УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКТИВАЦИИ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к области дробления и измельчения различных материалов, а именно к измельчению в дисковых устройствах мельничного типа с вертикальной осью и с соосно расположенными дисками и может быть использована в активаторах для измельчения строительных материалов, например, цемента, в целях приготовления бетонных смесей, а также в мукомольной промышленности для приготовления тонкомолотых смесей, в горнорудной, медицинской, парфюмерной, химической, комбикормовой и т.п. областях промышленности.
Анализ технического уровня в указанной области показал, что известно устройство для получения активированных строительных смесей, содержащее корпус с аэродинамической помольной камерой, ограниченной с наружной стороны стенкой корпуса, ротор с приводным валом, расположенным соосно с помольной камерой, и по меньшей мере два разгонных диска, расположенных в зоне помольной камеры с транспортными отверстиями и с мелющими элементами, выполненными в виде продольно удлиненных бил, приемную камеру, ограниченную сверху крышкой корпуса, и связанную с по меньшей мере одним загрузочным устройством, по меньшей мере одно разгрузочное устройство (РФ, патент на полезную модель №48981, МПК: С 04 В 40/00, публ. 10.11.2005 г. Бюл. №31).
Невозможность достижения указанным аналогом технического результата, достигаемого заявляемым техническим решением, обуславливается тем, что из-за отсутствия ограничения приемного пространства сразу при поступлении материала из загрузочного устройства а
также при переходе его по разгонным дискам он подвергается гравитационному и центробежному воздействию в больших пространственных объемах, включающих и зону малых скоростей вблизи приводного вала и зону больших скоростей вблизи стенок корпуса, что приводит к значительным энергозатратам и низкой эффективности измельчения, кроме того, значительный разгон материала приводит к быстрому износу внутренней стенки корпуса, что приводит к недостаточной эксплуатационной надежности устройства.
Известно устройство центробежной многоступенчатой дробилки, содержащей корпус с аэродинамической помольной камерой, ограниченной с наружной стороны стенкой корпуса, ротор с приводным валом, расположенным соосно с помольной камерой, по меньшей мере два разгонных диска с мелющими элементами, верхний опорный разгонный диск, приемную камеру с цилиндрической стенкой и ограниченную сверху крышкой корпуса и связанную с по меньшей мере одним загрузочным устройством, по меньшей мере одно разгрузочное устройство (РФ, Патент на изобретение №2053021, МКП: В 02 С 13/14, публ. 27.01. бюл. №3).
Невозможность достижения технического результата, обеспечиваемого заявляемой полезной моделью обуславливается тем, что наличие закрепленной на крышке корпуса приемной камеры цилиндрической формы позволяет снизить изношенность стенки корпуса в зоне приемной камеры, однако расположение опорного разгонного диска внутри нее позволяет ссыпаться материалу через зазоры между опорным диском и стенкам? приемной камеры на нижележащие ярусы, но не измельчать его одновременно в связи с отсутствием в опорном диске транспортных отверстий. Кроме того, расположение приемной камеры полностью, а помольной камеры частично в зоне малых центробежных скоростей приводит к низкой эффективности помола.
Из известных устройств наиболее близким к заявляемому является устройство вихревой мельницы, содержащее корпус с аэродинамической
помольной камерой, ограниченной с наружной стороны стенкой корпуса, ротор, включающий полый цилиндрический стакан, образующий внутреннюю стенку помольной камеры, приводной вал, расположенный соосно с помольной камерой, и по меньшей мере два разгонных диска с транспортными отверстиями и с мелющими элементами, приемную камеру, ограниченную сверху крышкой корпуса а снизу верхним разгонным диском, связанную с по меньшей мере одним загрузочным устройством, и по меньшей мере одно разгрузочное устройство (Патент DE №19962049 С2, МПК: В 02 С 13/14, В 02 С 13/286, В 02 С 13/288, публ. 27.02.2003 г.).
Невозможность достижения прототипом заявляемого технического результата, получаемого заявленным устройством, обуславливается тем, что в прототипе приемная камера выполнена большого объема, занимающего зоны малых и больших скоростей вращения, что при значительных разгонах материала приведет к значительным энергозатратам, затраченным на сдвиг материала от центра к периферии и к износу стенок корпуса от соударения материала с ними и, следовательно, к низкой эксплуатационной надежности устройства и значительной стоимости. Кроме того, отсутствие в верхнем разгонном диске транспортных отверстий и соединения со стаканом приводит к удлинению времени измельчения и, следовательно, его низкой эффективности.
