Проектирование мельницы с разработкой классифицирующего устройства камеры грубого помола

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование мельницы с разработкой классифицирующего устройства камеры грубого помола

Молодых В.С., Козлов А.А., Черных Ф.Л.

Развитие цементных предприятий должно осуществляться за счет их технического перевооружения, прогрессивных технологических процессов и оборудования. Большое внимание уделяется энергосберегающим технологиям и модернизациям, в результате которых экономится топливо и электроэнергия.

На ОАО «Катавский цемент» в качестве помольного агрегата для сырья используется трубная двухкамерная мельница 3Ч8 м с центробежным сепаратором производительностью 36 т/ч, которая была выбрана для модернизации. Энергозатраты при помоле одной тонны сырья составляют 27,8 кВт/ч·т. Недостатком существующей мельницы является то, что в камере грубого помола содержится около 50 % частиц размером менее 5 мм. Воздействие на мелкие частицы крупными мелющими телами (средний диаметр шаров в первой камере составляет 70 мм) является не эффективным, снижает производительность мельницы и увеличивает удельные энергозатраты.

Нами предложена конструкция камеры грубого помола, в которой устанавливается классификатор (рисунок 1). Он позволяет интенсифицировать процесс измельчения в трубной мельнице за счет исключения нерационального воздействия крупными мелющими телами на мелкофракционный материал в камере грубого помола путем выделения из поступающего на измельчение материала фракций определенных размеров и транспортирования их в камеру тонкого помола, а также позволяет увеличить жесткость классификатора, что позволит увеличить эксплуатационную надежность трубной мельницы. В результате модернизации удельные энергозатраты снизятся примерно на 8 %.

Нами разработана конструкция классификатора и его деталей. Классификатор состоит из стержней, дуг и лопастей. Минимальный зазор между стрежнями принят равным 4 мм, который обеспечивается стальными вставками между стержнями. Основная нагрузка от мелющих тел и материала ложится на стержни. На них помимо статических и динамических сил отрицательное влияние оказывает и износ мелющими телами. Поэтому принимаем диаметр стержней равным 95 мм, а материал, из которого изготавливаются стрежни - сталь 110Г13Л ГОСТ 2176-85.

Рисунок 1 Модель классификатора

Для предотвращения стержней от износа, их боковые поверхности выполнены в виде износостойких пластин из твердого сплава - Т30К4 ГОСТ 3882-90. Закреплены они при помощи стальных штифтов из низкоуглеродистой стали, концы которых после установки в отверстия стержней и пластин расклепаны.

Стержни хвостовиками оперты на сварные дуги Т-образного сечения, которые образуют два кольца по торцам классификатора. В дугах выполнены окна для прохода измельченного материала в следующую камеру.

Для предотвращения выпадения стержней внутрь камеры помола они распираются внутренними сварными кольцами и закрепляются упорными кольцами из низкоуглеродистой стали.

В CAD/CAM/CAE-системе Unigraphics NX2 с использованием проектно-конструкторской документации ОАО «Катавский цемент» нами создана трехмерная модель мельницы 3Ч8 м (рисунок 2).

Создание модели мельницы начато с анализа технической документации (чертежей деталей и сборочных единиц). Затем составлена структурная схема машины, включающая в себя все сборочные единицы, входящие в мельницу. На следующем этапе созданы модели каждой детали, входящей в мельницу, включая крепежные изделия, уплотнения и т.д., которые затем объединены в сборочные узлы и собрана модель всей мельницы. Первоначально была создана модель не модернизированной мельницы. Затем осуществлена конструкторская разработка модернизации - классификатора, создана модель внутримельничного устройства и выполнены необходимые доработки в базовой модели мельницы. В модуле «Структурный анализ» осуществлены необходимые прочностные и усталостные расчеты деталей и узлов. По разработанным моделям автоматически созданы рабочие чертежи деталей и сборок в модуле «Черчение».

Рисунок 2 Модель мельницы 3Ч8 м

Прочностной расчет классификатора выполнен в CAE-системе ANSYS WORKBENCH 9.0. Расчет производился методом конечных элементов при различных толщинах дуги и коэффициентах заполнения мельницы, причем при создании расчетной модели классификатора учитывался износ стержней мелющими телами.

На классификатор действуют как статические, так и динамические нагрузки, вызываемые весом тел, центробежными силами. Все это наряду с абразивным действием измельчаемого материала требует учета при выборе запаса жесткости и качества материала. Для обеспечения надежного функционирования классификатора необходимо, чтобы максимальные прогибы, возникающие в нем под воздействием внешних сил, не превышали допустимого значения.

В качестве граничных условий выбираем жесткую заделку по грани, прилегающей к корпусу, и по наружной грани винтового шнека, который также опирается на корпус. При расчете принимаем классификатор не как сборку, а как цельную деталь (без сварных швов и крепежа) без скруглений и фасок. Стержни принимаем как составную часть классификатора, круглого сечения из того же материала, что и сам классификатор. Максимальные перемещения стержней будут возникать в случае их максимального износа мелющими телами. Поэтому в расчетной модели задаем износ стержней на 45 % (40 мм).

Создание решения для расчета состоит из нескольких этапов.

1) Полученная в Unigraphics NX2 геометрия экспортирована в текстовый формат Parasolid.

2) Данная геометрия из формата Parasolid импортирована в графический редактор ANSYS WORKBENCH 9.0.

3) Выбран тип симуляции - статический анализ.

4) Выбор материала. Из базы стандартных материалов, имеющейся в системе ANSYS WORKBENCH 9.0, выбрана сталь.

5) Наложение условий закрепления и действующих нагрузок. Создаем два типа нагрузок: сила тяжести G, задаваемая ускорением свободного падения g = 9,81 м/с², и нагрузка от мелющих тел и материала, которая представляет собой распределенное давление на внутреннюю цилиндрическую поверхность классификатора Р = 22196 Па, а также условия закрепления (жесткая заделка по наружным граням дуги и винтового шнека).

6) Произведен расчет классификатора методом конечных элементов (рисунок 3).

По проведенным расчетам можно сделать следующие выводы:

- допускаемые максимальные перемещения для стали Ст 3, из которой изготовлен классификатор, составляют 1,47 мм, следовательно классификатор имеет достаточную жесткость, а также большой запас жесткости (полученные максимальные перемещения не превышают 1,48 · 10^-4 мм);

- принятые из технологических соображений толщина дуги (30 мм) и диаметр стержней (95 мм) являются достаточными и обеспечивают надежную эксплуатацию мельницы при различных коэффициентах заполнения ц (ц = 0,25ч0,3), но с целью снижения материалоемкости, а, следовательно, массы и стоимости эксплуатации и ремонта, мельницы можно уменьшить толщину дуги до 20 мм. При этом будет обеспечена необходимая прочность и жесткость конструкции (запас прочности при коэффициенте загрузки ц = 0,30 составит ).

классификатор трубная мельница помол

Рисунок 3 Максимальные перемещения в классификаторе

Проектирование классификатора с помощью CAD/CAM/CAE-системы Unigraphics NX2 и системы ANSYS WORKBENCH 9.0 позволило на стадии конструкторской проработки узла найти и устранить возможные проблемы, а также создать полный пакет документации для воплощения изделия в металле и использования на предприятии.

Использование в качестве конструкторской среды при проектировании машин и оборудования CAD/CAM/CAE-системы Unigraphics NX2 позволяет полностью автоматизировать процесс конструкторской разработки как деталей и узлов, так и всей мельницы, а также упростить расчет, анализ полученных результатов и визуальное их отображение.

Размещено на Allbest.ru