О преимуществе плоских ударных элементов
в  роторах дезинтеграторов и  дисмембраторов

От редакции сайта: Интенсификация помола в ударных мельницах (с целью увеличения коэффициента сокращения крупности) зависит от многих параметров: от объема камеры измельчения, эффективности движения роторов и материала в ней, от скорости удара и т.п. В таких мельницах (дезинтеграторах, дисмембраторах, центробежно-ударных, роторных и молотковых) энергию привода измельчаемому материалу передают рабочие лопатки (вставки, пальцы), закрепленные на плоскости и обечайках роторов. Одним из существенных элементов интенсификации и повышения эффективности использования энергии привода является форма и угол атаки рабочих элементов, закрепляемых на роторах. Данной теме посвящены многие материалы нашего сайта. В статье в реферативном виде приводятся тезисы докладов 2-го семинара (Таллинн, 6-8 сентября 1983г) регулярно проводимого в 80-е годы специальным конструкторско-технологическим бюро «Дезинтегратор». В литературе к статье указаны ссылки на более подробное освещение темы.   

Содержание:
1.Дезинтегратор с плоскими элементами.
2.Движение материала по рабочей поверхности ударного элемента дезинтегратора
3.Измельчаемый материал на плоской рабочей поверхности мелющего элемента дезинтегратора
4.Износостойкие материалы для ударных элементов (лопастей) роторов дезинтеграторов
5.Ссылки на дополнительные материалы по теме в интернете

1.Дезинтегратор с плоскими элементами
Авторы: А.В.Богородский , В.Б.Лапшин, П.П.Гуюмджян Ивановский сельскохозяйственный институт. Библиотечный N УДК 621.926.4

В последние годы для измельчения материалов все шире применяются машины ударного действия, к которым относятся и дезинтеграторы. Дезинтеграторы имеют существенный недостаток, заключающийся в
том, что при измельчении материалов средней и высокой твердости наблюдается повышенный износ ударных элементов. При этом, по данным авторов, пальцы внешнего круга изнашиваются в пятнадцать и более раз быстрее пальцев внутреннего круга.

Нами проведены теоретические и экспериментальные исследования дезинтегратора с плоскими ударными элементами. Установлено, что чем дальше расположены ударные элементы от центра вращения роторов, тем меньше угол вылета частиц измельчаемого материала с разгонной части элементов. Зная углы вылета частиц и углы их встречи с ударными элементами, можно управлять количеством материала, отражаемого внутрь мельницы. Чем больше доля отражаемого материала, тем интенсивнее идет измельчение в зоне. Однако из этого также следует, что растет и износ ударных элементов. Эксперименты выполнялись на дезинтеграторе с диаметром роторов 0,2м, на каждом из которых было установлено два ряда плоских ударных элементов. Равный износ по рядам ударных элементов получен при следующих углах установки: внутренний первый ряд - 45°, второй - 45°, третий - 30°, четвертый - 15° (а.с. СССР, № 854433). Установлено, что при выбранной комбинации углов установки ударных элементов, равномерность их износа сохраняется при изменении производительности, скорости вращения роторов и расхода воздуха. 

Также исследовались дезинтеграторы с круглыми пальцами двух видов. Диаметры первого вида круглых пальцев равнялись толщине, а рабочие поверхности второго вида круглых пальцев равнялись рабочей поверхности плоских ударных элементов. Исследовано влияние производительности мельниц на степень измельчения, удельный износ и мощность при различных скоростях вращения роторов. 

Сравнительный анализ полученных результатов проведен по двум показателям: по удельному расходу энергии и удельному износу ударных элементов, приходящихся на единицу степени измельчения. Во всем исследованном интервале производительности мельниц большая степень измельчения абразивных материалов при меньшем износе получена в мельнице с плоскими ударными элементами.

2.Движение материала по рабочей поверхности ударного элемента дезинтегратора
Авторы: Б.У.Шагарова , О.Г.Рээмет.  СКТБ "Дезинтегратор". 
Библиотечный N УДК 621.926.4

Ротор дезинтегратора состоит из нескольких встречно вращающихся рядов ударных элементов. В силу того, что число ударных элементов в рядах дискретное, материал поступает на их рабочую поверхность порциями, с частотой, зависящей от интервала времени между встречами ударного элемента с двумя последовательно расположенными ударными элементами предыдущего ряда.

