WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |

Воздушная опора как вариант расширения возможностей центробежных дробилок

Сегодня центробежноударные дробилки (по западной терминологии — дробилки с вертикальным валом) находят все большее применение в процессах дробления и измельчения рудных и нерудных материалов.

Благодаря тому, что практически вся подводимая к дробилке энергия используется для сообщения кинетической энергии измельчаемому материалу, центробежноударные дробилки имеют большой КПД и высокий коэффициент измельчения. Принцип действия этого сравнительно нового оборудования состоит в следующем. Измельчаемый материал подается сверху в центральное входное отверстие так называемого ускорителя. Он представляет собой цилиндрическую полую конструкцию с радиальными перегородками, вращающуюся вокруг вертикальной оси. Под действием возникающей в результате вращения ускорителя центробежной силы куски измельчаемого материала двигаются с ускорением от центра к периферии вдоль образуемых перегородками каналов. Материал вылетает из ускорителя в камеру измельчения с линейной скоростью, определяемой частотой вращения и диаметром ускорителя. При соударении кусков материала с неподвижными стенками происходит разрушение материала посредством ударной дезинтеграции. В процессе дробления участвует также процесс хаотичного столкновения кусков друг с другом внутри камеры. Дробление материалов в центробежноударных дробилках обладает рядом преимуществ по сравнению с другими способами измельчения: предпочтительное разрушение по естественным структурным границам внутри измельчаемых кусков, незначительные сдвиговые деформации внутри однородных фрагментов. Это делает центробежноударные дробилки особенно эффективными для получения высокопрочного щебня кубовидной формы, а при измельчении руд позволяет достигать раскрытия вкраплений полезных компонентов в 23 раза большей крупности, чем в любом другом измельчительном оборудовании.

При всей привлекательности центробежноударных дробилок до 80х гг. ХХ века существовал ряд технических и материаловедческих ограничений, которые сдерживали широкое применение реализуемого в центробежноударных дробилках способа дробления. Проблема износа была в значительной степени решена после внедрения принципа самофутеровки (см. СиН №21 от 7 июня 2005 г.). При этом контакт измельчаемого материала непосредственно с металлом ускорителя происходил лишь в конце канала, на удерживающих самофутеровку лопатках, которые изготавливаются с включением вставок из твердого сплава и усиливаются периодической наплавкой специальными электродами. Что же касается проблемы обеспечения приемлемого ресурса подшипниковых узлов, то она попрежнему не имеет удовлетворительного решения в рамках традиционных схем механического привода с фиксированной подшипниками осью. Это связано с тем, что узел, обеспечивающий вращение роторной части центробежноударной дробилки, должен, с одной стороны, выдерживать большие ударные нагрузки, возникающие при передаче импульса кусками материала в ускорителе, с другой — работать в условиях сильной массовой несбалансированности вращающейся системы, вызванной неравномерным залеганием футерующего материала в каналах ускорителя. Кроме того, данный узел должен выдерживать огромные перекашивающие усилия, связанные с воздействием на подшипниковые опоры гироскопических моментов, вызываемых действием внешних моментов на роторную часть дробилки. Нужно сказать, что чрезмерную несбалансированность ускорителя вызывает еще целый ряд негативных факторов, перечисление которых в рамках текста данного объема не представляется возможным.

Что означает стремление к соответствию перечисленным требованиям на практике? В первую очередь — осознание невозможности создания дробилки на традиционной подшипниковой опоре (с фиксированной осью вращения), обладающей одновременно большой производительностью, высокой скоростью вылета кусков и способностью перерабатывать материал большой исходной крупности. В подобных дробилках крупность кусков исходного материала ограничена 40 мм, диаметр ускорителя (ротора) не превышает 1 м, а максимальная частота вращения ротора составляет 1500 об/мин, ограничивая линейную скорость измельчаемого материала на выходе из ускорителя значениями 6070 м/с для максимальных типоразмеров дробилок. При таких ограничениях область применения ударной дезинтеграции сводится, в основном, к получению кубовидного щебня, а измельчение руды до крупности ниже 510 мм становится неэффективным вследствие низкого коэффициента измельчения и высокой степени возврата на додрабливание. Поэтому центробежные дробилки на традиционных подшипниковых опорах пока не могут составить серьезную конкуренцию конусным дробилкам мелкого дробления, стержневым мельницам и мельницам полусамоизмельчения в существующих схемах рудоподготовки.

