БИСЕРНАЯ МЕЛЬНИЦА
BEAD MILL

Настоящее изобретение относится к бисерной мельнице, содержащей горизонтально расположенный размольный контейнер, имеющий цилиндрическую внутреннюю стенку, вал мешалки, расположенный в размольном контейнере и приводимый в движение в направлении вращения привода вокруг общей центральной продольной оси, и размольную камеру, ограниченную внутренней стенкой и валом мешалки, причем: на первом конце размольной камеры вовнутрь нее открывается впускной элемент для измельчаемого материала; из второго конца размольного контейнера, противоположного первому концу размольного контейнера, наружу открывается выпускной элемент для измельчаемого материала; вал мешалки содержит первую часть, примыкающую к впускному элементу для измельчаемого материала, ограничивающую первую область размольной камеры и имеющую диаметр D24 и длину L24, и вторую часть, примыкающую к выпускному элементу для измельчаемого материала, ограничивающую вторую область размольной камеры и имеющую диаметр D25 и длину L25, причем диаметр D25 второй части вала мешалки больше диаметра D24 первой части вала мешалки; между первой частью вала мешалки и второй частью вала мешалки предусмотрен переход, относящийся к первой части вала мешалки; вторая часть вала мешалки содержит полость, дно которой отделяет ее от первой части вала мешалки, которая имеет длину L27 в направлении первой части вала и в которой расположено соединенное с выпускным элементом для измельчаемого материала сито, конец которого находится на расстоянии от дна; вторая часть вала мешалки имеет прорези, соединяющие полость со второй областью размольной камеры.
В одной из подобных бисерных мельниц, известной из публикации DE 10064828 B4, продольные прорези, образующие часть разделительного устройства, простираются во второй части вала мешалки почти вплоть до области с диаметром, меньшим, чем диаметр первой части вала мешалки. Они оканчиваются примерно в радиальной плоскости ситом, образующим часть разделительного устройства. Измельчаемый материал направляется сквозь размольный контейнер от впускного элемента для измельчаемого материала к противоположному концу размольной камеры и попадает вместе с мелющими телами, увлекаемыми потоком измельчаемого материала, в полость внутри второй части вала мешалки. Поскольку эта полость выполнена по существу цилиндрической, перемычки, ограничиваемые прорезями в концевой области вала мешалки, имеют бόльшую длину, чем в области колпака сита. Поэтому в области входа в полость происходит усиленное отфуговывание мелющих тел и крупных частиц измельчаемого материала. Следовательно, должно происходить усиление потока мелющих тел от разделительного устройства обратно в размольную камеру.
Из публикации DE 102013111762 A1 известна бисерная мельница, схожая с вышеописанной и содержащая вал мешалки, имеющий неизменный профиль по всей своей длине. В области между впускным элементом для измельчаемого материала и разделительным устройством выполнены выемки, проходящие в продольном направлении вала мешалки и открывающиеся в прорези, окружающие полость с ситом во второй части вала мешалки. Назначение этих симметрично выполненных в радиальном направлении выемок состоит в том, чтобы обеспечивать поступление мелющих тел непосредственно в прорези разделительного устройства, благодаря чему происходит усиленная рециркуляция в размольную камеру. Эти известные технические решения все же не обеспечивают достаточно равномерного и не сопровождающегося спрессовыванием распределения мелющих тел в размольной камере.
Из публикации EP 376001 B1 известна бисерная мельница, имеющая вал мешалки, содержащий первую часть, примыкающую к впускному элементу для измельчаемого материала, ограничивающую первую область размольной камеры и имеющую меньший диаметр, и вторую часть, примыкающую к выпускному элементу для измельчаемого материала, ограничивающую вторую область размольной камеры и имеющую больший диаметр. Вторая часть вала мешалки содержит полость, дно которой отделяет ее от первой части вала мешалки и в которой расположено соединенное с выпускным элементом для измельчаемого материала сито, конец которого находится на расстоянии от дна. Вторая часть вала мешалки имеет прорези, соединяющие полость со второй областью размольной камеры. Измельчаемый материал и мелющие тела проходят через первую область размольной камеры и вторую область размольной камеры и рядом с выпускным элементом поступают в полость. Мелющие тела отфуговываются через прорези.
В основе изобретения лежит задача усовершенствования бисерной мельницы согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, позволяющего получить значительно более равномерное распределение мелющих тел в размольной камере при одновременном предотвращении спрессовывания.
