Содержание 1.Введение 1 I Анализ направлений развития измельчительного оборудования. 2 1.1. Общие положения. 3 1.2. Характеристика дробильного оборудования 1.3. Щековые дробилки 4 1.4. Конусные дробилки 5. II Размольное оборудование 2.1 Подготовка материала 2.2 Дисковая мельница 2.3. Газодинамические дезинтеграторы
1.Введение.
Актуальность задачи исследования физического, химического и механического аспектов измельчения обусловлена, в первую очередь необходимостью поиска путей создания эффективных установок в наибольшей мере отвечающих намеченным целям их функционирования. Jackets windproof Струйные мельницы с момента их практического применения открыли широкие возможности в области производства высокоактивного продукта с высокоразвитой поверхностью частиц. Однако не все измельчительные установки и, в частности, струйные мельницы, в сравнении с другими методами измельчения потребления энергии, отсутствие методов их исследования и проектирования , сдерживает их развитие. Многие энергетические процессы в мельнице и явления сопровождающие процесс измельчение до сих пор не изучены. Не совсем ясен механизм и характер изменения физико-химических свойств измельчаемого материала, а также факторы, обуславливающие эти изменения. Струйные мельницы обеспечивают совмещение с процессом измельчения ряда других процессов, трудно осуществимых в других измельчительных установках. Изучение физико-химических и механических основ этих процессов будет способствовать более эффективному использованию оборудования, экономии энергоресурсов. В настоящее время нет ни одной отрасли перерабатывающей тонкодисперсные материалы, которая, так или иначе, связана с техникой измельчения и не была бы заинтересована в получении тех преимуществ, которые дают струйные мельницы: высокая дисперсность получаемого продукта, низкая металлоемкость и простота конструкции, возможность совмещения с процессом измельчения других процессов. Необходимость широкого развития техники тонкого измельчения выдвигает на первый план прикладное исследование, в частности изучение условий и факторов, определяющих характеристики мельниц тонкого помола, а также влияния этих характеристик на изменение физико-механических свойств измельчаемого материала и, в свою очередь, степени влияния этого изменения на технологический передел измельченного материала. При этом следует иметь в виду, что в процессе измельчения могут возникать целый ряд явлений, имеющих большое прикладное значение: — увеличение удельной поверхности и раскрытие заключенных в породе минералов; — изменение формы частиц, создание новых систем трещин, снятие остаточных напряжений, изменение плотности размещения дислокаций и изменение их механических свойств; — активация поверхности, включая образование реакционно-способных поверхностей и увеличение каталической активности поверхностной фазы; — полиморфная трансформация – изменение кристаллографической структуры из одной полиморфной фазы в другую, декристаллизация и аморфизаци; — механо-химические реакции, включая химические изменения на поверхности или внутри, образование новых соединений, высвобождение газообразной фазы, ускорение реакций с окружающими веществами и твердыми растворами. Необходимость познания механизма указанных явлений возрастает вследствие создания новых процессов и продуктов пищевой, химической, горнорудной, керамической, лакокрасочной, металлургической и других областей производства. Ограничения достижимой, в процессе измельчения крупности, а также ограничения накладываемые на нее объемами производства и затратами (стоимостью) процессов измельчения, обусловливает их актуальность для этих отраслей промышленности. В процессе газодинамического диспергирования могут реализоваться все вышеупомянутые физические эффекты.
I Анализ направлений развития измельчительного оборудования.
1.1. Общие положения.
Измельчение как метод получения тонкозернистых материалов – наиболее распространенный вид процессов современных технологий. Именно оно лежит в основе получения и переработке самых разнообразных полупродуктов и материалов, применяемых в очень широких масштабах и во многих отраслях промышленности, сельского хозяйства, медицины является одним из обязательных технологических процессов. Одни технологические процессы предваряются образованием тонкозернистых материалов, получаемых с помощью специального измельчительного оборудования, а другие ( производство цемента, производство муки и т. п.) – тонкое измельчение применяют на заключительной стадии. Процесс измельчения представляет собой сокращение размеров твердого тела (образование новых поверхностей) путем преобразования энергии подводимой к измельчительному аппарату в энергию разрушения. Получение тонкозернистых материалов в мельницах тонкого измельчения представляет весьма трудоемкий процесс, требующий больших затрат времени и энергии. Поэтому, наряду с механическими методами измельчения широкое применение находят физико-химические методы. Среди этих методов можно выделить: метод сушки распылением и термического разложения, метод совместного осаждения и термического крекинга, Сверхтонкие металлические порошки получают методами осаждения в газовой фазе, в том числе испарительно-конденсационным методом. Высокая энергоемкость отмеченных методов обусловливает тот факт, что механический метод измельчения остается ключевым в схеме получения тонкомолотых материалов. Ограниченные энергетические возможности механических измельчительных аппаратов ограничивают также их возможность по степени сокращения размеров измельчаемых твердых тел. Поэтому для получения требуемой крупности частиц часто прибегают к организации определенной последовательности — стадий сокращения размеров. В этой связи определилась и соответствующая терминология, применяющая термин «дробление» при получении крупных кусков материала и «размалывание» («помол») – при производстве порошкообразных продуктов. Применение указанных терминов способствовало разделению измельчительных агрегатов (аппаратов) на две класса – дробилки и мельницы, однако не обеспечило четкого определения границ такого важного параметра, как целесообразной величины достигаемых на каждой стадии предельных размеров частиц измельченного материала. Гранулометрический состав и форма кусков дробленого или размолотого продукта в значительной степени зависит от принципа действия измельчающего аппарата и условий его эксплуатации. Эти факторы имеют первостепенную важность, поскольку не только определяют эксплуатационные расходы, но и оказывают решающее влияние на физико-механические и химические свойства получаемого продукта: на величину площади поверхности, химическую активность, прочность частиц, плотность материала при упаковке и т.