Глава XXVIII. ВИБРАЦИОННЫЕ МЕЛЬНИЦЫ И ДРОБИЛКИ

1. ВИБРАЦИОННЫЕ МЕЛЬНИЦЫ

Вибрационная мельница (рис. 1) представляет собой камеру (одну или несколько), которой сообщается вибрация с ускорением, в несколько раз превышающим ускорение свободного падения. Камера заполнена обрабатываемым материалом и, в

необходимых случаях, специальными обрабатывающими телами (шарами, цилиндрами, стержнями, трубами и т. п.), а также жидкой или газовой средой. В точках контакта соударяющихся частиц возникают высокие механические напряжения, в результате которых достигается определенный технологический эффект [61.

Вибрационные мельницы применяют в основном для измельчения разнообразных твердых материалов: самоизмельчения крупнокусковых материалов, мелкого дробления, помола, гомогенизации порошков (смешивания, совмещенного с измельчением [10]), а также для других технологических операций — поверхностной обработки порошков и других изделии, повышения насыпной массы высокодисперсных порошков (например, газовой сажи), распределения малых добавок по поверхности порошков (например, гидрофобных добавок, пигментов и т. п.), проведения химического взаимодействия между разнородными порошками, между порошками и средой, между разнородными жидкостями, механокрекинга полимеров (например, целлюлозы) и др. [1]. Во многих случаях в мельнице осуществляется комплексный технологический процесс, например измельчение с одновременным взаимодействием вновь образованных поверхностей частиц со средой или между собой и т. п.

В вибрационных мельницах возможно также проведение комбинированных процессов, при которых обрабатываемый материал подвергается одновременно механическому и тепловому воздействиям (например, измельчение с сушкой), механическому и электрическому (виброэлектрохимическая обработка) и др.

Рис. 1. Схема вибрационной мельницы: I — камера: 2 — загрузка; 3 — центробежный внбровозбудитель; 4 — упругая опора; 5 рама

Рис. 2. Зависимость относительного выхода продукта V в единичном контакте от напряжений а

Рис. 3. Зависимость эффективности процесса от его интенсивности

Зависимость между технологическими и механическими характеристиками. Основными параметрами, определяющими интенсивность механического воздействия и выход продукта V, являются механические напряжения а, возникающие в контакте частиц загрузки. Зависимость выхода продукта V от напряжений имеет, как правило, характерную особенность — область значений напряжений в которой нет выхода продукта при однократном контакте. В пределах этой области механическая энергия контактных напряжений рассеивается, превращаясь в тепло. С увеличением контактных напряжений выход продукта V монотонно возрастает, стремясь, однако, к некоторому пределу (рис. 2).

Так как непосредственное измерение напряжений в контакте затруднено, то пользуются понятием интенсивности I, которая пропорциональна средним напряжениям

где мощность, рассеиваемая в рузке; объем обрабатываемого материала; частота колебаний камеры.

Эффективность технологического процесса

где время обработки зависит от интенсивности процесса

Характер этой зависимости показан на рис. 3. На участке эффективность постоянна и максимальна (участок автомодельности). При проектировании мельниц используют имеино этот участок. Тогда производительность

Зависимость устанавливают экспериментально или рассчитывают теоретически [5] Для некоторых материалов в табл. 1 приведено значение соответствующее участку автомодельности.

1. Значения эффективности и интенсивности помола

(см. скан)

Расчет динамики машины производят, принимая, что загрузку можно моделировать одномассной темой с массой упругостью с и вязким сопротивлением (рис. 4, а — при колебаниях в одном, а рис. 4,б — при колебаниях в двух направлениях).

Рис. 4. Расчетные схемы вибрационной мельницы: а — однокомпонентные колебания; двухкомпонеитные (круговые или эллиптические) колебания; с, в — эквивалентные упругость и сопротивление загрузки соответственно

Конструирование вибрационных мельниц Современные промышленные вибрационные мельницы по конструктивной схеме могут быть разделены на однокорпусные (рис. 5, а и б), приводимые в движение центробежными вибровозбудителями, и двухкорпусные (рис. 5, в), приводимые в движение эксцентриковым вибровозбудителем. На каждом корпусе может быть расположено несколько камер (рис. 5, б и в).

Основным достоинством однокорпусных мельниц является относительная простота конструкции в сочетании с достаточно высокими предельными параметрами (максимальная мощность машины максимальный радиус траектории . К недостаткам схемы относятся значительные динамические нагрузки на фундамент, зависимость траектории движения камеры от массы загрузки, высокая окружная скорость дебалансов. Преимуществами двухкорпусных мельниц являются больший радиус траектории , значительно меньшие по сравнению с однокорпусными

мельницами нагрузки на фундамент, возможность использования резонансной разгрузки подшипников. В машинах этой схемы могут быть достигнуты мощности порядка и выше.

Большинство промышленных мельниц выполнено однокорпусными с одной или несколькими камерами. Мельницы, выполненные по двухкорпусной схеме, не получили широкого промышленного применения. Мельницы для тонкого и сверхтонкого измельчения разнообразных материалов обычно выполняют по однокамерной схеме с дебалансным вибровозбудителем, расположенным в камере или вне ее. Мелющие тела и бронефутеровку изготовляют из различных материалов (углеродистых и специальных сталей, твердых сплавов, окислов алюминия и других материалов и т. п.). Параметры движения камеры: амплитуда перемещения (средний радиус траектории) угловая частота колебаний

Рис. 5. Конструктивные схемы вибрационных мельниц

Мельницы для грубого помола и мелкого дробления материалов, включая высокоабразивные (руды, горнохимическое сырье, строительные материалы и т. п.) обычно выполняют по многокамерной схеме. Вибрационные мельницы этой группы эффективно используют в помольных установках, обеспечивающих полную механизацию технологического процесса, автоматизацию питания, дистанционное управление, а в необходимых случаях снабжают системами классификации и пневмотранспорта материала.

Мельницы для механической деструкции растительного сырья работают при следующих параметрах движения камеры: амплитуда угловая частота при этом одной из важнейших проблем является отвод тепла.

Мельницы для измельчения в лаборатории обычно изготовляют с электромагнитным или центробежным вибровозбудителем. Камера и мелющие тела выполняют из материалов, определяемых технологией (из синтетической окиси алюминия, агата и т. п.). Обычно интенсивность процесса в этих мельницах равна интенсивности процесса в промышленных мельницах, что обеспечивает технологическое моделирование