Шаровая мельница

Сущность изобретения иллюстрируется графическими материалами, где на рисунке 6 представлена барабанная мельница в разрезе, на рисунке 7 – разрез А-А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6 – Барабанная мельница в разрезе

Барабанная мельница содержит кожух 1 в котором выполнены загрузочный патрубок 2 и разгрузочный патрубок 3, стальные пластины 4, установленные в неподвижном барабане с некоторым зазором, причем длинная сторона пластины совпадает с образующей цилиндрической поверхности неподвижного барабана и вращающийся барабан 5, металлические полки которого установлены под углом 30-60 градусов к радиальной плоскости. Вращающийся барабан 5 установлен на оси 6, которая посредством ременной передачи соединена с электродвигателем (последние на фиг.1, 2 не показаны). Крышка кожуха 7 закрывает внутреннюю полость барабанной мельницы.

Барабанная мельница работает следующим образом. Через загрузочный патрубок 2 внутрь мельницы шнековым транспортером (на фиг.1, 2 не показан) подается гипсовый полуфабрикат, который подхватывается металлическими полками вращающегося барабана и отбрасывается на стальные пластины 4, где разбивается до нужной консистенции и, пройдя в зазоры между пластинами 4, скатывается вниз, где через разгрузочный патрубок 3 попадает на шнековый транспортер (на фиг.1, 2 не показан).

Применение заявляемой барабанной мельницы позволит значительно повысить дисперсность размалываемого материала, в частности гипса.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 7- Барабанная мельница в разрезе А-А

Формула изобретения

Барабанная мельница, содержащая кожух, загрузочный и разгрузочный патрубки и металлический барабан, снабженный металлическими полками  и смонтированный с возможностью вращения вокруг собственной оси, отличающаяся тем, что она содержит также второй барабан, соосный первому и охватывающий первый с некоторым зазором, причем боковая поверхность второго  барабана выполнена из стальных пластин, уложенных так, что длинная сторона  пластины совпадает с образующей цилиндрической поверхности барабана, плоскость пластины ориентирована по радиусу, между пластинами имеется зазор, а металлические полки внутреннего барабана установлены под углом 30-60° к радиальной плоскости [   ].

2. Технологический раздел

 

 

Данный аппарат используется при производстве гипса по сухому способу. Технологическая схема производства гипса представлена на рисунке 8.

В зависимости от размера  кусков исходного гипсового камня  и требуемых размеров кусков, направляемых на обжиг, дробление осуществляют по одно- или двухступенчатой схеме  в щековых или других дробилках. Исходное сырье дробят до размеров частиц от 0 до 35 мм в поперечнике.

Полученный гипсовый щебень при необходимости подвергается грохочению на фракции от 0 до 10, от 10 до 20 и от 20 до 35 мм, которые направляются в соответствующие бункеры над печью обжига. Обычно щебень различных фракций обжигается раздельно. Для каждой фракции выбирается соответствующий режим обжига. Из бункера гипсовый щебень с помощью питателя, например, тарельчатого, непрерывно поступает во вращающуюся печь.

Обжиг гипса во вращающихся  печах может осуществляться при  непосредственном соприкосновении  с горячими газами, образующимися  при сжигании топлива или за счет передачи тепла через стенки барабана при его наружном обогреве.

Вращающиеся печи (сушильные  барабаны) могут работать на твердом, жидком и газообразном топливе. Для  каждого варианта Самарский завод  «Строммашина» подбирает отдельное технологическое оборудование и технологию обжига.

Температура газов при  входе в печь (сушильный барабан) при прямотоке – от 950 до 1000°С, при противотоке – от 750 до 800°С. Температура газов при выходе из печи при прямотоке – от 170 до 220°С, при противотоке – от 100 до 110°С.

Обожженный материал поступает  в расходные бункеры, расположенные  над шаровой мельницей. Равномерное  питание мельницы материалом обеспечивается питателем. Поступивший в мельницу материал имеет температуру от 800 до 100°С.

