Разработка экспериментальных установок центробежной противоточной мельницы, моделирование технологических процессов
Изучение процесса помола известняка в центробежной противоточной мельнице требует применения специального экспериментального оборудования, отвечающего следующим условиям:
- экспериментальная установка для исследования процесса помола должна обеспечивать возможность изменения исследуемых параметров и режимов работы мельницы в заданных пределах;
- контрольно-измерительная аппаратура должна соответствовать исследованию изучаемого процесса и обеспечивать необходимую точность измерения в соответствии с ГОСТ.
Все экспериментальные установки центробежной противоточной мельницы выполняются в соответствии с требованиями [14, 15, 19, 20-21] и с учетом плана и программы экспериментов. Так как роторы вращаются с высокими частотами (6000 - 12000 мин-1), то перед началом экспериментов проводят их статическую и динамическую балансировку.
С учетом указанных требований были разработаны и изготовлены экспериментальные установки для определения параметров оптимизации с учетом изменения варьируемых факторов и исследования процесса помола известняка, мергеля и гранита в центробежной противоточной мельнице (рис. 3.1 - 3.8).
Для исследования физических процессов и функциональных возможностей центробежной противоточной мельницы с изменяемыми конструктивными параметрами с целью определения рациональных режимов её работы созданы две экспериментальные установки: с существующей и с модернизированной камерой помола.
На рисунках 3.1 и 3.2 представлена экспериментальная установка мельницы с обычной камерой помола, лопасти роторов загнуты «вперед» (без верхней крышки).
Рисунок. 3.1. Экспериментальная установка центробежной противоточной мельницы с обычной камерой помола, лопасти роторов загнуты «вперед» (без верхней крышки):
3- разгрузочный патрубок; 4- роторы; 6- основание; 8- электродвигатели;
9- криволинейные лопасти
Рисунок.
3.2. Конструкция центробежной противоточной мельницы с обычной камерой помола, лопасти загнуты «вперед»: 1- рама; 2- загрузочные патрубки;3- разгрузочный патрубок; 4- роторы; 5- крышка верхняя; 6- основание;
7- кронштейны; 8- электродвигатели; 9- криволинейные лопасти
Установка содержит раму 1, загрузочные патрубки 2, разгрузочный патрубок 3, равноудаленный от осей вращения роторов 4, верхнюю крышку 5, основание 6, кронштейны 7, на которых закреплены электродвигатели 8. Роторы 4 состоят из горизонтальных дисков, на которых жестко закреплены криволинейные лопасти 9. Роторы 4 приводятся во вращение от электродвигателей 8, валы которых вращаются во встречных направлениях. Внутренняя поверхность камеры помола футерована бронеплитами (на рисунке не указаны). Расположение загрузочных патрубков 2 в плане обеспечивает равенство времени прохождения материала вдоль рабочей поверхности криволинейной лопасти 9 времени ее поворота от момента загрузки до момента отрыва частиц и их движения во встречных дисперсных потоках в тангенциальном патрубке.
Мельница работает следующим образом. Измельчаемый материал через дозаторы (не показаны) с регулируемой производительностью одновременно через загрузочные патрубки 2 равномерно (например, с помощью вибролотков) подается в камеру помола, где захватывается криволинейными лопастями 9 роторов 4, перемещается вдоль поверхности этих лопастей и выбрасывается в тангенциальный патрубок, ограничивающий встречные потоки измельчаемых частиц материала. Процесс помола материала осуществляется за счет соударения частиц во встречных потоках. Продукты помола удаляются через разгрузочный патрубок 3 и отделяются от воздушного потока в циклоне - фильтре (не показан). Конструкция загрузочных патрубков 2 и их местонахождение сконструированы таким образом, чтобы они обеспечивали условия лобового соударения измельчаемых частиц во встречных потоках. Так как во встречных потоках присутствуют крупные и мелкие частицы, то мелкая фракция оказывает демпфирующее воздействие в зоне соударения встречных потоков.
Этот фактор снижает эффективность лобового соударения крупных частиц. В ходе проведения экспериментов частота вращения роторов 4 центробежной противоточной мельницы ступенчато изменялась с помощью двух частотныхпреобразователей VFD-EL Delta VFD037EL43A (рис. 3.10) в пределах: 6000, 7500, 9000, 10500, 12000 мин-1 (электродвигатели АИР 71В2).
Рисунок 3.3. Экспериментальная установка центробежной противоточной мельницы с обычной камерой помола, лопасти загнуты «назад» (без верхней крышки):
3- разгрузочный патрубок; 4- роторы; 6- основание; 9- криволинейные лопасти
На рисунке 3.3 представлена мельница с обычной камерой помола, лопасти на роторах загнуты «назад». Принцип действия данной установки аналогичен принципу действия мельницы, показанной на рисунках 3.1 и 3.2.
