معدات الدوران

تعتمد معدات الغربلة الدورانية ، المستخدمة في الغربلة الميكانيكية ، على حركة دائرية للآلة . وعلى عكس الطرق الأخرى، تعمل الغربلة الدورانية بطريقة أكثر لطفًا، وهي أنسب للتعامل مع المواد الهشة، مما يُمكّنها من إنتاج منتجات أدق. [ ^{1 ] هذه} الطريقة قابلة للتطبيق في كلٍ من الغربلة الرطبة والجافة.

يتمثل أحد الاختلافات الواضحة عن التقنيات الأخرى في أن الحركة الدورانية المطبقة هنا تعتمد على الأوزان اللامركزية بدلاً من الاهتزازات ، ^{[ 2 ]} والتي يمكن تغييرها بناءً على متطلبات العملية الفردية.

في أوائل ثلاثينيات القرن العشرين، كانت معظم الفواصل الاهتزازية ذات تصميم مستطيل أو مربع ، وتعتمد على حركة ترددية بسيطة. بعد ظهور الآلات التي تستخدم الحركة الدورانية مع الحركات المدارية، حدث تغيير جذري في صناعة الآلات نتيجة لزيادة مساحة الغربال المستخدمة وسعة الفصل لكل وحدة مساحة شبكية . ^{[ 3 ]}

تحتوي المعدات الدورانية على مجموعات من البطاقات فوق بعضها البعض، مع وجود الشاشة الأكثر خشونة في الأعلى والشاشة الأكثر نعومة في الأسفل. يتم إدخال المادة المغذية من الأعلى، وتؤدي الحركة الدورانية إلى اختراق الجزيئات إلى المجموعة التالية من خلال فتحات الشاشة. ^{[ 4 ]}

تميل الأغلفة بزوايا منخفضة نسبيًا (أقل من  15 درجة) بالنسبة للمستوى الأفقي، مع حدوث دوران في المستوى الرأسي. ^{[ 5 ]} يمكن تغيير الكتل اللامركزية، فزيادة الكتلة اللامركزية العلوية تؤدي إلى زيادة في القذف الأفقي، مما يعزز تفريغ المواد كبيرة الحجم. كما أن زيادة الكتلة اللامركزية السفلية تزيد من دوران المواد على سطح الغربال، مما يزيد من كمية اختراق المواد صغيرة الحجم. ^{[ 6 ]} يتم تفريغ المواد كبيرة الحجم عبر مخرج مماس.

يُمكّن خيار تحديد عدد الطبقات معدات الفصل الدوراني من فصل المواد بدقة، لا سيما تلك التي تتكون من جزيئات متقاربة الحجم. هذه الميزة لا تُضاهى، وتُعدّ بالغة الأهمية في صناعة معالجة المساحيق التي تتعامل مع المواد الدقيقة. كما أن كفاءة الفصل العالية وسهولة الصيانة تجعلان الغربلة الدورانية تتفوق على غيرها من العمليات من حيث جودة المنتج. ^{[ 5 ]}

تتوفر تصاميم معدات الدوران الحالية في السوق، وسيتم طرح المزيد منها مع استمرار التطوير. وقد أظهرت الدراسات الحديثة وجود تحسينات محتملة لعملية فصل فعالة واقتصادية . ^{[ 7 ]}

تشمل التطبيقات الشائعة عمليات الفصل المستخدمة في الصناعات التحويلية ، والصناعات الغذائية ، والصناعات الكيميائية ، والصناعات الدوائية . ويشمل ذلك الفرز، والتصنيف، والغربلة، واستخلاص الألياف، والترشيح، والفصل الأولي. يتميز الفرز الدوراني بقدرته على فصل المواد الدقيقة مقارنةً بالطرق الأخرى، ولذلك فهو أكثر ملاءمةً لمعالجة المواد الهشة. يوضح الجدول ^{[ 8 ]} أدناه العديد من التطبيقات في مختلف الصناعات.

تتوفر نماذج عامة وصناعية شديدة التحمل لمعدات الطحن الدوراني، بإطارات خشبية للنماذج العامة بهدف خفض التكاليف. أما النماذج الصناعية شديدة التحمل، فتُصنع من الفولاذ الكربوني أو الفولاذ المقاوم للصدأ . وتختلف سعات المناخل باختلاف أحجام النماذج ضمن نطاق واسع لتلبية متطلبات التطبيقات الفردية، مثل حجم المادة، والكثافة الظاهرية ، وتلوث الرطوبة، وغيرها. تتكون النماذج من سبعة طوابق كحد أقصى، مع مناخل تصل فتحاتها إلى 325 مش، مما يسمح بإجراء عمليات فصل دقيقة لأدق المواد. وتُعد هذه الميزة مفيدة في صناعة معالجة المساحيق، حيث تُستخدم مساحيق دقيقة ذات أحجام متقاربة نسبيًا. ويجب حساب فتحات المناخل للطوابق المختلفة بدقة لضمان الفصل الدقيق.

