• AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA im. Stanisława Staszica

• Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki

Maszyny i Urządzenia Technologiczne

LABORATORIUM

Ćwiczenie laboratoryjne jest wykonywane

• w

• Katedra Systemów wytwarzania

Temat ćwiczenia:

Wyznaczenie sprawności energetycznej maszyn mielących

Autor opracowania i prowadzący ćwiczenie: dr inż. Tomasz DZIK

Kraków, 2015

I. Cel ćwiczenia.

1. Poznanie metody wyznaczania sprawności energetycznej maszyny mielącej na przykładzie mielenia wybranego surowca w młynie rolkowym

2. Zapozna nie się z torem pomiarowym odpowiadającym współczesnej cyfrowej technologii pomiaru i rejestracji parametrów, w tym mocy czynnej, rzeczywistej, współczynnika mocy.

II. Wymagany zakres wiadomości.

1. Pojęcią: moc czynna i bierna, współczynnik mocy, praca, energia, sprawność energetyczna.

2. Znajomość budowy i działania młyna rolkowego.

3. Znajomość metody pośredniego wyznaczania chwilowej i całkowitej sprawności energetycznej procesu mielenia w maszynach mielących.

III. Zadania do wykonania

1. Wykonać mielenie piasku kwarcowego w młynie rolkowym i dokonać rejestracji zmian zapotrzebowania mocy w czasie.

IV. Analiza wyników badań

1. Opracować wyniki pomiaru mocy i przedstawić je w formie graficznej (wykres funkcji P=f(t))

2. Ustalić wartość współczynników funkcji eksponencjalnej równania opisującego zmianę mocy w funkcji czasu oraz wartość asymptoty.

3. Wykonać wykres sprawności chwilowej i w wybranym przedziale czasu obliczyć sprawność energetyczną procesu mielenia

4. Przeprowadzić dyskusję otrzymanych wyników.

V. Opracowanie sprawozdania

Sprawozdanie winno zawierać:

• cel ćwiczenia

• schemat i krótki opis młyna rolkowego

• zestawienie wyników pomiaru

• punkty 1, 2, 3, 4 zawarte w części IV Analiza wyników badań

VI. Literatura

1. Dzik T., . Kaczmarczyk S. ; Badania zużycia energii na proces mielenia w młynach szybkobieżnych. Zeszyty naukowe AGH, Mechanika z.13 Kraków 1988r.

2. Drzymała Z., Dzik T. i inni; Badania i podstawy konstrukcji młynów specjalnych. PWN Warszawa, 1992r.

3. Instrukcja NANOVIP PLUS

Dr inż. Tomasz Dzik paw. B-2 pok.204, tel.31-20; [e-mail]

2. Wprowadzenie

Procesowi mielenia materiałów z reguły towarzyszy duże zużycie energii. Dlatego podejmuje się badania mające na celu minimalizację zużycia energii w procesie mielenia. Badania te prowadzone są w trzech kierunkach.:

• wyjaśnienie zjawisk fizycznych zachodzących w procesie mielenia materiałów i na tej podstawie optymalizacji procesu

• optymalizacji konstrukcji młynów

• optymalizacji całych układów mielących poprzez zestawienie w układzie różnych typów młynów.

Badania różnych typów młynów wskazują, że szybkości mielenia są różne i zależą od cech konstrukcyjnych młyna. Można przyjąć, że szybkości te są tym większe, czym większą wartość ma kryterium Frouda

Dla młynów wolnobieżnych np. kulowych, w których czas mielenia może wynosić nawet kilkadziesiąt godzin, zmiany mocy są praktycznie niezauważalne w krótkich odstępach czasu, co może sugerować, że moc pobierana przez układ jest stała.

Badania młynów szybkobieżnych prowadzone w Katedrze Urządzeń Technologicznych i Ochrony Środowiska AGH wykazały, że wzrost stopnia rozdrobnienia, określony powierzchnią właściwą, w czasie mielenia jest funkcją rosnąca o charakterze degresywnym natomiast analiza mocy pobieranej przez układ mielący wykazuje charakter malejący. Ustalono, że funkcję wzrostu powierzchni właściwej oraz poboru mocy dobrze opisuje funkcja wykładnicza postaci

dla powierzchni właściwej

gdzie:
- wartość powierzchni właściwej po czasie mielenia t

- wartość asymptoty

- parametry równania

t - czas mielenia

dla zmiany mocy

gdzie:
- wartość mocy w czasie

- wartość asymptoty

- parametry równania

t - czas

Powyższe spostrzeżenia pozwoliły na postawienie hipotezy, że w związku ze zmianą mocy musi zmieniać się sprawność procesu mielenia. W celu jej potwierdzenia opracowano metodę pozwalającą na jej weryfikację.

