книги из ГПНТБ / Роторные дробилки исследование, конструирование, расчет и эксплуатация
..pdfНаиболее приемлемым и эффективным способом обеспыливания роторных дробилок является аспирация. Известно, что аспирация машин, работа движущихся частей которых сопровождается перемещением больших масс воздуха, представляет определенную трудность. Она вызвана необходимостью учитывать в каждом отдельном случае направление и расход воздушных потоков, воз никающих на холостом н рабочем ходу.
Метод расчета аспирации, излагаемый в гл. X, создан на базе изучения аэродинамических особенностей дробилок и направлен на решение наиболее существенной задачи — определение по требного количества аспирационного воздуха, от чего во многом зависит создание гигиенически эффективной и технически рацио нальной системы.
АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РОТОРНЫХ ДРОБИЛОК И ИХ АСПИРАЦИЯ
1. СХЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ
Роторные дробилки одна от другой могут отличаться располо жением ротора в рабочей камере, направлением вращения ротора по отношению к направлению загрузки материала, размещением конструктивных элементов в рабочей камере, их формой и строе нием, расстоянием от создаваемой ротором воздушной струи, размерами рабочих камер, формой стенок корпуса и других по верхностей. Все эти элементы влияют на формирование воздушных потоков и одновременно представляют собой местные гидравличе ские сопротивления движущемуся воздуху. Ясно, что от соотно шения сопротивлений отдельных частей могут создаваться воздуш ные потоки с различными направлениями в пределах корпуса. Если, например, в рабочую камеру модели дробилки ввести до полнительно переднюю или заднюю стенку п закреплять ее во время опыта на некотором расстоянии от окружности вращения ротора, изменяя тем самым соотношение местных сопротивлений между частями установки, получим различные схемы воздушных потоков. На рис. 143 показаны три схемы формирования воздуш ных потоков у однороторных дробилок:
а) |
воздух засасывается через приемное отверстие и нагнетается |
через |
разгрузочное отверстие (рис. 143, а)- Это положение устой |
чиво |
сохраняется на холостом и на рабочем ходу; |
б) |
воздух нагнетается в приемное отверстие дробилки, на |
встречу движению материала (рис. 143, б). На рабочем ходу харак тер воздушных потоков осложняется эжектнрующнм действием материала, в результате чего часть или весь поток холостого хода увлекается в выпускную течку;
в) устанавливается режим аэродинамического равновесия, ха рактеризующийся циркулирующими потоками внутри корпуса дробилки (рис. 143, в).
В настоящее время на отечественных предприятиях эксплуати руются два типа однороторных дробилок: с отражательными колосниковыми решетками и с отражательными плитами. Кон структивные особенности дробилок приводят к различиям в харак тере формирования дробилками воздушных потоков.
Колосниковые решетки имеют суммарную величину зазоров, равную 44—77% от площади сечения камеры дробления (в зави симости от технологической настройки), и потому не оказывают
решающего влияния па формирование воздушных потоков. Воздух, приводимый в движение ротором, омывает колосники по зазорам H смыкается позади них вновь в единый поток. У дробилок с ко лосниковыми решетками моделей СМ-624, С-643, С-687 и подоб ных им создается один поток нагнетания в выпускное отверстие (рис. 144).
Рис. 143. Принципиальные схемы формирования воздушных потоков у однороторных дробилок в зависимости от взаим ного положения ротора и стенок
Рис. 144. Схема |
воздушных потоков у |
Рис. 145. Схема воздушных пото |
дробилки модели |
С-643 с колосниковыми |
ков у роторной дробилки модели |
решетками |
СМД-75 с отражательными плитами |
|
Однороторные дробилки с отражательными плитами более сложны в аэродинамическом отношении, чем дробилки с колосни ковыми решетками. Отражательные плиты представляют собой плоскости, по которым воздушные массы растекаются в полости дробилки. Своими нижними концами плиты почти вплотную при мыкают к окружности вращения ротора и, следовательно, рассе кают создаваемый, ротором воздушный поток на два противопо ложно направленных, один из которых перемещается по плитам вверх, в сторону приемного отверстия, другой нагнетается в раз-
грузочиоё отверстие. Поэтому у дробилок с отражательными пли тами типов ДРС-ІОХІО, ДРК-12ХІ0 и подобных им создаются два потока воздуха: в разгрузочное п приемное отверстия (рис. 145).
2. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ВЕНТИЛИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ* ОДНОРОТОРНЫХ ДРОБИЛОК
Роторная дробилка в аэродинамическом отношении представ ляет собой простейший лопаточный вентилятор (нагнетатель), так как обладает основными характерными для него признаками: она имеет рабочее колесо — ротор, приводящий воздушную среду в движение, и корпус, формирующий воздушный поток.
Наибольшее сходство роторная дробилка обнаруживает с на гнетателями, используемыми чаще всего в качестве насосов. Такое сходство позволяет применять при изучении роторных дробилок законы аэродинамики, а также дает возможность использовать методы исследований и приемы расчетов, известные в гидравлике. Однако механическое перенесение основ теории вентиляторов и насосов в область аэродинамики роторных дробилок не всегда возможно, так как дробилки имеют свои особенности. Поэтому для решения поставленной задачи важное значение имеет специ альный теоретический анализ главной особенности роторных дро билок — вентилирующей способности.
В первом приближении можно принять, что свободно враща ющееся било взаимодействует с ограниченным объемом воздуха, определяемым размерами рабочей поверхности н удаленностью этой поверхности от оси вращения. Известно, что объем фигуры, образованный плоскостью при вращении около неподвижной оси (т. е. цилиндрической трубы), равен
V = я/<5 (D — Ô),
где я — 3,14; I — длина образующей; ô — толщина трубы; D — внешний диаметр.
Тогда для ротора дробилки
Ир = JiLph6 {Dp— he).
С таким объемом воздуха взаимодействуют била ротора при одном полном обороте вокруг оси. Расход воздуха будет зависеть от скорости вращения, т. е. определится числом оборотов ротора. Отсюда теоретический расход воздуха, который способен создать ротор, в мя/ч
1Рр = 60лL pnh6 (Dp — /іб),
где а — число оборотов ротора в минуту; Lp, h6, Dp — размеры в м.
* «Вентилирующая способность» — свойство роторных дробилок создавать на холостом ходу направленные воздушные потоки.
Воздушные потоки, создаваемые ротором, от момента возник новения до истечения из дробилки подвержены действию сил гидравлических сопротивлений, поэтому их реальный расход меньше теоретического на некоторую величину. Учтем эту вели чину коэффициентом kw — коэффициентом вентилирующей спо собности. Тогда расход нагнетаемого дробилкой воздуха в м3/ч
Іі/др = Ш , ѵпЬрпІі6(Dp - Ле). |
(10.1) |
Такого вида формула достаточно широко известна в практике расчета воздуходувных гидравлических машин. Она может быть выведена также на основании уравнения Л. Эйлера о равенстве момента количества движения моменту приложенных сил.
Формула полностью соответствует выражению, определяющему вентилирующую способность однороторных дробилок с колосни ковыми решетками (создающих один поток нагнетания), но тре бует дальнейшего уточнения применительно к дробилкам с отра жательными плитами.
В формуле (10.1) неизвестным составляющим является коэф фициент kw. Для нахождения величины этого коэффициента можно воспользоваться способом, основанным на измерении воз душных потоков у типовых образцов дробилок, подобно тому, как это выполняется при нахождении характеристик вентиляторов. Так, многократные измерения на действующих дробилках и их
моделях |
позволили установить, |
что для |
однороторных дробилок |
||||
с колосниковыми решетками kw = 0,42, |
для однороторных дро |
||||||
билок |
типа |
ДРС-Юх 10 с тремя |
отражательными плитами коэф |
||||
фициент |
kw |
в среднем равен |
0,34. |
|
|
||
С учетом численных значений коэффициента /гг , а также |
|||||||
числа |
я |
вентилирующая |
способность |
однороторных |
дробилок |
||
с колосниковыми решетками |
|
|
|
||||
|
|
|
іі^др = |
79,2Zyz/zö (Dp |
/і6). |
(10.2) |
|
Для однороторных дробилок с отражательными плитами не обходимо знать расход каждого из двух потоков нагнетания. Распределение их в противоположные от ротора стороны находим, предварительно допустив, что производительность каждого потока определяется углом охвата ротора отражательной плитой. Это означает, что в разгрузочное отверстие будет нагнетаться часть
360° — а, |
|
потока, соответствующая отношению — |
—-, а в приемное |
отверстие — соответствующая отношению |
(а і — угол охвата |
ротора отражательной плитой).
