Конструкция и испытания струнного грохота

УДК 622.333.622.721

И.И. Демченко, О.С. Игнатова, И.С. Плотников

КОНСТРУКЦИЯ И ИСПЫТАНИЯ СТРУННОГО ГРОХОТА

Аннотация. Для сортировки угля предложено использовать струнный грохот, разработанный в Сибирском федеральном университете. Он конструктивно прост, не создает вибрации. В нем используется гравитационный способ подачи и грохочения сортируемого угля, что позволило отказаться от привода. Приведена конструкция грохота и изготовлена его действующая модель. Для повышения эффективности сортировке в конструкции на просеивающих поверхностях предлагается применить кантователи, задача которых, также используя силы гравитации переворачивать куски сортируемого угля. При этом с крупных кусков угля стряхиваются, находящиеся на них мелкие фракции и пыль, чем достигается повышение эффективности работы грохота. Наличие кожуха, закрывающего грохот во время работы, удовлетворяет экологическим требованиям, предъявляемым к эксплуатации горного оборудования. Для оценки эффективности сортировки струнного грохота проведен контрольный рассев материала, изготовленного из пенополистирола и дерева для разных классов крупности. Получены результаты контрольного рассева материала отдельно из пенополистирола и дерева, а также совместной их сортировки. Проведены расчеты эффективности сортировки материала из дерева и смешанного (пенополистирол и дерево) на модели струнного грохота. Эффективность сортировки модели струнного грохота составляет 81,62—98,49%, причем с увеличением угла наклона просеивающих секций и передней стенки эффективность сортировки снижается.

Ключевые слова: грохот, сортировка, рассев, просеивающие секции, кантователи, бункер, угол наклона, класс крупности, эффективность.

Задача обеспечения энергией — одна из самых важных для всех отраслей промышленности. Угольная генерация, благодаря относительно невысокой стоимости и устойчивости цен по сравнению с природным газом и нефтью, а также обширной ресурсной базе, позволяет ее решить.

При этом уголь является самым распространенным теплоэнергетическим ресурсом в мире и по объемам превосходит все остальные виды ископаемого топлива, что в долгосрочной перспективе и делает его самым дешевым и востребованным [1—3].

Доля электроэнергии, полученной за счет сжигания угля, достаточно велика и в дальнейшем будет увеличиваться.

DOI: 10.25018/0236-1493-2018-8-0-147-155

Министерством энергетики Российской Федерации разработана долгосрочная программа развития угольной промышленности на период до 2030 г., одними из основных целей которой являются увеличение поставок российского угля для нужд электроэнергетики, а также увеличение объемов добычи угля до 480 млн т с 352 млн т в 2013 г. (рост на 36%) [4—6].

Добываемый рядовой уголь перед отправкой потребителям необходимо переработать, так как сжигание низкосортного угля не столь эффективно, как сортового. Для сортировки, то есть разделения угля на фракции по крупности, применяют различные типы грохотов, которые являются незаменимым обору-

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2018. № 8. С. 147-155. © И.И. Демченко, О.С. Игнатова, И.С. Плотников. 2018.

дованием на обогатительных фабриках, а также входят в состав дробильно-сор-тировочных комплексов на горнодобывающих предприятиях [7—9].

В настоящее время при рассортировке угля по классам крупности применяют инерционные и самобалансные грохоты, которые повышают стоимость сортового топлива. Вместе с тем потенциал струнных и колосниковых грохотов, использующих гравитационный метод рассортировки и характеризующийся простотой и дешевизной полученного продукта, далеко не исчерпан. В Сибир -ском федеральном университете разработан струнный грохот (СГ) для сортировки угля, защищенный патентом России [10], фотография физической модели которого представлены на рис. 1.

Принцип работы заключается в следующем: рядовой уголь через загрузочный бункер 1 попадает на наклонно установленную переднюю стенку 2. Наклон передней стенки позволяет сортируемому материалу скользить по ней, что уменьшает измельчение материала и дает

возможность набрать необходимую скорость для прохождения просеивающих секций 5, которые представляют собой поля с натянутыми струнами 3. Расстояние между струнами каждой просеивающей секции соответствуют задерживаемому классу крупности, уменьшаясь от верхней, самой крупной, до нижней, самой мелкой. В верхней части просеивающих секций между струнами установлены свободно вращаются на поперечных струнах кантователи 4.

Лопатки кантователей, взаимодействуя с сортируемым материалом, помогают углю переворачиваться, стряхивая с себя более мелкие фракции, чем способствуют более качественной рассор-тировке.

