3-2006 PROBLEMY EKSPLOATACJI 117
Andrzej JANEWICZ
Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków
WPA
YW PARAMETRÓW
ZASILACZA ZBIEŻNOKANAA
OWEGO
NA ZAPOTRZEBOWANIE ENERGII
PROCESU BRYKIETOWANIA W PRASIE
WALCOWEJ
SÅ‚owa 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 
118 PROBLEMY EKSPLOATACJI 3-2006
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-
dÄ…cy oryginalnym rozwiÄ…zaniem konstrukcyjnym Katedry UTiOÅš [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 uwagÄ™ 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: Sw  stopień wstępnego zagęszczenia w kanale, Fr = v2/Hg
liczba Froude a, oraz a/g = sÉ2/g, czyli stosunek amplitudy przyspieszeÅ„ drgaÅ„
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.
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  dz
wignia 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  dz
wignia 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, C  strefa ekspansji zwrotnej brykietu
120 PROBLEMY EKSPLOATACJI 3-2006
2. Jednostkowe zapotrzebowanie energii
Moc pobieranÄ… w czasie realizacji procesu brykietowania Nb [kW] wyzna-
czono z zależności:
Nb = Npw + Nwz,
gdzie:
Npw  moc pobierana przez prasÄ™ walcowÄ…, [kW],
Nwz  moc pobierana przez wibrator zasilacza, [kW].
Moc pobieraną przez prasę walcową określono z zależności:
M Å" nw
w
N = 2 ,
pw
9,55
gdzie:
Mw  moment skręcający na wale prasy walcowej, [kNm],
nw  prędkość obrotowa wału prasy, [obr/min].
Wartości momentu skręcającego Mw [kNm] na wale nieprzesuwnego walca
formujÄ…cego prasy walcowej mierzono i rejestrowano wykorzystujÄ…c 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),
- kartÄ™ pomiarowÄ… DAQ-700 (National Instruments),
- notebook.
Moc Nwz [kW] pobieranÄ… przez wibrator zasilacza mierzono za pomocÄ… 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:
Wm = 60 Vb ·ib ·nw ·Áb [Mg/h]
gdzie:
Vb  objÄ™tość brykietu [m3], Vb H" 6,5Å"10-6 m3,
ib  ilość wgłębień formujących [-], ib = 90,
nw  prędkość obrotowa wału prasy, [obr/min],
Áb  gÄ™stość brykietu [Mg/m3].
3-2006 PROBLEMY EKSPLOATACJI 121
Wartość jednostkowego zapotrzebowania energii na realizację procesu bry-
kietowania Zc przy brykietowaniu materiału modelowego w prasie walcowej
wyposażonej w zasilacz zbieżnokanałowy obliczono z zależności:
N
b
Zc = [kWh/Mg],
Wm
gdzie:
Nb  moc pobierana na realizacjÄ™ procesu brykietowania, [kW],
Wm  wydajność masowa brykieciarki, [Mg/h].
3. Wyniki badań
Niektóre wyniki badań wpływu niezmienników bezwymiarowych (Fr, Sw,
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 wskaz
ników 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 realizacjÄ™ procesu scalania.
Rys. 3. Wpływ stopnia wstępnego zagęszczenia w kanale zasilacza zbieżnokanałowego na jed-
nostkowe zapotrzebowanie energii
122 PROBLEMY EKSPLOATACJI 3-2006
35
30
25
20
15
a/g=0
10
a/g=0,1
a/g=0,4
a/g=0,9
5
a/g=1,6
0
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
Fr
Rys. 4. Wpływ liczby Froude a na jednostkowe zapotrzebowanie energii
35
Fr = 0,05
Sw = 1,55
Fr = 0,12
Fr = 0,20
30
Fr = 0,32
Fr = 0,46
25
20
15
10
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8
a/g
Rys. 5. Wpływ stosunku a/g na jednostkowe zapotrzebowanie energii
[kWh/Mg]
Jednostkowe zapotrzebowanie energii
energii [kWh/Mg]
Jednostkowe zapotrzebowanie
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 wyraz
ny
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
potrzebnÄ… do realizacji procesu brykietowania (rys. 4).
Wstępne zagęszczenie nadawy w zbieżnych kanałach wyrażone niezmien-
nikiem Sw powoduje wzrost nacisku jednostkowego we wgłębieniu formującym
pierścieni, co bezpośrednio wpływa na podwyższenie wskaz
ników 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 (SwH"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 wskaz
niki
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.
PracÄ™ wykonano w ramach projektu nr 11.11.130.173 finansowanego przez
KBN.
124 PROBLEMY EKSPLOATACJI 3-2006
Bibliografia
1. Praca zbiorowa: Rozwój podstaw konstrukcji i eksploatacji młynów specjal-
nych i pras walcowych. Prace Katedry UTiOÅš 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 Sw, Fr, a/g of the new feeder on demand for
energy during briquetting in roll pres is presented.