background image

3-2006 

PROBLEMY  EKSPLOATACJI  

 

117

 

Andrzej JANEWICZ 
Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków 

WPŁYW  PARAMETRÓW   

ZASILACZA  ZBIEŻNOKANAŁOWEGO   

NA  ZAPOTRZEBOWANIE  ENERGII   

PROCESU  BRYKIETOWANIA W  PRASIE   

WALCOWEJ 

Słowa kluczowe 

Zasilacze, brykietowanie, prasy walcowe.  

Streszczenie 

W artykule przedstawiono niektóre wyniki badań laboratoryjnych nowego 

typu zasilacza przeznaczonego do współpracy z prasą walcową, w której reali-
zowany jest proces scalania materiałów drobnoziarnistych. Określono wpływ 
bezwymiarowych niezmienników (liczby Froude’a, stopnia wstępnego zagęsz-
czenia oraz stosunku amplitudy przyspieszeń drgań wymuszonych elementu 
zagęszczającego zasilacz do przyspieszenia ziemskiego), charakteryzujących 
obiekt badań na zapotrzebowanie energii w procesie brykietowania materiału 
modelowego. 

Wprowadzenie 

Prasy walcowe stosowane do zbrylania materiałów drobnoziarnistych są 

urządzeniami, w których w sposób ciągły zagęszcza się, a następnie scala nada-
wę podawaną między dwa synchronicznie i przeciwbieżnie obracające się wal-
ce. Prosta budowa i zasada działania prasy walcowej łączy się jednak ze złożo-
nym procesem, jaki realizuje się w tym urządzeniu, a którego końcowy efekt – 

background image

 

PROBLEMY  EKSPLOATACJI 

3-2006 

 

118 

żądane własności produktu – zależy od wielu czynników [1]. Jednym z najistot-
niejszych z nich jest dostarczenie wymaganej ilości materiału w sposób ciągły 
i równomierny w strefę zagęszczania prasy. Zadanie to w zespole prasy walco-
wej spełnia tzw. zasilacz. W zależności od własności nadawy i wymagań doty-
czących produktu stosuje się zasilacze o różnej konstrukcji, budowie, zasadzie 
działania (grawitacyjne, o wymuszonym przepływie nadawy, wstępnie zagęsz-
czające, wibracyjne itp.), które mogą dodatkowo spełniać inne, ważne funkcje 
[1, 2]. W Katedrze Urządzeń Technologicznych i Ochrony Środowiska AGH 
rozwijane są konstrukcji dwóch takich podzespołów prasy walcowej, tzn. zasi-
lacz  ślimakowy oraz zasilacz zbieżnokanałowy. Zasilacz zbieżnokanałowy, bę-
dący oryginalnym rozwiązaniem konstrukcyjnym Katedry UTiOŚ [3], przezna-
czony jest do współpracy z prasą walcową przy zagęszczaniu i scalaniu materia-
łów drobnoziarnistych, które określa się jako posiadające ograniczoną podat-
ność na scalanie
. W zespole prasy walcowej do zadań zasilacza zbieżnokanało-
wego należy: 

 

równomierne i ciągłe podawanie nadawy w strefę zagęszczania prasy walcowej, 

 

regulacja ilości nadawy podawanej między walce prasy, 

 

wstępne zagęszczanie nadawy w zbieżnych kanałach. 

Ideę podawania wsadu do prasy walcowej poprzez zbieżne kanały, zagad-

nienie kształtowania ich geometrii oraz budowę i zasadę działania zasilacza 
zbieżnokanałowego przedstawiono szczegółowo m.in. w pracach [1, 2]. 
W niniejszym opracowaniu skoncentrowano natomiast uwagę na wybranych 
wynikach badań laboratoryjnych wpływu parametrów zasilacza zbieżnokanało-
wego i jego współpracy z brykieciarką walcową na jednostkowe zapotrzebowa-
nie energii w procesie brykietowania materiału modelowego (fluorku wapnia). 