تُستخدم النماذج العامة، المُجهزة بإطارات خشبية ذات تدعيمات أقل، في التطبيقات التي تتضمن مواد ذات أحجام متفاوتة بشكل واضح. ومن الأمثلة على ذلك إزالة الشوائب من رقائق الخشب لإنتاج وقود الكتلة الحيوية . في هذه الحالة، يُفرغ المنتج المطلوب من خلال المنخل ذي الفتحات الأكبر، بينما تترسب الشوائب الأصغر في الإطارات السفلية. تُختار هذه النماذج لأغراض اقتصادية أكثر، وهي أقل شيوعًا.

تنقسم معدات الدوران إلى وحدة علوية ووحدة سفلية. تتكون الوحدة العلوية من إطارات غربلة مدعومة بنوابض متينة متصلة بقاعدة دائرية، مما يسمح باهتزاز الوحدة العلوية بحرية. كما تُثبّت نوابض دعم ثانوية للتشغيل الشاق، لمنع وصول اهتزاز الوحدة العلوية إلى الأرض. أما قاعدة الآلة (الوحدة السفلية) فتتكون من أوزان لا مركزية علوية وسفلية متصلة بمحرك قوي. ويتم استهلاك الحد الأدنى من الطاقة بفضل تركيب أعمدة مزدوجة ممتدة على المحركات، والمتصلة بكل من الأوزان اللامركزية العلوية والسفلية. ويمكن تركيب منصات الغربلة فوق بعضها البعض داخل تجميع الآلة باستخدام إطارات فاصلة متصلة ببعضها بواسطة مشابك سريعة الفك مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ. ^{[ 12 ]}

تتوفر كميات كبيرة من تصميمات المعدات الدورانية، وتتضمن بعض خصائص التصميم المحتملة ما يلي: ^{[ 13 ] [ 14 ]}

• معدلات التغذية من 1 إلى 50000  كجم/ساعة
• طبقات الشاشة تصل إلى 7
• تردد دوران التشغيل عند 700-1450  دورة في الدقيقة
• مساحة الفحص تتراوح بين 1800 و24800  سم ^مربع
• قطر الشاشة من 600 إلى 1500  مم
• استهلاك الطاقة من 5.5 إلى 7.5  كيلوواط
• فتحات شبكية بقياس 20  ميكرومتر - 20  مليمتر
• مواد البناء

المعدات الدورانية قادرة على معالجة كميات تغذية تصل إلى 500  طن/(ساعة·م ² ) بكفاءة فصل تصل إلى 98% للعمليات الجافة، مع عدم انخفاض قطر المواد المراد فصلها عن 4  ميكرومتر.

أما العمليات الرطبة من ناحية أخرى فلا يمكنها تحقيق كفاءة عالية نسبياً (85٪) إلا إذا كان محتوى الرطوبة أعلى من 70٪.

يمكن تغيير الأوزان اللامركزية وفقًا لذلك للحصول على النسبة المطلوبة من المنتجات الخشنة مقابل المنتجات الناعمة.

يُعطى عامل كفاءة الفصل بالمعادلة التالية: ^{[ 15 ]}

${\displaystyle Efficiency\;Factor={\frac {m_{o}\;M_{o}}{C\;(1-m_{o})}}}$

1

أين${\displaystyle m_{\text{o}}}$هي نسبة الأحجام الصغيرة إلى الأحجام الكبيرة و${\displaystyle M_{\text{o}}}$هي كتلة المواد كبيرة الحجم في العلف.

ومع ذلك، يجب تضمين عامل معامل التصحيح في حالة وجود عدة مجموعات، كما هو موضح في الجدول ^{[ 15 ]} أدناه.

يعود ذلك إلى الخطأ المتراكم لكل مجموعة. يتم ضرب عامل الكفاءة بعامل التصحيح للحصول على تقدير أكثر دقة.

تكون درجة إزالة العمليات الرطبة أقل من نظيراتها الجافة، وهو ما يفسر التغير في الخصائص الفيزيائية والميكانيكية للجسم.

يُظهر اتجاه المنحنى أن مواد التغذية التي تحتوي على نسبة رطوبة أعلى من 70٪ هي الأنسب للغربلة الدورانية.

يلعب كل من الوزن اللامركزي العلوي والسفلي دورًا هامًا في تحديد نسبة المنتجات الخشنة إلى الناعمة. يُغير العزم الحركي الناتج عن الأوزان اللامركزية الإضافية من تأرجح التذبذب ، مما يُنتج مخرجات بمعدلات وتراكيب مختلفة. زيادة الوزن اللامركزي العلوي تُعزز تفريغ المواد الخشنة، بينما تُعظم زيادة الوزن اللامركزي السفلي كمية المواد المُفرغة في الأسفل. يوضح الجدول أدناه هذه العلاقات لتصميم ثابت.