В действительности же распределение воздуха зависит не только от угла охвата ротора плитами, но и от угла наклона нижней части плиты относительно направления движения нерассеченного потока, а также от ширины выходной щели s. Поэтому дальнейшее уточнение допущения требует прежде всего учета
условий рассечения воздушного потока нижним краем отражатель ной плиты. Принимаем, что при рассечении воздушного потока отражательной плитой 1 (рис. 146) соблюдаются условия, харак терные для рассечения плоского турбулентного потока пло скостью, т. е. W = W у 4- W,г. Тогда каждая из частей потока может быть определена равенствами
W у = 0,5 № (1 -I- cos ф);
W 2 = 0,5 W (1 — cos tp).
Для решения равенств вполне достаточно определить две ве личины: направление скорости схода воздуха с била и угол на клона нижней части плиты относительно вектора этой скорости.
Рис. 146. |
Схема |
рассечения воз |
Рис. 147. Схема к способу |
расчета вен |
душного |
потока |
отражательной |
тилирующей способности |
однороторных |
|
плитой |
дробилок с отражательными плитами |
||
Рассмотрим способ определения скорости схода воздуха с била. Возникновение воздушных потоков при работе дробилок свя зано с воздействием на воздушную среду сил вращения ротора. При этом могут быть выделены силы, действующие в направле нии вращения (нормально к рабочей поверхности била), п центро бежные силы, действующие в радиальном направлении (от оси ротора к периферии). Действие сил вызывает появление расход ного и относительного течений (рис. 147), которые взаимно накла дываются, образуя общий воздушный поток. Характеристикой каждого из течений и общего потока является скорость: ц , ѵ0, ѵабс- Скорость расходного течения, по существу, равна окружной ско рости ротора (в непосредственной близости от рабочей поверх
ности била). Скорость относительного течения
ѵ0 = - ^ - V h 6(Dp- h 6).
Абсолютную скорость схода воздуха с била находим из тре угольника скоростей:
Овбс = VЩ + у0.
Направление абсолютной скорости схода воздуха с била выра
жаем через тангенс угла схода а 2, т. е.
Решенне всей задачи с использованием теоретических поло жений о распределении воздушных струй при настилании плоского турбулентного потока на плоскую стенку и рассечении потока плоскостью приводит к следующим зависимостям:
количество воздуха, нагнетаемого дробилкой в разгрузочное отверстие, в м3/ч
1 1 ' в ь ш — 6 0 / с і ѵ ’ я А р Ц / і б ( A l p |
/ і б ) X |
(10.3)
количество воздуха, нагнетаемого дробилкой в приемное от верстие, в м3/ч
r„p = |
бО&глАр/гЛб (Dp — /г6) 0,5 |
(1 -f cos cp±), |
(10.4) |
|
где а у — угол |
охвата ротора |
отражательной плитой в |
град.; |
|
ср2 — угол наклона нижнего |
края отражательной плиты |
к на |
||
правлению абсолютной скорости схода воздуха с била в град. Зависимости (10.3) и (10.4) могут быть применены для отра жения вентилирующей способности в том случае, если плиты зафиксированы неподвижно и величина s во время работы не изменяется. Однако конструкция однороторных дробилок типа ДРС-ЮХІО и ДРК-12ХІ0 предусматривает широкую регули руемость положения отражательных плит в целях изменения про изводительности и гранулометрического состава. Так, в рабочее положение может быть введена только одна из плит, или любые две, или все три одновременно. Следовательно, угол охвата ротора будет различным. Кроме того, все три отражательные плиты могут быть полностью выведены из рабочего положения и угол охвата ротора будет равен нулю. Если учесть к тому же, что величина зазора между нижним краем каждой из плит н окружностью вра щения ротора при работе колеблется и может даже специально регулироваться в пределах приблизительно десятикратной вели чины минимально допустимого зазора, становится очевидным мно жество значений расхода каждого из двух потоков воздуха, на
гнетаемых дробилкой.