1. Cel i obiekt badań 

Cel badań obejmował doświadczalną weryfikację w skali laboratoryjnej 

wpływu istotnych parametrów zasilacza zbieżnokanałowego [1, 2] na jednost-
kowe zapotrzebowanie energii w procesie brykietowania modelowego materiału 
drobnoziarnistego. Jako parametry niezależne wybrano następujące bezwymia-
rowe niezmienniki:  S

w

 – stopień wstępnego zagęszczenia w kanale, Fr v

2

/Hg 

liczba Froude’a, oraz a/g = sω

2

/g, czyli  stosunek amplitudy przyspieszeń drgań 

wymuszonych elementu zagęszczającego zasilacza do przyspieszenia ziemskie-
go. Obiektem badań była laboratoryjna prasa walcowa LPW 450 o średnicy 
walców 450 mm wyposażona w zasilacz zbieżnokanałowy. Oryginalne stanowi-
sko badawcze zasilacza przedstawiono na rys. 1, a jego schemat kinematyczny, 
budowę i zasadę działania na rys. 2. 

background image

3-2006 

PROBLEMY  EKSPLOATACJI  

 

119

 

 

 

Rys. 1.  Zasilacz  zbieżnokanałowy na stanowisku badawczym laboratoryjnej prasy walcowej 

LPW 450: 1 – zbiornik zasypowy, 2 – silnik asynchroniczny napędu wibratora, 3 – prze-
kładnia pasowa, 4 – wibrator mimośrodowy,  5 – dźwignia poprzeczna, 6 – podkładki dy-
stansowe, 7 – klatka walców roboczych prasy LPW-450 

 

Rys. 2.  Budowa, schemat kinematyczny oraz zasada działania laboratoryjnego zasilacza zbieżno-

kanałowego: 1 – zbiornik zasypowy, 2 – silnik asynchroniczny napędu wibratora, 3 – 
przekładnia pasowa, 4 – wibrator, 5 – dźwignia poprzeczna, 6 – podkładki dystansowe, 7 – 
klatka walców roboczych, 8 – elementy zagęszczające, 9 – sprężyna, 10 – klapy rozdziela-
jące przepływającą nadawę, 11 – cięgno, 12 – popychacz, 13 – sprężyna dociskowa, 14 – 
regulator cięgnowy, 15 – nakrętka regulacyjna, 16 – wałek mimośrodowy, 17 – śruby mo-
cujące zasilacz do klatki walców prasy, 18 – walce robocze brykieciarki, A – strefa wstęp-
nego zagęszczania w zbieżnych kanałach zasilacza, B – strefa zagęszczania i scalania mię-
dzy pierścieniami formującymi prasy walcowej, – strefa ekspansji zwrotnej brykietu 

background image

 

PROBLEMY  EKSPLOATACJI 

3-2006 

 

120 

2. Jednostkowe zapotrzebowanie energii 

Moc pobieraną w czasie realizacji procesu brykietowania N

b

 [kW] wyzna-

czono z zależności: 

 

N

b

 = N

pw

 + N

wz

,

 

 

gdzie: 

N

pw

 – moc pobierana przez prasę walcową, [kW], 

N

wz

 – moc pobierana przez wibrator zasilacza, [kW]. 

 
Moc pobieraną przez prasę walcową określono z zależności: 

 

55

9

2

,

w

w

pw

n

M

N

=

gdzie: 

M

w

 – moment skręcający na wale prasy walcowej, [kNm], 

n

w

  – prędkość obrotowa wału prasy, [obr/min]. 

 
Wartości momentu skręcającego M

w

 [kNm] na wale nieprzesuwnego walca 

formującego prasy walcowej mierzono i rejestrowano wykorzystując system 
pomiarowy zrealizowany w oparciu o:

 

 

układ tensometrów na wale prasy, 

 

zestaw telemetryczny MT 2555A, przedwzmacniacz EV 2510A 
(HOTTINGER BALDWIN MESSTECHNIK)

 

wzmacniacz pomiarowy KMN 602A (HOTTINGER BALDWIN 
MESSTECHNIK)

 

kartę pomiarową DAQ-700 (National Instruments), 

 

notebook. 

