Вибрационные конвейеры и технологические машины на их основе

Среди большого количества разнообразных видов внутрицехового транспорта вибрационный транспорт занимает более чем скромное место. А вместе с тем эти конвейеры являются одним из наиболее экологически чистых видов промышленного транспорта. Благодаря колебаниям грузонесущего органа движение материала при вибрационном транспортировании осуществляется путем микробросков. Поэтому внутри грузонесущих органов вибрационных конвейеров, выполненных в виде труб или желобов, отсутствуют какие-либо движущиеся части.

Вибрационные конвейеры эффективны при транспортировке пылящих, химически агрессивных, взрывоопасных, абразивных, горячих и других насыпных грузов, для перемещения которых мало или совершенно непригодны другие виды конвейеров. Плохо транспортируются вибрационным способом материалы и продукты, склонные к налипанию. Кроме того, требуется тщательный выбор параметров вибрации при транспортировке легких мелкодисперсных материалов типа цемента. Основными достоинствами вибрационного транспорта являются:

• простота конструкции;
• значительное улучшение санитарно-гигиенических условий труда и уменьшение загрязнения окружающей среды за счет возможности выполнения вибротранспортных машин в пылеплотном или герметичном исполнениях (места пересыпок материала уплотняются резиновыми герметизаторами);
• исключение возможности загрязнения транспортируемого материала посторонними веществами и его потери с просыпями и пылью;
• малый износ грузонесущего органа даже при транспортировке абразивных материалов;
• возможность совмещения процесса транспортирования с просеиванием, подогревом, охлаждением, отмывкой, смешиванием и другими технологическими операциями.

Такие конвейеры выгодно отличаются от скребковых и винтовых (шнеков) значительно меньшими металло- и энергоемкостью, надежностью в работе, низкими эксплуатационными затратами. В качестве примера на рисунке 1 приведен график расхода электроэнергии конвейеров различного типа в зависимости от их длины (данные ВНИИПТМАШа).

Рисунок 1. Расход энергии N/Q конвейерами различных типов и длины L при транспортировке горелой земли с производительностью 50 м³/ч:

1 — винтовой; 2 — скребковый; 3 — вибрационный с дебалансным приводом; 4 — ленточный

Вибрационные конвейеры применяются в промышленности строительных материалов, в химии, порошковой металлургии, огнеупорном производстве, стекольной, пищевой промышленности и во многих других отраслях народного хозяйства.

В настоящее время большинство вибрационных конвейеров, эксплуатирующихся в России, сделаны за рубежом и, как правило, входят в состав тех или иных технологических комплексов, закупленных по импорту. Значительная часть отечественных виброконвейеров после распада СССР оказались в странах СНГ.

С таким положением трудно мириться, поскольку в нашей стране еще несколько десятилетий назад в одном из институтов отрасли под руководством Ю.Н. Хажинского была разработана теория вибрационного перемещения материалов, методика расчета виброконвейеров, изготовлены и испытаны опытные образцы машин, налажено их производство. Если раньше слабое использование можно было объяснить недостаточной информацией, которую получало народное хозяйство от предприятий оборонного комплекса, то сейчас — общим упадком нашей промышленности и сохраняющейся тенденцией отдавать предпочтение зарубежной технике.

80-е годы были периодом наиболее широкого внедрения вибротехники. Было налажено ее мелкосерийное производство, ежегодно на предприятиях отрасли и народного хозяйства вводились в эксплуатацию десятки вибрационных транспортных и технологических аппаратов, создавались системы и комплексы на их основе. В 90-е годы в связи с общим упадком экономики и снижением производства спрос на вибрационные машины существенно упал, а на виброконвейеры практически сошел на нет. Однако в последнее время наметилась тенденция к оживлению отечественной промышленности, что сказалось на возобновлении интереса к вибрационной технике со стороны ряда предприятий.

К настоящему времени разработано большое количество различных конструкций и типоразмеров виброконвейеров, набор которых позволяет исчерпывающе решать самые разнообразные транспортные задачи.

