Кинематика шарнирной муфты, применяемой в механической мешалке



Как паказали наблюдения, в KEMIXе во время механического перемешивания сульфидных руд с реагентом (активированный уголь), наблюдается осаждение реагента.

Для проведения непрерывного процесса сорбционного окисления тонкоизмельчённых сульфидных концентратов применяются специальные аппараты, работающие в условиях стабилизации температуры при постоянном аэрировании. Для ускорения процесса окисления в таких аппаратах необходимо непрерывное перемешивания пульпы. Перспективным направлением при перемешивании жидких сред является использование нового поколения оборудования, которое позволяет увеличивать турбулизацию и циркуляцию потоков при одновременном снижении энергопотребления и металлоемкости.

Drilling and blasting operations in the general public work technology in the development of mineral deposits, composed mostly of rock, are one of the main production processes. Increasing drilling blasting holes can be achieved through the use of new, more effective rock cutting tool, a rational choice of types and more advanced technology of their application in the given mining conditions.

Therefore, with increasing volumes of roller cone drill blast holes in open cast mining development of new standardized types of cutters cone bits it is very urgent scientific challenge.

Актуальность темы исследования

В настоящее время важнейшими направлениями горной промышленности во всем мире являются повышение технико-экономических показателей комплексной переработки минерального сырья и развитие ресурсосберегающих технологий. Расширение объемов освоения сырьевой базы экономически целесообразно только на основе самых современных разработок в области совершенствования процессов переработки полезных ископаемых. По мере совершенствования технологии обогащения и повышения комплексности использования природных ресурсов исследовано и разработано множество аппаратов перемешивающего типа, среди которых особую популярность получили механические за счет простоты конструкции и широкого спектра возможностей.

Наибольшее распространение в металлургической промышленности получило перемешивание с введением в перемешиваемую среду механической энергии из внешнего источника. Механическое перемешивание осуществляется с помощью мешалок, которым сообщается вращательное движение либо непосредственно от электродвигателя, либо через редуктор или клиноременную передачу. Известны также мешалки с возвратно-поступательным движением, имеющие привод от механического или электромагнитного вибратора. При механическом перемешивании осуществляются такие важные процессы как тепло — и массообмен, интенсификация химических реакций, получение высоко гомогенизированных суспензий и эмульсий, и другие. Часто перемешивание приводит не только к гомогенизации, но и к механической активации. Механической активацией можно получать продукцию с заданными физическими, физико-химическими свойствами, например, прогнозировать диаметр капель дисперсной среды в эмульсиях; регулировать степень измельчения твёрдой фракции в суспензиях; уменьшать летучесть компонентов, изменять плотность и вязкость и т. д.

Цели и задачи исследования — усовершенствование технологических процессов механического перемешивания жидких сред и разработка перемешивающего устройства, обладающего высокой интенсивностью перемешивания. Задачами исследования являются:

– разработка принципиально нового устройства для перемешивания сульфидных руд с реагентом одновременно в горизонтальной и вертикальной плоскости, которая не допускающие осаждение реагентов на дно мешалки.

– разработка устройства мешалки, которая одновременно произвел перемешивание и очистка стенок сосуд мешалки.

– теоретическое обоснование выбора основных конструктивных параметров мешалки

– проведение экспериментальных и теоретических исследований для определения влияния конструктивных и кинематических параметров мешалки на потребляемую мощность и эффективность перемешивания;

– теоретическое и экспериментальное обоснование использования конструкции мешалки с шарнирной муфтой для перемешивания жидких сред.

Объект и предмет исследований. Объектом исследования является механическая мешалка. Предмет исследования — Передачи бурового момента электропривода на лопасть мешалки посредством шарнирной муфты, позволяющие высокий интенсивности перемешивания и очистки стенки сосуд, где установлен мешалка.

Научная новизна

Получена патент на полезную модель «Шарнирная муфта» (ПАТЕНТ № FAP 00861. 25.11.2013)

Шарнирная муфта состоит из двух телескопических шатунов с наружными и внутренними частями. Шарнирная муфта одновременно выполняет два работа.

Шарнирные муфты (шарниры Гука) предназначены для передачи вращающего момента между валами с взаимным наклоном осей до 40–45°, причем угол наклона может меняться. Передача вращения под такими большими углами достигается благодаря тому, что муфта имеет два шарнира с двумя взаимно перпендикулярными осями [3].

Спаривая две муфты, можно удвоить предельный угол между ведущим и ведомым валами или передавать движение между параллельными, но смещенными валами. Применив телескопический промежуточный вал (вал с изменяющейся длиной), можно изменять смещение валов во время работы.