Куски угля размером меньше межструнного расстояния под действием силы тяжести проваливаются на среднюю и далее на нижнюю просеивающую секцию. Задержанный уголь определенного класса крупности на каждой просеивающей секции попадает в приемные бункеры 6. Сверху и по бокам грохот закрыт

Рис. 1. Действующая модель струнного грохота: 1 — загрузочный бункер; 2 — передняя стенка (из оргстекла); 3 — просеивающие секции; 4 — кантователи; 5 — струны просеивающих секций; 6 — приемные бункеры; 7 — стойка для регулирования угла наклона передней стенки р Fig. 1. Working model of string screen: 1—overhead bin; 2—front wall (Plexiglas); 3—screening panels; 4—downtilters; 5—strings on screening panels; 2—receiving bunker; 7—stand for adjusting the front wall inclination angle В

Рис. 2. Действующая модель струнного грохота: a — угол наклона просеивающих секций, р — угол наклона передней стенки

Fig. 2. Working model of string screen: a—inclination of screening panels, p—inclination of front wall

кожухом (на фото снят) предотвращающим запыление при сортировке.

Помимо обоснования преимуществ технических характеристик СГ необходимо также оценить эффективность сортировки СГ. Для этого на действующей модели струнного грохота были проведены контрольные испытания при различных углах наклона просеивающих секций а и передней стенки р (рис. 2).

В качестве сортируемого материала были изготовлены кубики из пенополи-стирола и дерева (сосны) (рис. 3), соответствующие определенным классам крупности и имеющие свои размеры, представленные в табл. 1.

Сортируемый материал загружался в загрузочный бункер 1. Затем с помощью стойки 7 и транспортира устанавливался необходимый угол наклона просеивающих секций а и передней стенки р. Далее открывался затвор в загрузочном бункере 1, и сортируемый материал, катясь под действием силы тяжести по передней стенке 2, попадал на верхнюю просеивающую секцию 3, где переворачивался кантователями 4. Куски сор-

тируемого материала, большие, чем промежутки между струнами, задерживались на струнах 5 и транспортировались в приемный бункер 6 верхней секции. Более мелкая фракция, прошедшая через верхнюю просеивающую секцию, попадала на среднюю секцию 3, где по струнам 5 транспортировалась в свой приемный бункер 6. Мелкий гранулометрический состав задерживался на нижней просеивающей секции 3 и попадал в приемный бункер 6 для мелкой фракции. Самая мелкая фракция, не задерживаясь на просеивающих секциях 3, под действием силы тяжести попадала в приемный бункер 6 подрешетного материала.

Состав сортируемого материала, задержанного верхней просеивающей секцией и собранного в приемном бункере (надрешетный продукт), был рассчитан с целью получения его процентного содержания к исходному питанию, а также содержания более мелкого класса (под-решетный продукт), который остался на верхней просеивающей секции и попал в бункер.

Размеры сортируемого материала, соответствующие классам крупности Material fractions per size grades

Сортируемый материал Класс крупности а, мм Размеры, мм Объемный вес, кг/м3

Деревянные кубики 200-300 82*82*82 450

100-200 52*52*52

50-100 25*25*25

25-50 15*15*15

Пенополистирольные кубики 200-300 80*80*80 30

100-200 55*55*55

50-100 25*25*25

25-50 18*18*18

Для расчета эффективности СГ использовалась формула [11, 12]:

100-

Э = ^-

Б-

где х — содержание сортируемого материала, прошедшего через просеивающую секцию (подрешетный продукт) к исходному питанию, %; у — содержание подрешетного продукта на просеивающей секции (в надрешетном продукте), %.

Для определения эффективности сортировки проведен контрольный рассев сортируемого материала, результаты которого представлены в табл. 2—4.

Используя данные в табл. 1 находим:

• содержание подрешетного продукта (класс 25—200 мм) в исходном питании:

х1 = 12,68 + 28,17 + 52,11 = 92,96 %;

• содержание подрешетного продукта (класс 25—200 мм) в надрешетном продукте верхней секции:

у1 = 16,67 + 0 + 0 = 16,67 %.

