Создание двухкаскадной мельницы динамического самоизмельчения

А.Н. Дровников, д.т.н., профессор, А.А. Остановский, к.т.н., Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса (ЮРГУЭС); Н.В. Бурков, аспирант, Е.В. Маслов, аспирант, Южно-Российский Государственный технический университет (ЮРГТУ) (Новочеркасский политехнический институт)

Финансовый кризис 2008 года нанес сильный удар по нерудной отрасли промышленности. В связи с наметившимися тенденциями окончания спада и начавшимся подъемом большинства отраслей народного хозяйства в строительной отрасли намечается все возрастающий спрос на такие строительные материалы как щебень различных фракций, гравий, песок и другие инертные материалы. Для России важной составляющей, позволяющей не снижать темпы производства различных строительных материалов, является слабая инфраструктура, требующая приоритетного развития дорожной сети, связывающей между собой различные промышленные и гражданские объекты. Это, в свою очередь, может стать дополнительным катализатором развития отрасли строительных материалов. Во многих отраслях экономики стран СНГ чрезвычайно важное место занимают различные строительные, отделочные и другие материалы. При этом фракционность и дисперсность готового продукта определяет как его качество, так и технологические и потребительские свойства получаемого продукта.

Переработка исходных крупнозернистых материалов в тонкодисперсные порошки составляет наиболее сложную технологическую операцию при производстве этих материалов. Для многих производств, применяющих порошковые материалы, кроме дисперсности, большое технологическое значение имеет чистота основного продукта. Кроме того, для современных условий развития экономики важнейший показатель её эффективности предопределяется низкими удельными энергозатратами на измельчение различных материалов, используемых в строительной и смежной с ней отраслях.

Дробильно-измельчительная техника, находящаяся в эксплуатации на предприятиях Украины, устарела не только морально, но и физически. В таких условиях положение осложняется ещё и тем, что ряд даже этих, недостаточно совершенных машин, отечественным машиностроением не выпускается и их приходится покупать за рубежом. Поэтому, совершенствование помольного оборудования, а также применение более эффективных и экономичных способов измельчения приобретают актуальное практическое значение для экономики Украины, России и других стран СНГ.

Сложившаяся ситуация вызвала в последние годы у нас и за рубежом резкую интенсификацию работ по созданию более эффективных дробильно-измельчительных машин. Основные факторы, которые, прежде всего, учитываются при этих разработках – необходимость интенсифицировать процесс, резко поднять производительность труда и эксплуатационную надежность, снизить расход металла и энергозатраты на измельчение материала.

Поиски ведутся в двух направлениях. Первое направление заключается в разработке дробильно-измельчительных машин, реализующих уже известные принципы работы разрушения – сжатие, удары и т.п. Но этот путь в значительной степени себя исчерпал, так как для его реализации необходимо устанавливать привода высокой мощности, что значительно увеличивает эксплуатационные расходы таких существующего дробильно-измельчительного оборудования и энергозатраты.

Второе, на наш взгляд, наиболее прогрессивное направление заключается в поиске технических решений, в которых могут быть реализованы новые физические принципы процесса взаимодействия частиц материала и рабочих элементов машины, создание машин, работающих на этих принципах с организацией производства такого оборудования.

При этом недостаточно объективно анализируются результаты, достигнутые отечественными разработчиками, специализирующимися на создании и исследовании аналогичных машин [1].

В последние годы в нашей стране и за рубежом специалистами ряда крупнейших фирмах, занимающихся добычей и переработкой инертных строительных материалов, проводились широкие исследования, на базе которых были создано принципиально новое измельчительное оборудование [2].

Анализ существующих конструкций наиболее прогрессивных в этом отношении мельниц динамического самоизмельчения и основных направлений их совершенствования показал, что рабочий процесс в них изучен достаточно полно, разработан математический аппарат, определяющий режимные и конструктивные параметры мельниц такого типа [3].

Кроме перечисленного, к существенному недостатку в организации технологического процесса измельчения различных материалов относится существующая практика установки в технологическую цепочку несколько разнотипных измельчительных машин. Это приводит к усложнению монтажа этого оборудования, необходимости использования больших площадей на предприятиях по переработке материалов под их установку, увеличению обслуживающего персонала и, естественно, к большим эксплуатационным затратам. Выход из укоренившейся практики следует искать на пути создания такого оборудования и машин, в которых может быть сконцентрировано несколько измельчительных операций без существенного усложнения конструкции машины.

Важнейший резерв повышения эффективности измельчительного оборудования содержится в возможности реализации в одной машине кроме процесса измельчения также и процесса разделения фракций – т.е. их фракционирование.

К таким машинам может быть отнесена двухкаскадная мельница динамического самоизмельчения, в которой реализуется идея использования в конструкции наиболее прогрессивных на сегодняшний день мельниц динамического самоизмельчения с осуществлением организации измельчения в два этапа, что позволит увеличить степень измельчения исходного материала и получить готовый продукт без использования дополнительного количества оборудования при его многостадийной переработке.