В 2001 г. ОАО «МНПО «Полиметалл» (российское межрегиональное научнопроизводственное объединение, специализирующееся на добыче благородных металлов) создало инновационную фирму ЗАО «Новые технологии». Основу ее коллектива составили специалисты Управления новых технологий МНПО «Полиметалл», а также сотрудники, работавшие в 80е и 90е годы в одном из учреждений бывшего Министерства среднего машиностроения СССР по программе создания дробилок нового поколения. Для преодоления ограничений, накладываемых на скорость вращения ускорителей в дробилках с традиционными подшипниковыми опорами, в ходе выполнения этой программы была применена так называемая воздушная (газостатическая) опора. Чтобы яснее представить себе преимущества, которые дает использование такой опоры, остановимся подробнее на ее конструкции и свойствах. Опора представляет собой два вложенных друг в друга кольцевых сферических сегмента (ротора и статора), в зазор между которыми типовым высоконапорным вентилятором нагнетается воздух. Создаваемая избыточным давлением воздуха подъемная сила заставляет ротор (с закрепленным на нем ускорителем) всплывать. Необходимая величина воздушного зазора обеспечивается регулировкой хода в шлицевом соединении одной из вилок карданного вала, передающего крутящий момент от двигателя, расположенного на одной оси с ротором. Наличие у карданного вала двух карданных шарниров обеспечивает независимость положения геометрической оси ротора относительно оси вращения двигателя. При включенном вентиляторе всплывший подвижный узел дробилки (ротор и ускоритель) находится в состоянии покоя. При этом вес ротора и ускорителя плюс сила натяжения карданного вала уравновешиваются подъемной силой, создаваемой избыточным давлением воздуха. Поскольку сила, действующая со стороны воздуха на сферическую поверхность ротора, везде направлена к центру сферы, то центр сферы фактически оказывается своего рода виртуальной точкой опоры (подвеса) ротора. Это означает, что под действием любых сил, не проходящих через центр сферы (то есть сил, создающих момент относительно точки опоры), ротор отклоняется от исходного положения так, как если бы он имел шарнирное закрепление в центре сферы. Иными словами, образуется воздушная опора, при которой ротор может совершать вокруг центра сферы колебательные движения, не касаясь при этом статора. Конечно, наличие связи фиксированной длины в виде карданного вала приводит к соответствующему уменьшению величины воздушного зазора при любом развороте ротора. Однако уменьшение это незначительно, а перемещение точки подвеса ротора происходит вдоль вертикальной оси (подобно шарниру в кулисе кривошипношатунного механизма). При любом отклонении оси ротора от вертикали (а вернее, отклонении центра верхней крестовины карданного вала от прямой линии, соединяющей центр сферы и центр нижней крестовины) равнодействующая приложенных к верхней крестовине сил оказывается отличной от нуля величиной, направленной к оси вращения двигателя. Создаваемый при этом момент относительно виртуальной точки опоры ротора стремится вернуть ось ротора в исходное вертикальное положение. После приведения во вращение подвижный узел дробилки фактически становится гироскопом с точкой опоры в центре сферы, а потому обладает всеми свойствами, характерными для так называемых тяжелых (то есть закрепленных в точке, не совпадающей с центром масс) гироскопов с тремя степенями свободы.

Полное описание движения такой системы, учитывающее реальные механические свойства всех входящих в нее элементов, весьма сложно. Оно требует совместного решения более 30 нелинейных дифференциальных уравнений, поэтому ограничимся качественным описанием особенностей системы, о которой идет речь, вытекающих из основных свойств гироскопа. Вопервых, трехстепенной гироскоп (то есть гироскоп, ориентация мгновенной оси вращения которого вокруг единственной точки опоры ничем не ограничена) в отсутствие внешних воздействий сохраняет положение оси вращения неизменным. Во вторых, при несовпадении оси вращения с главной осью инерции гироскопа последняя равномерно вращается вокруг оси вращения, описывая круговую коническую поверхность с вершиной в точке опоры (подобно оси вращающегося волчка). Такое движение носит название регулярной прецессии, а угол при вершине описываемого конуса называется углом нутации. Применительно к нашему случаю, когда главная ось инерции (совпадающая в первом приближении с геометрической осью подвижного узла дробилки) близка к вертикальной оси вращения двигателя, угол нутации в отсутствие внешних возмущений будет весьма мал. Это означает, что наш гироскоп вращается вокруг своей главной оси инерции, положение которой остается неизменным во времени. Наличие у подвижной системы несбалансированной массы приводит к смещению ее центра масс относительно геометрической оси системы. Учитывая тот факт, что главная ось инерции всегда проходит через центр масс системы, приходим к выводу о том, что при наличии дисбаланса роторная часть дробилки будет вращаться таким образом, что геометрическая ось ротора окажется смещенной относительно фактической оси вращения на величину смещения центра масс. При этом пробой воздушной опоры, то есть касание ротором статора, имеет место при смещении центра масс подвижного узла на величину радиальной проекции воздушного зазора между ними. Если учесть, что, например, масса подвижного узла дробилки «Титан Д160» составляет около 1000 кг, а радиальный зазор между ротором и статором — не менее 2 мм, то оказывается, что несбалансированная масса, расположенная на периферии ускорителя диаметром 1,25 м, может достигать 3 кг, не приводя к пробою воздушной опоры и нарушению работы дробилки. В действительности реакция нашего гироскопа на возникновение массового дисбаланса оказывается более сложной. Дело в том, что при действии на гироскоп внешнего момента, не совпадающего по направлению с осью вращения (то есть опрокидывающего момента), гироскоп стремится развернуть свою ось вращения в плоскости, проходящей через ось вращения перпендикулярно той, в которой лежат точка опоры и сила, вызывающая момент. Скорость прецессии пропорциональна величине внешнего момента и обратно пропорциональна кинетическому моменту гироскопа.

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.