Согласно изобретению эта задача решается посредством того, что длина L27 полости в направлении первой части вала мешалки меньше длины второй части вала мешалки, первая часть вала мешалки содержит по меньшей мере один перепускной канал, проходящий сквозь дно полости, соединяющий с полостью первую область размольной камеры и по меньшей мере частично выполненный в переходе, причем по меньшей мере один перепускной канал ориентирован радиально наружу и против направления вращения привода.
В соответствии с изобретением измельчаемый материал может непосредственно поступать из первой области размольной камеры в полость, причем такая возможность обеспечивается для фракционной доли измельчаемого материала с наименьшим размером частиц, т.е. доли измельчаемого материала, в наименьшей степени подверженной центробежному воздействию. Благодаря тому, что по меньшей мере один перепускной канал по меньшей мере частично выполнен в переходе и проходит сквозь дно полости, создается непосредственноe соединение между первой областью размольной камеры и полостью.
Благодаря тому, что по меньшей мере один перепускной канал ориентирован радиально наружу и против направления вращения привода, обеспечивается невозможность попадания мелющих тел в полость через этот канал. При таком исполнении перепускных каналов усиливается центробежное воздействие, оказывающее соответственно более сильное влияние на мелющие тела и крупные частицы измельчаемого материала.
Технические решения, предлагаемые в изобретении, обеспечивают непосредственную подачу измельчаемого материала, в значительной степени освобожденного от мелющих тел, по перепускному каналу непосредственно в разделительное устройство, а именно в область, расположенную непосредственно перед ситом. Оттуда мелкие частицы измельчаемого материала выводятся непосредственно через выпускной элемент для измельчаемого материала. Таким образом, часть уже достаточно измельченного материала подвергается процессу размола только в первой области размольной камеры.
Если согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения по меньшей мере один перепускной канал, выполненный в первой части вала мешалки, простирается в направлении центральной продольной оси на расстояние, составляющее от 10 до 100%, в частности по меньшей мере 70%, в частности по меньшей мере 80%, в частности по меньшей мере 90% от длины L24 первой части вала мешалки, то тем самым обеспечивается, что при использовании перепускного канала с разделительным устройством поступающий измельчаемый материал уже освобождается в требуемой степени от мелющих тел и крупных частиц этого материала. Этот эффект носит особенно ярко выраженный характер, если по меньшей мере один перепускной канал имеет внутренний диаметр D39, который меньше внутреннего диаметра D27 полости.
Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в других зависимых пунктах формулы изобретения.
Прочие признаки, особенности и преимущества изобретения представлены в нижеследующем описании примеров его осуществления с помощью приложенных чертежей. На чертежах показано:
на фиг. 1 – вид горизонтальной бисерной мельницы в вертикальном продольном сечении,
на фиг. 2 – вид размольного контейнера горизонтальной бисерной мельницы в вертикальном продольном сечении и увеличенном по сравнению с фиг. 1 масштабе,
на фиг. 3 – вид размольного контейнера в поперечном сечении по линии разреза III-III на фиг. 2,
на фиг. 4 – вид размольного контейнера в поперечном сечении по линии разреза IV-IV на фиг. 2,
на фиг. 5 – вид размольного контейнера в вертикальном продольном сечении в варианте осуществления изобретения, отличающемся от показанного на фиг. 2,
на фиг. 6 – вид размольного контейнера в поперечном сечении по линии разреза VI- VI на фиг. 5,
на фиг. 7 – вид размольного контейнера в поперечном сечении по линии разреза VII-VII на фиг. 5,
на фиг. 8 – вид размольного контейнера в вертикальном продольном сечении в варианте осуществления изобретения, отличающемся от показанного на фиг. 5,
на фиг. 9 – вид размольного контейнера в поперечном сечении по линии разреза IX-IX на фиг. 8,
на фиг. 10 – вид размольного контейнера в поперечном сечении по линии разреза X-X на фиг. 8.
Как показано на фиг. 1, горизонтальная бисерная мельница содержит станину 1, опирающуюся на опорную поверхность 2. В нижней части станины 1 расположен приводной двигатель 3, связанный посредством ременной передачи 4 с приводным валом 5.
