Технические науки/3. Отраслевое машиностроение

К.т.н. Гребенчук П. С.

Белорусский государственный технологический университет,
г. Минск, Республика Беларусь

Движение воздушных потоков в классификационной
камере дисмембраторной мельницы

Процесс измельчения материалов широко используется во многих отраслях промышленности. Исследования и практика промышленного использования последних десятилетий показали, что одним из перспективных направлений развития измельчающей техники являются машины ударного действия. Процесс измельчения в них отличается сравнительно низкой энергоемкостью и высокой избирательностью, что позволяет получать продукт лучшего качества при меньших энергозатратах [1].

В то же время, существуют и серьезные недостатки таких конструкций, сдерживающие их широкое промышленное применение. Прежде всего, это значительный абразивный износ рабочих органов; невозможность создания машин единичной производительностью более 20–30 т/ч вследствие высоких динамических нагрузок, возникающих в элементах конструкции; а также неравномерность гранулометрического состава готового продукта [2]. Последняя особенность делает необходимым использование классификаторов, как обязательного элемента технологической схемы.

В качестве объекта исследований была выбрана дисмембраторная мельница в агрегате со статичным центробежным классификатором, как одна из наиболее распространенных конструкций, в которой в наибольшей степени реализованы принципы свободного удара [3].

Был произведен аэродинамический расчет классификационной камеры методами численного моделирования. Целью данного расчета являлось построение траекторий движения воздушного потока в классификационной камере. Использовалась 3D модель дисмембраторной мельницы с классификатором. Для проведения более точных расчетов поток рассматривался по всей протяженности пути через агрегат, а именно: вхождение засасываемого воздуха во входной патрубок, прохождение его через дисмембраторную мельницу, вход в классификационную камеру и выход из нее.

На модель были наложены определенные свойства, такие как давление, скорость вращающихся элементов и сила тяжести. В качестве среды в аппарате принимался воздух. Скорость ротора дисмембратора принималась в пределах 4000 об/мин. На выходной патрубок наложено свойство выхода в окружающую среду, то есть атмосферное давление, для того, чтобы не влиять на аэродинамическое сопротивление классификационной камеры.

Для наглядности результат выводился в виде сечения плоскостью, на которой отображались направления скорости и ее цифровое значение в определенных точках, как показано на рисунке.

В целях повышения эффективности классификации были рассчитаны различные конструкции классификационной камеры, в которой изменялся угол наклона лопаток к радиусу, радиус расположения лопаток, также производились значительные изменения конструкции самой камеры, которые помогли улучшить сам процесс классификации, принудительно направив поток определенным образом с целью исключения образования застойных зон и движения потока в обратном направлении.

В ходе расчета были выявлены следующие недостатки исходной конструкции:

1. При прохождении воздушного потока через отверстие в статоре поток излишне закручивается. Данная проблема была решена путем изменения конфигурации этого отверстия с прямой до наклонной под углом 45º.

Рисунок 2 – Характер движения воздушного потока в классификационной камере новой конструкции

2. При проведении расчетов на загрузочный патрубок назначался объемный расход воздуха. При превышении назначенного расхода воздух выходил через отверстие для пропуска на домол, чего быть не должно. Данная проблема была решена установкой перегородки, которая разделяла загрузочный патрубок и патрубок пропуска на домол.

3. При анализе движения потока было установлено, что не все лопатки участвуют в процессе классификации, а некоторые даже препятствуют требуемому движению потока. Поэтому в целях экономии материала и упрощения изготовления классификационной камеры было решено остановиться на количестве лопаток, равном 4, одновременно разделив образовавшиеся свободные зоны перегородками.

4. Была также изменена форма самих лопаток: они были значительно удлинены и изогнуты под определенным углом.

5. Наконец отверстие, направляющее поток из мельницы в классификационную камеру, было срезано под углом в 45 градусов в целях снижения аэродинамического сопротивления.

Был произведен расчет движения потока воздуха в вариантах камеры, перечисленных выше, и их комбинациях, в результате чего была подобрана наиболее перспективная из всех конструкция и с точки зрения эффективности классификации, и с экономической точки зрения. Ее схема (поперечное сечение) с распределением воздушного потока по скоростям представлена на рисунке. Эта модель не дает представления о характере движения частиц, однако хорошо видны зоны, где поток под влиянием формы лопаток меняет траекторию.

Данная конструкция классификационной камеры не является окончательной и тем более оптимальной. Геометрические ее параметры еще подлежат более тонкой доработке методами численного моделирования, а также апробации экспериментальными исследованиями.

Литература:

1. Левданский, Э.И. Ударное измельчение материалов и некоторые направления его дальнейшего совершенствования / Э.И. Левданский, А.Э. Левданский, П.С. Гребенчук // Химическая промышленность. – 2005. – Т. 82, № 12. – С. 617–626.

2. Вайтехович, П.Е. Интенсификация и моделирование процессов диспергирования в поле инерционных сил / П.Е. Вайтехович. − Минск: БГТУ. – 2008. – 220 с.

3. Мурог, В.Ю. Моделирование процессов диспергирования и механической активации в аппаратах дезинтеграторного типа: автореф. дис. … канд. техн. наук / В.Ю. Мурог; Белорус. гос. технол. ун-т. – Минск, 2005. – 20 с.