п. Выход (процентное содержание) дробленого продукта требуемой крупности имеет важное значение, поскольку непосредственно влияет на стоимость производства, повышая её при увеличении отбракованных (не кондиционных) отходов. По данным фирмы «Алис-Чалмерз» (США) наибольшие часть капиталовложений на энергетические и производственные затраты в сфере измельчения относятся к процессам переработки материалов с крупностью частиц от 12,7 мм и до размеров задаваемых технологическим регламентом получения конечного продукта. Т. е. исследованиям процессов сокращения размеров перерабатываемых материалов измельчению отдается предпочтение. Еще одной причиной того, что исследованиям в области измельчения отдается предпочтение по сравнению с исследованием дробления является то, что физические свойства измельченного продукта обычно оказывают жизненно важное влияние на степень извлечения, сортность концентрата и другие факторы, которые могут воздействовать на возможности реализации готового продукта на рынке. Всегда имелась тенденция рассматривать операции дробления и грохочения в технологическом цикле подготовки материала, включающем мельницы для измельчения, просто в качестве выполняющих функции подготовки питания для этих мельниц. В результате стремления повысить производительность цикла подготовки материала к технологическому переделу, на большинстве предприятий операторы дробилок увеличивают их производительность, загружая, тем самым, мельницы крупным материалом, что при любой последующей операции измельчения ведет к снижению производительности, увеличению удельной энергоемкости, измельчающей среды, расхода футеровки и т. п. Имеется такой интервал крупности частиц между продуктом дробильного устройства и питанием для мельниц, при котором дробилки могут использовать энергию эффективней, чем мельница. Но при современных методах применения машин инженер не могут применить машину с достаточной гибкостью для использования преимущества коэффициента мощности дробилки. В большинстве случаев режимы дробления и грохочения устанавливаются на эмпирических данных фирм-поставщиков этого оборудования. Применимость такой информации в случае изменения условий работы оборудования может оказаться не адекватной. Многие устройства для дробления и грохочения, даже при тщательной их разработке, в изменяющихся условиях работы могут оказаться малоэффективными. Это дает основание считать оптимизацию режимов дробления и грохочения наиболее эффективным средством повышения экономических показателей процесса получения тонкомолотых материалов.
1.2. Характеристика дробильного оборудования
Для реализации первых стадий измельчения – дробления, разработан ряд способов, в основу которых положены принципы ударного, сжимающего (раздавливающего), истирающего разрушений. В зависимости от размеров, получаемых фракций выделяют крупное дробление, среднее дробление, мелкое дробление. Все эти виды дробления предваряют, в случае необходимости, процесс измельчения. Для первичного измельчения (дробления) твердых материалов разработаны несколько модификаций дробилок: дробилки раздавливающего действия для крупного и среднего дробления (щековая, конусная, роторная, валковые, зубовалковые дробилки). Все указанные типы дробилок являются дробилками раздавливающего типа и пригодны как для первичного измельчения твердых материалов, так и для промежуточных стадий измельчения. Величина фракций, получаемых в дробилках, использующих раздавливающий принцип разрушения, определяется величиной зазора выгрузочной щели дробилки в нижней части её рабочего пространства. Для первичного измельчения материалов минерального происхождения хорошо приспособлены щековые дробилки, но, если требуется более высокая производительность, то конусные дробилки обладают рядом преимуществ. Щековые и валковые дробилки пригодны для получения мелких фракций при умеренном объеме производства, конусные дробилки способны перерабатывать значительно больший объем. Зубовалковые дробилки, которые также производят измельчение путем раздавливания, могут давать продукт с ещё более точными размерами фракций при условии применения дробящих зубьев требуемой формы. Степень измельчения в этих дробилках невелика, если машина не оборудована стержневыми зубьями для разбивания крупных кусков породы. Однако применение таких зубьев способствует увеличению разброса по крупности получаемых кусков. Для крупного дробления разработаны также дробилки срезающего действия: ножевая, фрезерная и ударного действия – молотковая дробилка …(см.перевод Дзинбо Гендзи)
1.3. Щековые дробилки
Из всего многообразия конструктивных вариантов щековых дробилок, наибольшее распространение получили дробилки с вертикальной или слегка наклонной неподвижной щекой и с подвижной щекой, которая изменяет размер разгрузочной щели при помощи одной или двух распорных плит. Для первичного дробления твердых, крепких и абразивных материалов наиболее пригодна щековая дробилка с двумя распорными плитами. mu legend redzen online В этом типе дробилки вал с эксцентриком приводит в движен6ие шатун. Который подымает и опускает пару распорных плит, за счет чего происходит качание подвижной щеки, подвешенной на неподвижном валу. У дробилки с одной распорной плитой подвижная щека подвешена на эксцентриковом валу. А её нижняя часть опирается на распорную плиту. Вращение эксцентрикового вала создает практически круговое движение верхнего конца подвижной щеки и движение по эллипсу её нижнего конца. В настоящее время имеется тенденция к применению дробилок с одной распорной плитой. Меньшая первоначальная стоимость дробилок с одной распорной плитой для многих условий эксплуатации перевешивает более высокие затраты на техническое обслуживание, вызываемое повышенным износом дробящих поверхностей щек из-за вертикального перемещения подвижной щеки, что является характерной особенностью дробилок с одной распорной плитой. Но эта особенность дробилок с одной распорной плитой способствует перемещению материала через рабочую камеру, благотворно влияя на режим дробления. Размер щековой дробилки определяется размерами загрузочного отверстия через которое подается материал. Загрузочное отверстие малых промышленных дробилок равно 610 х 152 мм, у более крупных первичного дробления размер загрузочного отверстия составляет 2130 х1520 мм; производительность этих дробилок колеблется от 600 до 800 тонн в час. Степень измельчения, обеспечиваемая щековой дробилкой. определяется отношением размера загрузочного отверстия к размеру выпускной щели и может колебаться от 5 : 1 до 10 : 1 в зависимости от свойств материала. Любое проскальзывание материала во время рабочего хода дробления означает потерю мощности, потерю производительности и повышение износа рабочих поверхностей щек. Примерно две трети продукта может измельчаться до размеров, меньших установленной ширины щели дробилки, но этот показатель меняется в значительной степени. Для поддержания высокой производительности важно иметь устройства, обеспечивающие регулярную подачу материала в дробилку. …(с.8).