КПД верхней просеивающей секции по формуле (1):

100-

Эвс =-Ц-!-:—£-100 = 98,49

в с' 92,96-

Рис. 3. Сортируемый материал для испытаний модели СГ Fig. 3. Material for grading testing of string screen model

Результаты контрольного рассева сортируемого материала из пенополистирола Check screening results in grading of foamed polystyrene

Класс крупности просеиваемого материала, мм Исходное питание, % Угол наклона просеивающих секций а, град Угол наклона передней стенки Р, град Выход надрешетного продукта, %

верхняя секция средняя секция нижняя секция

200-300 7,04 30 60 83,33 — —

100-200 12,68 16,67 80 —

50-100 28,17 0 20 81,82

25-50 52,11 0 0 18,18

Итого 100 100 100 100

200-300 7,04 40 70 71,43 — —

100-200 12,68 28,57 70 —

50-100 28,17 0 30 77,27

25-50 52,11 0 0 22,73

Итого 100 100 100 100

200-300 7,04 50 80 62,5 — —

100-200 12,68 37,5 60 —

50-100 28,17 0 40 72,73

25-50 52,11 0 0 27,27

Итого 100 100 100 100

Таблица 3 Результаты контрольного рассева сортируемого материала из дерева Check screening results in grading of wood

Класс крупности просеиваемого материала, мм Исходное питание, % Угол наклона просеивающих секций а, град Угол наклона передней стенки Р, град Выход надрешетного продукта, %

верхняя секция средняя секция нижняя секция

200-300 10,53 30 60 80 — —

100-200 15,79 20 83,33 —

50-100 21,05 0 16,67 87,5

25-50 52,63 0 0 12,5

Итого 100 100 100 100

200-300 10,53 40 70 66,67 — —

100-200 15,79 33,33 66,67 —

50-100 21,05 0 33,33 85,71

25-50 52,63 0 0 14,29

Итого 100 100 100 100

200-300 10,53 50 80 57,14 — —

100-200 15,79 42,86 60 —

50-100 21,05 0 40 85,71

25-50 52,63 0 0 14,29

Итого 100 100 100 100

Результаты контрольного рассева сортируемого материала из пенополистирола и дерева

Check screening results in grading of foamed polystyrene and wood mixture

Класс крупности просеиваемого материала, мм Исходное питание, % Угол наклона просеивающих секций а, град Угол наклона передней стенки Р, град Выход надрешетного продукта, %

верхняя секция средняя секция нижняя секция

200—300 8,26 30 60 75 - —

100—200 13,76 25 85,71 —

50—100 25,69 0 14,29 70,27

25—50 52,29 0 0 29,73

Итого 100 100 100 100

200—300 8,26 40 70 69,23 — —

100—200 13,76 30,77 73,33 —

50—100 25,69 0 26,67 66,67

25—50 52,29 0 0 33,33

Итого 100 100 100 100

200—300 8,26 50 80 64,29 — —

100—200 13,76 35,71 66,67 —

50—100 25,69 0 33,33 67,65

25—50 52,29 0 0 32,35

Итого 100 100 100 100

Выход класса 25—200 мм (от исходного питания), поступающего на среднюю секцию:

92,96-98,49

Q _ Х1 ' ЭВ.С

cpc 100

100

= 91,56

Далее находим содержание подре-шетного продукта (класс 25—100 мм) в исходном питании:

х2 = 28,17 + 52,11 = 80,28 %. Содержание подрешетного продукта (класс 25—100 мм) в надрешетном продукте средней секции:

у2 = 20 + 0 = 20%. КПД средней просеивающей секции

(1):

100 •( 0 с- у Л

я =-^-4-100 =

Эсрс-

100

100 = 97,7

Выход класса 25—100 мм (от исходного питания), поступающего на нижнюю секцию:

е„

Х2 'Эср.с

100 80,28-97,7

100

= 78,93

Также по табл. 1 находим содержание подрешетного продукта (класс 25— 50 мм) в исходном питании: х3 = 52,11%.

Содержание подрешетного продукта (класс 25—50 мм) в надрешетном продукте нижней секции: у3 = 18,18%. КПД нижней просеивающей секции

(1):

100 •

Э

QHC-

100-

•100:

. . 100 = 93,98

78,43-

Следовательно, эффективность сортировки СГ при угле наклона просеиваю-

Таблица 5

Эффективность сортировки модели струнного грохота String screen grading efficiency

Сортируемый материал Угол наклона просеивающих секций а, град Угол наклона передней стенки р, град Содержание подрешетно-го продукта верхней (1), средней (2) и нижней (3) секции, % Содержание подрешетного продукта в надрешетном продукте верхней (1), средней (2) и нижней (3) секции, % КПД верхней (1), средней (2) и нижней (3) просеивающей секции, % Выход класса (от исходного питания), поступающего на следующую секцию, %