Разрушение материала происходит за счет удара его о металлическую поверхность ударного элемента или футерующий эту поверхность слой материала.
В обоих случаях, если ударная поверхность плоская и наклонена к радиусу под углом, меньшим критического, попавшая на нее порция материала под действием центробежной силы начинает двигаться в направлении от центра ротора к периферии. Величина этой порции определяется как:

Интервал времени T i встр между поступлением порций материала на ударный элемент обычно меньше времени схода порции материала с его рабочей поверхности, поэтому новая порция материала поступает на частично обнаженную, а частично покрытую движущимся слоем материала рабочую поверхность.
Соотношение величин этих поверхностей, а также конфигурация движущегося слоя оказывают существенное влияние на измельчаемость материала и характер износа ударных элементов и зависят от параметров ротора, физико-механических свойств материала и рабочей поверхности и производительности дезинтегратора.
В работе приводится методика расчета параметров движения материала по плоской рабочей поверхности ударных элементов дезинтегратора, порядок расчета и форма представления данных на ЭВМ, а также примеры экспериментальных исследований влияния изменения этих параметров на измельчаемость материала и износ ударных элементов.

3.Измельчаемый материал на плоской рабочей поверхности мелющего элемента дезинтегратора
Авторы:  А.Н.Тюманок, Я.В.Тамм. Таллинский политехнический институт.
Библиотечный N УДК 621.926.88

Дезинтеграторы с мелющими элементами типа плоских лопаток, смонтированных на роторах (рис.1),  начинают получать все большее распространение наряду с пальчиковыми (штырьковыми).  

(При этом на рабочих поверхностях элементов проявляются определенные закономерности, вызванные физическими законами движения твердых тел. Ниже реферативно приводятся выводы из проделанных авторами расчетов – Ред.)

1.Если угол наклона рабочей поверхности к радиусу выполняет условие:

где f - коэффициент трения, тогда на ней образуется стационарный защитный слой из измельчаемого материала. Хотя этот слой  защищает рабочую поверхность от износа, он имеет две неблагоприятные стороны. 
Во-первых, многокомпонентные материалы получают неравномерный помол (так как имеют разный коэффициент трения о поверхность лопатки и соответственно различное время находятся на ее поверхности – Ред.). 
Во-вторых, при определенном угле наклона лопатки к радиусу может возникнуть сильный обратный поток к центру ротора, который уменьшает эффективность последующих соударений и вызывает чрезмерный износ мелющих элементов с наружной стороны.

2.Если неравенство (1) имеет обратный знак, то на рабочей поверхности стационарного слоя не образуется. На рабочей поверхности образуются (рис.2) временные, нестационарные слои, изучению которых посвящена работа.

Движение порции dm слоя материала описывается дифференциальным уравнением

где: г - радиус положения порции,
  х - координата вдоль рабочей поверхности.

3.Через определенные интервалы времени dt на движущийся слой выпадают новые порции материала толщиной dh. Слой после выпадения следующей порции может:
а).продолжать движение в том же направлении, но с другой скоростью,
б).на мгновение остановиться,
в).изменить направление движения в противоположную сторону. 

На рис.2 представлена смоделированная на ЭВМ кинограмма:
-движения первой порции, 
-изменения скорости скольжения во времени и 
-выпадения новой порции материала. 
В примере выпадающая порция имеет толщину dh = 1 мм и поступает на лопатку с интервалом времени dt = 5 \1000 сек.

4.Движение нестационарных слоев со временем квазистабилизируется. На рис.3 представлены формы квазистабилизированных слоев с графиками скоростей. Представлены слои и скорости до и после выпадения новой порции. Изображены формы слоев материала при одной и той же производительности, т.е. соотношении  dh\dt=const для двух коэффициентов трения.

5.Соударение каждой частицы происходит со слоем, который находится на твердом основании (явление "молота и наковальни"). Торможение частицы в слое описывается дифференциальным уравнением Ньютона 
mdv/dt = -F, где F - сила сопротивления слоя. 
Для силы F принята математическая модель

На рис.4 представлены в безразмерном виде изменения напряжений при внедрении в слой материала. В случае толстых слоев происходит резкое возрастание напряжения. В этой зоне происходит дробление, как внедряющейся частицы, так и частиц слоя материала. Возникающие напряжения зависят от соотношения толщины слоя и размера частиц.

6.Наклоном рабочей поверхности, числом элементов на данном и предыдущем круге можно программировать условия обработки материала.

4.Износостойкие материалы для ударных элементов (лопастей) роторов дезинтеграторов
Авторы: Б.У.Шагарова, О.Г.Рээмет, А.А.Гайдуков, Е.Е.Остапенко. 
СКТБ "Дезинтегратор".  Библиотечный N УДК 621.926.88.

В процессе работы ударные элементы роторов дезинтегратора подвергаются изнашиванию различной интенсивности в зависимости от крупности измельчаемого материала, скоростей соударений в различных рядах ротора, а также в зависимости от закономерностей распределения скоростей соударений и распределения материала по высоте лопасти каждого ряда.