1.4. Конусные дробилки
Факторы, определяющие степень измельчения в конусных дробилках, подобны таким же факторам у щековых дробилок. Для заданного размера выгрузочной щели конусная дробилка имеет производительность. превышающую в два раза производительность щековой дробилки, но и стоимость её выше почти в два раза. С другой стороны, как дробилку первичного дробления, конусную дробилку легче освобождать от завалов с помощью соответствующего подъемного крана. Поэтому на практике подачу материала осуществляют непосредственно в дробилку, что исключает необходимость применения тяжелых питателей с вытекающими отсюда экономическими преимуществами. Конусные дробилки также не требуют постоянного наблюдения. new balance baskets Размер дробилки первичного дробления в большей степени определяется размером кусков подаваемого в дробилку материала. Если более высокая производительность конусной дробилки подтверждается экономической целесообразностью, то её часто предпочитают щековой дробилке, в силу её простоты и надежности в эксплуатации.
II Размольное оборудование
Для тонкого измельчения промышленностью выпускается большое количество разнообразного оборудования, приспосабливаемого для различных материалов и условий работы в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, медицины. Шаровые и трубные мельницы, молотковые мельницы, дисковые мельницы с пальцами, мельницы с кольцами, струйные мельницы – каждая их разновидность обладает характерными особенностями и может включаться в различные технологические системы для получения тонкомолотых материалов с различными физико-механическими и химическими свойствами. На базе мельниц тонкого помола созданы специализированные технологии по переработке материалов чувствительных к нагреванию, технологии, отвечающие требованиям переработки металлических и неметаллических, минеральных и органических материалов: фосфатов, серы, баритов, а также для производства пластмасс. Выбор подходящего измельчительного оборудования для конкретных технологий производится путем лабораторных испытаний измельчаемости или требуемых изменений используемого в них материала. При этом различают: грубый помол, при котором частицы измельченного материала проходят через сито №10 (диаметр отверстий сита равен 1, 67 мм); мелкий помол, обеспечивающий получение частиц, проходящих через сито № 200, с диаметром отверстий 0, 076 мм; «тонкий» помол, при котором 99,9 % измельченного продукта проходит через сито №300, с диаметром отверстий 0,053 мм; «сверхтонкий» помол характеризуется размером частиц менее 44 мкм, не укладывающимся в ситовый анализ.
2.1 Подготовка материала
2.2 Дисковая мельница
2.3. Газодинамические дезинтеграторы
Относительная универсальность механических способов измельчения материалов определяет их широкое использование даже в ущерб производительности или энергоемкости на отдельных операциях, так как в условиях производства удобнее применять традиционные однотипные механизмы, чем использовать более эффективные устройства, отличающиеся по принципу действия и требованиям организации работ. С у щ е с т в е н н у ю роль и г р а ют т а к ж е н а лич и е квалифицированных кадров, ремонтной базы и определенная инертность и традиционность технического мышления. Тем не менее, общеизвестно, что развитие механических способов не идет по пути интенсификации процессов обработки и характеризуется только тенденцией увеличения усилия, прилагаемого к рабочему органу, при внедрении его в обрабатываемый материал. Увеличение мощностей привода м а шин не дает нового качественного эффекта, но сопровождается ростом массы и габаритов машины, что повышает трудоемкость, энергозатраты, металлоемкость, требует развитой и дорогостоящей ремонтной базы. Увел иче н ие ус и л и я на р абочем органе, как правило приводит к его быстрому выходу из строя, а применение дорогостоящих и дефицитных материалов, повышающих его прочность и износостойкость, не даст достаточного эффективно и, часто, экономически невыгодно. Механический рабочий орган стал наиболее уязвимым в технологической схеме получения тонкомолотых материалов. В настоящее время интенсификация процессов измельчения обеспечивается за счет применения иных, принципиально отличных технологических процессов и машин, использующих в качестве рабочего органа различные энергетические потоки и поля, вырабатываемые генераторами и направляемые на обрабатываемый объект (измельчаемый материал). Свойства этих потоков и полей таковы, что в самом материале развиваются разрушающие напряжения и (или) изменяются физико-химические свойства. По видам воздействия и особенностям процесса способы обработки материала (Боженов Е. П. Термогазодинамическая обработка строительных материалов. –М.: Стройиздат, 1985. –208 с.) подразделяет на: — динамические, характеризуемые высокоскоростным динамическим воздействием рабочего энергетического потока (рабочего тела) на обрабатываемый материал, ведущим к потере его целостности; — термические, характеризуемые возбуждением и развитием во времени термических процессов в теле обрабатываемого объекта под действием энергетических полей и потоков, обладающих свойствами, необходимыми для жирования этих процессов; -термогазодинамические, основанные на ударном возбуждении в среде сложного комплекса механических и термических явлений и фазовых переходов, совмещенных с эвакуацией продуктов разрушения от зоны обработки, под термогазодинамическим воздействием высоко скоростного (звукового и сверхзвукового) газового потока, К группе динамических способов относятся взрывной, гидравлический, электрогидравлический и электроимпульсный. chaussures nike air max Последние два составляют подгруппу электрогидродинамических способов Широко распространен взрывной способ Разрушение происходит в результате возникновения ударных волн в зоне расположения взрывчатых веществ (ВВ) при их детонации. Этим способом дробят большие массивы горной породы, взрывают на выброс талые и мерзлые грунты, дробят негабариты, проходят скважины, раскалывают каменные блоки, направленным взрывом разрушают строительные конструкции и т. д. Основное его преимущество — малая энергоемкость и трудоемкость, недостатки — невозможность поточной технологи при добыче горной массы, ограниченное использование при реконструкции промышленных предприятий из-за наличия ударной воздушной волны и существенного сотрясения почвы и фундаментов При гидравлическом способе используется динамическая энергия водяной струи, выбрасываемой из сопловой насадки под высоким давлением, что позволяет разрушать рыхлые, мягкие и скальные породы. Угли разрушаются при давлении 2—10 МПа, прочные среды (14—16 по шкале проф. Ж. М. Протодьяконова) при 100—200 МПа и скорости водяной струи 200—500 м/с Подгруппа электрогидродинамических способов использует эффект создания в ограниченном гидравлическом объеме (в шпуре) ударных волн, вызванных электрическим разрядом. Жидкость является рабочим телом и объемно воздействует на материал, вызывая в нем механические напряжения выше допустимых. Эти способы эффективно, применяют лkя разрушения монолитных объектов, выколки блоков, разрушения фундаментов и других строительных конструкций. Электрогидроимпульсный способ характеризуется подводом к жидкости, находящейся в емкости (шпуре ) разряда от генератора импульсов напряжения или генератора импульсов тока, которые нициируют возникновение ударных гидравлических волн. Теомогазодинамические способы обеспечивают одновременное динамическое и термодинамическое воздействия на материал и являются наиболее универсальными. Применение для обработки минеральных материалов скоростного горячего газового потока качественно изменило как механизм разрушения, так и условия ведения процесса. Термогазодинамический метод обработки материалов лежит в основе функциионирования газодинамических дезинтеграторов
История развития газодинамического способа измельчения
Принцип измельчения материалов энергией газовой струи был заложен теоретическими разработками …. …В Советском Союзе применение струйных мельниц началось во Всесоюзном теплотехническом институте для измельчения каменных углей …ставшей прототипом серии струйных мельниц, которыми в 19.. году было произведено … млн тонн тонкомолотых материалов. К 1975 году были накоплены солидные данные по измельчаемости горных пород: железных руд, известняка, талькомагнезита, мрамора, кварцита. Благодаря усилиям советских ученых Пешкова, Кисельгофа, В.И. Акунова, Б.К. Тельнова, В.И. Горобца, Л.Ж. Горобец и др. были заложены основы советской школы исследования и создания принципиально новой технологии струйного измельчения материалов минерального происхождения. Направленность этих работ отличалась оригинальностью научно-технических решений, которые по техническому уровню опережали зарубежные разработки. Так, в СССР с 19 65 года в качестве рабочего тела струйных мельниц широко используются продукты горения газообразных и жидких топлив в среде сжатого воздуха, а в качестве источника рабочего тела испытаны газотурбинные и турбореактивные двигатели, исчерпавшие свой летный ресурс. В этот же период начались исследования по отработке режимов газодинамического диспергирования материалов органического происхождения. В настоящее время в этом направлении успешно работает научно-исследовательский коллектив под руководством профессора, доктора экономических наук А.В. Руцкого, кандидата технических наук, доцента В.И. Горобца, инженера Б.И. Горобца и др.
