БИСЕРНАЯ МЕЛЬНИЦА
PEARL MILL

Изобретение относится к средствам измельчения пастообразных материалов, в частности красок, и может быть использовано в конструкциях шаровых (бисерных) мельниц, предназначенных для изготовления красок путем измельчения и смешивания их компонентов.
Известна бисерная мельница, содержащая вертикальный рабочий орган с соосно установленными гуммированными дисками со сквозными отверстиями и гуммированными втулками с выступами (патент Россия №2283181, кл. В02С 17/18, 2004 г.).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является бисерная мельница, содержащая вертикальный рабочий орган с соосно установленными гуммированными дисками со сквозными отверстиями и гуммированными втулками с выступами, а также рабочий цилиндр, включающий наружную и внутреннюю оболочку, снабженную футеровкой в виде соосно установленных отдельных кольцевых элементов, выполненных из высокоэластичного материала, которая содержит наибольшее количество общих с изобретением признаков (патент Россия №2302902, кл. В02С 17/16, 2006 г.).
Недостатком известной конструкции является пониженная эффективность эксплуатации, связанная со сложностью обеспечения нормального теплового режима технологического процесса, протекающего в бисерных мельницах, что приводит к росту энергозатрат на поддержание оптимальной температуры пигментной суспензии и снижению качества готового продукта.
Известно, что в процессе диспергирования пигментной суспензии, внутри рабочего цилиндра бисерной мельницы развивается высокая температура (60÷80°С), обусловленная трением бисерной и помольной массы о стенки сосуда и элементы ротора, а также внутренним трением жидкой среды. Повышенная температура приводит к "выгоранию" пигментной суспензии и резкому понижению качества лакокрасочного материала. Для понижения температуры в зазор между наружной и внутренней оболочкой рабочего цилиндра подают охлаждающую среду (воду). Однако в существующей конструкции процесс охлаждения весьма затруднен, т.к. внутренняя оболочка рабочего цилиндра покрыта сплошным слоем резины, обладающей, как известно, низкой теплопроводностью (в 300÷400 ниже, чем сталь). Вследствие этого понижается интенсивность теплообмена и существенно возрастают энергозатраты на поддержание температуры пигментной суспензии внутри корпуса бисерной мельницы, т.к. требуется использовать хладагент (воду) с более низкой температурой и обеспечивать его более интенсивную циркуляцию в зазоре между внутренней и внешней оболочкой рабочего цилиндра.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленного изобретения, является повышение эффективности эксплуатации бисерных мельниц путем снижения энергозатрат на охлаждение пигментной суспензии с одновременным повышением качества готового продукта и обеспечением высокой износостойкости корпуса бисерной мельницы.
Указанный технический результат достигается тем, что бисерная мельница, содержащая вертикальный рабочий орган с соосно установленными гуммированными дисками со сквозными отверстиями и гуммированными втулками с выступами, а также рабочий цилиндр, включающий наружную и внутреннюю оболочку, снабженную футеровкой в виде соосно установленных отдельных кольцевых элементов, выполненных из высокоэластичного материала, при этом кольцевые элементы и гуммированные диски расположены попарно и симметрично относительно общей диаметральной плоскости, перпендикулярной вертикальной оси рабочего органа, а высота кольцевых элементов h≤(0,5÷0,6)δ, где δ - шаг установки кольцевых элементов и гуммированных дисков.
Попарное размещение кольцевых элементов и гуммированных дисков, а также совмещение их плоскостей симметрии с общей диаметральной плоскостью, перпендикулярной вертикальной оси рабочего органа, позволит наиболее эффективно защитить от износа участки рабочего цилиндра, непосредственно прилегающие к внешнему контуру рабочего органа. Как показывает практика, эти участки в наибольшей степени подвергаются изнашиванию в процессе эксплуатации. В значительно меньшей степени изнашиваются участки рабочего цилиндра, расположенные в промежутке между дисками. Это позволяет ввести ограничения на высоту кольцевых элементов, освободить от резинового покрытия значительную часть внутренней поверхности рабочего цилиндра и обеспечить через эти участки эффективный теплоотвод.
Таким образом, в совокупности с известными новые признаки придают заявляемому объекту новый, несуммарный, положительный эффект, т.к. позволяют повысить эффективность эксплуатации бисерных мельниц путем снижения энергозатрат на охлаждение пигментной суспензии с одновременным повышением качества готового продукта и обеспечением высокой износостойкости корпуса бисерной мельницы.
