Мы отправляемся на крупнейший в России глинозёмный комбинат. Здесь из бокситов получают глинозём - важный сырьевой компонент для производства алюминия. Это место, где промышленность соединяет науку и технологии, превращая сырьё в основу для будущих высокотехнологичных изделий. Классическое для таких мест фото: живые растения, брэндированный календарик с девчонками и объявление об обязательном ношении масок (проект реализовывался во времена "ковида"). Настоящий производственный шик!
Одним из ключевых элементов оборудования такого производства является устройство для перемешивания пульпы, которое и подверглось модернизации с нашим участием. Давайте разберёмся, что это такое и зачем оно нужно.
Дисклеймер по поводу терминологии
Статью писал инженер-конструктор, а не химик-технолог, поэтому в части названий растворов и химических процессов, протекающих в них, могут содержаться досадные оплошности.
Что такое пульпа?
Пульпа - это суспензия, состоящая из глинозёмной руды, воды и химических реагентов. Она является важным этапом в процессе производства глинозёма по так называемому Байеровскому методу. По сути, это "коктейль", который никто не закажет в баре, но который обязателен на заводе. В этом "коктейле" происходят химические реакции, поэтому важно обеспечить его равномерное перемешивание.
В чём сложность перемешивания?
Процесс переработки бокситов требует высокой точности и однородности. Если пульпа недостаточно перемешана, это может привести к неравномерному распределению реагентов, снижению эффективности реакций, увеличению отходов производства.
Как устроено устройство перемешивания?
Устройство представляет собой бочку, диаметром окололо 4...5 метров, в которой установлена мешалка в виде вращающегося вала с траверсами. На траверсах закрепелены цепи. Сверху на бочке стоит тихоходный мотор-редуктор, который через карданный шарнир приводит мешалку в движение.
Особенность конструкции в том, что траверсы и цепи со временем обрастают занчительным количеством отложений. Остановка оборудования для чистки производиится раз в шесть месяцев, т.е. примерно, как генеральная уборка у холостяка в квартире. Это значит, что элементы конструкции и привод должны быть рассчитаны на долговременную работу в таких суровых условиях. Никаких подшипников качения и манжет в конструкции не предусмотрено, т.к. они попросту не выживут. Ниже приведена фотография сосуда с мешалкой (слева), а также мотор-редуктор на 55 кВт, стоящий на крышке этого самого сосуда (справа).
Задачи модернизации
Стабильная работа таких устройств напрямую влияет на экономическую эффективность предприятия. Чем выше качество перемешивания, тем меньше потерь, выше производительность и, соответственно, конкурентоспособность продукции. Умные химики-технологи провели некоторые реологические расчёты на компьютере и высказали гипотезу о том, как нужно поменять конструкцию траверс и цепей, чтобы увеличить эффективность процесса. Нам, простым инженерам, остаётся лишь одно: не облажаться выполнить реверс-инжиниринг существующего оборудования и разработать чертежи на обновлённую мешалку с учётом данных от химиков-технологов.
Снятие размеров и построение модели
Отправка конструкторов на большой производственный объект в первую очередь тянет за собой кучу бюрократических процедур:
-
согласование дат поездки с принимающей стороной;
-
сдача тестов на "ковид";
-
уточнение требований к спецодежде (спойлер: ничего яркого и красивого);
-
подготовка необходимого для работы инструмента;
-
согласование порядка заноса и выноса инструмента на территорию;
-
гостиница и перелёт;
-
вводный инструктаж по безопасности;
-
подготовка протокола по результатам поездки, согласование его с заказчиком.
Какие-то старые чертежи нам удалось разыскать на самом предприятии. Размеры с существующего прототипа снимали рулеткой. Насколько работа конструктора может быть тёмной и грязной, можно оценить по фото ниже.
Также уточнили марку существующего мотор-редуктора. Померяли ток на включенных мешалках, чтобы оценить запас мощности. Ну а далее - дело техники. Строим 3D модель и согласуем технические решения с заказчиком.
Расчёты на прочность и выпуск КД
Усложнение конструкции траверс с цепями поставило под вопрос прочность карданнного шарнира, который соединяет вал с мотор редуктором, поэтому было принято решение проверить его на прочность. Расчёт выполнялся с применением МКЭ (метода конечных элементов). В качестве максимальной нагрузки был принят номинальный момент, который выдаёт мотор-редуктора, а он в данном механизме составляет внушительные 30 кНм.
Для протокола отметим, что, несмотря на простоту конструкции, наши конструктора выпустили 77 листов чертежей, пояснительую записку, выписку о расчётах на прочность. Как всегда: проект вроде бы не большой, а нюансов столько, что инженеры начинают думать, не проще ли было стать баристой.
Автор: volkov-kb
