Оборудование для измельчения твердых материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основные понятия и определения

Интенсивность физических и химических процессов с участием твердых материалов, как правило, возрастает с увеличением удельной обнаженной поверхности последних. В связи с этим разнообразные твердые материалы подвергаются во многих химических производствах механическому измельчению. В зависимости от размеров кусков исходного и измельченного материала различают следующие классы измельчения:

Отношение диаметров кусков исходного и измельченного материала dH / dK = i называется линейной степенью измельчения, а отношение dH3 / dK3 = i 0 - объемной степенью измельчения. Под dН и dK подразумеваются размеры наибольших кусков. Более полной характеристикой материала является его удельная поверхность, т. е. поверхность кусков или частиц, приходящаяся на единицу их массы или объема. Часто характеризуют материал по его фракционному составу, выраженному в долях или процентах частиц близких размеров (узких фракций). Наконец, на практике пользуются также характеристикой материала по нижнему (+d1) и верхнему (- d2) пределам крупности, что означает не мельче d1 и не крупнее d2.

При измельчении крупных и средних кусков обычно i = 3 ? 8, а для мелких i = 10 ? 30 и более. При этом чем прочнее измельчаемый материал, тем меньше должна быть величина i. Если же требуемое отношение размеров куска до и после измельчения превышает указанные значения i, то процесс измельчения осуществляют в несколько последовательных стадий и чаще всего различными измельчающими машинами. При этом на каждой стадии, кроме кусков желательного размера и более мелких, обычно получается также часть материала в виде более крупных кусков. По этой причине материал после каждой стадии измельчения подвергается рассеву; более крупные куски возвращаются на повторное измельчение, а куски требуемых размеров поступают на следующую стадию измельчения. Таким образом, в наиболее общем случае измельчающая (или размольная) установка состоит из нескольких последовательно расположенных измельчающих машин, между которыми устанавливаются просеивающие (сортирующие) и необходимые транспортные устройства.

Рис. 1 - Принципиальная схема трехстадийного измельчения твердых материалов

На рис. 1 показана принципиальная схема трехстадийного измельчения материала в трех машинах: крупного (I), среднего (II) и тонкого (III) измельчения.

Исходный материал предварительно проходит через грохот 1, откуда крупные куски попадают в машину I, а мелкие присоединяются к измельченному материалу и вместе с ним поступают на грохот 2. Материал, прошедший через этот грохот, уходит в машину II, а более крупные куски возвращаются на повторное измельчение в машину I. По выходе из машины II материал разделяется на грохоте 3, откуда крупная фракция возвращается на повторное измельчение в ту же машину, а мелкая поступает в машину III. Из последней материал поступает на грохот 4, с которого крупная фракция возвращается в машину III, а мелкая представляет собой конечный продукт и отводится из системы.

Разнообразие физико-механических свойств твердых материалов и предъявляемых к ним требований привело к созданию многочисленного ряда измельчающих машин, отличающихся принципом действия и конструкцией. Твердый материал можно измельчать четырьмя основными методами (рис. 2): раздавливанием, раскалыванием, истиранием и ударом. В ряде измельчающих машин часто осуществляются различные сочетания основных методов (например, удар и истирание, удар и раздавливание), а также добавочное действие изгибающих и срезающих сил. Выбор метода производится с учетом

Рис. 2 - Основные методы измельчения твердых материалов: а - раздавливание; б - раскалывание; в - истирание; г - удар

механических свойств материала и требуемой степени его измельчения. Так, для крупного и среднего дробления предпочтительны методы раздавливания и раскалывания, а для тонкого измельчения - методы удара, истирания и их сочетание.

Одним из важнейших техноэкономических показателей процессов измельчения твердых материалов является расход энергии. Если предположить, что измельчаемое тело является однородным, абсолютно упругим и делится по строго определенному геометрическому закону, то расход энергии должен быть пропорционален величине вновь образованной поверхности в измельченном материале (гипотеза Риттингера). Так, например, тело кубической формы с длиной ребра D имеет поверхность Fn = 6D2. Разрежем этот куб на z одинаковых кубиков с длиной ребра d. Число этих кубиков будет равно z = D3/d3, а их суммарная поверхность Fк = 6d2 D3/d3 = 6d2i0. Вновь образовавшаяся поверхность выразится формулой: F = FK - Fn = = 6D2 (i - 1).