Кроме того, в прототипе под действием центробежных сил отбрасываемый к периферии диска материал проваливается в кольцевой зазор между диском и внутренней стенкой корпуса камеры. При этом скорость его неизбежно затормаживается и часть материала может просто сползать по стенке до самого низа в так называемый поверхностный слой с нулевым эффектом для обработки.
При разработке заявляемой конструкции была поставлена задача, снижения стоимости устройства, повышения его эксплуатационной надежности и эффективности за счет уменьшения времени измельчения.
При решении упомянутой задачи был достигнут технический результат, заключающийся в разработке конструкции, в которой приемная камера выполнена в виде кольцевого желоба и отнесена в периферийную зону опорного диска, что сэкономило внутреннее пространство около приводного вала, вследствие чего потребовались меньшие затраты энергии на разгон материала, что снизило стоимость устройства и одновременно позволило изолировать материал от контакта со стенкой корпуса, что в свою очередь повысило эксплуатационную надежность устройства. Кроме того, наличие транспортных отверстий, располагаемых в опорном диске в зоне кольцевого желоба позволило ускорить процесс поступления путем падения материала на нижележащий разгонный диск с одновременным началом его измельчения отверстиями, что сэкономило время измельчения.
Сущность устройства для активации материалов заключается в том, что оно содержит корпус с аэродинамической помольной камерой, ограниченной с наружной стороны стенкой корпуса, ротор, включающий полый цилиндрический стакан, образующий внутреннюю стенку помольной камеры, приводной вал, расположенный соосно с помольной камерой, и по меньшей мере два разгонных диска с транспортными отверстиями и с мелющими элементами, на нижнем из которых закреплен стакан, приемн камеру, ограниченную сверху крышкой корпуса а снизу верхним разгонным диском, связанную с по меньшей мере одним загрузочным устройством, и по меньшей мере одно разгрузочное устройство.
Новым в устройстве является то, что приемная камера выполнена в виде кольцевого желоба, образованного двумя цилиндрическими стенками, смонтированными соосно с валом ротора, и расположенными с зазором относительно крышки корпуса, а транспортные отверстия верхнего разгонного диска выполнены в зоне кольцевого желоба.
Кроме того, мелющие элементы могут быть выполнены в виде продольно удлиненных бил, на которых может быть установлено по меньшей мере одно противодеформационное устройство, которое может быть
выполнено в виде кольцевого диска, закрепленного на билах, и расположенного между разгонными дисками.
Нижний разгонный диск и, по меньшей мере, один противодеформационный диск могут быть снабжены кольцевым вихрителем со скошенной гранью, обращенной к центру диска, расположенным на периферийной зоне диска, а сами разгонные и противодеформационные диски могут быть снабжены по меньшей мере двумя радиально смонтированными рядами профилированных пазов, соответствующих по размерам поперечному сечению бил.
Приводной вал может быть установлен на выносные подшипниковые опоры, при этом над нижней подшипниковой опорой смонтирована одна противопылевая юбка, а над нижним уплотнением выхода приводного вала из корпуса расположена другая противопылевая юбка.
Разгонные диски могут быть жестко связаны с приводным валом, либо закреплены на полом цилиндрическом стакане, а цилиндрический стакан может быть жестко закреплен на нижнем разгонном диске.
