О критериях акустического мониторинга струйного измельчения
На основе анализа физических закономерностей измельчения и экспериментальных исследований предложены критерии эффективности процесса струйного измельчения, оцениваемые акустическим мониторингом....
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної механіки НАН України і НКА України
2009
|
| Schriftenreihe: | Техническая механика |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103953 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | О критериях акустического мониторинга струйного измельчения / Л.Ж. Горобец, Н.С. Прядко, И.А. Шуляк, Б.Ф. Бевзенко // Техническая механика. — 2009. — № 3. — С. 116-121. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-103953 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1039532016-06-28T03:02:37Z О критериях акустического мониторинга струйного измельчения Горобец, Л.Ж. Прядко, Н.С. Шуляк, И.А. Бевзенко, Б.Ф. На основе анализа физических закономерностей измельчения и экспериментальных исследований предложены критерии эффективности процесса струйного измельчения, оцениваемые акустическим мониторингом. На основі аналізу фізичних закономірностей подрібнення та експериментальних досліджень запропоновано критерії ефективності процесу струминного подрібнення, які оцінюються акустичним моніторингом. Based on the analysis of a physical behavior for grinding and experiments, criteria of the efficiency of jet grinding estimable are proposed using an acoustic monitoring. 2009 Article О критериях акустического мониторинга струйного измельчения / Л.Ж. Горобец, Н.С. Прядко, И.А. Шуляк, Б.Ф. Бевзенко // Техническая механика. — 2009. — № 3. — С. 116-121. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1561-9184 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103953 533.95 ru Техническая механика Інститут технічної механіки НАН України і НКА України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
На основе анализа физических закономерностей измельчения и экспериментальных исследований предложены критерии эффективности процесса струйного измельчения, оцениваемые акустическим мониторингом. |
| format |
Article |
| author |
Горобец, Л.Ж. Прядко, Н.С. Шуляк, И.А. Бевзенко, Б.Ф. |
| spellingShingle |
Горобец, Л.Ж. Прядко, Н.С. Шуляк, И.А. Бевзенко, Б.Ф. О критериях акустического мониторинга струйного измельчения Техническая механика |
| author_facet |
Горобец, Л.Ж. Прядко, Н.С. Шуляк, И.А. Бевзенко, Б.Ф. |
| author_sort |
Горобец, Л.Ж. |
| title |
О критериях акустического мониторинга струйного измельчения |
| title_short |
О критериях акустического мониторинга струйного измельчения |
| title_full |
О критериях акустического мониторинга струйного измельчения |
| title_fullStr |
О критериях акустического мониторинга струйного измельчения |
| title_full_unstemmed |
О критериях акустического мониторинга струйного измельчения |
| title_sort |
о критериях акустического мониторинга струйного измельчения |
| publisher |
Інститут технічної механіки НАН України і НКА України |
| publishDate |
2009 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103953 |
| citation_txt |
О критериях акустического мониторинга струйного измельчения / Л.Ж. Горобец, Н.С. Прядко, И.А. Шуляк, Б.Ф. Бевзенко // Техническая механика. — 2009. — № 3. — С. 116-121. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| series |
Техническая механика |
| work_keys_str_mv |
AT gorobeclž okriteriâhakustičeskogomonitoringastrujnogoizmelʹčeniâ AT prâdkons okriteriâhakustičeskogomonitoringastrujnogoizmelʹčeniâ AT šulâkia okriteriâhakustičeskogomonitoringastrujnogoizmelʹčeniâ AT bevzenkobf okriteriâhakustičeskogomonitoringastrujnogoizmelʹčeniâ |
| first_indexed |
2025-07-07T14:36:17Z |
| last_indexed |
2025-07-07T14:36:17Z |
| _version_ |
1836999223579508736 |
| fulltext |
116
УДК 533.95
Л.Ж. ГОРОБЕЦ, Н.С. ПРЯДКО, И.А. ШУЛЯК, Б.Ф. БЕВЗЕНКО
О КРИТЕРИЯХ АКУСТИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА СТРУЙНОГО
ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ
На основе анализа физических закономерностей измельчения и экспериментальных исследований
предложены критерии эффективности процесса струйного измельчения, оцениваемые акустическим мо-
ниторингом.
На основі аналізу фізичних закономірностей подрібнення та експериментальних досліджень за-
пропоновано критерії ефективності процесу струминного подрібнення, які оцінюються акустичним
моніторингом.