В верхней части станины 1 к ней прикреплен горизонтальный размольный контейнер 6. Последний содержит первую крышку 7, которая смонтирована на станине 1 и в которой установлен, с возможностью вращения и посредством подшипников 8 качения, приводной вал 5. Размольный контейнер 6 содержит, кроме того, цилиндрическую внутреннюю стенку 9, окруженную термостатирующей рубашкой 10, в которую теплоноситель, обычно хладагент, вводится через впускной элемент 11 и из которой он выводится через выпускной элемент 12. На противоположном от крышки 7 конце, то есть на некотором расстоянии от верхней части станины 1, размольный контейнер 6 закрыт второй крышкой 13. Соединение внутренней стенки 9 вместе с термостатирующей рубашкой 10 с первой крышкой 7 и второй крышкой 13 осуществляется посредством фланцев 14, 15 и соответствующих резьбовых соединительных элементов 16. Цилиндрическая внутренняя стенка 9, первая крышка 7 и вторая крышка 13 ограничивают размольную камеру 17, вовнутрь которой открывается предусмотренный в первой крышке 7 впускной элемент 18 для измельчаемого материала и наружу из которой открывается предусмотренный во второй крышке 13 выпускной элемент 19 для измельчаемого материала. Кроме того, вовнутрь размольной камеры 17 открывается впускной штуцер 20 для мелющих тел, а наружу из нее открывается выпускной штуцер 21 для мелющих тел, причем оба штуцера предусмотрены во второй крышке 13.
В размольной камере 17 расположен вал 22 мешалки, соединенный без возможности поворота с приводным валом 5 и приводимый последним в движение вокруг горизонтальной центральной продольной оси 23, общей для приводного вала 5, размольной камеры 17 и вала 22 мешалки. Вал 22 мешалки не имеет опоры в размольной камере 17, то есть он односторонне закреплен благодаря своей связи с приводным валом 5. Вал 22 мешалки содержит две части, а именно первую часть 24, примыкающую к впускному элементу 18 для измельчаемого материала и имеющую наружный диаметр D24, и следующую за ней вторую часть 25, имеющую наружный диаметр D25. При этом D25 > D24. Переход 26 между первой частью 24 вала мешалки с меньшим диаметром D24 и второй частью 25 вала мешалки с бόльшим диаметром D25 относится к первой части 24.
Первая часть 24 вала мешалки выполнена по существу сплошной, тогда как вторая часть 25 вала мешалки содержит полость 27, открытую в сторону второй крышки 13. Длина L27 полости 27 в направлении первой части 24 вала мешалки меньше длины L25 второй части 25 вала мешалки. Таким образом, L27 ˂ L25. Вторая часть 25 вала мешалки содержит открывающиеся наружу и проходящие параллельно оси 23 продольные прорези 28, которые, как показано на фиг. 4, ориентированы – относительно направления 29 вызываемого приводом вращения вала 22 мешалки, – радиально наружу и против направления 29 вращения. Вторая часть 25 вала мешалки на своем конце, примыкающем ко второй крышке 13, замкнута концевым кольцом 30, который, таким образом, замыкает и продольные прорези 28 в направлении, параллельном оси 23.
Во второй части 25 вала мешалки предусмотрено разделительное устройство 31, расположенное концентрически с осью 23 и состоящее из продольных прорезей 28 и цилиндрического сита 32, которое с торцевой стороны, обращенной к первой части 24 вала мешалки, закрыто колпаком 33, а на другом своем конце удерживается в цоколе 34, закрепленном на второй крышке 13 и содержащем выпускной элемент 19 для измельчаемого материала. Как показано, в частности, на фиг. 2, сито 32 простирается вплоть до конца полости 27, находящегося рядом с первой частью 24 вала мешалки.
Вал 22 мешалки оснащен перемешивающими элементами 35, 36 в форме лопастей, расположенными по окружности вала 22 мешалки на угловом расстоянии 90 градусов друг от друга и с радиальным простиранием относительно оси 23. Таким образом, в каждой плоскости, перпендикулярной оси 23, расположено по четыре перемешивающих элемента 35, 36. Перемешивающие элементы 35 в первой области 37 размольной камеры, окружающей первую часть 24 вала мешалки, имеют бόльшую длину, чем перемешивающие элементы 36 во второй области 38 размольной камеры, окружающей вторую часть 25 вала мешалки. Это обусловлено теми обстоятельствами, что внутренний диаметр D24 первой области 37 размольной камеры меньше внутреннего диаметра D25 второй области 38 размольной камеры и что концы всех перемешивающих элементов 35, 36 находятся на одинаковом расстоянии от внутренней стенки 9 размольного контейнера 6. Во второй части 25 вала мешалки предусмотрены соответственно две продольные прорези 28 между двумя перемешивающими элементами 35, смещенными друг относительно друга на 90 градусов. В зависимости от размеров бисерной мельницы угловое расстояние между перемешивающими элементами 35 может быть меньше 90°. В подобных случаях между двумя соседними по окружности и лежащими в одной плоскости перемешивающими элементами 35 в зависимости от необходимости предусматривают не более двух и даже только одну продольную прорезь 28.