Для подачи материала на небольшие расстояния (до 5 м) используются однотрубные зарезонансные вибрационные конвейеры типа КВ1Т (рисунок 2). Их техническая характеристика представлена в таблице 1.

Рисунок 2. Однотрубные вибрационные конвейеры типа КВ1Т

Таблица 1

Конвейеры типа КВ1Т состоят из транспортирующей трубы, установленной или подвешенной на упругих элементах, и вибровозбудителя. Однотрубные конвейеры в течение многих лет работают на Лыткаринском заводе оптического стекла (Московская обл.), Ключевском заводе ферросплавов (Свердловская обл.), Чимкентском ПО «Фосфор» (Казахстан) и в других местах.

Для перемещения материалов на значительные расстояния с большой производительностью широко распространены двухтрубные резонансные уравновешенные конвейеры типа КВ2Т (рисунок 3). Их техническая характеристика представлена в таблице 2.

Рисунок 3. Двухтрубный конвейер типа КВ2Т

Таблица 2

Конвейеры типа КВ2Т состоят из двух транспортирующих труб, связанных между собой упругими узлами и установленных на опорах, закрепленных на раме конвейера. Машины такого типа основаны на принципе колебания в противофазе в резонансном режиме двух равных масс. Силы инерции масс постоянно уравновешены между собой как по величине, так и по направлению, а внутри системы происходит непрерывный обмен между кинетической энергией колеблющихся масс и потенциальной энергией упругих элементов. Поэтому на рабочие органы конвейера и его привод действуют небольшие нагрузки, машины существенно не воздействуют на фундамент.

Оптимальная длина транспортирования — до 30 м, а производительность может достигать 160 м³/ч. При большой протяженности трассы конвейеры устанавливаются друг за другом и общая длина транспортирования может превышать 100 м. Конвейеры могут быть оборудованы промежуточными загрузками и разгрузками в требуемых точках по длине машины. Привод промежуточных разгрузок может иметь ручное или автоматическое (дистанционное) управление.

Вибрационные транспортные системы на базе двухтрубных конвейеров были внедрены на ряде предприятий отрасли в производстве минеральных удобрений (Приднепровский химический завод, г. Днепродзержинск, Украина; ГП «Алмаз», г. Лермонтов, Ставропольский край; АК «КАСКОРН», г. Актау, Казахстан). Крупнейшая транспортная система из виброконвейеров типа КВ2Т-0,15 общей протяженностью более 600 м была пущена в эксплуатацию в середине 80-х годов на заводе «Казогнеупор» (г. Рудный, Казахстан). Успешно работает транспортная цепочка протяженностью более 70 м из виброконвейеров КВ2Т-0,45 в кислородно-конвертерном цехе № 1 Новолипецкого металлургического комбината на загрузке сыпучих материалов в конвертер.

В последнее время широкое распространение получили желобчатые виброконвейеры с тяжелой рамой, сочетающие в себе ряд достоинств как инерционных, так и резонансных виброконвейеров. Они компактны, передают низкие динамические нагрузки на основание, устойчивы в работе вследствие малой чувствительности к колебаниям технологических нагрузок. Использование желоба в качестве грузонесущего органа облегчает (по сравнению с трубой) доступ к его внутренним поверхностям для осмотра, очистки или, при необходимости, футеровки. Выпускаются конвейеры КВ1Ж2 (рисунок 4) четырех типоразмеров с шириной грузонесущего органа от 320 до 650 мм. Длина транспортирования — от 5 до 14 м, производительность по песку — от 6 до 100 м³/ч.

Рисунок 4. Конвейер КВ1Ж2

На базе такой же структурно-динамической схемы разработано несколько типоразмеров виброконвейеров типа КВ1Т2 с грузонесущим органом в виде трубы. Их техническая характеристика представлена в таблице 3.

