Закрытое акционерное общество «Урал-Омега»
+7 (499) 704-48-08
+7 (3519) 22-00-49
+7 (499) 704-48-08
+7 (3519) 22-00-49

Исследование движения материала в камере дробления центробежной дробилки и совершенствование конструкции ускорителя

Гаркави М.С., зам. главного инженера по науке и инновациям, д-р техн. наук, проф., Кутлубаев И.М., д-р техн. наук, проф., Хозей А.Б., ведущий конструктор.

ЗАО «Урал-Омега» г. Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

Исследование движения материала в камере дробления центробежной дробилки и совершенствование конструкции ускорителя

В работе рассматривается численная модель движения частиц кварцита и мрамора в камере дробления центробежной дробилки. Устанавливается механизм формирования защитного слоя ма­териала в кармане ускорителя. Устанавливается влияние конструкции ускорителя на грануломет­рический состав продукта дробления. Проверяется сходимость результатов численного моделиро­вания с полупромышленным экспериментом.
 

Ключевые слова: ускоритель, центробежная дробилка, LIGGGHTS, численное моделирование, гранулометрический состав.

Введение. В процессе дробления в центробежной дробилке, образуется большое количество мелкодисперсной пыли, которая в большинстве случаев является побочным продуктом дробления и требует утилизации [1, 2]. Кроме того, немаловажным негативным фактором является ухудшение экологической обстановки в районе производства в ветреную погоду.

Одним из вариантов снижения количества мелкодисперсной пыли является совершенствование конструкции рабочего органа (ускорителя) центробежной дробилки для исключения эффекта намола в защитных карманах (рис. 1). Решение этой задачи может быть обеспечено за счет изменения геометрии ускорителя.

Численный программный комплекс LIGGGHTS позволяет с малым временным шагом 2х10-7(с) создать модель движения материала в ускорителе [3, 4]. Полученные данные дают возможность проанализировать механизм формирования защитного слоя материала в кармане ускорителя, напряжения в частицах материала, а также оценить влияние геометрии ускорителя на скорость схода частиц.

Цель настоящей работы состоит в исследовании процесса, протекающего в камере дробления центробежной дробилки ДЦ-0,36, имеющей ускоритель и отбойную плиту с характерными размерами, и геометрией, изображенными на рис. 1. Угловая скорость вращения ускорителя ω=534 (с-1).  

 

 Камера дробления

Рис. 1. Камера дробления

Методика. В исследовании применялись мрамор и кварцит гранулометрического состава, указанного в таблице 1, и имеющие физико-механические свойства, которые приведены в таблице 2 [5].

Таблица 1.

Гранулометрический состав. 

  Частные остатки на ситах, % 
Св. 5мм.

2,5-5мм.

1,252,5мм.

0-1,25мм. 
Кварцит 12,4  75,9 11,3 0,4
Мрамор 6,2  61,4 30 2,4

 

Таблица 2.

Физико-механические свойства.

  Кварцит Мрамор
Модуль упругости (Юнга) 6,9х1010МПа 8х1010МПа 

Коэффициент Пуассона

0,16 0,28
Коэффициент восстановления при ударе 0,1 0,1
Коэффициент трения материала по материалу 0,88 0,7
Коэффициент трения материала по стали 0,5 0,4
Плотность частицы материала  2860 кг/м3 2650 кг/м3

 

В работе использована следующая структура исследования:

1. Численное моделирование движения материала в камере дробления.

  • Исследование движения отдельных частиц в ускорителе
  • Исследование механизма образования защитного слоя на лопатках
  • Моделирование движения частиц в усовершенствованном ускорителе.

 

2. Исследование влияния конструкции ускорителя на гранулометрический состав продуктов дробления мрамора и кварцита.

Основная часть.

Исследование движения отдельных частиц в ускорителе

Рис. 2. Траектория движения частиц а - кварцита, б – мрамора в горизонтальной плоскости ускорителя

Рис. 2. Траектория движения частиц а - кварцита, б – мрамора в горизонтальной плоскости ускорителя

Численным моделированием движения отдельных частиц (рис. 2) установлено:

  • Частицы кварцита в течение 0,1675(сек.), а мрамора - 0,1759(сек.) находятся на поверхности нижнего диска и перемещаются к разгонной лопатке;
  • сход частиц наблюдается через 0,1764(сек.) для кварцита, и 0,1932(сек.) - для мрамора;
  • угол схода материала по отношению к тангенциальной составляющей ускорителя составляет 16037’ для кварцита, и 17011’ - для мрамора;
  • средняя скорость схода материала 142,9111(м/с) для кварцита, и 145,5912 (м/с) – для мрамора.

Исследование механизма образования защитного слоя на лопатках Моделированием потока частиц мрамора и кварцита установлен следующий характер формирования защитного слоя на лопатках ускорителя (рис. 3). 