Принимая, что на образование единицы новой поверхности при измельчении данного материала затрачивается работа Ау, получим выражение для расхода работы на измельчение рассматриваемого тела:

А = 6АУD2 (i - 1)(1.1)

Величина Аy теоретическому определению не поддается и должна быть найдена опытным путем в каждом конкретном случае применительно к данному материалу, данной измельчающей машине и данной степени измельчения. Величина Aу является огульной, так как одновременно отражает отклонение от всех ранее сделанных предположений, практически никогда не реализуемых. В действительности при измельчении затрачивается также энергия на деформацию тела без его разрушения. Кроме того, процесс измельчения состоит из ряда актов воздействия внешних сил на материал, причем после каждого акта получаются частицы разной дисперсности. Это вызвано, различной формой кусков измельчаемого материала, а также случайным распределением дефектов в его структуре (трещины, посторонние отложения). Опытами показано, что изложенная гипотеза часто оправдывается лишь в случаях измельчения резанием и истиранием, но совершенно не применима к процессам крупного, среднего и мелкого дробления методами раздавливания, раскалывания и удара. При измельчении материала этими методами практически оправдывается гипотеза Кирпичева, базирующаяся на теории упругости, согласно которой расход работы деформации Ас тела объемом V, м3 составляет (в Н/м):

А = (у2p/2E)V (а)

где уp - предел прочности (разрушающее напряжение) материала, Н/м2; Е - модуль упругости 1-го рода, Н/м2.

Таким образом, если куски с размером D измельчаются до размера d, то расход работы будет (в Н/м):

А = [ру2p (D3-d3)] / (2E·6) = [ру2p d3 (i3 - l)] / 12E (2)

Кроме изложенных двух подходов к определению расхода энергии на измельчение твердых материалов, предложен ряд других, не получивших, однако, применения из-за наличия в них трудно определяемых эмпирических коэффициентов.

Машины для измельчения твердых материалов целесообразно классифицировать по методу измельчения, разделяя их на следующие группы: 1) раскалывающего и разламывающего действия; 2) раздавливающего действия; 3) истирающе-раздавливающего действия; 4) ударного действия; 5) ударно-истирающего действия; 6) коллоидные измельчители.

Измельчающие машины раскалывающего и разламывающего действия

Отличительным признаком рассматриваемого класса машин является действие на измельчаемое тело сосредоточенных нагрузок, вызывающих местные разрушающие напряжения и деление тела на части. В сравнении с другими машинами измельченный материал является в данном случае более однородным по гранулометрическому составу. К описываемому классу машин, применяемых для крупного и среднего дробления, относятся щековые, конусные и зубовалковые дробилки.

Щековые дробилки

Рабочими элементами щековых дробилок (рис. 3) являются неподвижная и подвижная щеки, образующие свободную полость (пасть), сечение которой уменьшается сверху вниз. Материал, загружаемый сверху, при сближении подвижной щеки (ход справа налево) измельчается, а при ее отдалении (ход слева направо) он уходит через нижнее сечение пасти (щель). Измельчение происходит раскалыванием и разламыванием, так как рабочие поверхности обеих щек имеют зубчатую форму. Подвижная щека, совершающая качательное движение, обычно подвешена на оси за верхний ее конец (рис. 3, а, б), поэтому ширина нижней (выгрузочной) щели при работе дробилки изменяется, обусловливая различие размеров кусков измельченного материала.

Рис. 3 - Щековые дробилки: а - верхняя подвеска подвижной щеки; 6 - верхняя подвеска подвижной щеки на эксцентриковом валу; в - нижняя подвеска подвижной щеки; г - измельчитель со щекой по схеме «а»: 1 - станина; 2 - неподвижная щека: 3 - боковая плита; 4 - защитная плита; 5 - подвижная щека; 6 - ось подвижной щеки; 7 - эксцентриковый вал; 8 - шатун; 9 - распорные плиты; 10 - тяга; 11 - пружина; 12 - клинья; 13 - маховик

Для устранения этого недостатка созданы машины с нижней подвеской качающейся щеки (рис. 3, в) и, следовательно, с постоянным нижним сечением пасти. Обеспечивая большую однородность измельченного материала, эти машины не получили, однако, широкого применения из-за образования застойных зон в нижней щели и соответственного падения производительности.

