Введение к работе
Актуальность работы. При производстве цемента до 60% всей расходуемой электроэнергии приходится на измельчение материалов. В совокупности с большими объёмами его производства (в России около 40млн т в год), внедрение энергосберегающих технологий даёт значительный экономический эффект.
Уже более века трубные мельницы (ТМ) благодаря простоте конструкции, надёжности, низким эксплуатационным расходам при сравнительно высокой часовой производительности применяются для помола различных материалов. Трубные мельницы являются основным агрегатом для измельчения сырьевых материалов и клинкера в РФ и странах СНГ, а также получили широкое распространение в мировой цементной промышленности.
Существенным недостатком трубных мельниц является низкая энергетическая эффективность. По сведениям специалистов лишь незначительная часть подводимой энергии расходуется непосредственно на разрушение материала, остальная часть расходуется в виде тепловой энергии, шума, вибраций.
Одним из путей совершенствования данных агрегатов является снижение удельного расхода электроэнергии за счёт применения различных конструкций внутримельничных устройств (ВУ).
Совершенствование работы (ТМ) невозможно без всестороннего исследования процессов, происходящих в мельнице. Несмотря на множество исследований, лишь немногие процессы, протекающие в трубных мельницах, могут быть описаны количественно, другие же описаны для узкого диапазона изменения входных факторов.
Построение математического описания процесса пространственного движения мелющих тел (МТ) позволит количественно и с достаточной степенью точности исследовать процессы, протекающие при измельчении материалов.
Цель работы. Разработка математического описания процесса движения мелющих тел в трубной мельнице с различными конструкциями внутримельничных устройств и на его основе разработка устройства, обеспечивающего повышение эффективности работы мельницы.
Задачи исследований.
Разработать математическое описание процесса пространственного движения мелющих тел в барабане мельницы: а) в конусообразном и цилиндрическом барабане без внутримельничных устройств, футерованном как плоскими бронеплитами, так и криволинейными; б) оснащённом вертикальными и наклонными межкамерными перегородками; в) оснащённом лопастными эллипсными сегментами; г) оснащённом продольными лопастными устройствами; д) оснащённом одно- и двухзаходными винтовыми лопастями.
Установить закономерности изменения кинематических и динамиче-
ских характеристик мелющих тел в трубной мельнице, оснащённой различными конструкциями внутримельничных устройств.
3. Разработать методики расчёта мощности, затрачиваемой на движе
ние мелющих тел в мельнице с различными конструкциями внутримель
ничных устройств, нагрузок на их поверхности и корпус трубной мельницы
от мелющей загрузки, радиальных и осевых динамических нагрузок на
подшипники мельницы.
Разработать рациональную, патентно-защищенную конструкцию конусообразного внутримельничного классифицирующего устройства, обеспечивающего снижение удельного расхода электроэнергии при измельчении материала в трубной мельнице.
Исследовать влияние основных факторов на производительность, потребляемую мощность и удельный расход электроэнергии мельницы, оснащённой конусообразным внутримельничным классифицирующим устройством.
Разработать рекомендации для промышленного применения результатов исследования.
Научная новизна.
Получено математическое описание процесса пространственного движения мелющих тел в барабане трубной мельницы: а) в конусообразном и цилиндрическом барабанах без внутримельничных устройств, футерованном как плоскими бронеплитами, так и криволинейными; б) оснащённым вертикальными и наклонными межкамерными перегородками; в) оснащённым лопастными эллипсными сегментами; г) оснащённым продольными лопастными устройствами; д) оснащённым одно- и двухзаходными винтовыми лопастями.
На основе полученного математического описания процесса пространственного движения мелющих тел разработаны методики расчета нагрузок на корпус мельницы и поверхности внутримельничных устройств от мелющей загрузки, радиальных и осевых динамических нагрузок на подшипники; мощности, затрачиваемой на движение мелющих тел в барабане мельницы.
Установлены закономерности изменения кинематических и динамических характеристик мелющих тел в барабане трубной мельницы, оснащённой различными конструкциями внутримельничных устройств и без них.
Получены математические выражения в виде уравнений регрессии, адекватно описывающие изменения потребляемой мощности и производительности и позволяющие определить рациональные конструктивно-технологические параметры ТМ, оснащённой конусообразным внутримельничным классифицирующим устройством.
Автор защищает.
1. Математическое описание процесса пространственного движения
мелющих тел в барабане трубной мельницы: а) в конусообразном и цилиндрическом барабанах без внутримельничных устройств, футерованных как плоскими бронеплитами, так и криволинейными; б) оснащённым вертикальными и наклонными межкамерными перегородками; в) оснащённым лопастными эллипсными сегментами; г) оснащённым продольными лопастными устройствами; д) оснащённым одно- и двухзаходными винтовыми лопастями; позволяющими определить траектории движения мелющих тел, координаты, угловые и линейные скорости всех мелющих тел в любой момент времени, энергии ударов мелющих тел.
Методики расчета нагрузок на корпус мельницы, поверхности внутримельничных устройств и подшипники от мелющей загрузки; мощности, затрачиваемой на движение мелющих тел.
Конструкцию патентно-защищенного конусообразного внутримель-ничного классифицирующего устройства, обеспечивающего повышение эффективности работы трубной мельницы.
Результаты численных экспериментов, устанавливающих закономерности пространственного движения мелющих тел в барабане мельницы с различными конструкциями внутримельничных устройств и без них.
Результаты физических экспериментов по определению производительности, потребляемой мощности, удельного расхода электроэнергии, коэффициента сегрегации для трубной мельницы с конусообразным внут-римельничным классифицирующим устройством и эффективности его применения; потребляемой мощности для трубной мельницы с различными внутримельничными устройствами и без них.
Практическая ценность работы. Разработаны инженерные методики и соответствующее программное обеспечение для расчета кинематических и динамических параметров мелющих тел, нагрузок на барабан мельницы и поверхности внутримельничных устройств, радиальных и осевых нагрузок на подшипники; патентно-защищенная конструкция КВКУ, обеспечивающая при тонком помоле мергеля в трубной мельнице снижение удельного расхода электроэнергии до 19%.
Реализация работы. Разработаны рекомендации для использования результатов исследований в промышленных условиях на сырьевой мельнице >х=3,7х8,5 м ЗАО «Катавский цемент». Рекомендации используют на предприятии для разработки технической документации на конструкцию КВКУ с целью последующего применения устройства. Результаты работы используются в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных работ на кафедре механического оборудования БГТУ им. В.Г. Шухова.
Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы обсуждались и получили одобрение на Международном форуме по проблемам науки, техники и образования академии наук о Земле (2004 г., Москва), V межрегиональной научно-технической конферен-
ции с международным участием БрГУ (2006 г., Братск).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано восемь печатных работ, в том числе одна в ведущем рецензируемом издании, рекомендованном ВАК РФ; получены один патент РФ на изобретение, один патент РФ на полезную модель.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержащего основные результаты и выводы. Работа включает 189 страниц машинописного текста, 12 таблиц, 64 рисунка, список литературы из 136 наименований и 20 приложений на 52 страницах.
