Одним из перспективных направлений совершенствования и развития измельчительного оборудования, использование которого позволит снизить энергозатраты, является созданный на основе разработанной классификации [1, 2] экспериментальный образец вертикальной мельницы динамического самоизмельчения системы «МКАД», структурная схема которой имеет индифферентную структурную группу [3].  Отличительной особенности мельницы этой системы является наличие в её кинематической цепи замкнутого контура.  Это позволяет при подводе потоков мощности от приводного двигателя по верхней и нижней ветви замкнутого контура к столбу измельчаемого материала за счёт их кинематического несоответствия использовать так называемую «циркулирующую» энергию, которая возникает при скручивании вала приводного двигателя и обеспечить дополнительное силовое воздействие на частицы измельчаемого материала [4–10].Однако в процессе проведения эксперимента на опытном образце мельницы этой системы по ряду причин не исследовались факторы, которые могут повлиять на выходные технические показатели по производительности и энерзатратам. К таким факторам можно отнести способ выпуска измельчённого материала через отверстия, которые выполнены в боковой поверхности барабана, а не в роторе, как это осуществляется в мельнице системы «МАЯ» или через щелевые отверстия, находящиеся между ротором и неподвижным цилиндрическим корпусом [11–13]. Кроме того, одновременное вращение барабана и ротора в одном направлении, но с разными угловыми скоростями, приводит к изменению вектора движения частиц через выпускные отверстия, что способствует несвоевременной эвакуации достигших определённых размеров частиц измельчаемого материала и его переизмельчению и росту энергозатрат [14].  Так как теоретическое исследование этого фактора для мельницы данной системы является весьма сложной задачей, то на начальном этапе целесообразным и необходимым условием для оценки энергоэффетивности мельниц системы «МАЯ» и «МКАД» является экспериментальное подтверждение возможности полезного использования «циркулирующей» энергии, обеспечивающей более высокую энергоэффективность вертикальной мельницы динамического самоизмельчения с индифферентной структурной группой.   Поэтому дополнительно проведена серия экспериментальных исследований на опытном образце, который с помощью его незначительной модернизации мельница системы «МКАД» была преобразована в мельницу системы «МАЯ», в которой цилиндрический корпус остаётся неподвижным в период измельчения.   Преобразование вертикальной мельницы динамического самоизмельчения системы «МКАД» в мельницу системы «МАЯ» достигается отсоединением приводной цепи верхней ветви приводной 5 и ведомой 3 звёздочек и заклинивания барабана 1 с помощью стопора 4, что позволило исключить передачу крутящего момента от электродвигателя 6 к барабану 1 (рис. 1).  С помощью произведённого преобразования была получена физическая модель мельницы системы «МАЯ», в которой реализован принцип подобия процесса измельчения для мельниц двух систем [15]. Это позволило для физической модели соблюсти равными геометрические и кинематические параметры сравниваемых вариантов мельниц, что позволяет объективно оценить выходные показатели по производительности и энергозатратам. Выполненная процедура по преобразованию мельницы системы «МКАД» и систему «МАЯ» позволяет избежать необходимости изготовления дополнительной экспериментальной установки и обеспечить при проведении опытов равенство изменяемых параметров: высоты засыпки исходного материала Hсл (X2), диаметр выпускных отверстий в барабане dвып (X3), т. е.  влияние тех параметров на энергозатраты и производительность, которые были приняты в полнофакторном эксперименте для мельницы этой системы [16]. В этом случае вместо кинематического несоответствия ветвей замкнутого контура в приведённой мельнице системы «МАЯ» частота вращения ротора устанавливалась таким образом, чтобы она была равна разности частот вращения ротора и барабана, т.е. такие режимы, которые используются в мельнице системы «МКАД»  ̶ nрот (МАЯ) = nрот(МКАД) – nбар(МКАД) ≈ 350÷400 об/мин [17].   Рис. 1. Приведение мельницы системы «МКАД» к мельнице системы «МАЯ» путём отсоединения привода верхней ветви и стопорением  цилиндрического барабана:1 – цилиндрический застопоренный барабан;  2 – рама; 3 – ведомый шкив привода барабана; 4 – м стопор; 5 – ведущая звёздочка привода ротора;6 – электродвигатель Установление необходимой частоты вращения ротора в преобразованную мельницу системы «МАЯ» осуществлялась путём смены ведущей и ведомой звёздочки в нижней ветви. В табл. 1 представлены некоторые конструктивные и кинематические параметры ведущей и ведомой звёздочек привода ротора, обеспечивающих сопоставимые частоты вращения ротора в мельницах системы «МКАД» по отношению к частоте вращения ротора в мельнице системы «МАЯ».   