На рисунке 3.4 показан корпус модернизированной камеры помола (вид снизу). Корпус имеет отверстия для закрепления загрузочных патрубков 2, центр которых не совпадает с осью вращения роторов 4. Конструкция корпуса отличается наличием откосов в тангенциальном патрубке. Это способствует отделению частиц мелкой фракции от частиц крупной и их движению в пересекающихся потоках.
На рисунках 3.5 и 3.6 представлена установка экспериментальной мельницы с модернизированной камерой помола и криволинейными лопастями 9 на роторе 4, загнутыми «вперед». Установка содержит раму 1, загрузочные патрубки 2, разгрузочный патрубок 3, равноудаленный от осей вращения роторов 4, верхнюю крышку 5, основание 6, кронштейны 7, на которых закреплены электродвигатели 8.Корпус камеры помола включает тангенциальный патрубок с откосами для соударения мелких частиц в пересекающихся дисперсных потоках (рис. 3.4).
Рисунок 3.4 Корпус усовершенствованной камеры помола, вид снизу:
2- загрузочные отверстия
Роторы 4 (рис.
3.5) состоят из горизонтальных дисков, на которых жестко закреплены чередующиеся криволинейные лопасти 9 и прямолинейные лопасти10. Высота криволинейных лопастей 9 больше высоты прямолинейных лопастей 10. Роторы 4 приводятся во вращение от электродвигателей 8 (рис. 3.1), валы которых вращаются во встречных направлениях. Внутренняя поверхность камеры помола футерована бронеплитами (на рисунке не указаны). Каждый загрузочный патрубок 2 (рис. 3.2) закреплен вертикально, его выходной конец расположен с незначительным (до 0,5 мм) зазором от поверхности диска ротора 4 между центральной ступицей и началом соответствующей лопасти. Это позволяет частицам подаваемого материала находиться на уровне воздействия прямолинейных 10 и криволинейных 9 лопастей. Для предотвращения заклинивания материала выходной конец загрузочного патрубка 2 имеет прямоугольный вырез.
Координаты загрузочного патрубка 2 (рис. 3.4) в плане не совпадают с осями вращения роторов 4. Высота загрузочных патрубков 2 и их расположение в плане выполнены с целью обеспечить последовательное захватывание лопастями 9, 10, находящихся на роторах 4, измельчаемого материала.
Экспериментальная установка работает следующим образом. Исходный материал через загрузочные патрубки 2 равномерно, например с помощью лотковых питателей (рис. 3.11), подается в камеру помола. При выходе различных по крупности частиц материала из нижней полости загрузочного патрубка 2 крупные частицы материала захватываются криволинейными лопастями 9, преодолевая высоту прямолинейных лопастей 10, а мелкие частицы захватываются прямолинейными лопастями 10, перемещаются вдоль поверхностей этих лопастей и выбрасываются в тангенциальный патрубок.
Рисунок. 3.5. Экспериментальная установка центробежной противоточной мельницы с усовершенствованной камерой помола, лопасти загнуты «вперед» (без верхней крышки).
3 - разгрузочный патрубок; 4 - роторы; 6 - основание; 9 - криволинейные лопасти;
10 - прямолинейные лопасти
Так как длина прямолинейных лопастей 10 меньше длины криволинейных лопастей 9, а крупные и мелкие частицы одновременно подаются из вертикальных загрузочных патрубков 2 в зону действия прямолинейных 10 и криволинейных 9 лопастей, то мелкие частицы отрываются от поверхности прямолинейных лопастей 10 раньше, чем крупные частицы покинут поверхность криволинейных лопастей 9.
Координаты загрузочного патрубка 2 в плане являются общими для всего материала, поэтому обеспечивается разделение потоков материала по крупности: мелкие частицы направляются в откосы в тангенциальном патрубке, а крупные частицы вылетают во встречном направлении, параллельном плоскости, проходящей через центры вращенияроторов 4. Таким образом, обеспечиваются лобовые соударения крупных частиц и соударения мелких частиц в пересекающихся потоках.
Рисунок. 3.6. Конструкция центробежной противоточной мельницы с усовершенствованной камерой
помола, лопасти загнуты «назад».
1- рама; 2- загрузочные патрубки; 3- разгрузочный патрубок; 4- роторы; 5- крышка верхняя;
6- основание; 7- кронштейны; 8- электродвигатели; 9- криволинейные лопасти;
10- прямолинейные лопасти
Измельченный материал воздушным потоком выносится в разгрузочный патрубок 3 и отделяется от воздушного потока в циклоне - фильтре. Недостатком ротора 4 с криволинейными лопастями 9, загнутыми "вперед", являются худшие условия загрузки материала на лопасти 9, не позволяющие получить плотные потоки частиц с малыми углами расхождения.
