сотрудник
сотрудник
сотрудник
В работе рассматривается численная модель движения частиц кварцита и мрамора в камере дробления центробежной дробилки. Устанавливается механизм формирования защитного слоя материала в кармане ускорителя. Устанавливается влияние конструкции ускорителя на гранулометрический состав продукта дробления. Проверяется сходимость результатов численного моделирования с полупромышленным экспериментом.
ускоритель, центробежная дробилка, LIGGGHTS, численное моделирование, гранулометрический состав
Введение. В процессе дробления в центробежной дробилке, образуется большое количество мелкодисперсной пыли, которая в большинстве случаев является побочным продуктом дробления и требует утилизации [1, 2]. Кроме того, немаловажным негативным фактором является ухудшение экологической обстановки в районе производства в ветреную погоду.
Одним из вариантов снижения количества мелкодисперсной пыли является совершенствование конструкции рабочего органа (ускорителя) центробежной дробилки для исключения эффекта намола в защитных карманах (рис. 1). Решение этой задачи может быть обеспечено за счет изменения геометрии ускорителя.
Численный программный комплекс LIGGGHTS позволяет с малым временным шагом 2×10-7 с создать модель движения материала в ускорителе [3, 4]. Полученные данные дают возможность проанализировать механизм формирования защитного слоя материала в кармане ускорителя, напряжения в частицах материала, а также оценить влияние геометрии ускорителя на скорость схода частиц.
Цель настоящей работы состоит в исследовании процесса, протекающего в камере дробления центробежной дробилки ДЦ-0,36, имеющей ускоритель и отбойную плиту с характерными размерами, и геометрией, изображенными на рис. 1. Угловая скорость вращения ускорителя ω=534 с-1.
Рис. 1. Камера дробления
Методика. В исследовании применялись мрамор и кварцит гранулометрического состава, указанного в табл. 1, и имеющие физико-механические свойства, которые приведены в таблице 2 [5].
Таблица 1
Гранулометрический состав
|
|
Частные остатки на ситах, % |
|||
|
Св. 5 мм |
2,5–5 мм |
1,25–2,5 мм |
0–1,25 мм |
|
|
Кварцит |
12,4 |
75,9 |
11,3 |
0,4 |
|
Мрамор |
6,2 |
61,4 |
30 |
2,4 |
В работе использована следующая структура исследования:
- Численное моделирование движения материала в камере дробления.
- Исследование движения отдельных частиц в ускорителе
- Исследование механизма образования защитного слоя на лопатках
- Моделирование движения частиц в усовершенствованном ускорителе.
- Исследование влияния конструкции ускорителя на гранулометрический состав продуктов дробления мрамора и кварцита.
Таблица 2
Физико-механические свойства
|
|
Кварцит |
Мрамор |
|
Модуль упругости (Юнга) |
6,9×1010 МПа |
8×1010 МПа |
|
Коэффициент Пуассона |
0,16 |
0,28 |
|
Коэффициент восстановления при ударе |
0,1 |
0,1 |
|
Коэффициент трения материала по материалу |
0,88 |
0,7 |
|
Коэффициент трения материала по стали |
0,5 |
0,4 |
|
Плотность частицы материала |
2860 кг/м3 |
2650 кг/м3 |
Основная часть.
Исследование движения отдельных частиц в ускорителе
Численным моделированием движения отдельных частиц (рис. 2) установлено:
- частицы кварцита в течение 0,1675 сек, а мрамора – 0,1759 сек находятся на поверхности нижнего диска и перемещаются к разгонной лопатке;
- сход частиц наблюдается через 0,1764 сек для кварцита, и 0,1932 сек – для мрамора;
- угол схода материала по отношению к тангенциальной составляющей ускорителя составляет 16º37’ для кварцита, и 17º11’ – для мрамора;
- средняя скорость схода материала 142,9111 м/с для кварцита, и 145,5912 м/с – для мрамора.
Исследование механизма образования защитного слоя на лопатках
Моделированием потока частиц мрамора и кварцита установлен следующий характер формирования защитного слоя на лопатках ускорителя (рис. 3).
Рис. 2. Траектория движения частиц:
а – кварцита, б – мрамора в горизонтальной плоскости ускорителя
В момент схода первых частиц с лопаток ускорителя наблюдалось максимальное значение их скорости 154 м/с. После удара об отбойную плиту и потери скорости с коэффициентом восстановления при ударе (имитирующем потерю скорости при разрушении) наблюдался возврат частиц в центральную часть разгонной лопатки. В результате возврата наблюдалось торможение и задержка вновь поступающих частиц на лопатках, и как следствие формирование защитного слоя. Кроме того, в результате воздействия возврата на образовавшийся защитный слой в частицах возникают дополнительные напряжения. Начиная с 0,112 с скорость частиц стабилизировалась на величинах, не превышающих 105 м/с, т.е. 109,3 % от переносной скорости.
