К.т.н. Францкевич В. С, аспирант Дорогокупец А. С.

Белорусский государственный технологический университет, Республика Беларусь

ИССЛЕДОВАНИЕ АЭРОДИНАМИКИ ВОЗДУШНОГО ПОТОКА В ВЕРТИКАЛЬНОЙ МЕЛЬНИЦЕ

В вертикальных валковых мельницах эвакуация продукта размола с размольного стола и его дальнейшая транспортировка в сепарационную зону, а затем и в классификационное оборудование, осуществляется, как правило, воздухам (в некотором случае, если требуется сушка измельчаемого материала – сушильным агентом), подаваемым снизу помольно-классифицирующего комплекса в кольцевой зазор, образованный торцом размольного стола и корпусом мельницы. Несущая способность воздуха является основным фактором, определяющим предельную производительность мельницы [1, 2].

На производительность мельницы по измельченному материалу, на качество последующего разделения материала на фракции влияет структура воздушного потока. В связи с этим была поставлена следующая цель – исследовать аэродинамику воздушного потока в вертикальной валковой мельнице при различных способах подвода несущей среды для определения оптимального.

В качестве объекта исследования была выбрана вертикальная валковая мельница со следующими способами подвода воздушного агента:

ü радиально в нижней части корпуса;

ü тангенциально при углах расположения воздушного патрубка к горизонту – 0⁰, 10⁰, 20⁰;

ü тангенциально 3 патрубка под углом между собой 120^о и к горизонту 0⁰.

Рассмотрим условия работы мельницы на предмет влияния на скорость потока, гидравлическое сопротивление мельницы при каждом из способов подвода несущей среды в сечениях под размольной тарелкой и над размольными валками.

Данные аналитические исследования проводились в компьютерном приложении COSMOSFloWorks, адекватность работы которого описана в [2].

На рисунке 1 представлены результаты определения скорости движения воздушного потока в виде поверхностей распределения профиля полных скоростей в ранее оговоренных сечениях и общий вид траектории движения. Необходимо отметить, что «пристеночный эффект» то есть область с нулевыми скоростями не показана.

а) в сечении над размольными валками; б) в сечении под размольной тарелкой; в) траектория движения воздушного потока

Рисунок 1 – Результаты исследования работы мельницы при радиальном способе подвода несущей среды

Анализируя рисунок 1 можно отметить о неравномерном и хаотичном распределении воздушного потока в сечениях мельницы. Отсутствует тангенциальная составляющая скорости воздушного потока, то есть движение несущей среды осуществляется по прямолинейной траектории после прохождения кольцевого зазора, образованного торцом размольной тарелки и корпусом мельницы. Данное обстоятельство отрицательно сказывается на разделяющей способности воздуха, которая необходима для создания центробежной силы действия на измельченный материал, что позволяет производить эффективнее отделение более крупных частиц, неудовлетворяющих требованиям последующих технологических процессов. У основания размольного стола образуется зона нулевых скоростей, «мертвая зона», что может приводить к провалу частиц материала, образованию застойной зоны по мере накопления измельченного материала и как следствие резкому увеличению гидравлического сопротивления с одновременным увеличением удельных энергозатрат на транспортировку измельченного материала.

Рассмотрим способ, когда воздушная среда поступает в мельницу через тангенциально расположенный патрубок с углами наклона к горизонту 0⁰, 10⁰ и 20⁰.

Рисунок 2 – Поверхности скоростей для сечения над размольными валками

В данном случае воздушный поток более равномерно распределяется по сечению мельницы, о чем свидетельствуют плавные переходы значений скорости и присущая ярко выраженная симметричность.

Для того чтобы однозначно можно была выделить оптимальный способ подачи несущей среды в данном рассматриваемом случае были проведены аналитические исследования и построены поверхности скоростей для сечения расположенного под размольным столом мельницы (рисунок 3).

Рисунок 3 – Поверхности скоростей для сечения под размольной тарелкой

Поток вентилируемого воздуха, поступающий под углом 0⁰, обладает большей скоростью и равномерным распределением структуры потока. Таким образом, при тангенциальном подводе воздушного агента в мельницу более эффективным с точки зрения равномерности распределения полной скорости, является расположение входного патрубка под углом 0⁰ к горизонту.

Несмотря на вполне удовлетворяющий результат, существуют зоны отличающихся скоростей находящихся на одном текущем радиусе мельницы. Данное обстоятельство может негативно сказываться на равномерности структуры воздушного потока и как следствие и на эффективность последующего разделения измельченного материала на фракции.

С этой целью было предложено осуществить подвод несущей среды через три патрубка, расположенных между собой под углом 120⁰ и 0^о к горизонту.

Проведя исследования, были получены поверхности полной скорости в рассматриваемых сечениях мельницы и построена траектория движения воздушного потока (рисунок 4).

Рисунок 4 – Аэродинамика потока при подводе воздушного агента через три патрубка с нулевым углом наклона

Как видно из рисунка поверхности обладают ярко выраженной равномерностью и симметричностью распределения скоростей по сечению мельницы в зависимости от текущего радиуса.

При относительной симметрии структуры несущей среды (воздуха) в сечениях помольно-классифицирующего комплекса регулирование скорости потока, необходимой во-первых для недопущения провала измельченного материала под тарелкой, где с достаточной вероятностью будет образовываться застойная зона и накапливаться материал, что может привести к падению скоростей и резкому увеличению гидравлического сопротивления помольного агрегата. Во-вторых, регулирование скорости потока необходимо для получения заданной технологическими условиями процесса тонины помола.

Также были проведены исследования на предмет определения гидравлического сопротивления мельницы при различных способах ее работы.

Минимальное сопротивление равное 3,7 кПа зафиксировано при подводе несущей среды через три патрубка расположенных между собой под углом 120^о и 0  к горизонту. При одном тангенциальном патрубке под углом 0^о к горизонту – 4,2 кПа и наконец, при радиальном подводе сбоку корпуса – 5,6 кПа.

Выводы:

Проанализировав работу вертикальной валковой мельницы в части исследования аэродинамики воздушного потока при различных способах подвода несущей среды были выявлены основные характерные особенности распределения скоростей по сечениям мельницы.

При установленных под углом между собой 120^о трех подводящих воздушных патрубка, наблюдается минимальное гидравлическое сопротивления агрегата, а скорость в кольцевом зазоре, образованном торцом размольной тарелки и корпусом мельницы составляет около 16 % от среднерасходной скорости в мельнице.

При одном тангенциально расположенном патрубке при угле наклона 0^о к горизонту с увеличением гидравлического сопротивления на 14 % полная скорость воздушного потока составляет 25-30 %.

Таким образом, выбор способа подвода несущей среды для транспортировки и дальнейшего фракционирования измельченного материала необходимо осуществлять в зависимости от конкретного технологического процесса, в котором используется помольно-классифицирующей агрегат.

Литература:

1. Михеев Г. Г. Исследования распределения воздуха в среднеходной валковой мельнице / Г.Г. Михеев, В.Е. Мизонов, С.Г. Ушаков // Теплоэнергетика. – М. 1985., № 5, С. 63-64.

2. Францкевич, В.С. Оптимизация процесса помола хрупких материалов средней прочности в валково-тарельчатых мельницах с воздушной классификацией: автореф. дис. … канд. техн. наук / В.С. Францкевич; Бел. госуд. технол. ун-т − Минск, 2007. – 20 с.

3. Францкевич В. С., Дорогокупец А. С. Исследование аэродинамики сепарационной зоны вертикальной валковой мельницы // Строительная наука и техника. – 2009. – № 4. – С. 72–75.