2.5. Перспективы развития газодинамического диспергирования материалов
Если в начале своего развития струйный метод измельчения использовался только для измельчения …., то в последующем благодаря работам советской научной школы, он стал применяться для получения цементов, … , а также в качестве активатора целого ряда материалов. Вопросы получения тонкомолотых материалов в струях газового энергоносителя подробно рассмотрены в работах (…). Газодинамический способ измельчения позволяет: — организовать производство высококачественного вяжущего; — организовать выпуск технического мела; — … Ежегодно перерабатывается …. … Высокая стоимость, низкая производительность традиционных методов …обработки…- основная причина вытеснения ( природного камня бетоном и ж.-бетоном).. В странах бывшего СССР разрабатывается более .. это наиболее трудоемкое и В год разрабатывается около … . Газодинамический способ диспергирования … Сверхзвуковая газовая струя разрушает … Газодинамический способ измельчения по количеству операций, условиям обработки и видам обрабатываемых материалов, более перспективен в сравнении с другими, традиционными, способами. Специфические свойства высокоскоростной сверхзвуковой и дозвуковой газовой струи (высокая концентрация тепловой и кинетической энергии, возможность изменения химического состава среды в зоне обработки и т .п.), позволяет расширить диапазон практического применения рассматриваемого способа. Изменяя соответствующим образом эти свойства можно получать материалы с заданными качествами: цементный клинкер путем обжига шихты в зоне столкновения скоростных дисперсных потоков, автоклавную обработку строительных материалов, осуществлять обжиг — спекание грунтовых поверхностей и т.п. Но, несмотря на отмеченные технико-экономические преимущества, объем внедрения газодинамического способа диспергирования не соответствует его потенциальным возможностям, поскольку требует значительных усилий специалистов различных профилей: специалистов в области термогазодинамики, технологов, конструкторов и организаторов производства в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, медицины. В серьезной разработке нуждаются вопросы поведения материалов минерального и органического происхождения под воздействием газовой струи, выбора оптимальных параметров струи, разработки конструкции и определения режимов работы газодинамических дезинтеграторов, а также организации производства на их основе. Механохимическая активация при измельчении. В процессе измельчения п результате механического воздействия мелющих тел происходит активация сырьевых компонентов и частично даже начинают осуществляться реакции, обычно реализуемые при повышенных температурах, например декарбонизация. Механохимическая активация сырьевых компонентов затем проявляется в период спекания. Активация сырьевых компонентов за счет механических воздействий столь значительна, что в мельнице возможно, хотя, и в очень незначительных^ размерах, _^дан.модейств::е кальцита _ с квадце]уц В~рёзультате механических воздействий и аккумулирования материалом энергии, образования дефектов в кристаллах происходит снижение как теплоты (от 170 до 92 кДж/моль), так и температуры диссоциации и декарбонизации, достигаемое при длительном помоле нескольких процентов. Роль механической активации можно проиллюстрировать опытами Г. С. Хо-дакова по спеканию смесей карбоната с квариек. Скорость связывания извести в смесях одинаковой дисперсности при механохимнческой активации (длительное и очень тонкое измельчение) была при 1173 К в 5— С раз, а при 1373 К- в 2 — 3 раза выше. Следует учесть, что такое заметное ускорение возможно только при очень длительной механической активации сырьевых компонентов, что в условиях технологии не реализуется, однако эти данные указывают п па то, что механическая активация при измельчении играет определенную роль п ее следует учитывать. Рассмотрим механизм и природу механохпмических процессов. В самом общем определении механохимию рассматривают как науку об ускорении и инициировании химических реакций под воздействием упругой энергии (ультразвук, ударные волны, высокое давление, механические удары). Ниже мы рассмотрим основные положения механохимии на примере активации, происходящей при измельчении. В результате механического воздействия при измельчении происходит разрыв и деформирование межмолекулярных связей в твердых телах. В результате поверхностны;»; слой вследствие актнвацпд^оказ^[ва|еуся_ менее плот!Шм_ и’ ные разупорядоченные слои содержат значительный йзоыток» энер-
2.6. Физико-химические основы термогазодинамического диспергирования материалов
Термин «термогазодинамическое измельчение» характеризует процесс получения тонматериалов путем преобразования кинетической и тепловой энергии газовой струи в работу разрушения материала. Воздействие скоростной струи на обрабатываемые материалы характеризуется сложным комплексом термических, ударных, газодинамических, физико- и механо-химических, акустических и др. процессов. Характер обработки материалов минерального и органического происхождения зависит от сложных и взаимосвязанных процессов, протекающих в конструктивных элементах технологической схемы дезинтегрирования – в источниках подготовки рабочего тела, в системах подачи рабочего тела и обрабатываемого материала в зону смешения, в зонах смешения и обработки материала, в зонах разделения материала по крупности и выделения его из потока. Струя, являясь рабочим телом возбуждает в материале процессы, определяющие характер его разрушения. Необходимо выделить три основных взаимосвязанных фактора воздействия струи на обрабатываемый материал: термическое, газодинамическое и физико-химическое. Первый обусловлен уровнем теплосодержания и способностью к интенсивной теплопередаче скоростной и, особенно, сверхзвуковой газовой струи, второй – спецификой образования струи, структурой и характером её взаимодействия с материалом и, наконец, третий – спецификой химических реакций. Первые два фактора способствуют интенсивному возбуждению в минеральной и органической среде процессов, определяющих эффективное направленное разрушение, которое не наблюдается при воздействии дозвуковыми или несформированными газовыми потоками. Резкое увеличение теплопередачи от звуковой и особенно сверхзвуковой струи к материалу изменяет характер процесса разрушения и существенно повышает влияние неоднородности его физико-химических свойств. Макро — и даже микронеоднородности измельчаемого материала обусловливают термические напряжения в значительно большей степени, чем при тепловом воздействии в воздушной среде или низкоскоростным потоком. Явления поверхностной деструкции, наличие трещин, посторонних включений, особенности протекания химических реакций, выделение газа, кристаллизационной воды, образование жидкой фазы в обрабатываемом материале способствуют накоплению в нем разрушающих напряжений. Интенсивное возникновение и накопление температурных напряжений — результат термического воздействия сверхзвуковой высокотемпературной струи. В силу возможной нестационарности процессов, происходящих в устройствах подготовки рабочего тела, в них могут возникать колебания различной частоты. Эти колебания передаются струе и могут инициировать такие же колебания во всей системе. Квазипериодичность пульсаций потока приводят к соответствующим колебаниям температуры и давления в зоне взаимодействия потока с материалом, способствуя тем самым, неравномерной теплопередачи по периметру материала, обусловливая неравномерность нагрева материала. Градиенты давлений и температур способствуют возникновению разрушающих напряжений.
