振動(dòng)篩篩分效率與篩面長(cháng)度的研究

產(chǎn)品資訊:2012-12-13

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篩分設備是一種廣泛用于將散狀物分為兩種或多種粒度級別的設備。國內大型篩分設備的研制及存在的問(wèn)題從上世紀70年代開(kāi)始,國內在大型篩分機的研制方面,做了大量工作,取得了很大成績(jì)。篩分機械中篩面的長(cháng)度和寬度是兩個(gè)重要的結構參數,它是設計與選用篩分機時(shí)首先碰到的問(wèn)題。根據篩分理論,篩面寬度與篩分機的處理能力相關(guān),即同樣條件下, 篩面越寬,處理能力越大。篩面長(cháng)度與篩分效率相關(guān),即同樣條件下,適當的加長(cháng)篩面可以提高篩分效率,然而由概率篩分的機理可知,隨著(zhù)篩面的加長(cháng),粒徑大于分離粒徑的顆粒透篩量增加,而使得篩分效率降低,由此可知篩面長(cháng)度存在一個(gè)優(yōu)值使得篩分效率高。

以概率統計學(xué)為基礎建立weibull模型較好的反映了顆粒沿篩長(cháng)方向的透篩概率,為概率篩的設計提供了一定的理論依據。在weibull 模型的基礎上可以推導出顆粒沿篩長(cháng)方向的透篩效率公式,但是這個(gè)公式過(guò)于復雜,而且沒(méi)有直接指出效率與篩長(cháng)的函數關(guān)系,在工業(yè)應用上極為不便?;趯?shí)驗的篩面長(cháng)度對篩分效率影響的研究,提出了篩面長(cháng)度的選用應該考慮顆粒物料的粒度組成,建立篩長(cháng)與篩分效率之間的定量關(guān)系,在概率篩的設計和選用上可以提供更為直接的依據。本文運用三維離散單元法模擬概率篩分過(guò)程,建立了篩分效率與篩面長(cháng)度的函數關(guān)系。

1 篩分效率與篩面長(cháng)度的數值模擬

隨著(zhù)計算機數值模擬在工業(yè)中的不斷應用,20世界70 年代發(fā)展起來(lái)的離散單元法為顆粒系統的處理提供了一種新途徑。該方法是以顆粒碰撞的基本定律和牛頓運動(dòng)定律為基礎,對系統中每個(gè)顆粒的運動(dòng)過(guò)程進(jìn)行跟蹤,從而得到整個(gè)顆粒群的運動(dòng)規律。由于該方法所需經(jīng)驗參數少,可以方便的設定顆粒的尺寸分布與性質(zhì),因此具有廣泛的適應性。本文基于離散單元法進(jìn)行了篩分的三維模擬。

篩分的三維模型(圖1)由顆粒工廠(chǎng)、篩箱和篩面組成。顆粒工廠(chǎng)可以生粒徑或者質(zhì)量成服從具有某一分布(正態(tài)分布、對數正態(tài)分布等)的顆粒,顆粒在重力z方向的初速度作用下落到篩面上,設定篩面的振動(dòng)參數(振幅、振動(dòng)頻率和振動(dòng)方向角),顆粒與篩面作用下發(fā)生分層透篩及流出篩面等篩分效果,篩箱可以收集篩上物及篩下物。模擬中所用到的材料屬性、顆粒之間及顆粒與篩面篩網(wǎng)的碰撞系數、顆粒運動(dòng)的摩擦系數等盡量設定得與工程實(shí)際中的值接近。詳細初始條件見(jiàn)表1。

圖1

2數據處理及結論

由模擬的結果,沿 x方向分段統計篩下顆粒,而得到不同粒徑顆粒在篩長(cháng)方向上的篩分效率。由表2 中的數據繪制篩面長(cháng)度與篩分效率之間的關(guān)系曲線(xiàn),如圖2,從圖中可以看出,在篩箱的起始階段,隨著(zhù)篩長(cháng)的增加,各粒徑顆粒的篩分效率都迅速提高,同時(shí)相對粒徑較小的顆粒(0.2、0.4)其篩分效率快速趨近高點(diǎn)。隨著(zhù)篩長(cháng)再增加,細顆粒的篩分效率開(kāi)始緩慢下降,而相對粒徑較大的顆粒其篩分效率的增加也趨緩了。由公式(1)可以看出,隨著(zhù)篩長(cháng)的增加,某一粒徑的顆粒其透篩概率是增加的, 當篩長(cháng)增加到無(wú)限長(cháng)時(shí),其透篩概率為1。單顆粒透篩概率理論指出,相對粒徑小的顆粒與篩面接觸時(shí)透篩概率大,因此小顆??梢暂^快透篩。本次模擬中小粒徑顆粒在較短的篩面內達到篩分效率,這也體現了單顆粒透篩概率理論由于概率篩是一種近似篩分設備,規定粒徑之外的顆粒的透篩,會(huì )降低此粒徑顆粒的篩分效率。若某一粒徑的顆粒在未到篩面終端就完全透篩,此后的篩面就會(huì )讓此粒徑之外顆粒的透篩,次粒徑顆粒的篩分效率就會(huì )降低。因此可以推斷,模擬中篩長(cháng)若繼續增加,相對粒徑較大的顆粒(0.6,0.8)篩分效率也會(huì )下降,只是模擬受到計算機硬件限制,無(wú)法模擬更長(cháng)的篩分效果而已。

圖2

3結論:本文使用離散單元法(DEM)模擬了概率篩的篩分過(guò)程,提出了篩分效率對篩長(cháng)及相對粒度的函數關(guān)系式。從函數中可以看出,篩長(cháng)與篩分效率的關(guān)系對不同的粒徑是不同的,小粒徑的顆粒在較短的篩面下就可以達到更高的篩分效率。而大的粒徑達到完善篩分效率所需要很長(cháng)的篩長(cháng)。因此在設計或者選用篩分設備的時(shí)候,被篩物料的粒度組成應該是考慮篩長(cháng)的一個(gè)因素。綜合考慮影響篩分的各種參數之后,加上本文提出的函數公式,可以使得篩分設備的設計更加完善。

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