Таблица 1Частота оборотов ротора в зависимости от соотношения ведущей и ведомой звёздочки привода ротора№п/пЧастота вращения электродвигателя nдв, об/минЧисло зубьев  ведущей  звёздочки нижней ветви,  Z1Число зубьев  ведомой звёздочки нижней ветви,  Z2Передаточноеотношение передачи, iперЧастота вращения ротора nрот, об/мин1175013690,188329,02175015690,217379,83175017690,246430,54175018690,261456,85175019690,275481,36175023690,333582,8 Таким образом, при одинаковых значениях влияющих факторов: высоты засыпки исходного материала (мергеля) с одинаковыми физико-механическими свойствами – Hсл, диаметре выпускных отверстий в барабане dвып, режим вращения ротора обеспечивался из расчёта, что разность между частотой вращения между частотой вращения ротора и барабана, которая устанавливалась на мельнице системы «МКАД» была равна частоте вращения ротора в мельнице системы «МАЯ» (табл. 2). Такое соотношение частот вращения роторов позволяют обеспечить одинаковую физическую картину процесса измельчения в мельницах обеих типов и получить сопоставимые результаты энергозатрат измельчения исследуемого материала. Таблица 2Соотношение частот вращения роторов в мельнице системы «МКАД» и физической модели мельницы системы «МАЯ»№опытовПараметры  процесса Мельница системы «МКАД»Физическая модельмельницы системы «МАЯ»Кинематическое несоответствие iкн  Высота засыпки материала Hсл, ммДиаметр выпускных отверстий в барабане, dвып, ммЧастота вращения барабана nбар (МКАД ), об/минЧастота вращения ротора nрот(МКАД ), об/минРазность  частот вращения ротора  и барабана, ∆n  Частота вращения барабана nбар(МАЯ ), об/минЧастота вращения ротора nрот (МАЯ ), об/минРазность  частот вращения ротора  и барабана ∆n, об/мин 10,425009,0292,4614,4322032932920,425005,0292,4614,4322032932930,422609,0292,4614,43220380,432940,422605,0292,4614,43220380,432950,325009,0196,4614,44180431,2431,260,325005,0196,4614,44180431,2431,270,322609,0196,4614,44180431,2431,280,322605,0196,4614,44180431,2431,290,223807,01727685960582,8582,8100,383803,4292,4768475,60481,9481,9110,381787,0292,4768475,60481,9481,9120,483807,0292,4614,43220329,7329,7130,3838010,4292,4768475,60481,9481,9140,38581,27,0292,4768475,60481,9481,9150,383807,0292,4768475,60481,9481,9160,383809,0292,4768475,60481,9481,9170,385007,0292,4768475,60481,9481,9180,425007,0292,4614,43220380,4380,4190,423809,0292,4614,43220380,4380,4200,382607,0292,4768475,60481,9481,9210,383805,0292,4768475,60481,9481,9220,323805,0196,4614,44180431,2431,2230,322607,0196,4614,44180431,2431,2  Сравнение частот вращения роторов в мельницах системы «МАЯ» и «МКАД» показывает, что минимальная разность частот вращения составляет 1,3%, а максимальная 3,1%, что не может существенно повлиять на протекание режима измельчения и показатели по производительности и энергопотреблениюВ результате проведения эксперимента 2-го этапа были определены минутная производительность мельницы системы «МАЯ» (Gвыхi) и   удельные энергозатраты за период измельчения – eудi  (кВт·ч/т), (табл. 2).Энергопотребление за период измельчения  определялось, как                     (1)где Ni – мощность, потребляемая из сети  в i-й момент времени, кВт; ti –  продолжительность измельчения материала, ч.  Так как в мельнице системы «МАЯ» потребляемая мощность будет равна мощности, потребляемой из сети при заторможенном барабане, то справедливым будет записать    ,            (2)где Nзатi – мощность, потребляемая из сети при заторможенном барабане, кВт.На рис. 2 приставлен график зависимости изменения мощности, потребляемой из сети, полученный в одном из опытов на мельнице системы «МАЯ», а на рис. 3 – график изменения мощности в замкнутом контуре и мощности потреблённой из сети в мельнице системы «МКАД». При этом мощность при заторможенном барабане в мельнице системы «МАЯ» будет равна мощности, потребляемой из сети для мельницы этой системы.  Удельные энергозатраты для мельницы системы «МКАД» определиться из выражения  кВт·ч/кГ             (3)  Рис. 2. Изменение мощности на роторе Nзат и в замкнутом контуре Nзк из опыта № 8  в мельницах системы «МАЯ» и «МКАД» при параметрах: а) высота засыпки материала в барабане Hсл =260 мм; б) диаметр выпускных отверстий в барабане dвып=5,0 мм  Рис. 3. Изменение мощности на роторе Nзат и в замкнутом контуре Nзк из опыта № 23  в мельницах системы «МАЯ» и «МКАД» при параметрах: а) высота засыпки материала в барабане Hсл =260 мм; б) диаметр выпускных отверстий в барабане dвып=7,0 мм  Вычисление энергозатрат для опыта №8 для мельницы системы «МАЯ» на основе полученных графических зависимостей (см. рис. 2) по формуле (1) за период измельчения t, равный 3 мин (0,05 ч) даёт следующий результат  = 0,093 кВт·чТак как в мельнице системы «МКАД» мощность в замкнутом контуре превышает мощность, потребляемую из сети за счёт возникновения «циркулирующей» энергии, то для мельницы этой системы   в 8-м опыте определятся из выражения                0,074 кВт·ч Аналогично произведено вычисление энергзатрат для опыта №23 (см. рис. 3) = 0,145 кВт·ч = 0,11 кВт·ч Аналогично проведены и остальные вычисления для опытов №1-8, и №23.