2.7. Структура процесса газодинамического диспергирования материалов
Газодинамический дезинтегратор является тепловой машиной с определенным термодинамическим циклом. Для реализации указанного термодинамического цикла технологическая схема газодинамического диспергирования включает в себя: — систему подготовки рабочего тела, состоящую из источника сжатого воздуха и устройства подвода тепла; — (ускоряющую) систему (газодинамического) ускорения рабочего тела; — смесительные устройства с системой регулируемой подачи измельчаемого материала; — классификатора; — пылеосадительных устройств с бункерами-разгрузителями; спосос — пневмотранспортной системы. Эффективность газодинамического дезинтегратора определяется особенностью и взаимосвязью процессов, протекающих в каждом его структурном элементе и, в целом, может характеризоваться приведенной интенсивностью процесса измельчения Gп, определяемой количеством полученного измельченного продукта при затрате 1 кВтч энергии (?). Чем выше Gп, тем лучше организован процесс измельчения: Gп = m / G∑» G∑»- израсходованная энергия; m–масса полученного материала. nike air max 90 Для оценки работоспособности ГДД, по аналогии с принципом оценки эффективности работы любой газодинамической системы могут быть использованы такие показатели, как … Тяга реактивного двигателя определяется уравнением: R* = Rдин*+ Rст* = mwс + Fc(Pc – Pн), где m – секундный расход газа, кг/с; wс — скорость газового потока на срезе сопла; Fc — площадь выходного сечения сопла; Pc, Pн – давление рабочего тела, Rдин* = mwс соответственно на срезе сопла и окружающей среды; Rст* = Fc (Pc – Pн) – статическая составляющая тяги; Rдин* = mwс – динамическая составляющая тяги. Динамическая составляющая тяги Rдин*(импульс потока), зависящая от скорости истечения газа, является основной характеристикой помольного узла ГДД. Скорость истечения, в свою очередь, определяется параметрами газа перед истечением (температурой, давлением, составом газа – молекулярной (?) составляющей), а также зависит от типа ускорителя, конструкции сопла, смесительной и помольной камеры. Для получения требуемого положительного эффекта при заданных физико-химических свойствах измельчаемого материала, необходимо менять характер термического и газодинамического воздействия, обеспечиваемое, например, путем изменения конструктивного оформления и режимов работы определенного элемента ГДД. При этом в каждом отдельном случае будет наблюдаться преобладание определенных видов нестационарных процессов в обрабатываемом материале, обеспечивающих требуемые качества получаемого продукта. В качестве сравнительных показателей работы различных конструкций газодинамических дезинтеграторов могут быть использованы значения: удельного импульса, удельных затрат энергии и рабочего тела на измельчение, удельного веса, используемого оборудования, термического кпд … Удельный импульс определяется из отношения Rуд* = Rдин*/Qг = wс / g , где Qг – секундныйрасход газа, кг/с; g= 9,81 м/с2 – гравитационная постоянная. Удельный вес используемого оборудования gу: gу = Му / Rдин*, где Му – масса оборудования технологической схемы газодинамического диспергирования. ….
2.8. Особенности процессов в элементах ГДД
В начале термодинамического цикла лежат процессы сжатия рабочего тела и его нагрев. Последующее преобразование внутренней энергии газа в работу совершения внутримельничных процессов осуществляется в соответствующих функциональных элементах – в соплах, смесительных камерах инжекторов, в помольной камере , классификаторе… (? ??) В зависимости от способа и степени нагрева рабочего тела, процесс ускорения рабочего тела может осуществляться газодинамическим, элекродинамическим …. chaussure de tennis asics способами . При газодинамическом способе ускорения работа расширения газа в сопле от величины давления перед истечением (в камере) — Рк до давления Рс — в сопле, аккумулируется как кинетическая энергия. В случае Рс /Ра > Ркр, (где Ра – атмосферное давление) давление на срезе сопла Рс зависит от величины отношения выходного сечения сопла fа к его критическому сечению fкр и давления перед истечением Рк. При fа / fкр = 1 Рс = Ркр = Рk (2 1+к) к / (к-1), ????? где Ркр – критическое давление; к – показатель адиабаты. Для случая идеального цикла (Рк = const) рабочее тело – газ подчиняется законам идеального газа. Уравнение первого закона термодинамики запишется: Uс — Uк + L + (wс2 – w2к) / 2 g , (2.9.) где Uс = сvТс + Uвс ; Uк = сvТк + Uвс; Uвс – внутренняя энергия газа в объеме соплового канала; сv — теплоемкость газа при постоянном объеме; wк – скорость газа перед истечением (wк =0); Тк, Тс – температура перед истечением и на срезе сопла; L = РсVc – Pk Vc = RTc – RTk — работа газа; R – газовая постоянная; Vc, Vк – объем газа соответственно в сопле и в камере. Формула (2.9.) преобразуется: сvТс — сvТк + RTc — RTk + wс2 /2 g =0. Полезная работа: Lад = w2а / 2 g = Ik — Ic = cp (Тк — Tc) = cp Тк (1 — Тс / Тк), Где Ik, Ic – энтальпия газа соответственно перед истечением и в сопле (? В его критическом сечении). Учитывая, что Ik = cp Тк = [k / (k-1)] RTk, а Тс / Тк = (Pc / Pk)(k – 1) / K, получим формулу удельной работы цикла: Lад = [k / (k-1)] RTk [1 – (Pc / Pk)(k – 1) / K] = [k / (k-1)] RTk [1- 1/(dca)] (k – 1) / K, где а = k / (k-1). Термический КПД ht =(Ik — Ic) / Ik = 1– (Tk / Тк) = 1-(Pc / Pk) = 1- 1/(dca), т.е. эффективность термодинамического цикла зависит от степени расширения газа в сопловом канале dc и численного значения показателя адиабаты, зависящего от химических свойств газа. Следовательно, основные показатели работы термогазогенератора (?) зависят от скорости истечения газа из сопла и массы истекающего газа, а показатели работы струйного аппарата – от Tk, Tс, R, зависящих от химического состава газа, а также от Рк и Pс, зависящих в свою очередь от параметров системы подачи компонентов в систему подготовки рабочего тела и геометрии сопла.