Based on the analysis of a physical behavior for grinding and experiments, criteria of the efficiency of jet
grinding estimable are proposed using an acoustic monitoring.
Введение. В связи с высокой энергоемкостью процесса струйного из-
мельчения в области получения высокодисперсных порошков (более 0,6 -
1 м
2
/г) весьма актуальна проблема поиска и поддержания оптимального ре-
жима измельчения в различных режимах загрузки струй измельчаемым мате-
риалом [1, 2]. Обоснованность применения метода акустического монито-
ринга (АЭ) для исследования процессов измельчения показана в работах [3,
4], где установлена связь количества образованных мелких и тонких фракций
(менее 100 – 400 мкм) от удельного (на единицу объема) NV числа акустиче-
ских сигналов (АС) при разрушении сжатием модельных образцов горных
пород. Прогнозная оценка удельных энергозатрат на измельчение осуществ-
ляется на основе следующих параметров АЭ: скорости счета N
&
АС на за-
предельной стадии деформирования, энергетического выхода АЭ NA (NA =
N/A, N, А – число и величина амплитуды АС соответственно) и акустоэмис-
сионной эффективности разрушения Nε (Nε = N /ε , ε – деформация за пре-
делом прочности). Выявлены акустоэмиссионные признаки интенсивного
измельчения, в частности увеличение средней срN& или максимальной максN&
скорости счета акустических сигналов за пределом прочности нагруженного
образца. Из анализа закономерностей измельчения горных пород следует вы-
сокая информативность акустических параметров, таких как суммарный счет
АС, активность АЭ очагов разрушения (диспергирования), амплитудное рас-
пределение АС, характеризующее размеры частиц разрушенного продукта.
Целью работы является поиск акустических критериев оценки эффек-
тивности струйного измельчения. В процессе исследований акустического
мониторинга струйной мельницы решалась задача установления связей про-
изводительности с акустическими параметрами при измельчении твердых
сыпучих материалов.
Изложение результатов. В процессе струйного измельчения при неиз-
менных параметрах энергоносителя (расход, давление, температура и ско-
рость струй) изменяется количество загружаемой твердой фазы (загрузка
мельницы), а также крупность измельчающихся частиц. В зависимости от
этих факторов изменяется скорость, частота соударений частиц и соответст-
венно производительность мельницы. В работах [5, 6] рассмотрены особен-
ности наблюдения показателей струйного измельчения при изменении ре-
жимных параметров струйной мельницы.
Л.Ж. Горобец, Н.С. Прядко, И.А. Шуляк, Б.Ф. Бевзенко, 2009
Техн. механика. – 2009. – № 3.
117
Концентрация твердой фазы в струе при прочих равных условиях опре-
деляет эффективность струйного измельчения. Это обусловлено тем, что с
увеличением количества частиц в струе выше оптимальной концентрации
уменьшается их скорость разгона в инжекторе и в результате меньшей скоро-
сти встречных ударов частиц снижается производительность мельницы.
Ранее проведенные исследования [5 – 8] показали целесообразность
использования некоторых характеристик акустического излучения при
струйном измельчении (число АС в единицу времени, амплитуды сигналов
и их распределение по величине) для получения информации о характер-
ных размерах частиц в струе, их гранулометрическом составе, степени за-
грузки струй материалом. При различных режимах работы струйной мель-
ницы, отличающихся степенью загрузки струй твердой фазой, наблюдают-
ся различия на порядок амплитуд АС, измеряемых в зоне помола.
В данной работе для измельчения использовалась противоточная струй-
ная установка лабораторного типоразмера производительностью 2 – 30 кг/ч,
энергоноситель – сжатый воздух среднего давления. Производительность
мельницы рассчитывалась на основе взвешивания готового продукта, осаж-
денного в циклоне. Масса порций загружаемого материала составляла
m = 1 кг, интервал их загрузки – 3 – 8 мин, длительность измельчения – 15 –
30 мин.
Акустическая активность измельчаемых частиц измерялась с применени-
ем широкополосного пьезодатчика, соединенного с латунным волноводом,
установленным внутри помольной камеры мельницы. Датчик АС, разрабо-
танный в МГТУ им. Баумана [5], был соединен с аналогово-цифровым пре-
образователем и компьютером. Методика обработки опытных данных аку-
стического мониторинга зоны измельчения состояла в следующем. На раз-
личных стадиях заполнения помольной камеры материалом измерялось об-
щее число N∑ акустических сигналов различных амплитуд (период измерения
АС – τ=1 с, период регистрации – 0,1 с). Далее определялось число Nх сигна-
лов, характеризующих режим истечения струй без подачи материала в мель-
ницу (фоновый шум, режим «холостого» хода, амплитуда АС менее 0,05 –
0,1 В). Разница (N∑ – Nх) характеризует искомое число АС для исследуемого
режима загрузки и производительности мельницы. Таким образом, полагаем,
что величина активности N& = (N∑ – Nх ) / τ (имп/с) акустического излучения
характеризует, по сути, реальное число соударений частиц с волноводом, по-
скольку из общего счета АС исключается фоновый шум струй энергоносите-
ля.
