Технические науки, отраслевое машиностроение

Семененко Д.В., Джумаев Э.И., Ягшыев А.П.

Белорусский государственный технологический университет

Влияние конструктивных и технологических параметров

планетарных мельниц на эффективность помола*

Основными конструктивными параметрами планетарных мельниц, оказывающими существенное влияние на эффективность процесса помола, являются габаритные размеры барабанов, водил, приводных элементов, а также конфигурация кольцевой поверхности (внутренняя или внешняя), относительно которой осуществляется обкатка помольных барабанов. Для установления взаимосвязи между ними были использованы два геометрических критерия k и b [1]:

k = r_Б / R; b = r_Б / r, (1)

где r_Б – внутренний радиус барабана (помольной камеры), м; R – радиус кольцевой поверхности, по которой осуществляется обкатка барабанов или приводных элементов (колеса, шестерни и т. п.), м; r – радиус приводного элемента (колеса, шестерни, шкива и т. п.), м.

К основным технологическим параметрам относятся:

– степень загрузки барабана e мелющими телами

(2)

где V_Ш – объем мелющих тел, м³; V_Б – внутренний объем барабана, м³.

– общая степень заполнения барабана а

(3)

где V_М – объем измельчаемого материала, м³.

– соотношение объемов материала и мелющих тел с

(4)

– угловая скорость барабанов ω.

Влияние конструктивных и технологических параметров на эффективность процесса помола может быть различным для каждого из режимов работы планетарной мельницы, наиболее эффективными из которых являются водопадный и центрифугальный. Поэтому для них были проведены отдельные исследования. При этом в качестве базового варианта при экспериментальном изучении процесса помола в горизонтальных планетарных мельницах были приняты барабаны с внутренним радиусом r_Б = 50 мм, а b = 1. Измельчению подвергались частицы гипсового камня, клинкера и стеклобоя размером 3¸5 мм. За критерий эффективности помола была принята доля материала Е, прошедшего через сито с размером ячейки 100 мкм, которая определялась с помощью ситового анализа:

, (5)

где R₁₀₀ – остаток на сите с размером ячейки 100 мкм, %.

Проведенные экспериментальные исследования позволили установить, что при водопадном режиме работы горизонтальных планетарных мельниц для достижения максимальной эффективности процесса помола при минимальных удельных энергозатратах необходимо, чтобы соотношение объемов мелющих тел и измельчаемого материала с = 3 : 1, степень заполнения барабанов шарами e = 38¸50%, а их общая степень загрузки а = 50÷60%. Кроме того, диаметр шаров d_Ш = (0,33÷0,35)r_Б, а угловая скорость барабанов на 20% больше той, при которой начинается центрифугальный режим [2]. При этом для планетарных мельниц с внешней обкаткой барабанов максимальная эффективность процесса помола достигается при k ≥ 1 и b £ 0,8. При внутренней обкатке барабанов наилучшие результаты были получены при k £ 0,25 и b ³ 1,0. Также было установлено, что при водопадном режиме работы внешняя обкатка эффективнее внутренней.

При центрифугальном режиме эксплуатации планетарной мельницы максимальной эффективности процесса помола можно достичь, используя внутреннюю обкатку барабанов, когда соотношение объемов материала и мелющих тел в помольной камере с = 3 : 1, степень ее загрузки а = 50%, диаметр шаров d_Ш = (0,35÷0,40)r_Б, геометрический критерий b ³ 1, k £ 0,25, а угловая скорость барабанов – максимально возможная из условия прочности деталей и узлов оборудования.

В свою очередь, при выборе режима работы планетарной мельницы следует руководствоваться необходимой тониной помола и допускаемыми динамическими нагрузками на ее детали. В процессах с высокой производительностью, требующих установки крупногабаритных агрегатов, но ограничивающихся тонким помолом, можно использовать водопадный режим, а для сверхтонкого помола следует отдавать предпочтение центрифугальному режиму и малогабаритным конструкциям мельниц.

Список литературы

1. Вайтехович П.Е., Семененко Д.В. Особенности движения загрузки в планетарных мельницах с внутренней обкаткой // Теоретические основы химической технологии. − 2005. – Т. 39. − №.5. – С. 568−572.

2. Вайтехович П.Е., Семененко Д.В. Влияние геометрических параметров привода на динамику планетарных мельниц с внутренней обкаткой // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2004. – № 7. – С. 6–8.

* Работа выполнена при финансовой поддержке БРФФИ