ВИХРЕВАЯ МЕЛЬНИЦА
JET MILL

Изобретение относится к устройствам для измельчения различных материалов и может найти применение в строительной, химической, горной, а также других отраслях промышленности.
Известна вихревая мельница по патенту ЕР 0122608, опубл. 1984 г. Вихревая мельница содержит последовательно размещенные на одном валу два ротора для грубого и тонкого помола.
Ротор для грубого помола содержит закрепленные на втулке цилиндрические опорные элементы. Мелющие элементы в виде вертикально расположенных пластин установлены в радиальных пазах опорных элементов и закреплены в них с помощью дисков, разделяющих ряды опорных элементов и закрывающих их сверху и снизу. Мелющие элементы статора представляют собой закрепленные на внутренней стороне корпуса вкладки с прямоугольным профилем в поперечном сечении. Ряды вкладок разделены по вертикали кольцами, частично перекрывающими пазы мелющих элементов.
Ротор для более тонкого помола содержит мелющие элементы, представляющие собой вкладки с прямоугольным профилем в поперечном сечении. Мелющие элементы статора представляют собой вкладки с треугольным профилем в поперечном сечении. Ряды мелющих элементов статора также отделены друг от друга горизонтальными перегородками, частично перекрывающими пазы в мелющих элементах. Каналы, образованные мелющими элементами ротора и статора, позволяют обеспечить более частое столкновение частиц с мелющими элементами.
Недостатками известной мельницы являются сложность конструкции и неудобство регулировки степени помола, обусловленное необходимостью демонтажа ротора и замены мелющих элементов.
Наиболее близкой к изобретению является вихревая мельница по патенту МХ 2012011361, опубл. 2012 г. В одном из вариантов конструкции мельницы, содержащей ротор, статор, мелющие элементы, на боковой поверхности ротора размещены фланцы с радиальными удлиненными отверстиями. В отверстиях фланцев посредством болтов закреплены мелющие элементы в виде П-образных пластин. Благодаря удлиненной форме отверстий во фланцах можно изменять радиальное положение мелющих элементов относительно оси ротора. Ряды мелющих элементов также отделены друг от друга фланцами без мелющих элементов. Известная мельница обеспечивает эффективный помол благодаря наличию вихревых карманов, образованных боковыми частями мелющих элементов, фланцами и боковой поверхностью ротора. Возможность изменения радиального положения каждого ряда мелющих элементов ротора позволяет регулировать величину помольного зазора без замены мелющих инструментов, что упрощает регулировку степени помола.
Недостатками вихревой мельницы являются сложная конструкция мелющих элементов, отсутствие возможности профилирования полостей между режущими кромками мелющих элементов для оптимизации траектории движения частиц обрабатываемого материала с целью увеличения скорости их соударений. Необходимость отдельного перемещения каждого мелющего элемента при регулировке помольного зазора усложняет эксплуатацию мельницы.
Техническим эффектом изобретения являются упрощение конструкции вихревой мельницы, улучшение ее технологичности, упрощение регулировки степени помола при обеспечении высокой эффективности помола.
Технический эффект достигается тем, что в вихревой мельнице, содержащей ротор, статор, мелющие элементы, установленные с возможностью радиального перемещения, ротор и статор собраны из плоских колец, изготовленных из листовой стали, в кромках большего количества плоских колец выполнены выемки, чередующиеся с прорезями. Выемки и прорези в кольцах образуют пазы на обращенных друг к другу поверхностях ротора и статора. В пазах, образованных прорезями, размещены мелющие элементы в форме пластин.
Преимущественно, ротор и статор содержат, по меньшей мере, одно плоское кольцо с прорезями, перекрывающее пазы, образованные выемками других плоских колец.
Преимущественно, для обеспечения радиального перемещения мелющих элементов они соединены с толкателями, один конец которых посредством штифта входит в зацепление с пазом, имеющим концы, разноудаленные от оси ротора, выполненным, например, во вспомогательном торцовом кольце.
