Основные конструкции и расчеты классификаторов

Наиболее распространенные конструкции грохотов - барабанные, плоские качающиеся и вибрационные; сепараторов - проходные и циркуляционные.

Барабанный грохот (рис.1.19) - это вращающийся барабан, установленный с уклоном в сторону выгрузки верхнего класса. Его обечайка изготовлена из листового или проволочного сита. Для разделения материала более чем на две фракции используют многоситовые барабаны. Сита могут быть расположены концентрично (от крупного к мелкому), либо последовательно вдоль образующей (от мелкого к крупному). При вращении барабана частицы поднимаются вместе с его стенкой, а затем, скатываясь вниз, продвигаются к нижнему концу барабана и просеиваются. Основное преимущество барабанного грохота - динамическая уравновешенность, т.е. отсутствие качающихся масс. Недостатки: низкий коэффициент использования сит (около 2/3 их поверхности пустует), низкая эффективность грохочения (60-70%), высокая металло- и энергоемкость. По этим причинам барабанные грохоты применяются в промышленности все реже, главным образом при объединении классификации материала с промывкой.

Технологический расчет барабанного грохота проводится по заданной массовой производительности (), углу наклона его оси () и коэффициенту () заполнения барабана материалом, характеристикам материала (, ).

Частота вращения барабана определяется из условия скатывания частиц, поднявшихся на заданный угол ( - предельный угол, обеспечивающий просеивание частиц). Условие скатывания (рис.1.20): , где - коэффициент трения частиц о сита. Учитывая, что , получим: .

При движении вдоль оси барабана частицы материала поднимаются по дуге на угол , а затем скатываются по винтовой линии, угол спуска которой примерно равен (рис.1.21). Путь частиц материала в грохоте можно свести к прямоугольному треугольнику, причем каждую из его сторон они проходят за одинаковое время. Тогда скорость v движения материала вдоль барабана можно определить из равенства: , т.е. . Производительность грохота , где - усредненная площадь сечения слоя материала в барабане. Значение определяется подстановкой в формулу расчета производительности соотношений для расчета величин , и . Длина барабана определяется требуемым временем обработки материала , или заданным отношением / .

Необходимую мощность электродвигателя барабанного грохота определяют по сумме затрат мощности на подъем материала и на преодоление трения материала о сито , где - масса материала в грохоте.

Плоский качающийся грохот (рис.1.22) - это прямоугольный короб с ситами, установленный на шарнирных опорах (подвесках) с уклоном в сторону разгрузки. Эксцентриковый вал привода сообщает коробу горизонтальные колебания, за счет которых материал перемещается по ситам вниз и рассеивается на фракции (иногда и промывается). Применение этих грохотов ограничено из-за небольшой производительности, громоздкости, низкой эффективности грохочения (70-80%).

Технологический расчет плоского качающегося грохота ведется по заданной массовой производительности (), наибольшему размеру кусков нижнего класса (), характеристикам материала (, , ), углу наклона сит грохота (), размеру их отверстий (), эксцентриситету () вала привода.

Материал движется вниз по ситам, если сумма составляющих сил тяжести () и инерции () больше силы трения, см. рис.1.23:

, откуда частота вращения вала привода: . При обратном качании материал не должен перемещаться вверх, т.е. , откуда: .

Скорость v движения материала относительно сита должна обеспечивать проход частиц через его отверстия. В предельном случае частица, скатываясь по ситу, сталкивается с противоположной кромкой отвеpстия (рис.1.24) и составляющие пройденного ею пути: , . Поскольку , , получим: . Принятое значение должно удовлетворять условию: .

Ширина сита определяется производительностью грохота , где высота слоя материала на сите принимается равной минимальному размеру частиц верхнего класса . По заданному отношению / определяется длина сита, его поверхность и масса находящегося на нем материала . Мощность электродвигателя грохота , где - мощность, затрачиваемая на сообщение материалу кинетической энергии, а - на преодоление трения материала о сито.

Вибрационный грохот (рис.1.25) конструктивно аналогичен плоскому качающемуся. Вибрацию сит, установленных внутри короба на пружинах, создает вращение вала вибровозбудителя с дебалансами.

Траектория движения сит у большинства промышленнных грохотов близка к круговой и может варьироваться жесткостью пружин и величиной дебалансов до прямолинейной. Привод вибровозбудителя может быть установлен на отдельном фундаменте или непосредственно на корпусе грохота. Более популярна первая схема, при использовании которой электродвигатель и кабель не подвергаются воздействию вибрации, хотя колебания расстояния между центрами ведущего и ведомого шкивов приводят к быстрому износу ремней и подшипников. Вибрационные грохоты постепенно вытесняют барабанные и плоские качающиеся, т.к. для них характерны высокая эффективность грохочения (90-95%), малая энергоемкость, высокая производительность.

Технологический расчет вибрационного грохота с круговым движением сит базируется на эмпирических зависимостях. Исходные данные: массовая производительность (), эффективность грохочения (), размер отверстий сита (), отношение / , нормативная удельная объемная производительность () при эффективности грохочения 92.5% (дается в справочниках как функция ), доля () нижнего класса в исходном материале и его насыпная плотность (). Расчет сводится к определению:

- радиуса круговых колебаний грохота ;

- частоты вибраций ;

- расчетной ширины сита , где - коэффициент точности отсева;

- ширины и длины сита ;

- оптимального угла наклона сита ;

- фактической удельной объемной производительности ;

- оптимальной скорости движения материала по ситу ;

- среднего времени пребывания частицы материала на грохоте ;

- массы материала на сите .

Мощность электродвигателя вибрационного грохота находят по формуле: . Здесь - затраты мощности на трение в подшипниках ( - нагрузка на -й подшипник, - коэффициент трения в подшипниках, - диаметр вала), - затраты мощности на транспорт и просеивание материала.

Вихревое движение частиц классифицируемого материала в сепараторах создается либо потоком воздуха (воздушные проходные), либо вентиляторами (циркуляционные). В качестве примера рассмотрим наиболее распространенный воздушный проходной сепаратор (рис.1.26). Исходный материал подается в нижнюю часть корпуса аппарата вместе с потоком воздуха. Из-за расширения канала скорость потока резко уменьшается и крупные частицы выпадают из смеси под действием силы тяжести. Проходя по направляющим лопастям во внутренний корпус, поток воздуха закручивается и под действием центробежных сил из него выпадают мелкие частицы. Границу разделения регулируют, изменяя скорость воздуха и угол поворота лопастей. Преимущество проходных сепараторов - отсутствие движущихся частей, недостаток - высокий расход сжатого воздуха.

В циркуляционных сепараторах объединены источник движения воздуха (вентилятор), сепарирующие и осадительные устройства, поэтому они более компактны и экономичны. Циркуляционные сепараторы работают по замкнутому циклу, при этом отпадает проблема очистки отработавшего воздуха от пыли.