Исследованиями установлена взаимосвязь производительности G (г/с) измель-
чения и активности N& (имп/с) АЭ на различных стадиях измельчения: загрузка
материала, рабочий процесс, состояние разгрузки струй (см. таблицу 1).
Таблица 1
№ Материал G, г/с N& , имп/с lg N& Кэ, г/имп
1 шамот 1,97 7207 3,86 0,5
2 3,08 9982 4,0 0,77
3 0,54 3660 3,56 0,15
4 5,5 3374 3,5 1,57
5 2,6 22484 4,35 0,6
6 4 3764 3,57 1,12
118
№ Материал G, г/с N& , имп/с lg N& Кэ, г/имп
7 4,8 6292 3,8 1,26
8 3,6 41943 4,6 0,78
1 известняк 3,5 54759 4,74 0,74
2 3,4 48383 4,7 0,72
3 4,2 63788 4,8 0,87
4 3,8 104590 5,02 0,75
5 3,1 50926 4,7 0,67
6 5,5 7510 3,88 1,4
1 газовый уголь 1,7 114813 5,06 0,34
2 1,4 198239 5,3 0,27
3 3,1 200754 5,3 0,58
1 бурый уголь 1,8 181690 5,26 0,34
2 1,6 303852 5,5 0,29
На рис. 1 иллюстрируется изменение во времени производительности
мельницы (по готовому продукту) и акустического излучения зоны помола (в
логарифмической шкале). Видно, что на этапе загрузки струй твердой фазой
число АС увеличивается, затем в процессе измельчения уменьшается до по-
ступления новой порции в струю.
Рис. 1
Эффективность струйного измельчения можно оценивать условным ко-
эффициентом Кэ = G/lg N& (г/имп), характеризующим отношение производи-
тельности G мельницы к соответствующей активности (в виде логарифма) N&
АЭ в зоне помола. В рабочих режимах струйной мельницы (G =1,6 – 5,5 г/с)
величина Кэ изменяется в пределах 0,3 – 1,5. Изменение G для одного и того
же материала обусловлено отклонением насыщенности струй твердой фазой
от оптимального уровня. Связь коэффициента Кэ с производительностью
мельницы при переработке различных материалов (шамот, известняк, бурый
и газовый уголь) показана на рис. 2.
119
Рис. 2
Поиск оптимального уровня загрузки струй материалом, обеспечиваю-
щего максимальную производительность мельницы (т.е. минимальные энер-
гозатраты), проводился по диапазону активности N& акустического излучения
зоны помола, и для материалов с различными свойствами и измельчаемостью
оптимальная величина
оптN& изменяется.
На рис. 3 представлено изменение Кэ для исследованных материалов в
различном диапазоне N& (имп/с), рассматриваемом в логарифмической шка-
ле.
Рис. 3
Установлены следующие оптимальные уровни активности АЭ зоны по-
мола струйной мельницы, при которых достигается эффективность процесса
Кэ не менее 0,4 г/имп:
шамот: Кэ = 1,6 – 0,7 (г/имп); N& = 10
3,5 – 3,8
(имп/с);
120
известняк: Кэ = 1,4 – 0,8(г/имп); N& = 10
3,9 – 4,8
(имп/с);
газовый уголь: Кэ = 0,4 – 0,6 (г/имп); N& = 10
5,0 – 5,3
(имп/с);
бурый уголь: Кэ = 0,4(г/имп); N& = 10
5,3
(имп/с).
Из рис. 3 видно, что величина Кэ связана обратно пропорциональной за-
висимостью с показателем lg N& степени активности АЭ для процесса измель-
чения. Полагаем, что повышение частоты регистрации АС на 2 порядка (от
3,5 до 5,3 В) обусловлено ростом дисперсности измельчаемого продукта,
сопровождающимся возрастанием долевого участия механизма истирания по
сравнению с высокоскоростными ударами частиц.