В примере осуществления изобретения, представленном на фиг. 1-4, в переходе 26 от первой части 24 вала мешалки с меньшим диаметром D24 ко второй части 25 вала мешалки с бόльшим диаметром D25 выполнены перепускные каналы 39, соединяющие первую область 37 размольной камеры, окружающую первую часть 24 вала мешалки, с полостью 27. Как показано на фиг. 2 и 4, эти перепускные каналы 39 открываются в продольные прорези 28 и находятся – относительно направления 40 прохождения потока от впускного элемента 18 для измельчаемого материала до выпускного элемента 19 для измельчаемого материала, – перед полостью 27, то есть в сплошной части вала 22 мешалки. Следовательно, они открываются туда сквозь дно 41 полости 27. Как показано на фиг. 2, эти перепускные каналы 39 могут быть выполнены сравнительно короткими. Их осевая длина L39 составляет по меньшей мере 10% от длины L24 первой части 24 вала мешалки. Таким образом, L39 ≥ 0,1 L24.
Как показано на фиг. 5-7, где представлен пример осуществления изобретения с отличающимся исполнением перепускных каналов, перепускные каналы 39' могут простираться вдоль значительного отрезка длины L24 первой части 24 вала мешалки, а в предельном случае – и вдоль всей длины этой части, открываясь затем в осевом направлении от первой крышки 7 размольного контейнера. Следовательно, L24 ≥ L39' ≥ 0,1 L24. Другими словами, это означает, что осевая длина L39' составляет от 10 до 100% от длины L24 первой части 24 вала мешалки. Предпочтительными являются сравнительно длинные перепускные каналы 39'. Для них, таким образом, предпочтительно L39' ≥ 0,7 L24, L39' ≥ 0,8 L24 и L39' ≥ 0,9 L24.
Как следует из чертежа, перепускные каналы 39, 39' ориентированы, как и продольные прорези 28, против направления 29 вращения, если смотреть радиально наружу от центральной продольной оси 23. Таким образом, они открываются в осевом направлении в продольные прорези 28. Кроме того, перепускные каналы 39, 39' имеют, по меньшей мере в переходе 26, внутренний диаметр D39, D39', который меньше внутреннего диаметра D27 полости 27, так что перепускные каналы 39, 39' открываются туда непосредственно сквозь дно 41 полости 27. Внутренний диаметр D39, D39' незначительно превышает наружный диаметр D33 колпака 33 сита 32.
Пример осуществления изобретения, представленный на фиг. 8-10, отличается от примера, представленного на фиг. 5-7, только тем, что внутренний диаметр D39" перепускных каналов 39" меньше наружного диаметра D33 колпака 33 сита 32. Само собой разумеется, что это может иметь место и в случае примера осуществления изобретения, представленного на фиг. 1-4.
Рабочий процесс протекает следующим образом: заполняют размольную камеру 17, то есть свободное пространство между внутренней стенкой 9 и валом 22 мешалки, приблизительно на 90% мелющими телами 42, обозначенными на чертеже лишь точками. Диаметр D42 мелющих тел 42 находится в диапазоне от 0,03 до 0,8 мм, предпочтительно в диапазоне от 0,03 до 0,4 мм. Измельчаемый материал, подлежащий размалыванию, или диспергированию, подается насосом через впускной элемент 18 для измельчаемого материала в размольный контейнер 6 и движется через размольную камеру 17 в направлении 40 прохождения потока, подвергаясь интенсивному воздействию перемешивающих элементов 35, 36 и мелющих тел 42, причем средняя скорость прохождения потока в первой области 37 размольной камеры ниже, чем во второй области 38 размольной камеры вследствие разных размеров свободного поперечного сечения у этих областей 37, 38.