На рисунке 3.7 представлена экспериментальная установка центробежной противоточной мельницы с модернизированной камерой помола, криволинейные лопасти 9 роторов 4 загнуты «назад» (без верхней крышки).
Рисунок 3.7. Экспериментальная установка центробежной противоточной мельницы с усовершенствованной камерой помола, лопасти роторов загнуты «назад» (без верхней крышки): 3- разгрузочный патрубок; 4- роторы; 6- основание;
9- криволинейные лопасти; 10- прямолинейные лопасти
Принцип действия данной установки аналогичен принципу действия мельницы, показанной на рисунках 3.5 и 3.6. Следует отметить, что необходимо получать практически безударные условия загрузки криволинейных 9 и прямолинейных 10 лопастей, так как тангенциальная составляющая скорости частицы на выходе из загрузочного патрубка 2 относительно ротора 4 совпадает с направлением вращения загрузочной части лопасти, а радиальная составляющая направлена от поверхности лопасти.
Безударная загрузка материала особенно актуальна для центробежных противоточных мельниц, так как позволяет получить короткую порцию измельчаемого материала по длине лопасти, следовательно, меньшую ширину и большую плотность потока частиц в плоскости роторов 4.На рисунке 3.8 представлена экспериментальная установка центробежной противоточной мельницы и стенд с контрольно-измерительной аппаратурой. Стенд включает два частотных преобразователя VFD-EL Delta VFD037EL43A (рис. 3.10) и контрольно-измерительную аппаратуру.
Рисунок. 3.8. Экспериментальная установка центробежной противоточной мельницы и стенд с контрольно-измерительной аппаратурой:
1- рама; 2- загрузочные патрубки; 3- разгрузочный патрубок; 5- крышка верхняя;
6- основание; 7- кронштейны; 8- электродвигатели; 11- циклон
Каждая из экспериментальных установок центробежной противоточной мельницы снабжена набором сменных роторов (8 шт.) (рис. 3.9), устанавливаемых на валах электродвигателей АИР 71В2.
Рисунок 3.9 Роторы с разгонными лопастями:
а) - в обычной камере помола; б) - в усовершенствованной камере помола
9- криволинейные лопасти; 10- прямолинейные лопасти
Техническая характеристика электродвигателей АИР 71В2 представлена в таблице 3.1
Таблица 3.1
Техническая характеристика центробежной противоточной мельницы представлена в таблице 3.2
Таблица 3.2
| Характеристика | Размерность | Обозначение | Значение |
| Диаметр роторов: - прямолинейных - криволинейных | м | Dр1 Dр2 | 200∙10-3 200∙10-3 |
| Высота лопастей роторов: - прямолинейных - криволинейных | м | Н1 Н2 | 2..3∙10-3 5..7∙10-3 |
| Количество лопастей роторов: -прямолинейных -криволинейных | шт. | Z1 Z2 | 8 4 |
| Производительность | кг/ч | Q | 100...150 |
| Частота вращения роторов: | мин-1 | П1 П2 | 6000...12000 6000...12000 |
| Потребляемая мощность | кВт | Р1 | 1,1 |
| электродвигателей | кВт | P2 | 1,1 |
| Габаритные размеры: -длина | L | 636 | |
| -ширина | мм | B | 286 |
| -высота | H | 573 | |
| Масса | кг | m | 150 |
Каждый из двух частотных преобразователей VFD-EL Delta VFD037EL43A позволяет плавно регулировать частоту вращения роторов 4. При проведении экспериментов с различными конструктивными исполнениями центробежной противоточной мельницы выходная частота преобразователей настраивалась в пределах 0,1 - 220 Гц, что дало возможность разгонять роторы мельницы до 12000 мин-1.
Рисунок. 3.10. Частотный преобразователь VFD-EL Delta VFD037EL43A
На рисунке 3.11 показан способ подачи измельчаемого материала в загрузочные патрубки мельницы с помощью лотковых питателей.
Рисунок 3.11 Лотковые питатели для подачи материала в загрузочные патрубки мельницы
2- загрузочные патрубки; 5- крышка; 6- основание
Для того, чтобы регулировать угол расхождения потока в плоскости роторов 4, были сделаны загрузочные патрубки 2 с внутренними диаметрами 10 и 15 мм. Максимальный размер подаваемых материалов равен 5 мм. Радиус от оси вращения ротора до центра загрузочного патрубка был выбран исходя из условия обеспечения равенства диаметра патрубка 2 ширине расхождения потоков частиц в тангенциальном патрубке.
3.2.