Способ управления процессом измельчения в промышленных барабанных мельницах

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1238793 A 1 (59 4 В 02 С 25/00

ЗСЕСО.)3 Я

13,,„13 ивлиотеы

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3779909/29-33 (22) 13.08.84 (46) 23.06.86. Бюл. 11 23 (71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени государствен ный университет им. 300-летия воссоединения Украины с Россией (72) А.Н. Марюта (53) 621.926(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 620213, хл. В 02 С 25/00, 1978.

Авторское свидетельство СССР

Р 856557, кл. В 02 С 25/00, 1979. (54)(57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ В ПРОМЬШЛЕННЫХ БАРАБАННЫХ МЕЛЬНИЦАХ, включающий, измерение составляющих низкочастотных колебаиий динамической системы барабан мельницы — синхронный привод и изменение управляющих воздействий путем регулирования расхода воды в загрузке, мельницы, шарового и рудного заполнения и скорости вращения барабана мельницы, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности и надежности управления, измеряют угловую частоту вращения барабанной мельницы, а изменение управляющих воздействий осуществляют до достижения средней угловой частотой низкочастотных колебаний динамической системы удвоенного значения угловой частоты вращения барабана мельницы.

1238793

Изобретение относится к управлению процессами помола минерального сырья в барабанных мельницах и может быть:использовано в черной и цветной металлургии, строительной и горно- 5 химической промышленности, а также в других отраслях народного хозяй-. ства.

Цель изобретения — повьппение точности и надежности управления.

l0

Сущность изобретения состоит в том, что при помощи входных управляющих воздействий обеспечивают такое состояние внутримельничной нагрузки (внутримельничного заполнения и коэф- 15 фициента внутреннего трения), что собственные фрикционные колебания центра тяжести малоподвижного ядра соответствуют режиму устойчивого параметрического резонанса. 20

На фиг. 1 показана схема поперечного сечения внутримельничной нагрузки на фиг. 2 — фрагмент диаграммы Айнса-Стретта для оценки характера параметрического резонанса от

1.. состояния внутримельничной нагрузки в плоскости коэффициентов а и ; на фиг. 3 — зависимость амплитуды

А 1 фрикционных колебаний, соответ- ствующих устойчивому параметрическому резонансу на угловой частотеи),, от степени внутримельничного заполнения

Схема поперечного сечения барабана мельницы (фиг. 1) содержит бара- 35 бан 1 мельницы, материал 2 (или шары), вращающийся совместно с внутренней поверхностью барабана 1 мельницы, рудную (или шаровую) нагрузку 3, обозначающую так называемое, центральное 40 малоподвижное ядро, материал 4, летящий по параболическим траекториям;

Π— центр тяжести ядра АБО А; Лугловая скорость вращения барабана мельницы; К вЂ” внутренний радиус бара- 45 бана.

Барабан 1., мельницы вращается . с постоянной угловой скоростью Я., а центр тяжести О, малоподвижного ядра АВ0 А колеблется с угловой ско- 50

d8 ростью

dt (фиг. 1) . Малоподвижное ядро 3 колеблется относительно .материала 2, движущегося по круговым

- траекториям вместе с барабаном 1 55 .мельницы. Это значит, что между ядром 3 и материалом 2 вдоль линии

А0 В имеет место фрикционньпЪ контакт.

Силы или моменты сил действующие в области зоны фрикционного контакта, можно экспериментально зафиксировать в определенной области частот, выделив соответствукнций сигнал, например, из переменной составляющей активной мощности приводного двигателя мельницы либо из сигнала вибраций элементов электромеханической .системы барабан мельницы — синхронный привод.

Динамика центра тяжести относительно материала 2 описывается уравнением 4 щf oт ь + ) с (щ„, )y Q где (1). (2)

О1 и

Ы Ч -1, соз Ч (=о сtg() соз р+ f 2 з1 О1 л где V= Ч -Чь- угловые колебания центра тяжести О, около равновесных значений ° л угла Ч ;

f — коэффициент трения; — расстояние центра тяжести О, внутримепьничной нагрузки от центра вращения О барабана мельницы;

R — радиус сегмента усо2 ловного барабана (для малоподвижного ядра) ..