На рис. 3, г показана дробилка с верхней подвеской подвижной щеки, выполненная по схеме рис. 3, а. Внутри литой чугунной или стальной станины расположены неподвижная и подвижная щеки, защищенные рифлеными (зубчатыми) плитами из износоустойчивого металла (марганцовистая сталь, отбеленный чугун). С боков пасть ограничена гладкими плитами.

Рис. 4 - К расчету щековых дробилок

Подвижная щека, подвешенная на оси, получает качательное движение при помощи шатуна, сидящего на коленчатом (эксцентриковом) валу и шарнирно соединенного с этой щекой распорными плитами. Контакт между шатуном, распорными плитами и подвижной щекой, а также обратное движение последней (вправо) достигается посредством тяги и пружины. Крупность измельченного материала регулируется путем изменения ширины нижней щели, осуществляемого подъемом или опусканием клиньев. Измельчение материала происходит в период сближения подвижной щеки с неподвижной, при обратном ходе щеки измельченный материал уходит через нижнюю щель. Чтобы избежать поломки дорогостоящих частей машины при случайном попадании очень прочных посторонних предметов из-за перегрузки, предусмотрена преднамеренная поломка одной из распорных плит, восстановление и замена которой не требует большой затраты средств и времени.

Важным параметром щековой дробилки является угол а между ее щеками, обеспечивающий захват материала в пасть. Этот угол, называемый углом захвата, можно определить из баланса сил, действующих на кусок материала, зажатого между обеими щеками (рис.4, а). Силы давления Р образуют равнодействующую R= 2Рsin(б/2), стремящуюся выбросить материал из пасти. С другой стороны, проекции сил трения на ось, параллельную направлению силы R, равные 2fPcos(б/2), стремятся удержать материал в пасти. Следовательно, кусок материала останется в пасти дробилки при условии:

2fP cos (б /2) > 2Р sin (б /2) или f > tg (б /2)(3)

где f - коэффициент трения материала о поверхность щек, равный, как известно, тангенсу угла трения tg ц.

Таким образом, материал будет захватываться в пасть дробилки, если tg ц > tg (б /2) или 2ц > б, т. е. когда угол между щеками б меньше удвоенного угла трения. При б > 2ц куски материала будут выбрасываться из пасти без измельчения. Угол трения ц определяется опытным путем и обычно колеблется в пределах 15-25°.

Так как материал измельчается при каждом сближении подвижной щеки с неподвижной, можно ожидать, что производительность дробилки будет возрастать с увеличением числа качаний щеки z в единицу времени. Если вал машины вращается с частотой n, об/мин, то продолжительность одного качания щеки равна 60/2z = 30/z с. Эта продолжительность не может быть, однако, меньше времени т свободного падения с высоты h призматического объема материала, могущего выйти из нижнего сечения пасти после отхода щеки на расстояние s (рис. 4, б). Так как ф2 = = 2h/g указанному условию соответствует равенство

2h/g = 302/z2 (а)

Угол захвата б очень мало изменяется в период качания щеки, поэтому можно принять h = s/tg б. Подставив полученное значение h в равенство (а), найдем максимальное число рабочих качаний щеки, равное числу оборотов в минуту эксцентрикового вала:

z = n = 66,5 (4)

На практике s = 0,005 - 0,030 м; меньшие значения характерны для малых дробилок.

Если длина пасти дробилки равна b,м, то призматический объем измельченного материала, уходящего из дробилки за одно качание щеки (или за один оборот эксцентрикового вала) составит [(2е + s) /2] bh. Следовательно, при n, об/мин вала с учетом h = s/tgб объемная производительность машины будет(в м3/ч):

V = [30µnbs (2е + s)]/tg б (5)

где µ - коэффициент разрыхления массы измельченного материала, уходящего из нижней щели пасти; е - эксцентриситет; все линейные размеры выражены в м.