В шаровой мельнице (обычно двухкамерной) производится помол обожженных кусков гипсового камня. В отличие  от гипсоварочных котлов продукт обжига в печах получается неоднородным по модификационному составу, имеется значительное количество недожога (двугидрата сульфата кальция) и пережога (ангидрита). В шаровой мельнице кроме помола осуществляется выравнивание вещественного состава продукта за счет перехода недожога и пережога в полугидрат.

После помола гипсовое вяжущее  направляется в бункеры (силосы) хранения и на расфасовку.

Современные производства гипсовых вяжущих осуществляются по аналогичным  технологическим схемам, но преимущественно  для транспортирования сыпучих  и порошкообразных материалов используются системы пневмотранспорта, обеспечивающее высокую степень очистки воздуха от пыли [      ].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 8 - Технологическая схема производства гипса

 

Данный агрегат применим для производства гипса.

 

 

3. Расчет механического агрегата

 

Исходные данные для технологического расчета приведены в таблице  3.

 

Таблица 3 - Исходные данные

Наименование показателя	Значение
Производительность, м3/ч	16
Начальный размер кусков, мм	250
Степень измельчения	80

 

При вращении барабана шаровой  мельницы загруженные в него мелющие тела и материал под действием центробежных сил инерции прижимаются к футеровке, поднимаются на некоторую высоту и при падении приобретают кинетическую энергию, используемую для измельчения. В зависимости от угловой скорости или частоты вращения барабана возникает три случая движения шаров.

При сравнительно малой угловой  скорости вращения барабана

(рисунок 9, а) вся масса шаров вместе с измельчаемым материалом смещается в сторону вращения барабана и, когда свободная поверхность загрузки получит наклон, превышающий угол естественного откоса шаров,они скатываются, измельчая материал легкими ударами и истиранием. Такое движение мелющих тел не обеспечивает интенсивного измельчения.

               При увеличении угловой скорости барабана возрастает действие центробежных сил инерции, шары поднимаются выше горизонтальной плоскости, проходящей через геометрическую ось барабана и, отрываясь от его внутренней поверхности, продолжают двигаться как тело, брошенное под углом к горизонту, т. е. по параболе (рисунок 9,б). Такое движение обеспечивает наиболее интенсивное измельчение материала в основном ударом падающих шаров.

               При дальнейшем увеличении угловой скорости барабана наступает момент, когда центробежные силы инерции, действующие на шары, превзойдут силу тяжести сначала в наиболее удаленном от оси вращения слое, а затем и во внутренних слоях, и шары, прижатые к внутренней поверхности барабана, будут вращаться вместе с ним, не производя никакой работы (рисунок 9, в). Угловую скорость барабана, при которой возникает такое положение, называют критической и обозначают ω (рад/с) или n (с-1).

 

Рисунок 9 – Вращение барабана

 

3.1 Расчет габаритных размеров  барабанной мельницы

По заданной производительности произведем расчет габаритных размеров и массы шаровой мельницы, необходимые  для выбора прототипа серийного  агрегата.

Примем внутренний диаметр барабана 4 м. Производительность шаровой мельницы можно найти по следующей формуле:

 

Q=6.55×V×√D×(M/V)^0.8×q×k

 

где           D – внутренний диаметр отфутерованного барабана, м;

       V – внутренний полезный объем барабана, м³;

М – масса мелющих тел;

q – удельная производительность мельницы, 0.04 т/кВт*ч [ cnta];

k – поправочный коэффициент учитывающий тонкость помола, 1 [ ].

Внутренний полезный объем  рассчитывается по формуле:

 

V=π×D²/4L

 

где           D – внутренний диаметр барабана;

      L – Длина шаровой мельницы.

 

Отсда следует:

 

L= 4V/ π×D²

 

Масса мелющих тел 

 

 т

 

где           R –радиус мельницы, м;

L – длина мельницы, м;

γ – объемная масса шаров, для стальных тел =7800 кг/м³;

μ – степень разрыхления  для стальных шаров;

φ – коэффициент заполнения мельница, (0,4).