Возникает необходимость создания обобщенного способа рас чета вентилирующей способности для данного типа роторных дро билок. Обобщенное решение задачи требует выявления такого режима технологической настройки дробилки, при котором усло вия обеспыливания будут наиболее тяжелыми.
Анализ основных вариантов работы дробилки показал, что таким условиям отвечает режим при поднятых первой и второй
отражательных плитах и опущенной в крайнее нпжиее положений третьей плите с одновременным учетом возможности полного отсечения части потока в сторону приемного отверстия дробилки и дополнительного протекания воздуха в сторону выпускного отверстия при увеличении ширины выходной щели.
Исходя из этих граничных условий, расчетное количество воздуха, нагнетаемого в сторону разгрузочного отверстия, в м3/ч:
U7nun = 60/ги,я Lpnh6 (Dp — !гб) X |
|
X [■— Й * - + « ■ & • ( ! - с о , * ) ] • |
СО-5) |
Расчетное количество воздуха, нагнетаемого в сторону прием
ного |
отверстия, в м3/ч |
|
|
|
|
|
ІРпр = 60Ѵ і L pnh6 (Dp - |
h6) |
(10.6) |
||
где |
а х_з — максимальный угол |
охвата |
ротора |
отражательными |
|
плитами в град.; для дробилок |
типа |
ДРС-ЮХІО а х_3 = |
155°. |
||
В качестве примера расчета |
необходимых величин, т. е. |
угла |
|||
охвата ротора плитами и утла наклона нижнего края плиты к на правлению нерассеченного воздушного потока, рассмотрим работу дробилки типа ДРС-ЮХІО в режиме, когда первая отражатель ная плита опущена в крайнее нижнее положение (см. рис. 147).
Как видно из приведенной схемы, а г = 90° -f ßi — ф = 75°, где ßj — угол установки первой отражательной плиты (для нашего случая ßx = 10°); ф — угол установки приемного лотка (в нашем примере ф = 25°).
Направление абсолютной скорости схода воздуха с била зави сит от соотношения скоростей относительного и расходного течений и может быть найдено из выражения
2 К Ы Р р - /іб)
lg а.
откуда по таблицам тригонометрических функций получаем вели чину угла ос,, характеризующего направление абсолютной ско
рости |
схода воздуха с била. Для дробилки типа ДРС-ЮХІО |
а , = |
33°. |
Угол наклона нижнего края отражательной плиты к направле нию схода воздуха с била находим, применив способ наложения угла а , на конструктивную схему дробилки. Геометрическое на ложение в данном случае заключается в совмещении вершины угла а 2 с нижним краем отражательной плиты, поскольку нижний край находится в зоне активного (не размытого) факела потока и рассекает его на два разнонаправленных потока. Для рассма триваемого режима
Фі = 90° + ßi + ф — ос2; Фх = 77°.
При подстановке в выражения (ІО.5) и (10.6) конкретных значений величин kw, п, ос^з, срх, характеризующих одноротор ную дробилку типа ДРС-ІОХІО, получим следующие расчетные формулы:
Wabm= V L vnlh (Dv - ! 4)- |
(10.7) |
Ц7Г1р= 27,5Lpnh6(Dp — /гб). |
(10.8) |
Данный обобщенный способ расчета вентилирующей способ ности применим для машин с колеблющейся или регулируемой шириной выпускной щели камеры дробления.