Моделирование движения частиц в усовершенствованном ускорителе.
Совершенствование ускорителя направленное на устранение дополнительных напряжений в частицах, вызванных возвратом материала, заключается в установке защитных бил рис. 4, а.
Картина схода материала имеет характер, изображенный на рис. 4, б. Материал, отраженный от отбойной плиты, попадает в защитное било и скатывается с него.
Исследование влияния конструкции ускорителя на гранулометрический состав продуктов дробления мрамора и кварцита.
Эксперимент проводился на центробежной дробилке ДЦ-0,36 лаборатории ЗАО «Урал-Омега» с ускорителями различных конструкций (рис. 1 и 4). Для наглядности била были покрашены белой краской. На рис. 5 изображен ускоритель с защитным билом до и после проведения эксперимента.
Рис. 3 Модель формирования защитного слоя
а б
Рис. 4. Ускоритель с защитными билами
Рис. 5. Ускоритель с защитным билом до а – и после б – эксперимента
В результате эксперимента установлено наличие возврата материала в лопатку ускорителя, который отмечен характерным стиранием краски с защитного била на 2/3 длины
(рис. 5, б).
Гранулометрический состав полученных продуктов дробления приведен в табл. 3.
Таблица 3
Результаты дробления кварцита и мрамора
|
|
Образец ускорителя |
Частные остатки на ситах, % |
|||||||
|
Св. 5 мм |
2,5-5 мм |
1,25-2,5 мм |
0,63-1,25 мм |
0,315-0,63 мм |
0,16-0,315 мм |
0-0,160 мм |
|||
|
Кварцит |
Исходный |
12,4 |
75,9 |
11,3 |
0,4 |
||||
|
Защитные карманы |
0,9 |
10,6 |
17,9 |
14,9 |
10,6 |
12 |
33,1 |
||
|
Защитные карманы с билом |
1 |
12,7 |
23,4 |
16,3 |
10,8 |
9,6 |
26,2 |
||
|
Мрамор |
Исходный |
6,2 |
61,4 |
30 |
2,4 |
||||
|
Защитные карманы |
0,6 |
5,7 |
4,3 |
7,7 |
18,2 |
27,1 |
36,4 |
||
|
Защитные карманы с билом |
0,3 |
4,9 |
11,3 |
16,6 |
19,5 |
22,5 |
24,9 |
||
Из приведенных данных следует, что использование ускорителя с защитными билами позволило сократить количество мелкодисперсной пыли при дроблении кварцита на 20,9 %, а мрамора на 31,6 %.
Выводы:
- В результате численного моделирования установлено, что:
- Независимо от вида измельчаемого материала его частицы имеют практически одинаковую скорость схода, и более 90 % времени находятся в центральной зоне ускорителя.
- Образование мелкодисперсной составляющей продукта измельчения обусловлено возвратом частиц на центральную часть лопатки, и уменьшением скорости схода на 31,8 %.
- Использование защитных бил позволило сократить количество мелкодисперсной пыли при дроблении кварцита на 20,9 %, мрамора на 31,6 %.
- Результаты численного моделирования имеют хорошую сходимость с данными полупромышленного эксперимента.
1. Воробьев В.В., Кушка В.Н., Свитов В.С. Современное оборудование для измельчения и классификации материалов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2006. №1. С. 280–284.
2. Хамидулина Д.Д., Якубов В.И., Родин А.С., Кушка В.Н. Отсевы дробления – эффективный способ повышения качества бетонов // Строительные материалы 2006. №11. С. 50–51.
3. Козин А.Ю., Фомин С.Н., Кутлубаев И.М., Хозей А.Б. Моделирование движения минерального сырья в ускорителе центробежного типа // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2015. №4. С. 57–59.
4. «Models, algorithms and validation for opensource DEM and CFD-DEM», Christoph Kloss, Christoph Goniva, Alice Hager, Stefan Amberger, Stefan Pirker - Progress in Computational Fluid Dynamics, An Int. J. 2012 - Vol. 12, No.2/3 pp. 140 - 152
5. Характеристики и физико-механические свойства сыпучих материалов [Электронный ресурс] // www.stroymehanika.ru : сервер ООО «СтройМеханика». URL: http://www.stroymehanika.ru/article_3.php (дата обращения 09.09.2014г.)