Угловая скорость М, характеризует собственную частоту колебаний центра тяжести малоподвижного ядра.

Как видно из выражения (2), М îïðåделяется, главным образом, степенью внутримельничного заполнения.

Линейное дифференциальное уравнение (1).имеет коэффициент>,, который периодически меняется во времени. Такого рода дифференциальные уравнения приводятся к уравнению

Матье.

Стандартные коэффициенты о и ч, уравнений Матье определяются по формулам Р с< р А Й

1238793 4 грузки от центра вращения 0 барабана мельницы (при 2 =0):

2 <), 9 г

g гд о1

Ь о2 г

О1

Оценить устойчивость фрикционных колебаний центра тяжести малоподвижного ядра 3 внутримельничной нагрузки (фиг. 1) можно по значениям коэф- 1б фициентов ч и с использованием диаграммы Айнса-Стретта. На фиг. 2 приведен фрагмент этой диаграммы, характерный для оценки режимов фрикционных колебаний внутримельничной нагрузки барабанных мельниц. Заштрихованные зоны на этой диаграмме характеризуют фрикционные колебания ядра 3, соответствующие устойчивому параметрическому резонансу, незаштри- о хованные зоны — неустойчивому параметрическому резонансу.

Для того, чтобы воспользоваться диаграммой Айнса-Стретта, нужно знать численные- значения коэффици- д ентов а и g, которые, как видно из: выражений (3) и (4), меняют свои значения при изменении внутримельничиого заполнения (Р,,Р, ) и величины коэффициента трения . Ниже приведен алгоритм, который позволяет вычислить эти коэффициенты для любой степени внутримельничного заполне-. ния и любых реальных значений коэффициента трения для всех типов бара банных мельниц.

Для выбранного типа барабанной мельницы необходимо задаться данными: внутренним радиусом R барабана мельницы, м; длиной Ъ мельницы, м; угловой скоростью Я вращения бараба-, 40 на мельййцы, ; удельным весом с т внутримельничной нагрузки,— величиной коэффицента Е„ трения ° 45 о — Sin

М=

Требуется также задаться.диапазоном изменения центрального угла о заполнения мельницы материалом (например, 90.-180 ) через каждые ьЫ„ .(например, через 2,5 ).

Центральный угол,/. переводится в радианы

Sip

oL p о1=0,666 R (6)

ы — Sin —. CoS

Определяется степень внутримель-. ничного заполнения

Задаются, диапазоном изменения

h угла —, характеризующего центральное малоподвижное ядро (например, 0

5-60, фиг. 1), и точностью его определения Е (например, Е =0,005).

Затем определяется угол

Полагая, что малоподвижное ядро представляет собой сегмент условного барабана с радиусом К, определяют

А з bc R =1% 5Ro — ° (8) з ,Sin

Определяется масса и малоподвижного ядра

m=0,5L7 В ого з п Л) (9) и

Затем определяются угол Ч, по формуле (2) и с)„ по формулам (3) и (4) коэффициенты а и q диаграммы Айнса-Стретта.

Приведенный алгоритм используется для оценки устойчивости фрикционных колебаний малоподвижного ядра практически для всех типов барабанных мельниц (шаровых и самоизмелъчения).

Результаты расчетов по.алгоритму и производственных экспериментов пап- . ностью совпадают. Например, на фиг. 2 в верхнем левом. углу предсставлены результаты расчетов для мельницы ИРГ 4,0х 7,5 (рудногалечная мельница) е такими исходными данными:

ol „17

180 (5) . ss

Определяется расстояние К„ центра тяжести О„ внутрнмельничной наR 2,Î м; L 7,5 м; f„=0,3-0,6.