Проведенные исследования по патентной и научно-технической литературе показали, что технические решения, содержащие признаки, отличающие предложение от прототипа, не выявлены. Поэтому предлагаемое решение может быть признано соответствующим критерию "существенные отличия".
На фиг.1 показана схема бисерной мельницы; на фиг.2 - фрагмент бисерной мельницы; на фиг.3 - сечение по А-А на фиг.2.
Бисерная мельница (фиг.1) содержит рабочий цилиндр 1, в котором установлен рабочий орган (ротор) 2. Соосно с рабочим органом установлены гуммированные диски 3 со сквозными отверстиями 4 и втулки 5 с выступами 6. В нижней части ротора 2 установлен стабилизирующий диск 7, который не касается стенок и дна рабочего цилиндра. Последний снабжен патрубками 8 и 9, предназначенными соответственно для входа охлаждающей воды и выхода использованной воды через зазор 10 рабочего цилиндра. В рабочем цилиндре 1 имеется фильтрующее сито 11 для удержания бисера (не показан) и отверстия для подачи исходных компонентов 12 и для слива 13 готового продукта. Рабочий цилиндр 1 содержит наружную 14 и внутреннюю 15 оболочки, изготовленные из стали. Зазор 10 между оболочками 14 и 15 необходим для прокачки охлаждающей среды (воды). Внутренняя оболочка 15 снабжена футеровкой, выполненной из набора отдельных кольцевых резиновых элементов 16. Эти элементы и гуммированные диски 3 размещены попарно и симметрично относительно общей диаметральной плоскости 17, перпендикулярной к вертикальной оси рабочего органа. Высота кольцевых элементов h=(0,5÷0,6)δ, где δ - шаг установки гуммированных дисков.
Фиксация кольцевых элементов 16 относительно корпуса мельницы может быть выполнена разными методами. Для этих целей можно использовать специальный клей, предназначенный для крепления резины к металлу, например, типа Хемосил или Лейконат. Также можно разместить эти элементы в специальных кольцевых пазах, выполненных на внутренней поверхности корпуса мельницы (показано на фиг.1 и фиг.2), что позволяет облегчить процесс их монтажа и демонтажа.
Бисерная мельница работает следующим образом.
В процессе изготовления краски в рабочий цилиндр 1 подают нужные компоненты и сообщают вращательное движение рабочему органу 2 с дисками 3 и втулками 5. Благодаря наличию сквозных отверстий 4 и выступов 6 частицы бисерной и помольной массы увлекаются в неупорядоченное турбулентное вращательное и аксиальное движение. За счет наличия тангенциальных и центробежных сил эти частицы скользят и с высокой скоростью ударяются о внутреннюю поверхность рабочего цилиндра. Наиболее активному воздействию подвергаются участки цилиндра, непосредственно прилегающие к внешнему контуру гуммированных дисков. Как показывает практика, высота этих участков составляет примерно:
где δ - шаг установки гуммированных дисков.
Благодаря высокой податливости материала кольцевых элементов 16, расположенных на этих участках цилиндра, значительно снижается уровень контактных напряжений в зоне удара и соответственно снижается интенсивность изнашивания рабочей поверхности цилиндра.
На участках рабочего цилиндра, расположенных в промежутке между гуммированными дисками, интенсивность изнашивания значительно ниже. Это позволяет освободить указанные участки от резинового покрытия и обеспечить эффективный теплоотвод через металлическую поверхность, обладающую высокой теплопроводностью, излишков тепла.
Следует отметить, что в настоящее время внутреннюю оболочку корпуса бисерных мельниц изготавливают из стандартных труб с толщиной стенки до 20 мм. Использование подобных толстостенных труб обусловлено, в первую очередь, не задачами обеспечения прочности, а необходимостью обеспечения "запаса на износ". В предлагаемой конструкции можно отказаться от использования подобных труб и применять более тонкостенные трубы, т.к. наиболее изнашиваемые участки внутренней оболочки корпуса защищены слоем резины. Следовательно, снижение температуры пигментной суспензии в предлагаемой конструкции достигается как за счет дискретного расположения кольцевых элементов, так и за счет уменьшения толщины стенки внутренней оболочки. При этом также снижается материалоемкость изделия.
Таким образом, по сравнению с прототипом изобретение позволяет повысить эффективность эксплуатации бисерных мельниц путем снижения энергозатрат на охлаждение пигментной суспензии с одновременным повышением качества готового продукта и высокой износостойкости корпуса бисерной мельницы.