Полусумма (2е + s)/2 может быть принята равной среднему размеру куска измельченного материала dср, поэтому получим

V = 60µ (nbsdср/tg б) (5а)

При плотности материала с, кг/м3 массовая производительность дробилки выразится формулой (в т/ч):

G = 0,06 µ (с nbsdср / tg б) (5б)

Заметим, что ширина пасти дробилки А, определяемая по формулам (5)-(5б), должна быть на 15-20% больше диаметра самых крупных кусков в исходном материале для обеспечения их свободного прохода, а длина b - на 15-20% больше суммарной длины этих кусков, укладывающихся в одном ряду. Высота неподвижной щеки принимается равной В = (А - e) / tg б.

Для определения расхода работы на измельчение материала (в Н/м) принимают, что величина V в уравнении (а) соответствует разности объемов поступающих кусков размером D (их число равно b/D) за время одного качания щеки и уходящих кусков конечного размера d (их число равно b/d). Таким образом

А1 = (nу2pb / 12Е) (D2 - d2)(б)

При вращении вала с частотой n об/мин требуемая мощность (в кВт) составляет:

N = A1n /60·103 = ру2p(D2 - d2)n/72·104Е (6)

причем уp и Е выражены в Н/м2, а все линейные размеры - в м.

Конусные дробилки

Основными рабочими элементами конусных дробилок являются два усеченных конуса, размещенных один в другом (рис. 5), из которых внешний неподвижен, а внутренний вращается на оси. В одних конструкциях (рис. 5, а) ось внутреннего конуса расположена с эксцентриситетом относительно оси неподвижного конуса (обе оси параллельны) и при вращении описывает цилиндрическую поверхность. При таком вращении внутренний конус в одной части окружности приближается к неподвижному конусу, измельчая материал, а в противоположной части окружности удаляется от неподвижного конуса, обеспечивая выход измельченного материала. В отличие от щековой дробилки, где материал измельчается лишь при рабочем ходе подвижной щеки, т. е. периодически, в конусных дробилках процесс измельчения и удаления материала происходит непрерывно - при обкатывании неподвижного конуса внутренним.

Рис. 5 - Схемы конусных дробилок: а, б - для крупного дробления; в - для среднего дробления; г - для мелкого дробления; 1 - неподвижный конус; 2 - подвижный конус; 3 - ось подвижного конуса; 4 - вращающийся стакан

В других конструкциях ось подвижного конуса наклонена к оси неподвижного конуса под углом 2-3° (рис. 5, б, в, г), причем нижний конец ее входит в эксцентрически расточенное отверстие стакана, приводимого во вращение через коническую зубчатую передачу. Верхние концы обеих осей пересекаются в точке О, где размещен шаровой шарнир, прикрепленный к траверсе. Таким образом, ось внутреннего конца описывает круглую коническую поверхность, а нижний конец этой оси - окружность. В результате такого гирационного движения поверхность неподвижного конуса непрерывно обкатывается движущимся конусом, что приводит к непрерывному измельчению материала при сближении конусов и выпадению измельченного материала на противоположной стороне. Так как обе рабочие поверхности круглые, измельчение материала происходит путем разламывания кусков при их изгибе.

В случае машин для крупного дробления (рис. 5, а, б) пологий неподвижный конус расширяется кверху, а крутой подвижный конус - книзу, что обеспечивает захват крупных кусков материала. У машин для среднего и мелкого дробления оба конуса расширяются книзу, причем подвижный конус является более пологим. Такая форма конусов создает расширенную щель для выхода измельченного материала, способствуя увеличению производительности машин.

На рис.6 показана конусная дробилка для крупного дробления (начальный размер кусков 350 - 1500 мм, конечный размер 60 - 220 мм, производительность 60-300 т/ч) с вертикальным сбросом измельченного материала через шахту, расположенную в фундаменте под машиной. Поверхности обоих конусов защищены двумя рядами сменных броневых плит из марганцовистой стали. Верхний конец вала внутреннего конуса подвешен к траверсе, а нижний конец входит в эксцентриковый стакан приводного устройства. Таким образом, амплитуда качания нижних точек внутреннего конуса больше, чем верхних, что обеспечивает разрушение поступающего материала (амплитуда минимальна в зоне разрушения крупных кусков).