Цифрами 5-10 обозначены соответственно величины внутримельничного заполнения м в процентах: 20, 25, 30, 35, 1238793

40, 45. Из графиков (фиг. 2) видно, что с увеличением степени внутримельничного заполнения от 20 до 45% (при изменении f от 0,3 до 0,6) всегда находятся такие значения коэффициентов а и а., когда рабочая точка пересекает узкий диапазон заштрихованной зоны диаграммы Айнса-Стретта.

В зоне пересечения этого диапазона 10 наблюдаются фрикционные колебания, характерные для устойчивого параметрического резонанса. Зона эта не широка и соответствует 1,5-3,0% внутримельничного заполнения, а само за- 15 полнение V лежит в пределах от. 43 (Е„=0,3) до 31% (Е„ =0,6). Частота собственных колебаний u) в этом случае располагается вблизи значения

2Я =3, 768 (от М =3,51 до

,=3,36 ) ..

Качественная характеристика амплитуды АО, устойчивых фрикционных па- 25 раметрических колебаний центра тяжести малоподвижного ядра на частоте и), приведена на фиг. 3.

Когда фрикционные колебания цент- 30 ра тяжести малоподвижного ядра 3 (фиг. 1) соответствуют неустойчивому параметрическому резонансу, их экспериментально зафиксировать практи. чески невозможно. Это можно объяснить тем, что в этом случае за один оборот вращения барабана мельницы генерируются нестационарные колебания с широким спектром частот. Картина коренным образом меняется, как 4О только рабочая точка попадает в устойчивую (заштрихованную) зону диаграммы Айнса-Стретта. Здесь четко генерируются фрикционные колебания с частотой ), . Их можно выделить, 45 например, из переменной составляющей сигнала активной мощности приводного двигателя. Для этой цели необходимо создать инфранизкочастотный узкополосный фильтрp KGTopbl|I бы IIpo 5О пускал только эти колебания. Тогда сигнал на выходе такого фильтра является индикатором того, что рабочая точка попала в устойчивую (заштрихованную) зону диаграммы Айнса-Стретта ° 55

На основании проведенных исследований можно объяснить физику существенной эффективности фрикционных колебаний ядра 3 в режиме устойчивого параметрического резонанса. Существенная интенсификация процесса измельчения в этом случае должна происходить в зоне контакта ядра 3 с материалом 2 вдоль линии АО В (фиг ° 1) а за счет интенсивной работы составляю од 1 1 щей 2Й f . — — - входящей в диф"R„dt ференциальное уравнение (1) и пропорциональной реверсивному моменту сил трения. По сравнению с односторонним трением реверсивное трение более чем в два раза повышает износ трущихся пар как-прн сухом контакте, так и прн наличии смазки. При устойчивом ! параметрическом резонансе центра тяжести малоподвижного ядра 3 внутримельничной нагрузки (фиг. 1) работа силы реверсивного трения вдоль линии

АО В проявляется наиболее явно. Это и способствует интенсификации процесса измельчения истиранием и раздавлнванием.

Таким образом, если поддерживает-. ся такое состояние внутримельничной нагрузки, когда собственная частота фрикционных колебаний центра тяжести малоподвижного ядра соответствует устойчивому параметрическому резонансу, то повышаются точность и надежность выделения из низкочастотных колебаний полезного сигнала управле- ния на собственной частоте колебаний

, и эффективность измельчения реверсивным трением, снижается энергоемкость процесса.

Результаты экспериментальных исследований показали, что при поддержании режима устойчивого параметрического резонанса резко (на 6-12%) возрастает производительность мельниц по выходному продукту помола (обычно по помолу класса меньше

0,074 мм) . Это явление характерно для любых типов барабанных мельниц, включая шаровые, самоизмельчения и рудногалечные. В этом оптимальном режиме работы мельниц снижается также и энергоемкость процесса помола на 8-13%.

1238793

6, . 2,0

Ай4 уел.ed . к%

Ю/о

Ф4Я. 3

Составитель В. Алекперов

Техред М.Ходанич

Корректор М. Пожо

Редактор И. Николайчук

Тираж 582 Подпис но е

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5

Заказ 3324/3

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4