Глава 4 Харакеристика рабочего тела ГДД
4.1 Структура газовой струи.
Скоростная газовая струя, как рабочее тело газодинамического дезинтегратора, генерируется источником газового энергоносителя и формируется газодинмическим устройством – соплом, геометрия которого определяет строение тела струи, выходящей из сопла и её скорость. Сопло рассчитывается таким образом, чтобы обеспечивалась максимальная скорость истечения газа в рабочих условиях. Поскольку газовая струя в газодинамичеком дезинтенграторе является рабочим телом и определяет характер процессов её взаимодействия с измельчаемым материалом, её воздействие на материал должно являться основным объектом изучения и рассматриваться с точки зрения выявления и использования свойств, способствующих повышению эффективности обработки материала. Изучение свойств сверхзвуковой струи, вначале развития гаодинамики (конец XIX и начало XX веков), носило познавательный характер, а первые попытки практического её применения для измельчения материалов минерального происхождения не имели глубокого теоретического обоснования. В работах Кисельгофа , В.И.Акунова …рассмотрено движение отдельных частиц, … однако авторы указанных работ не уделяют должного внимания особенностям строения сверхзвуковой струи и влияния на эффективность разрушения материала. Картина течения в сверхзвуковой струе, вытекающей из осесимметричного сопла зависит от целого ряда факторов: — от степени нерасчетности струи, определяемой величиной отношения давления на срезе сопла Pc и на границе струи с окружающей средой Pн (n = Pc / Pн); — угла раствора сопла ψ; — значения параметров струи (Тс, Мс, Рс) на срезе сопла; — состояния наружной среды, в которую истекает струя (фазовое состояние среды, её давление, скорость перемещения). Режим работы ГДД может характеризоваться одним из трех видов истечения струи: — истечение в расчетном режиме n = 1 (Рс = Рн); — истечение с недорасширением n > 1 (Рс > Р н); — истечение с перерасширением n < 1 (Рс < Р н). Структура струи в соплах с постоянной геометрией может изменяться (изменяется) изменением давления газа перед истечением или изменением наружного давления. Независимо от условий истечения сверхзвуковая струя (рис. 1) разбивается на три основных участка [Гинзбург А.П. Аэрогазодинамика. – М.: Высшая школа. 1968]; I – начальный газодинамический участок, где влияние вязкости и теплопроводности сказывается лишь в тонком пограничном слое. Структура потока определяется исходя из рассмотрения задач газовой динамики в идеальной жидкости. Картина существенно зависит от степени нерасчетности n и угла раствора сопла; II – переходный участок, на котором оказывает влияние турбулентность, разделяется на первый переходный участок (а), в котором сохраняется ядро постоянных скоростей (осевая скорость постоянна), и второй переходный участок (б), в котором ядра постоянных скоростей нет, а максимальная скорость лежит не на оси струи; III – основной участок, для которого справедливы соотношения свободных турбулентных струй. Возможные картины течения струи на начальных участках показаны на рис. 2 [c. 71 Боженов Е.П. Термогазодинамическая обработка строительных материалов. –М.: Стройиздат. 1985.] При выходе струи из сопла на его кромках образуются волны разрежения, достигающие линии ударного фронта, образующегося на противоположном срезе сопла, а не границы струи, как принято в [Ягупов А.В. Тепловое разрушение горных породи огневое бурение. – М.: Недра, 1972.]. Из-за возникновения волн разрежения и расширения потока давление в нем уменьшается. Картина течения при значении нерасчетности, равной или близкой к единице, характеризуется х-образным ударным фронтом (рис. 23, а) При n > 2 возникает Маховская конфигурация (рис. 23 б). У среза сопла имеется конусообразная зона VI, ограниченная волнами разрежения, сходящими с кромки сопла. Её параметры близки к параметрам на срезе сопла. У среза сопла возникает течение разрежения в виде центрированной волны. Эта зона IV ограничена первой волной разрежения и ударной волной. Давление на границе струи, выходящей из сопла равно Рн. Ударная волна заканчивается в точке С Маховского диска, пересекающего ось струи под прямым углом. С краев диска по течению сходит новая ударная волна, которая достигнув границы струи, вызывает появление центрированной волны разрежения, определяющей вторичное разрежение струи. Одновременно с контура диска Маха сходит стационарный разрыв, отделяющий газ, прошедший через диск Маха, от газа, прошедшего через две ударные волны. В зоне V наблюдается течение разрежения вследствие отражения волн разрежения от оси струи. Течение в зоне I носит сложный характер, траектория частиц (газа) имеет значительную кривизну, В зоне III за диском Маха течение дозвуковое. Векторы скорости в зонах II и III мало отличаются от осевого направления. Давление в них равно Рн. Cheap MU Legend Items У выхода из сопла вблизи точки А наблюдается течение разрежения типа Прандтля-Майера. Поток расширяется и давление уменьшается от Рс до Рн . Граница струи – это линия скольжения, при переход через которую параметры значения плотности и скорости скачкообразно. Параметры на границе определяются известными уравнениями [Гинзбург Аэрогазодинамика. – М.: Высшая школа. 1968] . Зная параметры на срезе сопла (Рс, wс, rс, Тс), определив параметры на границе струи (Рн, wн, rн,), в силу изоэнтропности потока находят параметры заторможенного потока (Рт, rт, Тт)) из условия постоянства теплосодержания и изоэнтропности. 