Удельные энергозатраты определялись по формуле    кВт·ч/кГ                     (3)где Gвыхi – вес материала, вышедшего из мельницы за период измельчения ti.Полученные результаты удельных энергозатрат для физической модели мельницы системы «МАЯ» сведены в табл. 3. Таблица 3Результаты вычисления энергозатрат физической модели мельницы  системы «МАЯ» для опытов 1-23№п/пЧастота вращения ротора nрот, об/минЭнергозатраты за период измельчения Еi,  кВт·с /(кВт·ч)Производительность мельницы за период измельчения Gвыхi, кГ/3 минПериодизмельчения ti, мин /ч Удельные энергозатраты eудi, кВт·ч/кГ (кВт·ч/т)1380,40,1126,493,0/0,055,752380,40,1814,973,0/0,0512,143380,40,126,423,0/0,056,234380,40,124,143,0/0,059,625431,20,1817,653,0/0,057,896431,20,1443,7103,0/0,0512,947431,20,1126,333,0/0,055,998431,20,0933,783,0/0,058,219582,80,24710,063,0/0,058,1810481,90,1862,983,0/0,0520,8111481,90,0993,903,0/0,058,4612329,70,2135,913,0/0,0512,0113481,90,2111,13,0/0,056,3114481,90,2586,223,0/0,0513,2615481,90,2256,693,0/0,0510,8716481,90,2119,953,0/0,057,0717481,90,256,423,0/0,0512,9818380,40,236,133,0/0,0512,5119380,40,177,273,0/0,057,7920481,90,1873,883,0/0,0516,6521481,90,1754,413,0/0,0513,2322431,20,1083,763,0/0,059,5723431,20,1456,063,0/0,057,98  В табл. 4 представлены обобщённые результаты экспериментальных исследований энергоэффективности мельниц систем «МАЯ» и «МКАД» при измельчении мергеля с исходной крупностью исходных кусков dср=30 мм.   Таблица 4Обобщённые результаты удельных энергозатрат вертикальных мельниц динамического самоизмельчения системы «МКАД» и «МАЯ»№опытовЧастоты вращения роторов, об/мин Разность частот вращения между ротором и барабаном, об/мин Относительное отклонение частоты вращения роторов, %Период измельчения t, чПроизводительность за период измельчения, кГGвых(МКАД)Gвых(МАЯ)Удельные энергозатраты Eуд,   кВт·ч/тeуд(МКАД)eуд(МАЯ)1 2,10,05 2 2,10,05 3 2,10,05 4 2,10,05 5 3,10,05    Продолжение таблицы 46 3,10,05 7 3,10,05 8 3,10,05 9 2,20,05 10 1,30,05 11 1,30,05 12 2,10,05 13 1,30,05 14 1,30,05 15 1,30,05 16 1,30,05 17 1,30,05 18 2,10,05 19 2,10,05 20 1,30,05 21 1,30,05 22 3,10,05 23 3,10,05   Анализ результатов частот оборотов роторов мельниц системы «МАЯ» и «МКАД» показывает, что относительная их разность не превышает 3,1 %. Поэтому можно c высокой долей уверенности утверждать, что при таких режимах вращения роторов мельниц обеих систем это не может существенно повлиять на протекание режима самоизмельчения, который протекает в мельнице системы «МАЯ», основные закономерности этого процесса установлены в исследованиях А.В. Ягупова, М.В. Гегелашвили и А.В. Выскребенца [18–21].Проведённая серия экспериментов и анализ полученных результатов позволяют сделать следующие выводы.1. Возникновение явления «циркуляции» энергии в вертикальной мельнице динамического самоизмельчения связано с выполнением верхней и нижней ветви замкнутого контура с кинематическим несоответствием относительного друг друга. Такой способ передачи потока мощности от приводного двигателя к верхней и нижней части столба измельчаемого материала приводит к скручиванию вала двигателя и накоплению в нём потенциальной энергии, которая является источником дополнительного силового воздействия на разрушаемые в процессе движения частицы измельчаемого материала.    2. Производительность физической модели мельницы системы «МАЯ» в среднем превышает производительность мельницы системы «МКАД» на 4,1 %, что существенно не влияет на способ эвакуации измельчённого продукта из мельниц двух систем и влиять на результаты удельных энергозатрат измельчения. 3. Процесс эвакуации измельчённого до определённого размера частиц материала в пределах установленных диаметров выпускных отверстий, выполненных в боковых стенках вращающегося барабана, существенно не влияет на энергозатраты.4. Среднее значение снижение удельных энергозатрат в мельнице системы «МКАД» по результатам 23-х опытов полнофакторного эксперимента составило 14,3 %.5. Во всех 23-х опытах практическим путём доказана возможность полезного использования так называемой «циркулирующей, а фактически даровой) энергии, которая позволяет при неизменной производительности   обеспечить дополнительное силовое воздействие на частицы измельчаемого материала, что позволит снизить энергозатраты в мельницах, имеющих индифферентную структурную группу.