Устройство представлено на чертежах, где изображено на:
Фиг.1 - общая схема устройства, вид сбоку с разрезом рабочей камеры;
Фиг.2 - вид устройства сверху;
Фиг.3 - поперечный разрез А-А на Фиг.1, вид сверху на кольцевой желоб;
Фиг.4 - поперечный разрез Б-Б на Фиг.1, вид сверху противодеформационного диска;
Фиг.5 - разрез В-В на Фиг.4, форма поперечного сечения кольцевого вихрителя;
Фиг.6 - разрез Г-Г на Фиг.4, конструкция била;
Устройство для активации материалов содержит смонтированные на общей несущей основе корпус 1, например, цилиндрической формы, с аэродинамической помольной камерой 2, загрузочным устройством, выполненным, например, в виде приемного патрубка 3, выгрузочным
устройством в виде, например, выгрузочного патрубка 4 и с ротором, включающим приводной вал 5, полый цилиндрический стакан 6, по меньшей мере два разгонных транспортных диска 7 с мелющими элементами в виде, например, металлических пластин-бил 8, а также электродвигатель 9, связанный с валом 5 кинематической передачей 10. Приводной вал 5 расположен внутри стакана 6 в его центре соосно с ним. Помольная камера 2 ограничена с наружной стороны стенкой корпуса 1, а с внутренней стороны - стенкой корпуса полого цилиндрического стакана 6, установленного соосно с помольной камерой и образующего ее внутреннюю стенку. На мелющих элементах 8 между разгонными дисками смонтированы противодеформационные диски 11, выполненные каждый в виде кольцевого диска (Фиг.4), не связанные с цилиндрическим стаканом 6 и распределенные равномерно по продольной длине бил между разгонными дисками 7. Количество противодеформационных дисков 11 может быть разное, в том числе и один. При небольших размерах длин бил противодеформационные диски не устанавливаются. Их количество выбирается также из условий обеспечения прочности вала 5. При увеличении рабочей скорости количество дисков 11 также должно быть увеличено для уменьшения деформаций пластин 8 от воздействия центробежных сил. Помольная камера 2 образуется стенками корпуса 1 и цилиндрического стакана 6 а также разгонными дисками 7, например, нижним и верхним, если их только два. Вал 5 установлен на подшипниковые опоры 13 и 14, каждая из которых смонтирована на выносных корпусах 15 и 16. Выводы вала 5 из корпуса 1 снабжены уплотнениями 17. В выносном корпусе 15 выполнены окна 18, а в выносном корпусе 16 - окна 19 и 20. Над нижним уплотнением 17 и над нижней подшипниковой опорой 14 на валу 5 смонтированы противопылевые юбки 21.
На всех разгонных дисках выполнены транспортные отверстия в виде проходных окон 22 и профилированные пазы 23, в которые вставлены мелющие элементы 8. В верхней части корпуса, на верхнем разгонном диске
расположена приемная камера, ограниченная сверху крышкой корпуса, и выполненная в виде кольцевого желоба, образованного цилиндрическими стенками 24, расположенными предпочтительно на периферийной части верхнего разгонного диска, и смонтированными соосно с валом 5 ротора и с зазором относительно крышки корпуса, для обеспечения возможности беспрепятственного вращения. Цилиндрические стенки жестко закреплены на верхнем разгонном диске. Транспортные отверстия 22 верхнего разгонного диска расположены в зоне кольцевого желоба. Приемная камера связана с по меньшей мере одним загрузочным патрубком 3.
На нижнем разгонном диске закреплен цилиндрический стакан 6 и установлены радиальные лопасти 25. Возможно и иное конструктивное решение закрепления стакана 6.
На периферийной зоне противодеформационных дисков 11 и нижнего разгонного диска 7 на их верхних плоскостях смонтированы кольцевые завихрители 26 со скошенной гранью 27, обращенной к центру соответствующего диска. В случае наличия большего количества дисков 7 и 11, возможно их выполнение и с завихрителями 26. Возможно и иное выполнение, без использования завихрителей. Разгонные диски 7 установлены в помольной камере и закреплены, например, на приводном валу 5. Количество разгонных дисков диктуется достижением необходимой прочности ротора, поэтому диски 7 могут быть закреплены и на цилиндрическом стакане 6.
Количество проходных окон 22 выбирается из условия обеспечения прохода перерабатываемого материала. Количество, форма и размеры пазов 23 определяются необходимыми углами установки и размерами пластин 8.
Формы мелющих элементов также могут быть различными, они могут быть выполнены, например, -обратной, Т-образной и т.д. формы.
Билы прикреплены к дискам посредством, например, крепежных элементов. Пазы 23 расположены на разгонных и противодеформационных
дисках по меньшей мере двумя радиально смонтированными рядами, и соответствуют по размерам поперечному сечению бил, для обеспечения их сквозного прохода.
На Фиг.6 показана возможность закрепления билов не к диску, а посредством скрепляющего устройства 28, на крышке корпуса может быть предусмотрено смотровое окно 29 (Фиг.2).
Устройство работает следующим образом.
