Разработка и исследование многоступенчатого гидроударно-кавитационного устройства для мелкодисперсного измельчения труднообогатимых руд

• Автор: Мещеряков, Иван Валерьевич
• Шифр специальности: 05.05.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 209 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1 Состояние проблемы. Обоснование актуальности темы исследования

1.1 Аналитический обзор состояния теории и практики, проблем и задач в области устройств для мелкодисперсного измельчения материалов
1.1.1 Особенности рудоподготовки для извлечения полезного компонента из труднообогатимых руд и хвостов обогащения
1.1.2 Обзор состояния машин и механизмов для мелкодисперсного измельчения материалов
1.2 Целесообразность применения импульсного гидроударно-кавитационного воздействия для мелкодисперсного измельчения материалов
1.3 Основные существующие конструктивные решения импульсного гидроударно-кавитационного устройства

1.4 Выводы по главе

2 Теоретические предпосылки к разработке многоступенчатого гидроударно-кавитационного устройства (МГКУ)
2.1 Современная теоретическая база по основным процессам мелкодисперсного измельчения материалов
2.1.1 Характеристика процессов измельчения и диспергирования
2.1.2 Импульсная акустическая энергия в процессах мелкодисперсного измельчения
2.1.3 Пондеромоторные силы
2.2 Обоснование и исследование конструктивных решений МГКУ
2.2.1 Конструктивные особенности МГКУ
2.2.2 Определение основных конструктивных параметров МГКУ
2.2.3 Исследование влияния отверстий ротора и статора на параметры работы МГКУ
2.2.4 Изучение зазора между ротором и статором ступеней МГКУ
2.2.5 Математическая модель течения обрабатываемой смеси в отверстиях ротора и статора устройства
2.2.6 Применение МГКУ для мелкодисперсного измельчения труднообогатимых руд и
потенциальные направления его использования
2.3 Выводы по главе
3 Разработка и создание МГКУ
3.1 Определение параметров измельчения материала в импульсном гидроударпо-кавитациоппом устройстве (ГКУ)
3.1.1 Краткое описание ГКУ
3.1.2 Лабораторная установка для исследования импульсного гидроударно-кавитационного воздействия
3.1.3 Определение минимального объема смеси и основных параметров лабораторной установки
3.1.4 Определение максимально допустимой концентрации материала в водной среде .
3.1.5 Определение зависимости степени измельчения материала от времени обработки
3.1.6 Определение скоростных характеристик обработки
3.1.7 Результаты исследования импульсного гидроударно-кавитационного воздействия

3.2 Проектирование основных конструктивных элементов МГКУ
3.2.1 Расчет основных параметров МГКУ
3.2.2 Определение основных размеров ротора рабочей ступени
3.2.3 Профилирование каналов ротора в меридиалыюм сечении
3.2.4 Профилирование лопаток ротора
3.2.5 Определение общей площади, количества и размеров отверстий ротора и статора ступеней МГКУ
3.2.6 Расчет статора рабочей ступени
3.2.7 Изучение подвода обрабатываемой смеси к роторам ступеней
3.2.8 Исследование плана скоростей потока обрабатываемой смеси на входе и выходе из ротора
3.2.9 Расчёт осевых сил, выбор устройства для уравнения осевых сил
3.2.10 Определение объемных потерь
3.2.11 Расчёт конструкции вала МГКУ
3.2.12 Определение нагрузок, действующих на подшипники
3.2.13 Выбор типоразмера подшипников
3.2.14 Выбор посадок подшипниковых колец
3.2.15 Выбор конструкционных материалов для основных деталей МГКУ
3.2.16 Проектирование МГКУ
3.3 Расчёт деталей МГКУ на гидродинамическую устойчивость и прочность
3.3.1 Расчет на прочность вала МГКУ
3.3.2 Проверка прочности шпоночного соединения
3.3.3 Расчет роторов ступеней МГКУ на прочность
3.3.4 Расчет прочности сборной конструкции корпуса МГКУ
3.4 Описание основных изготовленных деталей и узлов МГКУ
3.4.1 Роторы ступеней
3.4.2 Статоры ступеней
3.4.3 Элементы корпуса
3.4.4 Вал
3.4.5 Узел рабочей камеры ступеней
3.4.6 Узлы рабочих ступеней
3.4.7 МГКУ в сборе
3.5 Выводы по главе
4 Создание лабораторного стенда для исследования МГКУ и изучения с его помощью параметров измельчения материала
4.1 Создание лабораторного стенда для исследования МГКУ
4.2 Экспериментальные исследования параметров измельчения материала с помощью МГКУ
4.2.1 Основные технические и технологические параметры лабораторного стенда для исследования МГКУ
4.2.2 Определение зависимостей температуры и плотности смеси от времени обработки
4.2.3 Определение зависимостей силы тока и мощности па валу электропривода МГКУ от времени и частоты обработки
4.2.4 Исследование зависимостей напора ступеней МГКУ от времени и частоты обработки
4.2.5 Построение фактической напорной характеристики МГКУ и его ступеней