Шарнирные муфты применяются при необходимости:

– компенсации неточностей взаимного расположения узлов после сборки, деформирования основания, деформирования рессор (в транспортных и других машинах);

– передачи вращения переставным валам (шпинделям многошпиндельных сверлильных станков, валкам прокатных станов и т. д.);

– передачи вращения закономерно перемещающимся во время работы узлам (консолям фрезерных станков и т. д.). Шарнирные муфты применяются в широчайшем диапазоне крутящих моментов от 255 до 3000 Н·м. Полумуфты шарнирных муфт выполняются в виде вилок, повернутых друг относительно друга под прямым углом и соединенных шарниром с промежуточным телом, обычно имеющим форму крестовины.

Предлагаемые нами Шарнирная муфта [1] также предназначены для передачи вращающего момента между электроприводом и лопастью мешалки.

Шарнирная муфта [2] (рис.1.) содержит: ведущую полумуфту 1, ведомую полумуфту 2, вилки 3, серьги 4, перекрещивающихся телескопические шатуны с наружными 5 и внутренними 6 частями, лопасти 11. Ведомая полумуфта 2 относительно ведущей полумуфте 1 установлена с радиальным смещением на величину L. Вилка 3 и серьга 4 соединены друг с другом посредством шарниров 9, оси которых расположены перпендикулярно к оси вращения вилки 3. Наружные 5 и внутренние 6 части телескопических шатунов соединены соответствующими серьгами 4 посредством цилиндрических шарниров 7 и 8, оси которых параллельны друг другу и перпендикулярны как к оси вилки 3, так к оси шарниров 9. Наружные части телескопических шатунов 5 имеют отверстии 10 вблизи у соответствующих шарнирных соединений. Шарнирная муфта установлена в ёмкости 12 с жидкой средой.

Рис. 1. Структурная схема шарнирной муфты: 1, 2-муфта, 3-вилка, 4-серьги, 5, 6-шатуны, 7, 8, 9-шарниры, 10-отверстия, 11-лопасть, 12-ёмкость

При работе муфты, вращение ведущей полумуфты передается к ведомой полумуфте 2 посредством перекрещивающихся телескопических шатунов с наружными 5 и внутренними 6 частями. Благодаря радиальному расположению валов, телескопические шатуны с наружными 5 и внутренними 6 частями работают как поршень-цилиндр, за один оборот вала максимально приближается и удаляется друг от друга. При этом, установленная в ёмкости 12 с жидкой средой лопасть 11 шарнирной муфты создаёт вращательное движение жидкости, а телескопические шатуны работая как поршень-цилиндр, дополнительно, всасывают и нагнетают жидкость через отверстие 10, повышая интенсивность перемешивания жидкой среды.

Определение основных параметров механизма перемешивания пульпы ваппарате для окисления

Перемешивание жидких сред с целью интенсификации физико-химических процессов широко применяется в металлургическом производстве. Так, для проведения непрерывного процесса сорбционного окисления тонкоизмельчённых сульфидных концентратов применяется специальные аппараты, работающие в условиях стабилизации температуры при постоянном аэрировании. Для ускорения процесса окисления в таких аппаратах необходимо непрерывное перемешивания пульпы. В настоящее время наибольшее распространение получил механический способ перемешивания с помощью устройств-мешалок, устанавливаемых в химических аппаратах.

Во время перемешивания (Учкудук) сульфидных руд с реагентом (активированный уголь), наблюдается осаждение реагента. Применение шарнирной муфты в аппаратах для перемешивания жидких сред устраняет этот процесс.

Настоящая работа посвящена разработке параметров перемешивающего устройства — мешалки с электромеханическом приводам, установленной вертикально на раме в верхней части ёмкости аппарата для окисления золотосульфидных концентратов.

Рассматриваемое перемешивающее устройство относится к механизмам с тяжелым режимом работы. Как известно, для механических мешалок, при прочих равных условиях, характерно сильная зависимость между требуемой мощностью и скоростью вращения, которая, в свою очередь, определяет интенсивность перемешивания и продолжительность технологического процесса. Рабочая частота вращения мешалки при перемешивании пульпы должна быть выше минимальной (n min), требуемой для поддержания твердой фазы во взвешенном состоянии.

Определение параметров цилиндрической емкости с объемом перемешивающего устройства.

Объем емкости . Если высота емкости будем брать 2,7м, то высота рабочей жидкости H=2,64м. Тогда диаметр емкости определяем по формуле

S= отсюда = = 2,2м

Перемешиваемая пульпа является агрессивной сернокислотой средой (РН = 1,5), с соотношением твердой и жидкой фаз 1:4, при плотностях твердого и жидкого компонентов ρ_т = 3,5∙103 кг/м3 и ρ_ж = 1,05∙103 кг/м³ соответственно. С учетом этого определена плотность перемешиваемой среды, которая составила ρ_с = 1,221∙10³ кг/м³.

На основании опытных данных и данных [1,3], для рассматриваемого аппарата была выбрана наиболее оптимальная конструкция мешалки, которая буровой момент электропривода на лопасть передаётся не через вал, а с помощью шарнирной муфты. С помощью шарнирной муфты лопасть мешалки, вращается перемешивая жидкость на горизонтальной поверхности. При этом проведенные расчеты с учетом основных параметров перемешиваемой пульпы показали, что минимальная частота вращения вала мешалки для рассматриваемого аппарата n_min = 0,25, с^-1, а принятая рабочая частота, необходимая для проведения технологического процесса окисления, =0,83 с^-1 (50 об/мин).