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

Пено-полисти-рол 30 60 92,96 80,28 52,11 16,67 20 18,18 98,49 97,7 93,89 91,56 78,43 -

40 70 92,96 80,28 52,11 28,57 30 22,73 96,97 95,31 90,97 90,14 76,52 -

50 80 92,96 80,28 52,11 37,5 40 27,27 95,46 91,54 86,47 88,74 73,49 -

Дерево 30 60 89,47 73,68 52,63 20 16,67 12,5 97,06 96,97 94,29 86,84 71,45 -

40 70 89,47 73,68 52,63 33,33 33,33 14,29 94,12 90,62 91,7 84,21 66,77 -

50 80 89,47 73,68 52,63 42,86 40 14,29 91,17 84,94 90,03 81,57 62,58 -

Пено-полисти-рол и дерево 30 60 91,74 77,98 52,29 25 14,29 29,73 97 97,94 86,91 88,99 76,37 -

40 70 91,74 77,98 52,29 30,77 26,67 33,33 96 95,07 82,56 88,07 74,14 -

50 80 91,74 77,98 52,29 35,71 33,33 32,35 95 92,63 81,62 87,15 72,23 -

'Jl

u>

щих секций а = 30° и угле наклона передней стенки р = 60° составляет 93,89— 98,49%.

Расчеты эффективности сортировки струнного грохота по данным табл. 3, 4 (для сортируемого материала из дерева и смешанного (пенополистирол и дере-

во)) проводились аналогично и представлены в табл. 5. Таким образом, эффективность сортировки модели струнного грохота составляет 81,62—98,49%, причем с увеличением угла наклона просеивающих секций а и передней стенки р эффективность сортировки снижается.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Таразанов И. Г. Итоги работы угольной промышленности России за январь—сентябрь 2017 года // Уголь. — 2018. — № 1. — С. 18—34.

2. Яновский А.Б. Основные тенденции и перспективы развития угольной промышленности России // Уголь. — 2017. — № 8. — С. 10—14.

3. Rong Zhang. New insights into the permeability-increasing area of overlying coal seams disturbed by the mining of coal // Journal of Natural Gas Science and Engineering. — 2018. — no 1. — Pp. 352—364.

4. Вержанский А. П. Экологизация угольной генерации // Уголь. — 2017. — № 9. — С. 11—16.

5. Петров И. В. Экономическая оценка энергоэффективности углеэнергетических технологий // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2014. — ОВ 1. — С. 180—189.

6. Плакиткина Л. С. Анализ развития добычи энергетического угля в основных странах мира в период за 2000—2014 гг. и тенденции перспективного развития // Уголь. — 2017. — № 3. — С. 83—89.

7. Демченко И. И., Муленкова А. О. О возможности размещения перерабатывающего оборудования в забое разреза для получения сортового угля // Известия вузов. Горный журнал. — 2017. — № 8. — С. 26—32.

8. E. Fathi Salmi. Numerical analysis of a large landslide induced by coal mining subsidence // Engineering Geology. — 2017. — no 1. — Pp. 141—152.

9. Jiuping Xu. Ecological coal mining based dynamic equilibrium strategy to reduce pollution emissions and energy consumption // Journal of Cleaner Production. — 2017. — no 11. — Pp. 514—529.

10. Демченко И. И., Игнатова О. С., Плотников И. И. Струнный грохот. Патент РФ № 2568460 МПК В07В 1/00 Бюлл. изобр. № 32, опубл. 20.11.2015 г.

11. Волков Р.А., Гнутов А.Н. и др. Конвейеры: Справочник. — Л.: Машиностроение, 1984. — 367с.

12. Демченко И. И., Плотников И.С. Расчет параметров грохота с канатным движущимся полем // Горное оборудование и электромеханика. — 2014. — № 10. — С. 30—35. ti^

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Игорь Иванович Демченко1 — доктор технических наук, профессор,

e-mail: demtchenkoii@yandex.ru,

Ольга Сергеевна Игнатова1 — старший преподаватель,

e-mail: ignatova.ol@mail.ru,

Иван Сергеевич Плотников1 — кандидат технических наук, доцент, e-mail: bigiv89@yandex.ru, 1 Сибирский федеральный университет.

ISSN 0236-1493. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2018. No. 8, pp. 147-155.