Moc N

wz

 [kW] pobieraną przez wibrator zasilacza mierzono za pomocą wa-

tomierza LW-1, a jej wartości odczytywano na jego skali. 

Wydajność masową prasy walcowej wyposażonej w pierścienie formujące 

o wgłębieniach w kształcie siodła obliczono na podstawie wzoru: 

 

W

m

 = 60 V

·i

·n

w

 

·

ρ

b

 [Mg/h] 

 

gdzie: 

V

b

 – objętość brykietu [m

3

], V

b

 

 6,5

10

-6 

m

3

i

b

 – ilość wgłębień formujących [-], i

b

 = 90, 

n

w

  – prędkość obrotowa wału prasy, [obr/min], 

ρ

b

  – gęstość brykietu [Mg/m

3

]. 

background image

3-2006 

PROBLEMY  EKSPLOATACJI  

 

121

 

Wartość jednostkowego zapotrzebowania energii na realizację procesu bry-

kietowania  Z

c

 przy brykietowaniu materiału modelowego w prasie walcowej 

wyposażonej w zasilacz zbieżnokanałowy obliczono z zależności: 

 

m

b

c

W

N

Z

=

 [kWh/Mg], 

gdzie: 

N

b

 – moc pobierana na realizację procesu brykietowania, [kW], 

W

m

 – wydajność masowa brykieciarki, [Mg/h]. 

3. Wyniki badań 

Niektóre wyniki badań wpływu niezmienników bezwymiarowych (Fr, S

w

a/g) na jednostkowe zapotrzebowanie energii podczas brykietowania materiału 
modelowego w prasie walcowej LPW-450 wyposażonej w zasilacz zbieżnoka-
nałowy pokazano w postaci graficznej na rys. 3–5. Przeprowadzone badania 
eksperymentalne umożliwiły otrzymanie trwałych i wytrzymałych brykietów 
oraz podwyższenie wskaźników ich jakości, tzn. wytrzymałości mechanicznej 
oraz gęstości odpowiednio nawet o ~15% i ~11% w porównaniu z zasypem 
grawitacyjnym. Wyższą jakość brykietów uzyskano dzięki wstępnemu zagęsz-
czeniu materiału w zbieżnych kanałach, co skutkowało wzrostem jednostkowego 
zapotrzebowania energii na realizację procesu scalania. 

 

 

Rys. 3.  Wpływ  stopnia  wstępnego zagęszczenia w kanale zasilacza zbieżnokanałowego na jed-

nostkowe zapotrzebowanie energii 

background image

 

PROBLEMY  EKSPLOATACJI 

3-2006 

 

122 

0

5

10

15

20

25

30

35

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

Fr

J

e

d

n

o

st

k

o

we za

p

o

trzeb

o

w

a

n

ie

 en

erg

ii

 

[kWh/Mg

]

a/g=0
a/g=0,1
a/g=0,4
a/g=0,9
a/g=1,6

Rys. 4. Wpływ liczby Froude’a na jednostkowe zapotrzebowanie energii 
 

S

w

 = 1,55

10

15

20

25

30

35

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

a/g

J

e

d

n

o

st

k

o

we za

p

o

trzeb

o

w

a

n

ie

 

en

erg

ii

 [

k

Wh

/M

g

]

Fr = 0,05
Fr = 0,12

Fr = 0,20
Fr = 0,32
Fr = 0,46

 

 

Rys. 5. Wpływ stosunku a/g na jednostkowe zapotrzebowanie energii 

 

background image

3-2006 

PROBLEMY  EKSPLOATACJI  

 

123

 

Ze wzrostem wartości liczby Froude’a Fr zaobserwowano spadek jednost-

kowego zapotrzebowania na energię. Należy to tłumaczyć krótszym czasem 
zagęszczania i scalania materiału między walcami prasy. Powoduje to wyraźny 
spadek nacisku jednostkowego mierzonego we wgłębieniu formującym pier-
ścienia roboczego, niedogęszczenie i mniejszą wytrzymałość mechaniczną bry-
kietów, a w konsekwencji mniejsze jednostkowe zapotrzebowanie na energię 
potrzebną do realizacji procesu brykietowania (rys. 4). 