Массообмен системы в условиях принудительного движения при перемешивании мешалкой характеризуется критерием Рейнольдса:

= =3638645

Где μ_{с —} динамическая вязкость суспензии, определенная по формуле Бачинского [18]

µ_с = µ_ж(1+2,5 φ)=0,94*10–⁴кг*с/м²,

где μ_ж = 0,8∙10^–4 Па∙с — вязкость жидкой фазы при рабочей температуре t=30 °C; φ — объемная концентрация твердой фазы.

Так как полученное число Рейнольдса 3638645> Re>4*10⁴, то можно сделать вывод о том, что движение суспензии в аппарате имеет турбулентный характер, при котором она перемешается вверх, что благоприятно сказывается на процессе выщелачивания. Кроме лопасть телескопические шатуны работая как поршень-цилиндр всасывая и нагнетая жидкость усиливает турбулизация потока.

Во время эксперимента измеряли длина пути движения поршня и средней скорости между восемь положений муфты.

Рис. 2. Модель механической мешалки с применением шарнирной муфты

На рис 3. Приведено изменение длины пути в зависимости от различного положения при смещении оси между лопастью и приводом, равном 50 мм, проведенное в трех повторениях.

Рис 3. Изменение длины пути движения поршня в зависимости от различного положения при смещении оси между лопастью и приводом, равное 50 мм

На рис. 4. Приведено изменение длины пути в зависимости от различного положения при смещении оси между лопастью и приводом, равном 80 мм, проведенное в трех повторениях.

Рис. 4. Изменение длины пути движения поршня в зависимости от различного положения при смещении оси между лопастью и приводом, равное 80 мм

На рис. 5. Приведено изменение длины пути в зависимости от различного положения при смещении оси между лопастью и приводом, равном 130 мм, проведенное в трех повторениях.

Рис. 5. Изменение длины пути движения поршня в зависимости от различного положения при смещении оси между лопастью и приводом, равное 130 мм

Получены экспериментальные данные для восьми значений φ, приведенные на рисунках 6; 7 и 8, зависимости изменения скорости поршня гидроцилиндра от поворота лопасти механической мешалки при различных значениях радиального смещения х. Для обработки экспериментальных данных использовали пакет программ Mathcad.

Рис 6. Изменение скорости поршня гидроцилиндра в зависимости от времени поворота лопасти перемешивателя при смещении оси между лопастью и приводом, равном 50 мм.

Рис 7. Изменение скорости поршня гидроцилиндра в зависимости от поворота лопасти перемешивателя при смещении оси между лопастью и приводом, равном 80 мм

Рис 8. Изменение скорости поршня гидроцилиндра в зависимости от поворота лопасти перемешивателя при смещении оси между лопастью и приводом, равном 130 мм

Заключение

1. На основании анализа литературного обзора и конструкции перемешивающих устройств в производстве KEMIXе, установлено, что существующие машины не перемешивает на должном уровне, так как во время механического перемешивания сульфидных руд с реагентом (активированный уголь) наблюдается осаждение реагента.
2. Для проведения непрерывного процесса сорбционного окисления тонкоизмельчённых сульфидных концентратов применяются специальные аппараты, работающие в условиях стабилизации температуры при постоянном аэрировании. Для ускорения процесса окисления в таких аппаратах необходимо непрерывное перемешивания пульпы. Во время такого перемешивания руд с реагентом наблюдается прилипание реагента к стенке.
3. Теоретические исследования, выполненные на основе теории гидродинамики перемешивания, показали, что необходимо увеличить турбулентность процесса перемешивания.
4. Для повышения интенсивности перемешивания жидкости необходимо вращательные движения электропривода преобразовать:

– в колебательно-поступательное движения рабочего органа мешалки в вертикальный плоскости;

– во вращательное движение рабочего органа мешалки в горизонтальной плоскости.

– при движении мешалки рабочий орган расширялся и сужался по диаметру сосуда перемешивающего устройства.

Разработана шарнирная муфта позволяющие преобразовать вращательное движение электропривода на поступательное движения в вертикальное плоскости и вращательное движение в горизонтальное плоскости рабочего органа мешалки.

Литература:

1. Иванец В.Н, Лобасенко Б. А. Методы интенсификации гидромеханических процессов. Кемерово 2003г-84с.
2. Тошов Б. Р., Кушимов Ф., Тошов Ж. Б., Эшбоева З. Н. Шарнирли муфта. Фойдали модель патент № US FAP 00861. 31.12.13й. Бюл. № 12.
3. Бакланов Н. А., Перемешивание жидкостей. JI. Химия. 1979. 326 с.