Как показано на фиг. 2, часть измельчаемого материала проходит в соответствии со стрелкой 43, указывающей направление движения потока, по перепускным каналам 39 непосредственно в полость 27 и выходит из размольной камеры 17 сквозь сито 32, если тонкость измельчения этого материала позволяет ему пройти сквозь сито 32. Измельчаемый материал, не прошедший сквозь сито 32, отфуговывается по продольным прорезям 28 во вторую область 38 размольной камеры. Другая часть измельчаемого материала проходит, подвергаясь дальнейшему интенсивному воздействию мелющих тел 42, через вторую область 38 размольной камеры и поступает, двигаясь по кругу вдоль концевого кольца 30, в полость 27 между ситом 32 и второй частью 25 вала мешалки, откуда мелющие тела 42 и крупные частицы измельчаемого материала отфуговываются – в большей степени, чем мелкие частицы измельчаемого материала, – по продольным прорезям 28 во вторую область 38 размольной камеры в соответствии с ориентированными наружу стрелками 45, указывающими направление потока.
Из-за сравнительно малой скорости прохождения потока измельчаемого материала в первой области 37 размольной камеры относительно этой скорости во второй области 38 размольной камеры опасность уплотнения и спрессовывания мелющих тел 42 в первой области 37 размольной камеры ниже, чем во второй области 38. Вследствие того, что часть измельчаемого материала поступает к разделительному устройству 31 по перепускным каналам 39 уже непосредственно из первой области 37 размольной камеры, скорость прохождения потока измельчаемого материала снижается и во второй области 38 размольной камеры, так что и там снижается опасность спрессовывания мелющих тел 42.
Если перепускные каналы 39', 39" простираются, как показано в примерах осуществления изобретения на фиг. 5-7 и 8-10, на большее расстояние L39', L39" в направлении впускного элемента 18 для измельчаемого материала, то это приводит к увеличению, по сравнению с примером осуществления изобретения на фиг. 1-4, потока измельчаемого материала, поступающего по перепускным каналам непосредственно в разделительное устройство 31, поскольку благодаря упомянутому выше исполнению перепускных каналов 39', 39" мелющие тела 42 и крупные частицы измельчаемого материала переносятся – в большей степени, чем мелкие частицы измельчаемого материала, – из перепускных каналов 39" в радиальном направлении в первую область 37 размольной камеры в соответствии со стрелками 46, указывающими направление потока. Это особенно относится к примеру осуществления изобретения, представленному на фиг. 8-10.
Описанные технические решения позволяют существенно снизить опасность спрессовывания мелющих тел 42, что дает возможность значительно повысить производительность. В частности, это обеспечивает значительные преимущества в случае так называемого циркуляционного режима работы, когда измельчаемый материал многократно проходит в замкнутом цикле через размольный контейнер 6.
Ссылочные обозначения
1. Станина.
2. Опорная поверхность.
3. Приводной двигатель.
4. Ременная передача.
5. Приводной вал.
6. Размольный контейнер.
7. Первая крышка размольного контейнера.
8. Подшипник качения.
9. Внутренняя стенка.
10. Термостатирующая рубашка.
11. Впускной элемент.
12. Выпускной элемент.
13. Вторая крышка размольного контейнера.
14. Фланец.
15. Фланец.
16. Резьбовые соединительные элементы.
17. Размольная камера.
18. Впускной элемент для измельчаемого материала.
19. Выпускной элемент для измельчаемого материала.
20. Впускной штуцер для мелющих тел.
21. Выпускной штуцер для мелющих тел.
22. Вал мешалки.
23. Центральная продольная ось.
24. Первая часть вала мешалки.
25. Вторая часть вала мешалки.
26. Переход (между частями 24-25 вала мешалки).
27. Полость.
28. Продольные прорези.
29. Направление вращения.
30. Концевое кольцо.
31. Разделительное устройство.
32. Сито.
33, 33'. Колпак.
34. Цоколь.
35. Перемешивающие элементы.
36. Перемешивающие элементы.
37. Первая область размольной камеры.
38. Вторая область размольной камеры.
39, 39', 39". Перепускной канал.
40. Направление прохождения потока.
41. Дно (полости 27).
42. Мелющие тела.
43. Стрелка, указывающая направление движения потока.
44. Стрелка, указывающая направление.
45. Стрелка, указывающая направление движения потока.
46. Стрелка, указывающая направление.