Рис. 6 - Конусная дробилка для крупного дробления: 1 - центральный вал: 2,4 - эксцентриковый и направляющий стаканы; 3 втулка; 5 - станина; 6,7 - защитный н неподвижный конусы; 8 - броневая футеровка 9 - траверса; 10 - броня траверсы; 11 - колпак; 12, 17 - гайки; 13 - опорный стакан; 14, 15 - опорные втулки; 15 - сменная втулка; 16 - опорное кольцо; 18 - броня внутреннего конуса; 19 - внутренний конус; 20 - уплотняющая шайба; 21, 24 - конические шестерни привода; 22 - ведущий вал; 23 - стакан

На рис. 7 показана конусная дробилка для среднего дробления (исходный размер кусков 75-350 мм, конечный размер 15-60 мм, производительность 50-750 т/ч). Здесь оба конуса расположены большими основаниями вниз, но внутренний конус более пологий, поэтому зона измельчения постепенно суживается книзу. Внутренний конус сидит на консольном валу, нижний конец которого входит эксцентрично в эксцентриковый стакан под некоторым углом. При вращении стакана внутренний конус совершает вращательное и качательное движения, приближаясь к поверхности неподвижного конуса в одном месте и удаляясь от нее в другом. Поверхности обоих конусов защищены съемными броневыми плитами из марганцовистой стали. Неподвижный конус крепится к установочному кольцу при помощи пружин, что исключает поломку машины при случайном попадании недробящихся материалов в зону измельчения (пружины в этом случае сжимаются, неподвижный конус поднимается и случайно попавший кусок проваливается). Крупность дробленого материала можно регулировать подъемом и опусканием неподвижного конуса, соответственно увеличивая и уменьшая ширину выходной щели.

Рис. 7 - Конусная дробилка для среднего дробления: 1 - направляющий стакан; 2, 25 - конические шестерни привода; 3 - станина; 4 - натяжной болт; 5 - гайка; 6 - шайба; 7 - пружина; 8, 12 - внутренний конус и его броневая защита; 9 - домкрат; 10 -- кожух; // - приемная воронка; 13 - центральный вал; 14 - гайка; 16 - загрузочная воронка; 16 - стержни с клиновым креплением; 17 - приемная тарелка; 18 - цинковая заливка; 19 - установочное кольцо; 20, 21 - неподвижный конус и его броневая защита; 22 - сферическая опора; 23 - стакан; 24 - ведущий вал; 26, 27 - эксцентриковый стакан и его опорная пята

На рис. 8 представлена конусная дробилка для мелкого дробления (исходный размер кусков 30-75 мм, конечный 3-25 мм, производительность 6-400 т/ч), отличающаяся от предыдущей машины формой и соотношением размеров обоих конусов. Здесь образующая внешнего конуса прямая, а не кривая, и расширение верхней части зоны измельчения достигается скосами броневых плит.

Рис. 8 - Конусная дробилка для мелкого дробления: 1 - центральный вал; 2 - эксцентриковый стакан; 3 - направляющий стакан; 4, 25- конические шестерни привода; 5 - стакан ведущего вала; 6 - ведущий вал; 7, 8 - внутренний конус и его защита; 9, 10 - внешний конус и его защита; 11 - установочное кольцо; 12 - кожух; 13, 15 - приемная и загрузочная воронки; 14 приемная тарелка; 16 - стержни с винтовым креплением; 17, 21 - гайки; 18 - домкрат; 19 - пружины; 20 - шайба; 22 натяжные болты; 23 - станина; 24 - сферическая опора; 25 - подпятник

Кроме того, в нижней части зоны измельчения удлинен участок параллельности поверхностей обоих конусов, что обеспечивает большую однородность частиц измельченного материала по размеру. В остальном обе машины аналогичны.

Легко видеть, что захват куска материала в зону измельчения конусных дробилок обусловлен теми же силами, что и в щековой дробилке, поэтому и в данном случае угол захвата (между образующими конусов) должен быть меньше двойного угла трения (б < 2ц).