Таблица 3

Вибрационная транспортная система на базе конвейеров КВ1Ж2-0,32 успешно эксплуатируется с начала 80-х годов на Ульбинском металлургическом заводе (г. Усть-Каменогорск, Казахстан), что позволило существенно улучшить условия труда при работе с токсичным материалом. Виброконвейеры КВ1Ж2-0,65 с желобом, футерованным от налипания продукта транспортерной лентой, много лет работают на Приднепровском ХЗ (г. Днепродзержинск, Украина).

Для подъема материала разработаны вертикальные вибрационные конвейеры типа КВВ (рисунок 5). Грузонесущий орган этих машин представляет собой цилиндрическую закрытую колонну, внутри которой приварен спиральный транспортирующий желоб, по которому материал поднимается вверх на высоту до 3,5; 5 и 8 м для конвейеров, соответственно, типов КВВ-0,3; КВВ-0,5 и КВВ-1,0. Производительность этих машин по песку от 0,2 до 12 м³/ч.

Рисунок 5. Конвейеры КВВ

Привод конвейеров в зависимости от требования заказчиков может быть расположен в нижней или в верхней части колонны. Были разработаны также трехмассные виброконвейеры типа КВВ3-0,3 и КВВ3-0,5, высота транспортирования которых может быть увеличена вдвое (до 7 и 10 м) за счет усложнения структурно-динамической схемы машин. Вертикальные конвейеры не получили широкого распространения из-за относительно низкой производительности и высокой удельной металлоемкости, а вот технологические машины на их основе хорошо зарекомендовали себя на различных переделах.

Техническая характеристика конвейеров КВВ представлена в таблице 4.

Таблица 4

На основе вибрационных двухтрубных конвейеров типа КВ2Т-0,45 была разработана гамма вибрационных конвейеров-грохотов типа КГВ. Эти машины, предназначенные для совмещения операций отмывки (или доотмывки), грохочения, транспортирования и распределения руды по бункерам, нашли применение на рудообогатительных фабриках.

Современное состояние и развитие горного дела характеризуется постоянным усложнением горно-геологических условий добычи полезных ископаемых. В производство вовлекаются все более и более бедные руды, резко возрастают объемы их переработки. Подготовка руды для обогащения включает операции отмывки, разделения ее на несколько узких классов крупности, транспортирования и распределения по бункерам. До настоящего времени на большинстве рудообогатительных фабрик они выполняются с помощью бутар, грохотов и ленточных конвейеров.

Совмещение этих операций в одном или нескольких аппаратах, последовательно установленных друг за другом и расположенных на одной отметке, позволяет более рационально скомпоновать оборудование, уменьшить потери, связанные с переизмельчением руды при перегрузках, сократить строительные объемы зданий рудообогатительных фабрик и тем самым снизить капитальные затраты и эксплуатационные расходы.

Рисунок 6. Вибрационный конвейер-грохот

1 — короба; 2 — просеивающие поверхности; 3 — брызгала; 4 — эксцентриковый привод; 5 — опоры; 6 — упругие связи; 7 — амортизаторы; 8 — рама; 9 — двигатель

Вибрационные конвейеры — грохоты (рисунок 6) представляют двухмассную резонансную уравновешенную колебательную систему и состоят из двух рабочих органов — соединенных упругими связями коробов, выполненных на резинометаллических блоках и установленных на опорах, которые закреплены на раме конвейера — грохота. На верхнем коробе имеется эксцентриковый привод, вращающийся от электродвигателя через клиноременную передачу. Для снижения динамических нагрузок на основание под рамой устанавливаются резиновые амортизаторы. В случае необходимости конвейеры-грохоты оборудуются системой отмывки брызгального типа.

Применение двухмассной уравновешенной схемы по сравнению с однодечными грохотами позволяет без увеличения размеров по ширине практически вдвое повысить производительность машины и снизить динамические нагрузки на фундамент. Кроме того, повышается эффективность грохочения, так как благодаря предварительному разделению материала на две части искусственно повышается содержание подрешетного продукта в руде, поступающей на сито, что способствует облегчению процесса рассеивания.

