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

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. 

Таблица 2.

Физико-механические свойства.

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

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 

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 

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. 

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. 

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.)