3. ЭЖЕКЦИЯ ВОЗДУХА ДРОБИМЫМ МАТЕРИАЛОМ
Решение вопросов аспирации оборудования, в котором проис ходит переработка и транспортирование кусковых материалов, нередко зависит от правильного определения объема эжектнруемого воздуха. При работе однороторных дробилок в разгрузочных отверстиях и выпускных течках образуется сквозной поток мате риала и воздуха с одинаковым направлением движения компо нентов и эффект эжекции снижается. Существует даже предполо жение, что степень проявления ее невелика и может не приниматься в расчет при установлении объема аспирации.
Между тем на рабочем ходу этих машин наблюдается значи тельное увеличение расхода нагнетаемого воздуха по сравнению с расходом на холостом ходу. Это объясняется тем, что скорость выброса ом продуктов дробления из дробилок во много раз пре вышает скорость воздушных потоков ѵв,х в выпускных течках при холостой работе. Такое превышение и является показателем проявления эжекции. В роторных дробилках с отражательными плитами, имеющими угол установки последней плиты 90° (напри
мер, дробилка типа ДРС-ІОХІО), скорость выброса |
ѵм^ 0 , 7 ѵ р |
|
и отношение скоростей |
^ 25. В дробилках с колосниковыми |
|
|
t'B . X |
|
решетками модели С-643 (см. рис. 144) UMÄ * 0,4и , — |
15-ь23. |
|
|
Ѵ В . |
X |
Если же на выходе из дробилки установить специальные плиты, снижающие скорость выброса материала, или применить дробилки типа, изображенного на рис. 74 и 76, то величина ѵм может быть уменьшена до скорости свободного падения и эжектирующее действие сведено до минимума.
Сложность изучения турбулентных пульсаций в многокомпо нентных сквозных потоках, какими являются потоки материала в течках, трубах и желобах, вынуждает пользоваться при расчетах эжекции упрощенными моделями явления, в связи с чем рас четные формулы отражают обычно конкретные условия работы обо рудования.
Экспериментальные исследования, проведенные Институтом гигиены труда и профессиональных заболеваний АМН СССР на
действующих установках типа, изображенного на рис. 130, с дро билками СМ-624, С-687 и С-790, показали линейную зависимость объема эжектируемого воздуха Ц7ЭЖ от производительности дро билки Q в м3/ч:
\ѴШ = Щ, |
(10.9) |
где коэффициент пропорциональности k для условий опытов составлял 10,3—13,3, или в среднем 12.
В опытах средневзвешенный размер продукта дробления составлял 30—90 мм, окружная скорость ротора 30—40 м/с, высота выпускных течек 1,5—2,7 м. Эти условия отвечают боль шинству установок роторных дробилок с колосниковыми отра жательными решетками, что дает основание для использования зависимости (10.9) при k — 12 для практических расчетов.
Для роторных дробилок с отражательными плитами при наличии плит, снижающих скорость выброса, выражение (10.9) можно использовать лишь для ориентировочных расчетов.
Аналитической разработкой получена более общая зависимость, применимая для условий выпуска материала из роторных дро билок по течкам без промежуточных устройств (бункеров, доза
торов, |
затворов): |
|
|
WЭ Ж |
( 10. 10) |
|
|
Fr ’ |
где /гэж •— коэффициент эжекции; |
FT— площадь сечения течки |
|
в м2; |
ѵы—ѵа,х — относительная |
скорость падения материала |
в движущейся среде; Ры— площадь сечения потока материала в м2. Коэффициент k31K отражает аэродинамические явления при обтекании потока материала воздухом, а также трение, вихреобразование и прочие сопутствующие явления, приводящие к преоб разованию энергии падающих кусков в поток эжектируемого
воздуха. В пределах изученных условий |
= 0,1ч-0,3. |
|
Отношение |
f |
|
представляет собой степень заполнения течки, |
||
Гт
т.е. отражает производительность дробилки и конструктивное
оформление течки. Влияние этой величины на W3K весьма зна- f ~p~~1Г
находится в пределах 0,46—1,0.
Существенное значение для решения вопросов эжекции воз духа имеет правильное определение площади сечения потока выбрасываемого материала. Основу предлагаемого способа расчета составляют следующие положения:
1) поток выбрасываемого материала характеризуется как пуль сирующий с частотой, равной периодичности нанесения ударов билами по материалу;