Ри2 Рис 22 Структура сверхзвуковой струи Rm – граница максимальных продольных скоростей; R0 – граница зоны постоянных скоростей; W — векторы скоростей. 
Рис. 23. Строение начального участка струи при различных значениях степени нерасчетности сопла п = Р С/РН а) n ≈ 1; б) n>2; в) n<1; г) n «1; pс — давленне в струе на срезе сопла; Рн –давление наружной среды В силу изоэнтропичности потока можно написать условия постоянства теплосодержания [к/(к-1)] (P0 / r0) = ?w2с / 2 +[ к/(к-1)] (Pс / rс) и условие изоэнтропности Рн / rнк = Рс / rск = Рс /r0к, Где Рн, wн, rн — давление, скорость, плотность на границе струи; Рс, wс, rс – соответственно на срезе сопла в точке А; Р0, r0 – параметры заторможенного потока. Параметры потока на границе струи определяются из уравнений: Ас/Рн = [1 – (к-1)/2 M2н]к/к-1; rн /rс = {[1 +(к-1/2) M2с] / [1+ (к-1)/2 M2н] к/к-1]} ?eТн /Тс = e(1 +(к-1/2) M2с / (1 +(к-1/2) M2с). vНачальный угол наклона струи vн находят по формуле Прандтля – Майера для случая обтекания выпуклого угла плоским потоком vн = ψ+w(Мн) — w(Мс), w(М) = e[( к + 1) /( k-1)] аrctge [(k-1)/(k+1)](M2-1)- аrctge(М2-1) Значение М по оси струи определяют по формуле h=F(М)-F(М1), (4.6) F(М) =(3-k)/(k – 1)e(М2 -1) – (2-k)/(k-1)e(к+1)/к-1) аrctgx x e [(k-1)(k+1) e(М2 -1). М2=1+(k+1)/(k-1)tg2{e(к-1)/(к+1)[p/2 +w(Mc)-uc]}. По данным Ванга и Патерсона, при недорасширении скорость газа растет по оси струи до определенных пределов. Так, для к=1,15, МС =3, 1/h = 2,83 в струе есть начальное ядро с M=3, затем на расстоянии от среза сопла h = 2,5 rс, где rс — радиус сопла на его срезе, скорость увеличивается до М = 4h, h= 4,8rс; М=4,75 при h= 7,7rс. Расстояние от среза сопла до диска Маха при n>2 вычисляют по формуле: h c =0,8{3,1Мc1,5 [(hMc2 – 1)½— (M2– 1)½]-2e (Mc2 –1)(n /2)t где t=0,451—0,016 Мс Длина первой бочки равна 1,25hc [85 – патент США, №2781754, 1957]. Свободная турбулентная струя рассчитывается по методике Г. Н. Абрамовича. Картина течения при незначительном перерасширении n<1 (рис, 23, в) характеризуется восстановлением давления в струе ударным конусообразным фронтом, сходящим с кромок сопла. При п « 1(большом нерерасширении) (рис. 23, г) образуется Маховский диск, с контура которого сходят стационарный разрыв и расходящаяся конусообразная волна, и начинается течение с недорасширением. Таким образом, строение струи зависит от условий истечения. Газодинамическая структура сверхзвуковой струи представляется достаточно сложной, струя имеет ряд зон с дозвуковыми и сверхзвуковыми течениями. Несомненно, что неоднородность струи сказывается на характере обработки — разрушения преграды. Так, гранит в зависимости от зоны струи, в которую он попадает, может плавиться, разрушаться мелким шелушением, сбоем, крупным сбоем или не разрушаться. При большой нерасчетности сопла (п= 1,5 … 10) в зоне диска Маха наблюдается область нестационарных газодинамическнх возмущений, начало которых от среза сопла характеризуется величиной hн = Ма eкh*dc (0,88—0,12 Мс). (4.101 где dc — диаметр среза сопла; к, h — показатели изоэнтропы и нерасчетности струи. Заканчивается область нестационарных газодинамических возмущений на расстоянии hк от среза сопла: 
hк = eМа kh dc (2,05 -0,003). Нестационарность, периодичность воздействия увеличивают эффект разрушения.