4.2.6 Определение влияния частоты вращения и времени обработки на изменение давления МГКУ
4.2.7 Определение влияния частоты вращения и времени работы на скорость течения обрабатываемого потока смеси
4.2.8 Исследование влияния частоты вращения и времени работы на силу гидроударных импульсов в ступени
4.2.9 Определение влияния частоты вращения и времени работы на уровень кавитации потока смеси
4.2.10 Определение зависимости степени измельчения материала от частоты вращения и времени обработки смеси
4.2.11 Исследование зависимости измельчения материала по массе от частоты вращения и времени обработки смеси
4.2.12 Исследование зависимости количества измельчённых частиц материала от
частоты вращения и времени обработки смеси
4.3 Выводы по главе
5 Методика расчёта конструктивных параметров МГКУ для получения заданного фракционного состава измельчаемого материала. Технико-экономическая эффективность разработанного МГКУ
5.1 Методика расчёта конструктивных параметров МГКУ для получения заданного фракционного состава измельчаемого материала
5.1.1 Установление характерных напорных зависимостей работы МГКУ
5.1.2 Определение теоретической напорной характеристики МГКУ
5.1.3 Построение напорной характеристики МГКУ с любым количеством ступеней
5.1.4 Определение содержания мелкодисперсной фракции достигаемой степени измельчения перерабатываемого материала
5.2 Технико-экономическая эффективность разработанного МГКУ
5.3 Практическое применение результатов работы
5.4 Выводы по главе
Заключение
Список использованной литературы
Приложение А
Приложение Б
Приложение В

озвучивания возбуждается стоячая волна, которая обеспечивает увеличение скорости массообменных и гидромеханических процессов. Равенство ширины кольцевой камеры в роторе длине отверстия статора и ширине камеры озвучивания является условием образования стоячих волн в аппарате. В рассматриваемом аппарате реализуется комплексное системное воздействие на обрабатываемую смесь: гидромеханическое и акустическое в объемах кольцевой камеры и гидромеханическое при предварительной обработке в осевом зазоре.
Рассмотрим гидроударно-кавитационный аппарат по патенту Я и 2317141. Данный аппарат показан на рисунке 1.42 [80].
На входе в устройство смонтирована вихревая камера для обработки потока смеси. Подаваемая в цилиндрическую камеру через тангенциально расположенный патрубок обрабатываемая смесь, образует вихревой поток. Далее поток поступает во входной патрубок устройства меньшего диаметра, в котором возбуждаются упругие колебания. Так же генерируются упругие колебания и при срыве потока с кромок входного патрубка. В полость ротора излучаются колебания очень широкого спектра частот. Базовая частота колебаний зависит от перепада давлений в выходе и входе вихревой камеры, её диаметра и скорости распространения звука в смеси. Дополнительно в устройстве генерируются колебания, вызываемые периодическим перекрыванием отверстий статора промежутками между отверстиями ротора. Условия для возникновения резонанса возникают в тех случаях, когда частота колебаний, излучаемых устройством, совпадает с основной частотой колебаний, которые генерируются вихревой камерой. Амплитуды колебаний во всех точках смеси удваиваются. Так же плотность энергии учетверяется. Обрабатываемая смесь в роторе подвергается воздействию звуковых колебаний, что обеспечивает интенсификацию производимых технологических процессов.
Основное преимущество аппарата заключаются в том, что для достижения резонанса можно изменять только число отверстий в роторе и статоре и частоту вращения ротора. Это происходит потому, что центробежные насосы являются стандартными изделиями и излучают незначительные колебания на определенных частотах. Такие параметры для достижения наибольшей эффективности гидроударнокавитационных устройств определяются только по специальным методикам. Достижение резонанса даёт дополнительные ограничения, которые усложняют определение режимных и конструктивных параметров устройства. Именно таких недостатков лишено рассматриваемое устройство, так как возникновение резонанса довольно просто достигается изменением внутреннего диаметра вихревой камеры. Устройство позволяет так же учесть ошибки проектирования и изготовления гидроударно-кавитационных устройств, так как вихревая камера излучает колебания широкого спектра частот и практически всегда найдется частота, совпадающая с базовым тоном, который генерируется самим устройством. Пройдя обработку в полости ротора и вихревой камере, смесь подвергается дальнейшему воздействию кавитации и акустических колебаний в отверстиях статора и камере озвучивания. Интенсификации
Рисунок 1.42 - Конструкция аппарата по патенту ИН 2317