• 3. Metodyka badań

• Badania zużycia mocy w procesie mielenia w młynach szybkobieżnych prowadzi się na stanowiskach młynów: rolkowo pierścieniowego oraz wibracyjnego o działaniu okresowym.

Charakterystyka techniczna młynów

Młyn rolkowo pierścieniowy: średnica komory 0,258 m, długość komory 0,06 m, średnica rolki 0,07 m, prędkość obrotowa komory młyna 95-250 obr/min, prędkość obrotowa wirnika młyna 0-700 obr/min, liczba rolek 4;

Młyn wibracyjny: średnica komory młyna0,096 m , długość komory młyna 0,06, amplituda drgań regulowana w zakresie 0-14 mm, częstotliwość drgań 24 Hz, kołowa trajektoria drgań, mielniki- kule stalowe o średnicy 13,5 mm,

Materiał modelowy: piasek kwarcowy klasy II odsiany na sicie 0,3 mm, gęstość nasypowa 1,51 g/cm², gęstość 2,66 g/cm²

Ocena efektów mielenia : pomiar powierzchni właściwej przy pomocy aparatu Towarowa

Pomiar mocy: Analizator mocy Nanovip Plus połączony z komputerem

3. Eksperyment

Odważoną masę materiały modelowego w ilości określonej przez prowadzącego umieścić w komorze wskazanego młyna. Podłączyć do sieci elektrycznej analizator mocy zgodnie z instrukcją oraz do komputera. Uruchomić program Nanovin i ustalić parametry pomiaru i rejestracji zmian mocy. Uruchomić oba napędy młyna i wyregulować obroty do zadanych wartości. Dokonać rejestracji zmian mocy w czasie 60 do 120 sekund. Zapisać otrzymane wyniki w formacie bazy danych.

4. Opracowanie wyników badań

Energia pobierana przez młyn w czasie mielenia składa się z energii efektywnej rozdrabniania oraz energii niezbędnej do pokonania oporów ruchu. Poprzez efektywną energię rozdrabniania rozumiemy tę jej część, która powoduje wzrost powierzchni właściwej produktu, natomiast pozostała energia niezbędna jest dla utrzymania ruch elementów roboczych młyna. Na rysunku przedstawiono ogólny przebieg zmian mocy pobieranej przez młyn. Pole oznaczone symbolem A stanowi efektywną energię mielenia, a pole oznaczone symbolem B energię niezbędną dla pokonania oporów ruchu. Asymptota funkcji opisującej zmiany mocy dzieli całkowitą energię pobraną przez młyn, a równą polu pod krzywą w czasie t₁do t₂, na energię efektywną i straconą. Przez sprawność chwilową rozumiemy stosunek energii efektywnej do energii całkowitej w danej chwili, natomiast stosunek energii efektywnej do całkowitej w przedziale czasu < t₁, t₂ > wyznacza sprawność w opisanym przedziale czasu.

Otrzymane wyniki pomiary zmian mocy w funkcji czasu opracować przy użyciu programu statystycznego lub arkusza kalkulacyjnego i ustalić parametry funkcji wykładniczej (równanie 2).

Narysować wykres zmiany wartości mocy pobieranej przez młyn w czasie mielenia i nanieść linię trendu.

Korzystając z opracowanego równania opisującego zmiany mocy w funkcji czasu wykonać wykres sprawności chwilowej oraz wyznaczyć sprawność w całym czasie mielenia.

5. Literatura

1.Drzymała Z., Dzik T., i inni. Badania i podstawy konstrukcji młynów specjalnych. PWN Warszawa 1992

2. Dzik T., Kaczmarczyk s. Badania zużycia energii na proces mielenia w młynach szybkobieżnych. Zeszyty Naukowe AGH nr1159, Mechanika z.13, Kraków 1983

3. Drzymała Z., Dzikt., Sidor J. Kombinatoryka w budowie młynów. Cement ,Wapno, Gips nr 12,1987

Przykład opracowania graficznego sprawozdania

Rys.1. Zmiana mocy pobieranej przez młyn w czasie mielenia

Rys.2. Chwilowa sprawność energetyczna młyna rolkowego

5

---