Wstępne zagęszczenie nadawy w zbieżnych kanałach wyrażone niezmien-

nikiem S

w

 powoduje wzrost nacisku jednostkowego we wgłębieniu formującym 

pierścieni, co bezpośrednio wpływa na podwyższenie wskaźników jakości bry-
kietów, a tym samym na wzrost jednostkowego zapotrzebowania na energię 
(rys. 3). Na rysunku tym linią pionową kreskową zaznaczono graniczny stopień 
wstępnego zagęszczenia (S

w

1,55), po przekroczeniu którego następowało roz-

sunięcie pierścieni formujących, a tym samym zmianie uległy warunki realizacji 
eksperymentu. 

Niezmiennik a/g reprezentujący wpływ wibracji elementu zagęszczającego 

na proces scalania (zmniejszenie tarcia nadawy o elementy zagęszczające 
w zbieżnych kanałach) do wartości ~0,7 korzystnie oddziałuje na wskaźniki 
jakości brykietów. Wzrost jego wartości do tego poziomu powoduje, że rośnie 
także jednostkowe zapotrzebowanie na energię potrzebną do realizacji procesu 
scalania (rys. 5). 

Podsumowanie 

Oryginalne rozwiązanie konstrukcyjne zespołu dozująco-zagęszczajacego 

prasy walcowej, jakim jest zasilacz zbieżnokanałowy, może stanowić alternaty-
wę dla zasilacza ślimakowego w przypadku scalania niektórych trudnych do 
brykietowania materiałów drobnoziarnistych. Zaletą nowego zasilacza jest pro-
stota konstrukcji, dzięki której można zmniejszyć koszty jego budowy oraz eks-
ploatacji w porównaniu z zasilaczem ślimakowym. Dobierając cechy konstruk-
cyjne oraz parametry pracy zasilacza zbieżnokanałowego należy zwrócić uwagę 
na zróżnicowany wpływ bezwymiarowych niezmienników (liczba Froude’a, 
stopień wstępnego zagęszczenia, stosunek amplitudy przyspieszeń drgań wymu-
szonych elementu zagęszczającego zasilacza do przyspieszenia ziemskiego) na 
jednostkowe zapotrzebowanie energii w procesie brykietowania. Na podstawie 
wyników badań przeprowadzonych na materiale modelowym stwierdzono, że 
wraz ze wzrostem liczby Froude’a następuje spadek jednostkowego zapotrze-
bowania energii. Odwrotną zależność zaobserwowano dla stopnia wstępnego 
zagęszczenia. Natomiast w przypadku kolejnego niezmiennika występuje eks-
tremum (maksimum) jednostkowego zapotrzebowania energii. 

 

Pracę wykonano w ramach projektu nr 11.11.130.173 finansowanego przez 

KBN. 

background image

 

PROBLEMY  EKSPLOATACJI 

3-2006 

 

124 

Bibliografia 

1.

 

Praca zbiorowa: Rozwój podstaw konstrukcji i eksploatacji młynów specjal-
nych i pras walcowych. Prace Katedry UTiOŚ AGH, Etap III, IV, V, Kra-
ków, 2003–2005 (materiały niepublikowane). 

2.

 

Janewicz A.: Wpływ parametrów zasilacza zbieżnokanałowego na nacisk 
jednostkowy w procesie brykietowania. Problemy inżynierii mechanicznej 
i robotyki. Monografie AGH, Kraków 2004, nr 23, s. 105–111. 

3.

 

Patent nr 107993. 

 

Recenzent: 

Roman HEJFT 

 

The influence of parameters of tapered-channels feeder on demand  
for energy during briquetting in roll press 

Summary 

On the base of the gravity providing of fine-grained material to the roll-

press the tapered-channels feeder has been worked out. The influence and analy-
sis of the dimensionless parameters S

w

Fra/g of the new feeder on demand for 

energy during briquetting in roll pres is presented.