Рис. 9

Внутренний конус дробилки имеет ось, описывающую при его вращении цилиндрическую или коническую поверхность с радиусом в плоскости нижнего среза конусов r и амплитудой возвратно- поступательного движения s=2r (рис. 9, а). Материал в пасти дробилки измельчается при перемещении внутреннего конуса из положения 2 в положение 1 и выпадает при обратном перемещении из положения 1 в положение 2. Если ось O1O2 вращается с частотой n об/мин, то время перехода конуса из положения 1 в положение 2 равно 30/n с. За это время кольцевой призматический объем материала высотой h должен свободно выпасть из зоны измельчения, поэтому 30/n = , откуда n = 30 . Однако h= s / (tg б1+ tg б2) = 2r / (tg б1 + tg б2) и предельное число оборотов (качаний) внутреннего конуса будет:

n = 47 (7)

где r - эксцентриситет оси вращения нижнего основания внутреннего конуса,м; б1 и б2 - углы наклона образующих внешнего и внутреннего конусов (обычно г == 0,005-0,020 м), причем (б1 + б2) < 2ц.

Обозначив сечение кольцевого призматического объема выпадающего измельченного материала за одно качание внутреннего конуса через F м2, а средний диаметр этого кольца через Dcp м, выразим часовую объемную производительность дробилки формулой: V = 60nрDcpF. При плотности материала с кг/м3 и коэффициенте разрыхления µ массовая производительность составляет:

G = µсУ = 60рn сµDcpF ,кг/ч.

Если внутренний диаметр нижнего сечения неподвижного конуса равен D2, то

Dcp = D2 - (2r + e) и F = 2(e + r)h/2 = (e + r)[s/( tg б1 + tg б2)]

При среднем диаметре куска измельченного материала dK,м можно с достаточной степенью точности принять FDcp = [(D2 - dK) dKs ] / (tg б1 + tg б2), поэтому

G = 188,4 µс (D2 - dK) sndK/1000 (tg б1 + tg б2) (8)

Из уравнения (8) определяют D2, а диаметр нижнего основания внутреннего конуса d2 = D2 - (2е + 2г). Если наибольший размер кусков в исходном материале равен dH, то диаметр верхнего основания неподвижного конуса D1 = d1 + 2,2dn где d1 - диаметр верхнего основания внутреннего конуса.

В случае конусных дробилок для среднего и мелкого дробления угол захвата а принимается равным углу между образующими обоих конусов со стороны входа материала (рис.9,б). При этом, как и ранее, должно удовлетворяться условие б < 2ц.

Двухвалковые зубчатые дробилки

Двухвалковые зубчатые дробилки раскалывающего действия (рис.10), применяемые для крупного и среднего измельчения хрупких малопрочных материалов (уголь, кокс, соли и т.п.), состоят из двух зубчатых валков, вращающихся навстречу друг другу. Измельчаемый материал, попадая между зубьями валков, раскалывается и выпадает через щель между валками. Один валок сидит в неподвижных подшипниках, а второй - в подвижных с амортизирующими пружинами. При попадании куска недробящегося материала валки благодаря подвижным подшипникам расходятся, кусок проваливается, и машина не подвергается повреждению. Валки несут на себе зубчатые кольца или сегменты, которые заменяются по мере износа. Диаметр валка доходит до 1500 мм, ширина - до 2100 мм; производительность больших машин достигает 200 т/ч.

Углом захвата зубовалковой дробилки называется угол б, образуемый двумя касательными в точках соприкосновения куска измельчаемого материала с валками. Как и в ранее рассмотренных дробилках, условием захвата куска материала является б < 2ц. Легко видеть, что между диаметрами валка DB и захватываемого куска материала dH существует следующее соотношение: DB = (Dв + dH)·cos (б /2), откуда DB = [dH cos (б /2)] / [1 - cos (б /2)], где DB - диаметр валка, включающий высоту зубьев h = е/2, причем е - минимальное расстояние между образующими двух валков (ширина щели). Диаметр валка без зубьев D6 = DB - е.

При измельчении более твердых материалов зубья делают короткие с тупым углом в вершине, а при измельчении мягких материалов - короткие с острым углом в вершине.

Скорость движения ленты равна окружной скорости валков рDBn/60, где n - частота их вращения, об/мин. При плотности материала с кг/м8 и коэффициенте разрыхления µ производительность дробилки будет (в т/ч)

G = 0,06 р DB n B dK µ с (11)

где размеры В, dK и DB выражены в м; µ = 0,25-0,30.

Из формулы (11) следует, что производительность дробилки возрастает с увеличением скорости вращения валков Опыт, однако, показывает, что при этом одновременно растет износ зубьев и увеличивается количество мелочи (размер частиц значительно ниже dK) в измельченном материале вследствие ударного действия зубьев. Поэтому на практике не допускают окружную скорость валков выше 1,5-2,0 м/с.

