Введение к работе
Актуальность проблемы. Свыше 50 лет машиностроительные предприятия Украины осуществляют разработку отсадочных машин, широк» применяющихся при переработке полезных ископаемых и успешно конкурирующих с лучшими образцами зарубежных фирм (Япония, ФРГ и
ДР-)-
Однако, неуклонное повышение требований потребителей к свойствам концентрата при стабильной тенденции к снижению качества исходного сырья предопределяют необходимость постоянного совершенствования технологии его переработки, обоснованного и своевременного обновления парка оборудования путем модернизации эксплуатируемых машин или замены их более эффективными. Вопрос своевременной замены устаревшего оборудования особенно актуален для тех отраслей, где в связи с тяжелыми условиями эксплуатации срок физического износа конструкции может рассматриваться как срок износа морального.
Изложенное диктует резкое (в сравнении с достигнутым) сокращение сроков и повышение качества научных разработок, подготовки конструкторской документации, изготовления и испытания образцов, освоения серийного производства создаваемых машин и оборудования. Это невозможно осуществить без своевременной и качественной подготовки научно обоснованных методик расчета и выбора конструктивных параметров разрабатываемых, осваиваемых и эксплуатируемых машин; без использования их математических и физических моделей, наиболее адекватно отражающих сущность процесса.
Опыт разработки, внедрения и эксплуатации воздушно-пульсационных отсадочных машин (ВПО-машин) различных конструкций, в том числе и машин, оснащенных технологическими модулями струйного типа (МСТ), свидетельствует, что недостаточный учет специфики сырья, особенностей конструкции, условий конкретного предприятия влекут за собой неоправданные издержки в виде снижения технико-экономических показателей технологического процесса, потерь средств и времени на доводку изделий (машин), их внедрение, организацию обслуживания я период эксплуатации и т.п. В ряде случаев ошибки на стадии разработки перспективных конструкций (например, ВПО-машин для руд) на годы (1961-1968) отодвигают их признание, сдерживая развитие научно-технического направления, отдельных предприятий и отрасли в целом.
Поэтому, комплекс исследований, направленный на решение задачи по разработке методики расчета и выбора конструктивных параметров МСТ, позволяющей повысить эффективность машин, уже зарекомендовавших себя на ряде предприятий как прогрессивные и перспективные, является актуальным.
Цель работы - разработка методики расчета, обоснование и выбор рациональных параметров конструкции технологических модулей струйного типа, обеспечивающих повышение технико-экономических показателей обогащения сырья в воэдушно-пульсационной отсадочной машине.
Идея работы заключается в учете совместного влияния физико-механических свойств конкретного сырья и режима его переработки на результаты расчета и выбора рациональных параметров конструкции воэдушно-пульсационной отсадочной машины.
Методика исследований. Поставленная цель достигнута на основе применения комплексного подхода, включающего: анализ и обобщение опыта разработки, внедрения и эксплуатации ВПО-машин, существующих методик их расчета; аналитические исследования с использованием методов механики жидкости (гидродинамики многофазных систем), теории вероятности и математической статистики, теории физического моделирования гидродинамических явлений; экспериментальные лабораторные и промышленные исследования.
Научные положения, выносимые иа зашиту
-
Гидродинамические характеристики проточной части технологического модуля определяются геометрией каждой из выделенных его функциональных зон.
-
Все виды потерь напора, проявляющиеся при перемещении жидкости (рабочей среды) в модуле, целесообразно выражать в долях максимальных за цикл потерь напора на преодоление ее инерционности.
-
Конструктивные, силовые и энергетические параметры технологического модуля должны обосновываться с учетом физико-механических свойств обогащаемого материала и режима его переработки, характеризуемых коэффициентом влияния слоя постели (Lnocr, м).
4. Энергоемкость процесса расслоения (разделения) материала
представляет собой разность энергоемкостей процессов колебания бикои-
понентной (материал и жидкость) и монокомпонентной (только жидкость)
систем, перемещаемых в модуле.
Новизна работы
Впервые установлена аналитическая зависимость между средним эа период цикла колебания перепадом уровней свободных поверхностей жидкости, перемещающейся в технологическом модуле отсадочной машины, и его геометрическими параметрами.
Выведена новая зависимость между средним за период цикла колебания перепадом уровней свободных поверхностей жидкости и величиной максимального давления сжатого воздуха в воздушной камере модуля.
Впервые получены аналитические зависимости между различными видами потерь напора и геометрическими размерами элементов (зон) "іроточной части модуля ВПО-машины при неустановившемся перемещении в нем потока жидкости.