Включают электродвигатель 9, приводной вал 5 через передачу 10 разгоняют до устойчивых оборотов, приемный кольцевой желоб начинает вращаться вместе с верхним разгонным диском 7, после чего равномерным потоком через загрузочный патрубок 3 подают исходный материал, подлежащий измельчению, в пространство между цилиндрическими стенками 24 на верхний разгонный диск 7. Материал проваливается через транспортные отверстия 22 вниз и попадает в активную рабочую зону помольной камеры, где подвергается воздействию пластин 8. При этом цилиндрические стенки 24 препятствуют сбрасыванию материала под действием центробежных сил на периферию разгонного диска и его сползанию вниз вдоль стенки корпуса 1, минуя активную зону, а внутренние кромки отверстий участвуют как режущий элемент в дополнительном дроблении материала.
После попадания в рабочую зону помольной камеры материал измельчается за счет механического и аэродинамического воздействия, то есть после подачи в рабочую зону и до выхода из нее на каждую частицу материала действуют силы, обусловленные законами гравитации и аэродинамики турбулентных потоков, а именно:
- механического соударения частиц материала с набегающими на него металлическими пластинами 8;
- взаимного соударения частиц материала в турбулентных завихрениях, особенно при «схлапывании» воздушного потока со взвешенными в нем частицами материала вследствие явления « донного» сопротивления,
имеющего место за любым движущимся в аэродинамической среде телом, а именно за пластиной 8.
В случае наличия нескольких разгонных или противодеформационных дисков при попадании материала на каждый нижележащий диск часть его проваливается через отверстия 22 на следующую ступень обработки, а часть подвергается воздействию центробежных сил, отбрасывающих его к периферии. При этом материал с большой поступательной скоростью набегает на завихритель 26, получает дополнительный вертикальный импульс движения от верхней грани 27 и вбрасывается обратно в рабочую зону, где подвергается повторной переработке. Таким образом формируется противоток материала вверх, а значит увеличивается время пребывания частицы в активной зоне и количество воздействий на него.
Аналогичное воздействие на материал происходит и на последующих переходах с диска на диск. По завершении описанного процесса материал через проходные отверстия нижнего разгонного диска удаляется из рабочей камеры 2 и лопастями 25 подается к патрубку 4 для выгрузки.
Силовые нагрузки от вала 5 на корпус 1 передаются через подшипниковые опоры 13 и 14 и выносные корпуса 15 и 16, охлаждение внутренней полости которых происходит через окна 18 и 19. Уплотнения 17 обеспечивают предотвращение выброса измельченного материала в помещение. Противопылевые юбки 21 предотвращают прямое попадание материала на нижнее уплотнение и нижнюю подшипниковую опору 14. Проникающий в корпус 16 измельченный материал удаляется из полости корпуса 16 через окна 20.
Расположение стержней по радиальным направлениям повышает вероятность столкновения зерен материала с их поверхностью, а создаваемое при вращении разгонных дисков с билами реактивное сопротивление уменьшает объем пылевой смеси, касающейся стенок
помольной камеры, создавая воздушный зазор, что повышает износостойкость корпуса помольной камеры.
Выполнение периферийной зоны разгонных дисков с кольцевым завихрителем 26 со скошенной гранью 27 позволяет осуществить возврат материала на повторную переработку в той же рабочей зоне, что повышает качество помола и снижает степень абразивного воздействия на корпус, предохраняя его от интенсивного разрушения.
Установка подшипниковых опор вне корпуса устройства позволяет сэкономить объем внутри корпуса и вывести их из зоны воздействия материала, а введение противопылевых юбок 15 и 17 соответственно позволяет предотвратить запыление всего нижнего подшипникового узла.
Выполнение периферийной зоны дисков с кольцевым вихрителем 26 со скошенной гранью 27 позволяет осуществить возврат части материала на повторную переработку в той же рабочей зоне, что повышает качество помола и снижает степень абразивного воздействия на корпус, предохраняя его от интенсивного разрушения.
Возможность осуществления заявляемого устройства для активации материалов подтверждается изготовлением и промышленными испытаниями реального изделия, а также использованием общедоступных комплектующих и недефицитных материалов, существующих и применяемых в области машиностроения, в том числе признаков, представленных на уровне функционального обобщения, с достижением технического результата, заключающегося в удешевлении стоимости устройства за счет снижения энергозатрат, повышение эксплуатационной надежности за счет снижения износа корпуса, повышение эффективности работы устройства за счет ускорения и повышения интенсивности измельчения материала.