球磨機在工業應用中存在的主要問題有粉磨效率低、耗電量巨大、噪聲大、筒體襯板及研磨體的磨損率高等。對球磨機有用功率影響因素研究有利于幫助改善球磨機在上述方面的表現,有利于幫助提高球磨機的運行性能和生產能力。影響球磨機有用功率的因素較多,本文主要分析筒體轉速對球磨機有用功率的影響。
球磨機筒體內壁裝有12個24mm×24mm的矩形襯板,仿真時研磨體填充率為35%,仿真進行了6個筒體運轉周期,且每次仿真時磨機筒體都恒速運轉。研究時,轉矩和有用功率取仿真的 兩個周期的平均值。圖1給出了筒體轉矩和磨機有用功率隨轉速的變化狀況。
從圖1可以看出,最開始轉矩隨比轉速的增大而增大,在比轉速增大到60%時達到峰值。此后轉矩開始下降,下降的速度先快后慢,在比轉速到達90%后轉矩變化趨于平緩由此可見,轉矩支持介質在一個遠離簡體中心的位置上,而轉矩取決于筒體內所有介質的質量和介質群的質心與簡體中心的水平距離,能量消耗是轉矩與筒體轉速共同作用的結果。圖1中,仿真筒體轉矩對筒體轉速的變化趨勢與Moys~實驗測試結果近似,兩者都呈現先增后減的趨勢,兩者簡體轉矩出現峰值時的比轉速相同,但它們的結果相差比較大,主要原因是Moys的實驗研究時研磨體填充率達38.5%,而本文仿真的研磨體填充率為35%。
在圖1中,比轉速小于60%時,有用功率與轉矩呈現相同的變化趨勢,這是因為有用功率與轉矩有正比關系。比轉速大于60%時,轉矩由峰值回落,對應的有用功率卻沒有回落,這是因為此時轉速的增大抵消了轉矩的下降造成的影響,盡管如此有用功率的增長幅度還是出現了大幅下降。比轉速增大到 后,轉矩的回落趨于平緩,于是有用功率的值再次明顯上升,但上升的速度比比轉速在60%以下時要小,同時球磨機筒體振動出現噪音的頻率也較低。有用功率隨轉速的變化情況整體上與Hlungwani等的實驗結果吻合。
通過研究,我們發現填充率為35%,比轉速為50%-60%,介質有較合理的運動形態分布時,轉矩位于峰值附近,而球磨機的有用功率此時遠未達峰值,也就是說磨機運行條件設計時不能片面追求較大的功率,需要同時考慮介質可能的運動形態。