Рис. 3 Модель формирования защитного слоя

Рис. 3 Модель формирования защитного слоя 

 

В момент схода первых частиц с лопаток ускорителя наблюдалось максимальное значение их скорости 154 (м/с). После удара об отбойную плиту и потери скорости с коэффициентом восстановления при ударе (имитирующем потерю скорости при разрушении) наблюдался возврат частиц в центральную часть разгонной лопатки. В результате возврата наблюдалось торможение и задержка вновь поступающих частиц на лопатках, и как следствие формирование защитного слоя. Кроме того, в результате воздействия возврата на образовавшийся защитный слой в частицах возникают дополнительные напряжения. Начиная с 0,112(с) скорость частиц стабилизировалась на величинах, не превышающих 105(м/с), т.е. 109,3% от переносной скорости.

Моделирование движения частиц в усовершенствованном ускорителе.

Совершенствование ускорителя направленное на устранение дополнительных напряжений в частицах, вызванных возвратом материала, заключается в установке защитных бил рис. 4а.

Рис. 4 – Ускоритель с защитными билами

Рис. 4 – Ускоритель с защитными билами 

Картина схода материала имеет характер, изображенный на рис. 4б. Материал, отраженный от отбойной плиты, попадает в защитное било и скатывается с него. Исследование влияния конструкции ускорителя на гранулометрический состав продуктов дробления мрамора и кварцита.

Эксперимент проводился на центробежной дробилке ДЦ-0,36 лаборатории ЗАО «УралОмега» с ускорителями различных конструкций (рис. 1 и 4). Для наглядности била были покрашены белой краской. На рис. 5 изображен ускоритель с защитным билом до и после проведения эксперимента.  

Рис. 5 – Ускоритель с защитным билом до а) и после б) эксперимента.

Рис. 5 – Ускоритель с защитным билом до а) и после б) эксперимента. 

В результате эксперимента установлено наличие возврата материала в лопатку ускорителя, который отмечен характерным стиранием краски с защитного била на 2/3 длины (рис. 5б). Гранулометрический состав полученных продуктов дробления приведен в табл. 3.

Таблица 3.

Результаты дробления кварцита и мрамора. 

  Образец ускорителя  Частные остатки на ситах, % 
Св. 5мм.  2,55мм.  1,252,5мм.  0,631,25мм.  0,3150,63мм.  0,160,315мм.  00,160мм
Кварцит  Исходный 12,4 75,9 11,3 0,4
Защитные карманы  0,9 10,6 17,9 14,9 10,6 12 33,1
Защитные карманы с билом  1 12,7 23,4 16,3 10,8 9,6 26,2
Мрамор Исходный 6,2 61,4 30 2,4
Защитные карманы  0,6 5,7 4,3 7,7 18,2 27,1 36,4
Защитные карманы с билом  0,3 4,9 11,3 16,6 19,5 22,5 24,9

 

Из приведенных данных следует, что использование ускорителя с защитными билами позволило сократить количество мелкодисперсной пыли при дроблении кварцита на 20,9%, а мрамора на 31,6%.

Выводы:

1. В результате численного моделирования установлено, что:

  • Независимо от вида измельчаемого материала его частицы имеют практически одинаковую скорость схода, и более 90% времени находятся в центральной зоне ускорителя.
  • Образование мелкодисперсной составляющей продукта измельчения обусловлено возвратом частиц на центральную часть лопатки, и уменьшением скорости схода на 31,8%.

2. Использование защитных бил позволило сократить количество мелкодисперсной пыли при дроблении кварцита на 20,9%, мрамора на 31,6%.

3. Результаты численного моделирования имеют хорошую сходимость с данными полупромышленного эксперимента.

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК


1. Воробьев В.В., Кушка В.Н., Свитов В.С. Современное оборудование для измельчения и классификации материалов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2006. №1. С. 280–284.

2. Хамидулина Д.Д., Якубов В.И., Родин А.С., Кушка В.Н. Отсевы дробления – эффективный способ повышения качества бетонов // Строительные материалы 2006. №11. С. 50-51.

3. Козин А.Ю., Фомин С.Н., Кутлубаев И.М., Хозей А.Б. Моделирование движения минерального сырья в ускорителе центробежного типа // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2015. №4. С. 57–59.

4. "Models, algorithms and validation for opensource DEM and CFD-DEM", Christoph Kloss, Christoph Goniva, Alice Hager, Stefan Amberger, Stefan Pirker - Progress in Computational Fluid Dynamics, An Int. J. 2012 - Vol. 12, No.2/3 pp. 140 - 152 5. Характеристики и физико-механические свойства сыпучих материалов [Электронный ресурс] // www.stroymehanika.ru : сервер ООО «СтройМеханика». (дата обращения 09.09.2014г.)

Скачать статью () в PDF