 

Q=16*2.2=35.2 т/час

 

35,2=6,45×V×√4×(M/V)^0,8×0,04×1

35,2=0,516×V×(M/V)^0,8

V×(M/V)^0,8=68,22

V×(V×φ×γ/V)^0.8=68.22

V×(0.3×4.6)^0.8=68.22

V×1.38^0.8=68.22

V=68.2/1.38^0.8=68.2/1.29=52.87 м³

 

Т.к. V=π×D2/4L, то:

52,87=3,14×4²/4×L

L=52.87/4×3.14=8 м

 

3.2 Расчет требуемой частоты вращения и мощности

Мощность электродвигателя при помоле металлическими мелющими телами рассчитывается по формуле:

 

 

 

где n – рабочая частота вращения, об/с, для мельниц сухого помола вычистяется по формуле:

n=0.534/√D

n=0.534/√4=0.267 об/с

ŋ₁- коэфициент полезного действия механизмов мельницы, 09;

ŋ₂- коэфициент, учитывающий необходимый запас мощности двигателя с учетом пускового момента, 0.9;

G - сила тяжести загрузки, Н (G= М×g=180,26×9,8=1766,55)

n_дв=740 об/мин

Найдем передаточное число:

u=n_дв/n_м=12/0,267=46;

u =u₁*u₂=5*9≡46;

u₁=5=n₁/n₂=740/n₂;

n₂=740/5=148 об/мин=15.5 рад/с.

 

3.3 Поверочный расчет зубчатой передачи

Исходные данные:

Мощность на ведущем валу P₂=3140 кВт;

Угловая скорость ведомого вала ω₂=25  рад/с;

Передаточное число передачи u=46;

Технический ресурс передачи L_h=2000.

Решение.

Число зубъев шестерни: z₁=20;

Число зубьев колеса:

z₂=u×z1=46×20=920;

Угловая скорость ведущего вала:

ω₁=u×ω₂=20×25=500 рад/с;

Вращающий момент на ведомом  вале:

Т₂=Р₂×10³/ω₂=3140000/25=125600 Нм

Вращающий момент на ведущем  вале:

Т₁=Т₂/u=125600/46=2730 Н м

Частота вращения ведомого вала:

n₂=30×ω₂/p =30×25/3,14=239 об/мин

Заданное число циклов ведомого вала:

N_k=60×n₂×L_hциклов

Средняя твердость шестерни (сталь 45, улучшение) Н₁=210

Средняя твердость колеса (сталь 45, нормализация)Н₂=180

Коэффициент реверсивности Y_A=1

Коэффициент реверсивностиY_A=1

Коэффициент долговечностиY_N=1

Предел выносливости зубьев шестерни при изгибе:

s_{Flim b 1}=1.75×Н₁=1.75×210=367,5 МПа

Предел выносливости зубьев колеса при изгибе:

s_{Flim b 2}=1.75×Н₂=1,75×180=315 МПа

Минимальный коэффициент  запаса прочности S_F=1.7

Допускаемое напряжение при  изгибе зубьев шестерни:

[s_F1]=s_{Flim b 1}Y_AY_N /S_F=315×1×1/1.7=216.18 МПа

 

Допускаемое напряжение при  изгибе зубьев колеса:

[s_F2]=s_{Flim b 2}Y_AY_N /S_F=185.29 МПа

Коэффициент ширины венца:

y_bd=10/z₁=10/20=0.2

Коэффициент неравномерности  нагрузки K_Fb=1.5

Коэффициент формы зуба шестерниY_F1=4.09

Коэффициент формы зуба колесаY_F2=3.62

Модуль зубьев расчетный:

=1.4×√(125600×1.5×4.09/46×20²×0.2×216.18)=0,014 м

Модуль зубьев принятый M=4.5

Диаметр делительной окружности шестерни:

d₁=m× z₁=0,014×20=0,28 мм

Диаметр делительной окружности колеса:

d₂=m× z₂=0,014×920=12,88 мм

Диаметр вершины зубьев шестерни:

d_a1=d₁+2m=0,28+2×0,014=0,308

Диаметр вершины зубьев колеса:

d_a2=d₂+2m=12,88+0,028=12,91 мм

Межосевое расстояние:

a=(d₁+d₂)/2=(0,28+12,88)/2=6,58 мм

Ширина венца колеса:

b₂=ψ_bd×d₁=0,2×0,28=0,056 мм