Изготовление ротора и статора вихревой мельницы из листовой стали отличается высокой технологичностью и низкой себестоимостью за счет использования универсального оборудования для раскроя листового металла, что позволяет легко варьировать размерами ротора и статора, легко и точно обеспечить любую форму поперечного сечения пазов между мелющими элементами, в том числе U-образную форму, наиболее эффективную для соударений частиц обрабатываемого материала.
Известно (ЕР 0122608, МХ 201201136), что для повышения степени помола увеличивают время нахождения обрабатываемого материала в зоне обработки путем замедления перемещения обрабатываемого материала в пазах, образованных выемками между мелющими элементами. Согласно изобретению в роторе и статоре кольца с выемками и прорезями разделены, по меньшей мере, одним плоским кольцом, перекрывающим пазы, образованные выемками других плоских колец, и имеющим только прорези для установки мелющих элементов. Длину пазов, образованных выемками в кольцах ротора и статора, легко варьировать, так как она задается количеством плоских колец с выемками и прорезями, размещенных между плоскими кольцами, имеющими только прорези. Количество ступеней задержки определяется количеством плоских колец, перекрывающих пазы, образованные выемками в кольцах статора и ротора.
Мелющие элементы ротора и статора имеют простую форму пластин, что упрощает их производство по сравнению с аналогами и позволяет легко обеспечить их радиальное перемещение в пазах при регулировке зазора между ними. Например, синхронное радиальное перемещение мелющих элементов можно обеспечить путем соединения мелющих элементов с толкателями, один конец которых посредством штифта входит в зацепление с пазом, имеющим концы, разноудаленные от оси ротора. Пазы с разноудаленными от оси ротора концами могут быть выполнены, например, во вспомогательном торцовом кольце. При повороте вспомогательного кольца изменяется радиальное положение мелющих элементов и соответственно, степень помола. Таким образом, степень помола можно легко изменять в эксплуатационных условиях.
Предложенная совокупность признаков характеризует более простую и технологичную конструкцию вихревой мельницы, что снижает ее стоимость. При этом обеспечиваются высокая эффективность помола и удобная регулировка степени помола в условиях эксплуатации.
На фиг. 1 представлен общий вид заявленной вихревой мельницы.
На фиг. 2 показана мельница, вид сверху.
На фиг. 3 представлена мельница в поперечном сечении.
На фиг. 4 показаны ротор и статор с механизмом регулировки зазора между мелющими элементами, вид сверху.
На фиг. 5 показан увеличенный фрагмент поперечного сечения ротора и статора
На фиг. 6 показан лист статора с прорезями и выемками.
На фиг. 7 показан лист ротора с прорезями и выемками.
На фиг. 8 представлена внутренняя поверхность статора и механизм регулировки зазора между мелющими элементами.
На фиг. 9 представлен ротор с пластинами, фиксирующими мелющие элементы.
На фиг. 10 показан лист статора с прорезями, без выемок.
На фиг. 11 показан лист ротора с прорезями, без выемок.
На фиг. 12 показано вихреобразование в выемках ротора и статора.
Вихревая мельница содержит расположенные на основании 1 статор 2 и ротор 3, отводящий продукты помола патрубок 4 и подводящий патрубок 5 (фиг. 1, 3). Ось 6 ротора 3 соединена через приводной ремень с электродвигателем 7. Статор и ротор представляют собой сборки из плоских колец соответственно 8, 9, изготовленных из листовой стали и зафиксированных болтами 10 и 11 (фиг. 3).
В кромках колец 8а статора выполнены выемки 12, чередующиеся с прорезями 13 (фиг. 5, 6). В кромках колец 9а ротора выполнены выемки 14, чередующиеся с прорезями 15 (фиг. 5, 7). Выемки и прорези в кольцах образуют вертикальные пазы на обращенных друг к другу поверхностях ротора и статора (фиг. 8, 9).
Плоские кольца 8б, 9б соответственно статора и ротора, имеющие только прорези под мелющие элементы, перекрывают вертикальные пазы, образованные выемками 12, 14 соответственно статора и ротора (фиг. 8, 9, 10, 11). Таким образом, образуются ступени задержки для увеличения времени перемещения обрабатываемого материала в пазах.