Мощность на валу описываемых дробилок не поддается теоретическому расчету и определяется по формуле: N = КиDBВn кВт, где Ки - коэффициент, определяемый опытным путем.

Рис. 10 - Двухвалковая зубчатая дробилка: 1 - рама; 2 - ось нескользящего валка; 3 - нескользящий валок; 4 зубчатое кольцо; 5 - скользящий валок; 6 - ось скользящего валка; 7 - неподвижный подшипник; 8 - скользящий подшипник; 9 пружина; 10 - направляющая шпилька; 11 - опорная тарелка

Измельчающие машины раздавливающего действия

Общим признаком машин рассматриваемого класса является раздавливание материала при сближении двух поверхностей, из которых одна или обе подвижны. Конструктивным отличием отдельных типов этих машин - положение рабочих поверхностей, а также способ создания раздавливающих усилий. Основными представителями описываемых машин являются гладковалковые, ролико-кольцевые вертикальные и горизонтальные дробилки.

Гладковалковые дробилки отличаются от только что рассмотренных двухвалковых зубчатых тем, что валки имеют гладкую цилиндрическую поверхность (без зубьев), поэтому материал измельчается не раскалыванием, а раздавливанием (рис. 11). Как и в предыдущем случае, для обеспечения втягивания кусков исходного материала в пасть дробилки угол захвата должен быть меньше двойного угла трения, т. е. б< 2ц. Из рис. 11 видно, что между диаметром гладкого валка D6, предельным размером куска исходного материала dH, углом захвата а и шириной выходной щели е существует следующее соотношение: (D6 + е)/2 = [(D6 + dH)/2] cos (б /2)

Рис. 11 - К расчету гладиовалковой дробилки

В гладковалковой дробилке энергия расходуется на собственно измельчение материала (N1), на трение цапф валков в подшипниках (N2) и на трение материала о поверхность валков (N3).

Таким образом, мощность двигателя дробилки выразится так (в кВт):

N = N1 + N2 + N3 = {(1 + f) [у2pnBD6 (dH - е2)]/72·I03 EdH) + (BD36n/4,6) (12)

На практике предположение о безотрывном движении кусков исходного материала друг за другом в пасти дробилки обычно не оправдывается, поэтому мощность двигателя N, вычисленная по формуле (12), завышена или максимально возможна.

Рассмотренные машины используют для среднего и мелкого дробления. Диаметр валка достигает 1500 мм, его длина равна 600 мм, а производительность дробилки составляет 13 - 85 т/ч.

Рис. 12 - Ролико-кольцевая вертикальная дробилка: 1- размольное кольцо; 2 - ролики; 3 - винт; 4 - рычаг; 5 - корпус; 6 - нажимная пружина; 7 - крышка; 8 - ведущий ролик; 9 - ось ролика; 10 - коромысло; 11 - питающая вороика

дробилка твердый материал

Рабочими элементами ролико-кольцевой вертикальной дробилки (рис. 12) служат три ролика и висящее на них размольное кольцо. Ролики сидят на осях, прижаты к размольному кольцу пружинами, причем один из них соединен с приводом и является ведущим. Применяют также машины с ведущим размольным кольцом. Материал попадает между кольцом и роликами, раздавливается и уходит из нижней части корпуса, унося при этом также куски крупнее требуемого размера. Поэтому по выходе из машины материал подвергается просеиванию; крупные куски возвращаются в машину на повторное измельчение. Машина используется преимущественно для грубого помола. Интервалы рабочих размеров: диаметр кольца 250-3000 мм при ширине 60-750 мм; диаметр роликов 100-1240 мм. Производительность машины зависит от свойств материала и степени измельчения, составляя 25- 48 000 кг/ч. Как и у ранее рассмотренных машин, угол захвата а, образованный касательными к точкам соприкосновения куска измельчаемого материала с кольцом и роликом, должен быть меньше двойного угла трения: б < 2ц. Принимая, что между кольцом и роликами выходят полосы измельченного материала толщиной, равной конечному размеру частиц dк, и что эти полосы движутся со скоростью, равной окружной скорости ролика (или кольца), выразим объемную производительность машины формулой: V =з = 3·60·рD1nBdп м3/ч, где D1 - внутренний диаметр, В - ширина и n - частота вращения кольца, об/мин.

