Белгород, Белгородская область, Россия
ВАК 05.17.00 Химическая технология
ВАК 05.23.00 Строительство и архитектура
УДК 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
В данной статье приводится расчет энергетических затрат в агрегате дезинтеграторного типа с учетом влияния встречных потоков в зоне активного взаимодействия роторов. В расчете учтены энергозатраты на образование застойной зоны при взаимодействии встречных лобовых двухфазных потоков. Получено соотношение, определяющее суммарные затраты мощности в агрегате дезинтеграторного типа.
мощность, мельница, взаимодействие
Дезинтеграторы являются одним из основных видов помольного оборудования, обеспечивающего получение готового продукта с заданным гранулометрическим составом [1].
Мощность, потребляемая агрегатом дезинтеграторного типа (рис. 1), расходуется на соударение рабочей поверхности ударных элементов с частицами материала; на преодоление сил трения частиц о рабочую поверхность ударных элементов; на работу роторов агрегата как вентиляторов; на преодоление сопротивления трения в подшипниковых опорах роторов и на взаимодействие встречных двухфазных потоков:
Рис. 1. Расчетная схема взаимодействия встречных двухфазных потоков
Мощность, которая необходима на разрушение частиц материала, проходящих через ряды ударных элементов каждого из роторов, входящих в состав рассматриваемогоагрегата, определяется соотношением:
(1)
где – число рядов ударных элементов каждого ротора;
–энергия, необходимая для разрушения частиц материала на «n»-ряду ударных элементов, которая определяется следующим выражением:
(2)
здесь – напряжение, при котором происходит разрушение частиц материала диаметром
на «n»-ряду ротора; E – модуль Юнга материала.
На основании (1) с учетом (2) мощность, которую необходимо затратить на разрушение материала в рассматриваемомагрегате ударом, определяется следующим соотношением:
(3)
где – частота вращения каждого ротора.
Центробежная сила, действующая на материал при его движении в междурядном пространстве роторов агрегата:
(4)
где – радиус ротора; m – масса материала, поступающего через загрузочные патрубки на левую и правую пару роторов:
(5)
где и
- массовый расход материала черезлевый и правый загрузочные патрубки.
Если предположить, что материал находится в камерах помола агрегата с угловым размером участков не более π, тогда
(6)
Сила трения, возникающая при движении частиц материала вдоль поверхности ударных элементов:
(7)
где f – коэффициент трения, примем f = 0,35.
Следовательно, работа по преодолению сил трения будет определяться следующим образом:
(8)
а мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения
(9)
где – количество ударных элементов, находящихся в зоне помола.
Если исходить из предположения о постоянстве скорости движения частицы материала вдоль радиального направления в камере помола, тогда можно записать:
(10)
С учетом (10), (9), (5) и (6) находим
(11)
Мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения в подшипниках валов роторов агрегата:
(12)
где G – давление на подшипники от силы тяжести ротора, Н; – приведенный коэффициент трения скольжения (
= 0,004); d – диаметр вала, м; n – частота вращения ротора, с-1.
Расход мощности (Вт) на работу ротора как вентилятора[2]
(13)
где – количество воздуха, продуваемого через каждую пару роторов агрегата; H – напор, создаваемый ротором, H = 445 мм.в. ст. (1 мм. в. ст. = 9,81 Н/м2);
–кратность циркуляций,
; μ – концентрация пыли по готовому продукту, кг/кг; η – КПД ротора как вентилятора, η = 0,55.
Обычно принимают = 50 % от мощности, потребляемой агрегатом.
На образование застойной зоны при взаимодействии встречных лобовых двухфазных потоков в агрегате расходуется энергия, равная:
(14)
где – масса частиц материала, кг;
– скорость двухфазного потока, м/с
и расходуется мощность, определяемая соотношением:
(15)
где – угловая скорость вращения роторов.
Подстановка (16) в (15) приводит к следующему результату:
(16)
где – масса смеси воздуха и частиц в зоне взаимодействия встречных двухфазных потоков.
Массу частиц материала, находящегося во встречных двухфазных потоках, можно определить, воспользовавшись следующим уравнением [3]:
(17)
С учетом и (14) окончательно приходим к следующему результату
(18)
где –коэффициент, равный 0,4;
– плотность двухфазного потока;
– размер области эффективного взаимодействия двухфазных потоков;
– диаметр частицы.
В случае образования застойной зоны («пробки») при лобовом взаимодействии двухфазных потоков мощность агрегата дезинтеграторного типа возрастает на величину, определяемую соотношением (18) и приобретает следующий вид:
(19)
Таким образом, мощность агрегата дезинтеграторного типа зависит от конструктивно-технологических параметров, концентрации твердой фазы в воздушном потоке, а также от размеров частиц материала.
1. Хинт И.А. Основы производства силикальцитных изделий. М.-Л.: 1962. 636 с.
2. Черкасский В. М. Насосы, вентиляторы, компрессоры: Учебник для теплоэнергетических специальностей вузов. 2-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1984. 416 с.
3. Карпачев Д.В. Противоточная струйная мельница с изменяемыми параметрами помольной камеры. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Белгород, БелГТАСМ, 2002.