يرتبط العزم الحركي بالأوزان اللامركزية بالمعادلات التالية: ^{[ 17 ]}

$// _ {x}\\{sin[(\theta (t)+\phi ){\frac {d}{D_{u}}}]}\;m_{u}\;r_{u}\;({\frac {dN\pi }{30D_{u}}})^{2}\;\eta _{y}\\-m_{u}\;g\;\eta _ {ض} \ النهاية {بمصفوفة}}}$

2

${\displaystyle F_{n}(\theta )={\begin{bmatrix}{cos[-(\theta (t)-\phi ){\frac {d}{D_{n}}}]}\;m_{n}\;r_{n}\;({\frac {dN\pi }{30D_{n}}})^{2}\;\eta _{x}\\{sin[-(\theta (t)-\phi ){\frac {d}{D_{n}}}]}\;m_{n}\;r_{n}\;({\frac {dN\pi }{30D_{n}}})^{2}\;\eta _{y}\\-m_{n}\;g\;\eta _{z}\end{bmatrix}}}$

3

${\displaystyle F_{s}(\theta )=\vert F_{u}(\theta )+F_{1}(\theta )+\cdots +F_{n}(\theta )\vert }$

4

أين${\displaystyle \theta }$هو موضع العجلة السفلي أو العلوي (راديان)،${\displaystyle \phi }$هي زاوية الطور (راديان)،${\displaystyle m}$كتلة العجلة،${\displaystyle N}$هي سرعة دوران عمود المحرك (بالدورات في الدقيقة) و${\displaystyle \eta }$هو معامل نقل القوة.

لا يُعتبر جهاز الدوران غير صالح إلا إذا كان حجم مادتين أو أكثر من المواد المراد فصلها أصغر من 4 ميكرومتر ، وهو حجم يختلف باختلاف أبعاد الجهاز. وقد حُسبت القيمة المقترحة البالغة 4 ميكرومتر باستخدام أبعاد أكبر نموذج متوفر بأكبر نصف قطر دوران ممكن. أما السرعة الحرجة، التي لا يمكن للمواد تجاوزها وإلا سيفشل التشغيل، فتُعطى بالمعادلة: ^{[ 5 ] [ 18 ] [ 19 ]}  

${\displaystyle v_{c}=(D_{a}-{\frac {d_{p}}{2}}){\sqrt {\frac {g}{2D_{a}}}}}$

5

أين${\displaystyle D_{\text{a}}}$هو طول ضلع الفتحة و${\displaystyle d_{\text{p}}}$هو قطر الجسيم.

تسمح معادلات القصور الذاتي الدوراني بإجراء الحسابات لنماذج مختلفة ذات أبعاد مختلفة.

تعتمد آلية تشغيل معدات الفصل الدوراني النموذجية على ثقل لا مركزي وإطارات غربلة. تُوزّع المواد على سطح الغربال، ويُسمح للمواد ذات الحجم الأصغر بالمرور عبره. يُوصى باتباع قاعدة عامة لضمان كفاءة فصل عالية وتشغيل سلس:

• زاوية ميل الشاشة : تم اختيار 10-12 درجة لتحقيق أعلى كفاءة فصل مع سعة الفرز المطلوبة، كما هو موضح في الجدول ^{[ 6 ]} أدناه.

• مساحة الغربال : تشير مساحة الغربال الأكبر إلى قدرة غربلة أعلى. تبلغ أكبر مساحة متاحة حوالي 25000  سم² ^، وستؤدي المساحة الأكبر إلى توزيع غير متساوٍ للمواد على سطح الغربال.

• عدد طبقات الغربلة : تتطلب الخلطات التي تحتوي على مواد متقاربة الأحجام طبقات غربلة أكثر. تتوفر الغرابيل بأنواع وأبعاد ومواد مختلفة. ^{[ 20 ]} يُفضل استخدام عدد أقل من طبقات الغربلة للحفاظ على جودة المنتج (أقل من 4).
• مواد تصنيع الإطارات : تُختار الإطارات الخشبية للعمليات الاقتصادية وسهولة التعامل. أما الفولاذ الكربوني أو الفولاذ المقاوم للصدأ فيُختاران للعمليات الشاقة وللمنتجات عالية الجودة. ^{[ 21 ]}
• تردد التشغيل : يشير عدد الدورات الأعلى في الدقيقة إلى معدل فصل أسرع على حساب الحاجة إلى مزيد من الطاقة، والتي يتم توفيرها بواسطة محرك.
• نقاط التغذية : يُفضل استخدام منفذ تغذية واحد على منافذ التغذية المتعددة نظرًا لتعقيد عملية التحكم فيها، على الرغم من ارتفاع معامل الفصل. ^{[ 7 ]}
• المعالجات الأولية : يُنصح بفحص المواد كبيرة الحجم التي يزيد  قطر فتحتها عن 5 مم مسبقًا لتجنب تلف المعدات. ^{[ 22 ]} تكفي معدات الغربلة البسيطة لغربلة المواد ذات الأحجام الكبيرة.