об/мин) осуществлялось при помощи стенда управления (рисунок 3.12). В ходе экспериментов, для получения граничного размера частиц ~ 200 мкм, частота вращения (650 об/мин) вентилятора, распределительного устройства, крыльчатки и подача исходного материала (29,2 кг/ч) были постоянными.

Рисунок. 3.12. Стенд управления экспериментальной установкой

При изменении частоты тока, подаваемого на обмотки статоров электродвигателей, в пределах 0...50 Гц, для двигателя (ЛЛМХ90Б4У3) вентилятора и распределительного устройства при помощи частотного регулятора Λltivar 31 задавались значения оборотов в пределах 0 ÷ 1410 об/мин, а для двигателя (АИРМ63В4У2) шнекового питателя частотными регулятором Delta диапазон регулировки лежит в пределах от 0 до 1370 об/мин. Стабилизация заданной частоты осуществляется с помощью энкодеров фирмы Delta и

электронных плат EME-PG01.

Для сушки материала использовался сушильный шкаф KBC-G 100/250 с рабочей температурой t= +40 ÷ +250°С, емкостью рабочей камеры 0,1 м³, номинальной мощностью 1500 Вт. Влажность материала определялась прямым гравиметрическим методом по уменьшению массы материала после его сушки в термической камере [56].

Взвешивание навески материала для питателя проводилось на весах ВСН- 15/0,5-3 с пределами измерения: наименьшим - 0,025 кг, наибольшим пределом взвешивания - 15 кг.

Навеска проб материала для ситового анализа выполнялась на электронных лабораторных весах ВЛЭ - 1100, 4-го класса точности: наименьшим - 0,01 г, наибольшим пределом взвешивания - 1100 г.

Время проведения опытов измерялось секундомером С-11-16 ГОСТ 8.423­81 II класса с точностью ±0,1 с.

Загрузка материала в питатель производилась мерным цилиндром ГОСТ 29227-91, объемом - 2∙10^-3м³.

Относительная влажность воздуха определялась аспирационным психрометром МВ-4М, ГОСТ 17.2.4.08. Данный прибор имеет следующие характеристики:

- диапазон измерения относительной влажности воздуха при температуре окружающей среды от -10 до +40°С, от 10 до 100%;

- диапазон измерения температуры воздух: от -31°С до +50° С.

Температура воздуха определялась термометром ГОСТ 28498-90, с ценой деления 0,1°С и предельным значением t=50^oG

Барометрическое давление измерялось барометром-анероидом типа БААМ, ГОСТ 6466-73. Погрешность прибора ± 0,2 кПа. Диапазон измеряемого давления, (кПа) - от 80 до 106; цена деления шкалы давления, (кПа) - 0,1.

Чтобы исключить погрешность при определении частоты вращения в использованной клиноременной передаче и определять обороты вращения непосредственно на валу вентилятора и распределительного устройства использовался цифровой тахометр Digital Tachometr DT-2234A, погрешность прибора 0,1 оборота в минуту в пределах измерения от 5 до 1000 оборотов и 1 оборот от 1000 до 100000.

Удельная поверхность и объемное распределение частиц по фракциям в агрегатах до и после сепарации, готовом продукте определялись согласно ISO 13320:2009. Ближайший отечественный аналог ГОСТ Р 8.777-2011 «Дисперсный состав аэрозолей и взвесей. Определение размеров частиц по дифракции лазерного излучения» на лазерном анализаторе размеров частиц ANALYSETTE 22 NanoTec plus. Диапазон измерений данного прибора 0,01 - 2000 мкм.

Микроскопическое исследование различных фракций молотого мергеля выполнялось на сканирующем электронном микроскопе высокого расширения TESCAN MIRA 3 LMU.

Отбор проб материала производился квартованием, по методике описанной Коузовым П.А. и Скрябиной Л.Я. Ситовой анализ при помощи сит с размером ячейки 0,630 мм; 0,315 мм; 0,200 мм; 0,125 мм; 0,080 мм - ГОСТ 6613-86 [52, 53, 118].

Определение высоты подъема столба жидкости по материалу для определения поверхностного натяжения на границе жидкость - материал производилось при помощи замеров линейкой длиной 500 мм, с отклонением 0,20, ГОСТ 427-75 [42].

Считывание параметров работы электродвигателя привода (затрачиваемая мощность, момент, ток, обороты, напряжение) динамического сепаратора производилось при помощи USB устройства соединенного с частотным преобразователем и персональным компьютером с установленным программным продуктом software SoMove Lite Version 1.10.0.1 Schneider electric, ток и напряжение дополнительно контролировались поверенными вольтметром и амперметром, для расчета потребляемой электродвигателем энергии.

Эксперименты проводились при нормальных климатических условиях по ГОСТ 15150-91:

- температуре окружающего воздуха (20 ± 3) °С;

- относительной влажности воздуха 45 - 60 %;

- атмосферном давлении 95 - 105 кПа (700 - 785 мм рт. ст.).

Последовательность действий при проведении опыта на экспериментальной установке представлена ниже.

1. Подготовка экспериментальной установки и настройка конструктивных элементов - очистка внутрисепараторных устройств и проверка зазора в лабиринтном уплотнении сепарационной камеры и регулировка конструктивных параметров устройства в виде многозаходных лент.

2. Запуск динамического сепаратора и выход на рабочий режим после пуска электродвигателя вентилятора.

3. Включение подачи исходного материала питателем в динамический сепаратор и стабилизация процесса сепарации после начала подачи материала шнековым питателем.

4. Регистрация данных в сводных таблицах и контроль параметров работы динамического сепаратора в устоявшемся режиме.

5. Отключение питания вертикального шнекового питателя, остановка динамического сепаратора.

6. Взвешивание полученных материалов, отбор проб для проведения гранулометрического и ситового анализов.

7. Ситовой и гранулометрический анализы, регистрация результатов в сводных таблицах.

3.3