Измельчающие машины истирающе-раздавливающего действия

Отличительной особенностью машин данного класса является измельчение материалов в результате одновременного действия прямого раздавливания и истирания. Первое достигается сближением рабочих поверхностей, а второе - разностью линейных скоростей этих поверхностей. Наибольшее распространение среди рассматриваемых машин, применяемых для тонкого измельчения материалов, в том числе вязких (до частиц размером 40 мкм и ниже), получили бегуны, катково-тарельчатые, шаро-кольцевые и бисерные мельницы.

Основными рабочими элементами бегунов (рис. 13,a) являются два цилиндрических катка, опирающихся на горизонтальную чашу. Катки свободно сидят на полуосях, а последние соединены с вертикальным валом, приводимым во вращательное движение при помощи конических шестерен. При вращении вала водило заставляет катки бегать во дну чаши (отсюда название «бегуны»). Материал, поступающий в чашу, попадает в пасть между чашей и катками, измельчается прямым раздавливанием и одновременно истиранием, поскольку точки по образующей катка, будучи расположены на разных расстояниях от оси вала, перемещаются е различными скоростями. Так как центробежные силы сдвигают измельчаемый материал к наружному борту чаши, те для его возвращения под катки предусмотрены специальные гребки.

В другой конструктивной модификации рассматриваемой машины во вращательное движение приводится чаша, а катки лишь поворачиваются около собственных осей. Такая конструкция принята для крупных машин, у которых вращение водила с сидящими на нем тяжелыми катками (вес их достигает 50 кН) привело бы к появлению больших центробежных сил.

Рис. 13 - Бегуны: а - общий вид: 1 - каток; 2 - полуось катков; 3 - водило; 4 - центральный вал; 5 - чаша; 6 - шестерня; 7 - подпятник;8 - скребки; б - к расчету измельчителя

Как и в ранее описанных машинах, для попадания измельчаемого куска материала в дробящую пасть (между катками и чашей) необходимо, чтобы угол захвата б был менее двух углов трения: б < 2ц. Из рис. 13, б видно, что cos б = (R - r)/(R + r) или R/r = (1 + cosб)/(1 - cosб), где R - радиус катка, а r - предельный радиус захватываемого куска материала. Полученное соотношение позволяет найти минимальный радиус катка, необходимый для захвата и измельчения материала с начальным радиусом куска r.

Для определения максимальной производительности бегунов можно принять, что каждый из них при своем движении оставляет за собой разрыхленную ленту измельченного материала шириной, равной ширине обода катка В, и толщиной, равной размеру куска измельченного материала dK. Если каток вращается относительно оси вала с частотой n об/мин, коэффициент разрыхления материала равен µ, а его плотность с кг/м8, то искомая производительность выразится формулой (в т/ч):

G = 2·60рD0BdK µс ·103 = 0,3768 D0 nBdH µс (13)

где D0 - расстояние между осями катков (рис. 13, а); все линейные размеры даны в м.

Действительная производительность меньше определяемой по формуле (13), поскольку не весь готовый материал удаляется из чаши тут же после его образования.

Расход энергии в рассматриваемых машинах слагается главным образом из затрат энергии на преодоление трения качения катков и трения скольжения их по измельчаемому материалу. Сила трения качения, приложенная в центре катка с массой G и диаметром D, как известно из механики, равна 2fkG, где fk - коэффициент трения качения. Следовательно, мощность, необходимая для преодоления трения качения двух катков при скорости перемещения их центров по окружности диаметром D 0 вокруг оси вертикального вала, выразится формулой (в кВт):

NH = (2·2fKG/D) (рnD0/60·103)

Список использованной литературы

1. Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты ХТ. Кн.2. - М.: Химия, 1981.

2. Процессы и аппараты технологии неорганических веществ / Бляхер И.Г. (отв.ред.) - «УНИХИМ», 1974.

3. Хуснутдинов В.А., Сайфуллин Р.С., Хабибуллин И.Г. Оборудование производств неорганических веществ - Л.: Химия, 1987.

Размещено на Allbest.ru