Технические характеристики некоторых вибрационных конвейеров-грохотов приведены в таблице 5.

Таблица 5

Вибрационные конвейеры-грохоты были успешно внедрены на ряде рудообогатительных фабрик, в том числе на Приаргунском и Целиноградском горно-химических комбинатах. Несмотря на тяжелые условия эксплуатации, они зарекомендовали себя надежными и высокоэффективными механизмами.

Для отмывки сильнозагрязненных руд разработаны и внедрены в производство вибрационные конвейеры-промыватели КПВ-0,9. Машина представляет собой вибрационную систему с тяжелой рамой. Грузонесущий орган промывателя выполнен в виде желоба, над днищем которого на расстоянии 80 мм расположено горизонтальное щелевое сито, переходящее в наклонное. Под воздействием вибрации материал интенсивно перемешивается на сите в водной среде, которая также колеблется. Отмытый материал передвигается с горизонтального сита на наклонное, где ополаскивается с помощью брызгального устройства, и далее обезвоживается на горизонтальном сите. Отработанная вода со шламами удаляется из ванны через патрубок, а промытая руда выгружается из машины.

На базе вибрационных конвейеров разработано также большое количество разнообразных технологических машин. Большинство из них использует свойства материала изменять под действием вибрации свои реологические параметры — коэффициенты внутреннего и внешнего трения, что приводит к появлению так называемого виброкипящего слоя. При вибрации увеличивается воздухопроницаемость материала, улучшается отвод тепла от него, интенсифицируются массообменные процессы. На этом принципе действия разработаны многочисленные вибрационные охладители, сушилки, промыватели. В основе конструкции большинства из них лежат одномассные вертикальные и горизонтальные виброконвейеры, к рабочим органам которых подводятся те или иные технологические компоненты.

В качестве примера можно привести вибрационную сушилку с трубчатыми электронагревателями (ТЭНами) СВТ-0,5 (рисунок 7), предназначенную для сушки, нагрева и прокалки сыпучих неналипающих материалов. Она представляет собой вибрационный вертикальный конвейер типа КВВ с наружными витками желобчатого типа, помещенный в неподвижный четырехдверный кожух. На внутренней стороне дверей расположено 48 ТЭНов мощностью по 2,5 кВт каждый. Поступающий в сушилку материал непрерывно перемещается от нижнего витка к верхнему, подвергаясь при этом тепловому воздействию от нагретых до температуры 600° С ТЭНов в течение 8-10 мин. Этого времени достаточно, чтобы удалить из высушиваемого материала до 80 кг влаги в час или прогреть 200–300 кг/ч сухого материала до температуры 400оС.

Рисунок 7. Сушилка СВТ-0,5

Аппарат позволяет обрабатывать химически агрессивные материалы. Минимальный пылеунос, незначительные габариты, возможность очистки желоба от налипшего в процессе обработки материала и взаимозаменяемость ТЭНов при высокой эффективности процесса сушки делают аппарат привлекательным для применения во многих технологиях.

Другой пример использования вибрационных конвейеров — создание вибрационного промывателя ПВ-0,3 для непрерывной промывки сыпучих материалов в пищевой, химической, строительной и др. отраслях промышленности. В этих аппаратах, созданных на базе однотрубных вибрационных конвейеров типа КВ1Т-0,3, вибровозбудители обеспечиваеют спиралеобразное движение частиц материала внутри конвейера в водном потоке, трение их друг о друга и эффективную очистку. На выходе из промывателя продукт попадает на перфорированный лист, где с помощью брызгал вторично промывается, а грязная вода удаляется через сливной патрубок. Производительность промывателя по исходному продукту 750 кг/ч, расход воды 1 л на 1 кг отмываемого материала.

Применение вибрационных конвейеров и технологических аппаратов на их основе открывает новые возможности при создании современных технологий в самых различных отраслях народного хозяйства.