В вертикальных пазах, образованных прорезями 13, 15, соответственно статора и ротора, установлены мелющие элементы, выполненные в форме пластин, соответственно 16, 17 (фиг. 5, 8, 9).
Положение мелющих пластин 17 в пазах ротора фиксируется торцовыми кольцами 9в (фиг. 5, 9).
Положение мелющих пластин 16 в пазах статора фиксируется в отверстиях внутренних концов толкателей 18 (фиг. 4, 5, 8). Второй наружный конец толкателей 18 установлен с возможностью взаимодействия посредством штифта с вспомогательными торцовыми кольцами статора 8в, 8г. Торцовые кольца 8в, 8г с толкателями 18 образуют механизм регулировки зазора между мелющими элементами. Для отведения внутренних концов толкателей 18 с мелющими пластинами 16 в направлении от центра в кольцах 8в выполнены пазы-прорези 19 с разноудаленными от центра концами, которые воздействуют через штифты на наружные концы толкателей 18 при вращении вспомогательных колец 8в, 8г по часовой стрелке (фиг. 4, 8). Для перемещения мелющих пластин 16 к центру статора в кольцах 8г вырезаны эксцентричные упоры 20, воздействующие через штифты на наружные концы толкателей 18 при вращении колец 8в, 8г против часовой стрелки. Вспомогательные кольца 8в, 8г, верхние и нижние, установлены с возможностью синхронного поворота вокруг оси ротора.
Создание мельницы согласно изобретению начинается с изготовления плоских колец для ротора и статора на универсальном оборудовании для листового кроя металла. Сборка статора и ротора производится на одной станине. Статор собирают из плоских колец на станине и стягивают кольца болтами 10 (фиг. 3), крепящими всю конструкцию статора. На станине же, внутри статора, устанавливают вал 6 на подшипниковых опорах (фиг. 3). На одном конце вала аналогично статору собирают ротор. В процессе сборки до установки верхнего фиксирующего кольца 9в ротора и верхних толкателей 18 статора устанавливаются мелющие пластины 16, 17 статора и ротора (фиг. 5). Длину рабочей зоны мельницы и зазор между мелющими пластинами ротора и статора устанавливают в зависимости от заданной степени помола. С торцов статора устраивают подводящие и отводящие обрабатываемый материал каналы 5 и 4 (фиг. 1).
В процессе работы мельницы ротору 3 (фиг. 1) придается вращение, в отводящем канале создается разрежение, в подводящий канал подается обрабатываемый материал. Обрабатываемый материал поступает в зазор между ротором и статором и формирует с транспортным газом (воздухом) псевдоожиженный слой 21 (фиг. 12). Выемки в кольцах образуют в роторе и статоре вихревые полости 22 (фиг. 12), в которых при вращении ротора образуются вихри размалываемого материала 23. При перемещении вихревых полостей относительно друг друга при вращении ротора вихри 23 размалываемого материала ударяют в псевдоожиженный слой 21, а в определенные промежутки времени ударяют друг в друга в зоне повышенного давления, точке 24 (фиг. 12). Так же при вращении вихрей образуются зоны низкого давления 25. Перепады давления, при образовании вихрей и в роторе и статоре, удваиваются по сравнению с конструкциями, где вихревые полости сделаны только в роторе, что положительно влияет на эффективность работы мельницы. Пластины ротора и статора без выемок образуют преграды, разделяющие вихревые карманы в осевом направлении для увеличения времени нахождения материала в зоне обработки - псевдоожиженном слое 21.
При износе мелющих элементов механизмом регулировки устанавливается нужный зазор между ними синхронным поворотом вспомогательных колец 8в и 8г (фиг. 5, 8). При исчерпании диапазона регулировки снимается удерживающее мелющие элементы верхнее кольцо 9в ротора, толкатели 18 механизма регулировки (фиг. 5, 8, 9). Мелющие элементы статора и ротора устанавливают противоположной стороной или заменяют новыми (в случае полного износа обеих сторон). Сборка осуществляется в обратном порядке.