Оценка дисперсности продуктов струйного измельчения по величине Sуд
удельной поверхности на приборе Т-3 Товарова В.В. показала следующие
результаты:
шамот: Sуд = 0, 17 – 0,28 м
2
/г; известняк: Sуд = 0,3 – 0,68 м
2
/г; газовый
уголь: Sуд = 0,97 – 1,88 м
2
/г; бурый уголь: Sуд = 1,11 – 1,32 м
2
/г.
Сопоставление значений экспериментальных оценок Sуд , Кэ и N& позво-
ляет установить закономерность роста уровня активности АЭ при получении
более тонкого продукта. Так, процесс измельчения частиц до дисперсности
порядка Sуд = 0,2 – 0,3 м
2
/г (шамот) сопровождается активностью порядка
N& = 10
3,5
(имп/с); при Sуд = 0,3-0,6 м
2
/г (известняк) N& = 10
4
(имп/с); при Sуд=
1,0 – 1,8 м
2
/г (уголь) N& = 10
5,3
(имп/с). При этом наблюдается естественная
тенденция снижения показателя эффективности струйного измельчения в
области более высокой дисперсности получаемого продукта: при Sуд = 0,2 –
0,3 м
2
/г Кэмакс = 1,6(г/имп), тогда как при Sуд = 1,1 – 1,3 м
2
/г Кэмакс =
0,6(г/имп).
Выводы. Критерием оценки соответствия процесса оптимальным усло-
виям измельчения может служить величина отношения Кэ производительно-
сти мельницы к акустической активности lg N& . Проведению акустического
мониторинга должен предварять экспериментальный выбор других техноло-
гических параметров процесса, в частности начального давления и темпера-
туры энергоносителя, режима классификации, задающего контрольные раз-
меры частиц готового продукта.
Основу акустического мониторинга струйной мельницы составляет зако-
номерность N& = f(G, Sуд, Кэ) изменения акустической активности N& в зави-
симости от технологических показателей количества и качества измельчен-
ного продукта.
Поддержание оптимальных параметров в процессе работы мельницы
следует реализовать путем непрерывного контроля акустической активности
зоны помола и управления загрузкой измельчаемого материала на основе
поиска оптимальной насыщенности струй твердой фазой.
1. Горобец Л. Ж. Развитие научных основ измельчения твердых полезных ископаемых. Автореф. дис...
д-ра техн. наук / НГУ. – Д., 2004. – 35 с.
2. Горобец Л. Ж. Микропорошки: технология и оборудование / Л. Ж. Горобец // Збагачення корисних
копалин. : Наук.-техн. зб. – Дніпропетровськ, 1999. – № 4 (45). – С.33 – 41.
3. Связь между параметрами акустических сигналов и размерами разрывов сплошности при разрушении
гетерогенных материалов / Д. И.Фролов, Р. Ш. Килькеев, В. С. Куксенко. С. В. Новиков // Механика ком-
позитных материалов. – Рига : Зинатне. – 1980. № 5. – С. 907 – 911.
4. Исследование акустоэмиссионных свойств природных материалов в режиме высоких давлений/
Л. Ж. Горобец, В. Н. Бовенко, С. Б. Дуброва, О. Ф. Панченко // Физика и техника высоких давлений. –
1995. – №3. – С. 65 – 73.
121
5. Параметры акустического излучения промышленной газоструйной установки / П. И. Пилов, Л. Ж. Горо-
бец, В. Н. Бовенко, Н. С. Прядко, А.Е.Щербаков, И. В. Верхоробина // Вестник нац. техн. ун-та «ХПИ».
– Харьков, 2007. – Вип. № 27. – С. 33 – 41.
6. An acoustic monitoring of the sizes changes of grinded particles / P. I. Pilov, L. J. Gorobets, V. N. Bovenko,
N.S. Pryadko // Науковий вісник НГУ. – 2008. – №6. – С. 23 – 26.
7. Технологические возможности струйных измельчителей / Пилов П. И., Горобец Л. Ж., Верхороби-
на И. В. // ГИАБ. – 2007. – №3. – С. 359 – 367.
8. Акустическое исследование измельчаемости гетерогенных материалов струйным способом / П. И. Пи-
лов, Л. Ж. Горобец, В. Н. Бовенко, Н. С. Прядко // ЗКК. – №34 (75). – 2008. – С. 67–74.
Институт технической механики Получено 12.03.09,
НАН Украины и НКА Украины, в окончательном варианте 25.05.09
Днепропетровск
|