№3 (103) 2012

На рисунке изображена двухкаскадная мельница динамического самоизмельчения, состоящая из верхнего 2 и нижнего 9 корпусов, связанных между собой болтовыми соединениями и смонтированных на раме 19. Внутри корпусов установлен разъемный вал ротора 12, на котором с помощью шпоночных соединениях смонтированы верхняя 4, нижняя 18 чаши ротора с изготовленными в их наклонных поверхностях выпускными отверстиями и вращающийся в верхнем 5 и нижнем 14 подшипниковых узлах. Передача крутящего момента на вал ротора 12 осуществляется от электродвигателя 17, установленного на раме 19, через клиноременную передачу от электродвигателя 17, ведомый 13 и ведущий 16 шкивы.

Для выпуска измельченного материала в первом каскаде из верхнего корпуса 2 в рабочую зону нижнего корпуса 9 на нижней части сборного корпуса 6 смонтирован гибкий соединительный канал 7, соединяющий между собой I и II каскады мельницы.

Выпуск достигшего необходимой степени измельчения исходного материала, произведенный в нижнем корпусе 9, осуществляется через нижний выпускной патрубок 11 в ёмкость готового продукта 20.

Загрузка исходного материала производится через загрузочный патрубок 1. Для облегчения выхода измельченного материала из I каскада в верхнем корпусе 2 установлена внутренняя перегородка 3, в боковых стенках которой выполнены боковые отверстия, через которые материал через зазор Д перетекает в нижний корпус 6, где смешивается с материалом, попавшим в него через боковые отверстия верхней чаши ротора 4.

Процесс измельчения в мельнице осуществляется следующим образом.

Первоначально в верхний корпус 2 через загрузочный патрубок 1 порционно загружается исходный материал. Далее производится включение электродвигателя 17 и через клиноременную передачу приводят во вращение вал ротора 12 и находящимся на нем и синхронно вращающимися вместе с ним верхнюю 4 и нижнюю 18 чаши ротора.

В начальный период вращения верхней чаши ротора 4 куски материала, загруженные через загрузочный патрубок 1 в корпус 2 и находящиеся над ней, начинают перемещаться к ее периферии под действием центробежной силы, одновременно прижимаясь к радиальным ребрам, и, попав в активную зону, измельчаются за счет ударов, скалывания и истирания их между собой. Частицы материала крупнее размера выходных отверстий в верхней чаше 4, совершают движение в рабочей зоне корпуса 2 по восходящей тореидальной линии и далее вместе с исходным материалом опускаются в (активную) рабочую полость чаши 4.

Одна часть частиц материала, соразмерные с размерами боковых отверстий, выполненных в боковой плоскости верхней чаши ротора 4, выводятся под действием центробежной силы через эти отверстия и попадают в сборную камеру 6 и далее под действием силы тяжести самих частиц выпускаются через гибкий соединительный 7 в нижний корпус 9, располагаясь над нижней чашей ротора 18, где подвергаются воздействию чаши ротора 18 с установленными внутри её полости ребер.

В нижнем корпусе 9 (II каскаде) предварительно измельченные частицы материала в I каскаде аналогично, как в верхнем корпусе 2 начинают перемещаться к его периферии под действием центробежных сил, одновременно прижимаясь к радиальным ребрам. В нижнем корпусе 9, предварительно измельченный материал, попав в активную зону, измельчается за счет ударов, скалывания и истирания. Частицы материала крупнее размера выходных отверстий в верхней чаше 18, совершают движение в рабочей зоне корпуса 9 по восходящей тороидальной линии. При этом частицы материала, имеющие размеры меньше, чем в боковых отверстиях нижней чаше ротора 18, выводятся из корпуса 9 и через нижнюю сборную камеру 10 выпускаются из мельницы и аккумулируются в ёмкости готового продукта 20.

Наличие дополнительного бокового выпускного канала в сборном корпусе 6 позволит осуществить разделение предварительно измельченного материала в первом каскаде и произвести его выпуск как уже готового продукта. Например, такая схема измельчения может обеспечить получения сразу двух фракций щебня: отсева, используемого для производства асфальта и щебня – для устройства дорожного полотна.

Таким образом, можно сделать вывод, что такая конструктивная схема мельницы даст возможность сосредоточить измельчение исходного материала до необходимой степени измельчения в одной машине, причем измельчение в каждом каскаде будет производиться с минимальными энергозатратами, что позволяет реализовать в создаваемом измельчительном оборудовании наиболее прогрессивный на сегодняшний день принцип самоизмельчения.

Для более полного изучения процессов, происходящих при измельчении различных материалов, необходимо провести ряд экспериментальных исследований, которые позволят установить закономерности процессов в машинах такого типа.

В настоящее время производится разработка рабочих чертежей модели двухкаскадной мельницы динамического самоизмельчения с целью проведения исследований на этом образце, подтверждающих возможность обеспечения максимальной степени измельчения материалов за счет концентрации операций на единичном оборудовании.


 

ЛИТЕРАТУРА:

1. С. А. Червяков, Г. И. Газалеева. Анализ современных инновационных технологий и оборудования для получения высококачественного щебня. - Журнал «Горная промышленность», № 2(90), 2010. с. – 46-49.

2. Гегелашвили М. В. Теория и практика мельниц динамического самоизмельчения. Владикавказ: Терек. 2001. 208 с.

3. Хетагуров В. Н. Разработка и проектирование центробежных мельниц вертикального типа. - Владикавказ: Терек. 1999. 225 с.

Журнал "Горная Промышленность" №3 2012, стр.61