В силу периодического обнажения нижнего края лопасти (например, у роторов прямого удара) перед ударами каждой последующей порции измельчаемого материала эта часть лопасти подвергается наибольшему износу. Остальная же ее часть воспринимает удары на слой движущегося материала, то есть на эту часть воздействуют удары с меньшей энергией (происходит амортизация  воздействия), и поэтому они изнашиваются в меньшей степени.

В связи с вышеизложенным, в СКТБ ведутся работы по поиску и испытаниям материалов для различных элементов дезинтегратора, работающего в условиях ударно-абразивного износа. К этой работе привлечены многие научно-исследовательские организации страны, в которых ведутся работы по созданию новых износостойких материалов. Особенно большую помощь в работе оказывают ИПМ АН УССР (г.Киев), ИЭС им.Е.О. Патона АН УССР (г.Киев), ВНИИТС (г.Москва), ВНТИ Углемаш (г.Москва), МОСЗ (г.Москва) и другие.

Для предварительной оценки износостойкости материалов проводились их лабораторные испытания на газоабразивное изнашивание с помощью центробежного ускорителя ЦУК-ЗМ по методике ГОСТа 3201-78 с использованием в качестве абразива сухих песков карьеров Паливере и Аравете. Однако промышленные испытания материалов показали, что лабораторные испытания материалов по вышеназванному ГОСТу не могут служить надежным средством прогнозирования износостойкости ударных элементов в реальных условиях, как в количественном, так и в качественном отношении. 
Так, например, коэффициент относительной износостойкости наплавки ОЗН-6 в лабораторных условиях составил е=0,62 (угол атаки 90°,v = 130 м/с). 
В промышленных же условиях (Араветеское межколхозное предприятие строительных материалов) коэффициент относительной износостойкости  составлял е=1,4. Это, очевидно, объясняется тем, что испытание материалов по ГОСТу 23201-78 не моделирует абразивного износа, вызываемого перемещением материала по поверхности лопасти ротора дезинтегратора. Кроме того, существенные коррективы вносит крупность исходного сырья, так как на лабораторном центробежном ускорителе нельзя обрабатывать материал с размерами частиц более 1 мм. 
В связи с этим сейчас ставится серия опытов на полупромышленном дезинтеграторе с реальной высотой лопастей и скоростей соударения. Было испытано более 100 наименований различных износостойких материалов. В процессе испытаний определялась их относительная износостойкость, весовая интенсивность изнашивания.

Особое внимание было уделено поиску безвольфрамовых (как более дешевых – Ред.) износостойких твердых сплавов. Проводились испытания металлокерамики на основе карбидов титана марок ТН-20, ТН-40, а также нового металло-керамического сплава, разработанного ИПМ АН УССР. Исследовались различные способы армирования лопастей твердосплавными вставками: литьем, механическим креплением.

Обнадеживающие результаты получены при использовании отливок из комплексно легированных белых чугунов. При дезинтеграторной обработке фосфоритов в производственном объединении Каратау (Казахстан) на установке ДВ-80 в одинаковых условиях испытывались группа материалов: металлокерамика, сталь 110Г13, наплавки, белые чугуны. Наилучшие результаты показали комплексно-легированные чугуны, в то время как при лабораторных испытаниях лучшие результаты были получены на других материалах.

5.Ссылки на дополнительные материалы по теме в интернете

1.Интенсификация механохимических процессов в гетерогенных средах на основе дезинтеграторов с плоскими рабочими элементами.
Докторская диссертация Лапшина Владимира Борисовича, Иваново, 2005 год
Адрес: http://www.dissercat.com/content/intensifikatsiya-mekhanokhimicheskikh-protsessov-v-geterogennykh-sredakh-na-osnove-dezintegr
2.Совершенствование процесса измельчения и конструкции дезинтегратора с горизонтальными дисками.
Кандитатская диссертация Масловской Аллы Николаевны, Белгород. 2009  
Адрес статьи: http://www.dissercat.com/content/sovershenstvovanie-protsessa-izmelcheniya-i-konstruktsii-dezintegratora-s-gorizontalnymi-dis 
3.Научные основы дезинтеграторной технологии производства свежих и переработки дезактивированных катализаторов нефтехимических процессов. Докторская диссертация Степанова Евгения Геннадьевича, Ярославль, 2005 
Адрес статьи: http://www.dissercat.com/content/nauchnye-osnovy-dezintegratornoi-tekhnologii-proizvodstva-svezhikh-i-pererabotki-dezaktiviro