АНАЛИЗ НАПРАВЛЕНИЯ СНИЖЕНИЯ УДЕЛЬНЫХ ЭНЕРГОЗАТРАТ НА ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА ВЕРТИКАЛЬНЫМ ВИНТОВЫМ КОНВЕЙЕРОМ

Павлов Е.И.

Кандидат технических наук, Шахтинский институт (филиал) Южно – Российский государственный  политехнический университет имени М.И. Платова (Новочеркасский политехнический институт)

АНАЛИЗ НАПРАВЛЕНИЯ СНИЖЕНИЯ УДЕЛЬНЫХ ЭНЕРГОЗАТРАТ НА ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА ВЕРТИКАЛЬНЫМ ВИНТОВЫМ КОНВЕЙЕРОМ

Аннотация

В статье рассмотрено – краткий анализ физических свойств грузов, транспортируемых вертикальным винтовым конвейером. Дано математическое описание процесса перемещения сыпучего материала. Представлено направление снижения удельных энергозатрат на транспортирование путем  снижения сопротивления перемещению материла, по средствам рифления внутренней поверхности корпуса.

Ключевые слова: винтовой конвейер, вертикальное транспортирование.

Pavlov E.I.

Candidate of Technical Sciences, Shakhty Institute (Branch)  Platov South-Russian State Polytechnic  University  (Novocherkassk Polytechnic Institute)

ANALYSIS OF WAYS TO REDUCE SPECIFIC ENERGY CONSUMPTION FOR TRANSPORTATION OF BULK MATERIAL VERTICAL SCREW CONVEYORS

Abstract

In the article - a brief analysis of the physical properties of the cargo transported by a vertical screw conveyor. The mathematical description of the process of moving the bulk material. Presented by the direction of reducing the specific energy consumption for transportation by reducing the resistance to movement of material, by means of grooving the inner surface of the housing.

Keywords: a screw conveyor, the vertical transport.

В настоящее время, в сложившейся конъектуре рынка производства строительных материалов, ввиду постоянной конкуренции, является необходимым снижение себестоимости конечного продукта. В ряде случаев, на высокотехнологичных предприятиях, это реализуется по средствам, снижения энергозатрат. Во многих процессах производствах, за частую, является необходимым множество различных технологических перемещений сырья, что и составляют более 50%  затрат энергии, при производстве. В своей основе, применяется комбинированный способ перемещения (инерционный (под действием силы тяжести), и механизированный (по средствам транспортирующих устройств). Чтобы повысить удельный вес первого, используются, компактные в своем применении, машины непрерывного вертикального транспортирования -  вертикальные винтовые конвейеры (далее ВВК). Что позволяет поднять материал на высоту, а далее – самотёком, от одной технологической операции, к  следующей (например, при производстве цемента, а так же присадок и добавок, в сухие цементные смеси).

На данном этапе одним из возможных способов повышения производительности и снижения удельных энергозатрат ВВК, является  снижения потерь на трение о внутреннюю поверхность корпуса, путем рифления последней. Что реализует увеличение поступательной составляющей, силы, продвигающей поток материала вдоль оси конвейера, по средствам перемещения материала вдоль направляющих (рифлей).

Повышение коэффициента трения между транспортируемым материалом и внутренней поверхностью корпуса ВВК, за счет рифления последней, в виде продольных полос, направленных по образующим цилиндра, не даст положительного результата, так как сыпучий материал, попавший в межреберное пространство, будет двигаться вниз под действием собственного веса, что снизит эффективность функционирования конвейера в целом.

Из детального анализа движения материала в ВВК, видно, что  он перемещается по винтовой линии, и направлении его мгновенных скоростей.

В работе [1] рассмотрено краткое математическое описания движения сыпучего сухого материала с рифлёной внутренней поверхностью – в раскладке сил, определяющих  направление его перемещения, что дает возможность, в свою очередь, рассчитать необходимые и достаточные геометрические параметры конструктивных элементов ВВК, полезных при проектировании данного вида оборудования.

Приведенные закономерности нашли применение в исследовании зависимости направления движения материала в ВВК  от свойств материала (механических и физических),  геометрических параметров рабочих органов конвейера: радиус винта, угол закручивания винтовой поверхности угол, установки рифлей φ, скорость вращения, форма и размеры поперченного сечения рифлей.

Исходя из технологических возможностей современных машиностроительных производств, представляется возможным рассмотрения нижеприведенного, направления развития идеи, рифления внутренней поверхности корпуса, путем изменения формы поперечного сечения рифлей. В качестве наиболее распространённой, и простой в изготовлении,   в первую очередь была рассмотрена форма круга, точнее производных от нее – то есть полукруга и параболы.

На рис. 1 представлена часть  корпуса, имеющего полукруглый профиль рифления. Рассматривая это как частный случай, движения материала, в пространстве данной формы, под действием системы сил, основного потока, и сил внутреннего сопротивления. В соответствии с этим, основные формулы определяющие характер перемещения материала примут следующий вид: коэффициент сопротивления транспортируемого материала по внутренней поверхности вертикального шнекового конвейера:

     (1)

     (2)

где n - количество рифлей в пределах одного витка шнека; γ - объемный вес материала, Н/м³; t - шаг винта шнека, м; a – ширина рифлей, м; b – глубина рифлей, м; φ- угол закручивания рифлей, относительно вертикальной осевой конвейера, град.

Условие движения материала:

     (3)

где P - давления материала на цилиндрическую поверхность корпуса и боковые поверхности направляющих, Н.

Рис 1. Корпус с полукруглыми рифлями.

Рис 2. Корпус с параболическим профилем рифлей.

На рис. 2 приведен следующий вариант исполнения  корпуса с полукруглыми рифлями, но имеющий уже параболический профиль. Коэффициент сопротивления транспортируемого материала по внутренней поверхности вертикального шнекового конвейера будут иметь следующий вид:

     (4)

     (5)

Условие движения материала:

     (6)

Применение полученной теории, на данный момент проходит апробацию на экспериментальных моделях ВВК, чтобы на основе полученных данных построить систему эмпирические поправок, и дать  методические указания на проектирование отдельных узлов, и конструкции в целом, при производстве ВВК.

Литература

1. Павлов.Е.И. К вопросу о выборе рациональных параметров рифления внутренней поверхности корпуса вертикальных винтовых конвейеров. Материали за 8-а международна научна практична конференция, «Бъдещето въпроси от света на науката», - 2012. Том 39. Технологии. София. «Бял ГРАД-БГ» ООД . С. 17-23
2. Павлов.Е.И., Апачанов А.С. Теоретическое исследование свойств сыпучего материала, транспортируемого в вертикальном винтовом конвейере с рифленой внутренней поверхностью корпуса. Современные технологии в машиностроении: сборник статей XVI Международной конференции. – Пенза: Приволжский Дом знаний, 2012. С. 77-80.

References

1. E.I. On the selection of rational parameters of corrugation inner surface of the body vertical screw conveyors. Material for the 8 and the international scientific practical conference "Bdescheto Ask a question from light to Naukat" - 2012. Volume 39. Technologies. Sofia. "Byal GRAD-BG" LTD. P. 17-23
2. E.I., AS Apachanov Theoretical investigation of the bulk material conveyed in the vertical screw conveyor with a corrugated inner surface of the housing. Modern technologies in engineering: a collection of articles XVI International Conference. - Penza: Volga House of Knowledge, 2012. P. 77-80.