Впервые экспериментально установлена зависимость, учиты-эающая влияние на энергоемкость процесса обогащения специфики гра-зитационного и гранулометрического составов сырья и характеристик ре-кима его переработки.
Создана новая методика расчета и выбора ВПО-машин, позволяющая на основании данных о сырье и режиме его переработки опреде-іять рациональные геометрические параметры элементов конструкции іроточной части МСТ ВПО-иашины и необходимые параметры сжатого зоздуха (энергоносителя).
Обоснованность и достоверность научных полотаний. выводов и гекомеидации определяется:
корректностью поставленных задач каждого этапа работы;
использованием апробированных методов и методик проведения їсследований и обработки опытных данных, экспериментальных устано-зок, приборов;
сходимостью результатов теоретических и экспериментальных ^следований, связанных с определением конфигурации проточной части ехнологического модуля в функции специфики сырья (погрешность
;..ло%);
- соответствием результатов выполненных исследований и сделан-
tbix по ним выводов многолетнему опыту разработки, совершенствования
і эксплуатации ВПО-машин на рудообогатительных фабриках Украины,
"рузии, Казахстана.
Значение работы
Научное состоит в теоретическом обосновании и эксперименталь-юм подтверждении зависимостей:
-между энергоемкостью процесса обогащения и конструктивными іараметрами проточной части технологического модуля ВПО-машины, 'читывающей влияние физико-механических свойств исходного сырья и ребуемого режима его переработки;
- между средней в период цикла пульсаций величины перепада
ровней свободных поверхностей жидкости и максимальным избыточным
іавлением сжатого воздуха в воздушной камере модуля.
Практическое состоит:
- в создании принципиально новой методики инженерного расчета
і выбора параметров проточной части технологических модулей ВПО-
машин, вообще, и МСТ, в частности, учитывающей влияние специфики физико-механических свойств перерабатываемого сырья и режима его обогащения на гидродинамику процесса колебания системы "жидкость -обогащаемый материал", энергоемкость передела и рациональность конструкции; обеспечивающей существенное повышение достоверности результатов и сокращение объемов работ по созданию новых и модернизации действующих технологических аппаратов (ВПО-машин).
в разработке методики прогнозной оценки применения конкретных машин для переработки новых видов сырья и (или) выделения качественно новых продуктов обогащения.
в рекомендациях по выбору и корректировке режима отсадки, осуществляемого в конкретной ВПО-машине с целью достижения рациональных качественно-количественных и технико-экономических показателей передела в связи с предполагаемым (планируемым) изменением состава сырья и(или) требований к качеству продуктов его переработки.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на: заседании технического совета предприятия "Чиатурмарганец" (Чиатура, Республика Грузия, 1991); Международной научной конференции " Теория и практика процессов измельчения и разделения" (Одесса, 1995); Международном научном семинаре "Проблемы комплексного освоения недр" (Днепропетровск, Государственная горная академия Украины, 1995); Международной научной конференции " Современные пути развития горного оборудования и технологий переработки минерального сырья* (Днепропетровск, Национальная горная академия Украины, 1996, 1997); заседании научно-технического совета института "Гипромашуглеобогащение" (Луганск, 1996); специализированном семинаре Национальной горной академии Украины (Днепропетровск, 1998).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 12 работ, в том числе 3 статьи в научных изданиях, 1 авторское свидетельство СССР и 1 патент Украины..
Личный вклад соискателя. В период 1990...1997 годов автор являлся исполнителем и ответственным исполнителем научно-исследовательской работы по созданию, совершенствованию и внедрению ВПО-машин.
Исследования и теоретические проработки, изложенные в диссертации, проведены на кафедре горных машин Национальной горной академии Украины (НГАУ); лабораторные и полупромышленные эксперименты - в условиях Центральной доводочной фабрики горнорудного предприятия "Чиатурмарганец"; внедрение - в институте "Гипромашуглеобогащение1' и ПО "Атоммаш".
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов и заключения. Содержит 148 страниц машинописно-
го текста, в той числе 23 рисунка и 15 таблиц. В списюе использованной литературы 65 наименований. Приложения - 49 страниц.
Автор выражает глубокую признательность_на,учньін оуковояите-лям: кандидату технических наук, доценту! МиронюкуА.Ф.| и доктору технических наук, профессору Франчуку Б.П. за консультации и постоянное внимание к работе, а также сотрудникам горноруднорго предприятия "Чиатурмаргакец" кандидату технических наук Григолашвили 11І.Д. и инженеру Квартнадзе АА. за большую помощь в организации и проведении экспериментальных работ в условиях предприятия.