String screen design and testing

Demchenko I.I.1, Doctor of Technical Sciences, Professor, e-mail: demtchenkoii@yandex.ru,

Ignatova O.S.1, Senior Lecturer, e-mail: ignatova.ol@mail.ru,

Plotnikov I.S.1, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, e-mail: bigiv89@yandex.ru,

1 Siberian Federal University, 660041, Krasnoyarsk, Russia.

Abstract. It is proposed to perform coal grading using a string screen designed at the Siberian Federal University. The screen has a simple design and is free of vibrating. It implements gravity method to feed and screen coal, which enables a driving unit to be eliminated. The screen design is presented, and its working model is manufactured. To make grading more efficient, it is suggested to equip screening panels with downtilters intended to tilt coal using the gravity force. In this case, fine particles and dust are removed from large coal lumps, which increases efficiency of the screen. The housing meant to close the screen during operation meets ecological standards imposed on mining equipment. Aiming to evaluate grading quality of the string screen, check screening of foamed polystyrene and wood composed of various size particles was undertaken. The check screening was performed separately for foamed polystyrene and wood, as well for their mixture. The foamed polystyrene grading efficiency by the string screen with the screening panels inclined at 30° and the front wall slope of 60° was 93.89-98.49%. Furthermore, grading efficiency was estimated for foamed polystyrene and polystyrene and wood mixture on the string screen model. The string screen model grading efficiency makes 81.62-98.49%, and the efficiency of grading worsens with an increase in the inclination of the screening panels and front wall.

Key words: screen, grading, screening, screening panels, downtilter, bunker, inclination, size grade, efficiency.

DOI: 10.25018/0236-1493-2018-8-0-147-155

REFERENCES

1. Tarazanov I. G. Itogi raboty ugol'noy promyshlennosti Rossii za yanvar'—sentyabr' 2017 goda [Performance of coal industry in Russian in January-September 2017: Resume], Ugol'. 2018, no 1, pp. 18—34. [In Russ].

2. Yanovskiy A. B. Osnovnye tendentsii i perspektivy razvitiya ugol'noy promyshlennosti Rossii [Main trends and development prospects in coal industry in Russia], Ugol'. 2017, no 8, pp. 10—14. [In Russ].

3. Rong Zhang. New insights into the permeability-increasing area of overlying coal seams disturbed by the mining of coal. Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2018. no 1. Pp. 352—364.

4. Verzhanskiy A. P. Ekologizatsiya ugol'noy generatsii [Ecologization of coal generation], Ugol'. 2017, no 9, pp. 11—16. [In Russ].

5. Petrov I. V. Ekonomicheskaya otsenka energoeffektivnosti ugleenergeticheskikh tekhnologiy [Economic appraisal of energy efficiency of coal-fired power generation technologies], Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2014. Special edition1, pp. 180—189. [In Russ].

6. Plakitkina L. S. Analiz razvitiya dobychi energeticheskogo uglya v osnovnykh stranakh mira v period za 2000—2014 gg. i tendentsii perspektivnogo razvitiya [Expansion of power-generating coal mining in major countries over the period of 2000—2014 and future development trends], Ugol'. 2017, no 3, pp. 83—89. [In Russ].

7. Demchenko I. I., Mulenkova A. O. O vozmozhnosti razmeshcheniya pererabatyvayushchego oboru-dovaniya v zaboe razreza dlya polucheniya sortovogo uglya [Potential of placement of preparation equipment at the face for graded coal production in open pit mine]. Izvestiya vuzov. Gornyyzhurnal. 2017, no 8, pp. 26—32. [In Russ].

8. E. Fathi Salmi. Numerical analysis of a large landslide induced by coal mining subsidence. Engineering Geology. 2017. no 1. Pp. 141—152.

9. Jiuping Xu. Ecological coal mining based dynamic equilibrium strategy to reduce pollution emissions and energy consumption. Journal of Cleaner Production. 2017. no 11. Pp. 514—529.

10. Demchenko I. I., Ignatova O. S., Plotnikov I. I. Patent RU 2568460 MPK V07V1/00, 20.11.2015.

11. Volkov R. A., Gnutov A. N. Konveyery: Spravochnik [Conveyors: Handbook], Leningrad, Mashinostro-enie, 1984, 367p.

12. Demchenko I. I., Plotnikov I. S. Raschet parametrov grokhota s kanatnym dvizhushchimsya polem [Rope screen parameter analysis]. Gornoe oborudovanie i elektromekhanika. 2014, no 10, pp. 30—35. [In Russ].

A