ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬ
GRINDER

Изобретение относится к устройствам для измельчения материалов, в частности к измельчителям для сыпучих материалов с малой насыпной плотностью, и может быть использовано для измельчения углеродосодержащих материалов, например графита, преимущественно терморасширенного (ТРГ), сажи и т.д. как в лаборатории, так и в промышленности.
Известно устройство (а.с. №426695, МПК B02C 13/00, от 19.09.72 г.), содержащее камеру и расположенный в ней вал с установленными на нем в несколько рядов пластинами, снабженными молотками. Молотки каждого последующего ряда смещены относительно каждого предыдущего ряда на расстояние, обеспечивающее измельчение частиц во всех участках рабочего пространства камеры измельчителя.
К недостаткам известного устройства относится то, что известное устройство рассчитано на измельчение материала дроблением при действии молотков, размещенных в торцевой части пластин, закрепленных на роторе, что снижает производительность при измельчении частиц материала из графита в виде чешуек, пластин, пуха в форме червячков, т.е. терморасширенного графита, имеющих малый вес, но занимающий большой объем. К тому же пластины, имеющие гладкую поверхность и размещенные рядами на роторе, вращаются одновременно в одном направлении. Это приводит к образованию застойной зоны массы частиц, которая конгломерируется под действием центростремительной силы, реализуемой в этой зоне, и снижению качества измельчения материала с малой насыпной плотностью.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является измельчитель (а.с. №1639740, МПК B02C 13/02, от 18.04.89 г.), содержащий цилиндрическую камеру размола, в которой на горизонтальном валу установлен измельчающий ротор. Камера размола сообщается с циклоном -разгрузителем посредством установленной над ней приемной камеры. Угол сектора, образованного плоскостями, проходящими через центр камеры размола и линей сопряжения последней с приемной камерой, составляет 50°-70°, что необходимо для качественного просеивания материалов воздушным потоком. Данное устройство принято за прототип.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения - корпус загрузочного бункера, соединенный с корпусом цилиндрической камеры размола; в камере размола на валу размещен ротор с элементами измельчения; отводной патрубок
К недостаткам известного измельчителя, принятого за прототип, относится то, что известное устройство малопроизводительно для большого объема измельчающего материала и материала с малой насыпной плотностью, так как он имеет большой объем при малом весе. Особенно это касается графита в виде пластин, чешуек и в виде «пуха» в форме червячков, т.е. терморасширенного графита со сложной взаимосвязью частиц между собой. В камере разлома при наличие элементов измельчения в виде лопастей с гладкой поверхностью, пух частично измельчается за счет слабых связей в «червячке», но основная его масса будет во взвешенном состоянии уходить в камеру приема и циклоном перегоняться в обратном направлении по замкнутой системе без контроля за степенью измельчения, без возможности задавать плотность измельчения материала и степень его измельчения (по фракциям).
Измельчение «пуха», например, терморасширенного графита в виде «червячков» с малой плотностью, обладающего самоуплотняющимися свойствами (слеживаемостью), фрикционными свойствами в связи со сложной формой, а также развитой пористостью в «червячке», проблематично.
Задачей изобретения является повышение производительности измельчения материалов, имеющих малую насыпную плотность (малый вес и большой объем), типа чешуек, пластин, пуха в виде червячков из графита, возможность получения в одном измельчителе материала заданную насыпную плотность.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном измельчителе, содержащем корпус загрузочного бункера, соединенный с корпусом цилиндрической камеры размола, в которой на валу размещен ротор с элементами измельчения, отводной патрубок, согласно изобретению, загрузочный бункер выполнен в виде закрытой камеры, имеющей цилиндрическую форму переменного сечения с коническим переходом от большего сечения к меньшему, в которой вертикально размещены, по меньшей мере, два ротора с элементами измельчения, выполненными в виде спиралеобразных петель с гладкой поверхностью и установленными с возможностью разнонаправленного вращения относительно друг друга, при этом к загрузочному бункеру подведен загрузитель, выполненный в виде трубопровода, в котором размещен поршень, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения, камера размола соосно размещена под загрузочным бункером, корпус камеры размола герметично по кромкам соединен с корпусом загрузочного бункера эластичным патрубком с возможностью вращательного перемещения одной части патрубка относительно другой как по часовой, так и против часовой стрелки, или патрубком, имеющим заглушку, в камере размола ротор размещен на вертикальном валу, а элементы измельчения ротора выполнены в виде многорядной системы горизонтально закрепленных ножей, на поверхностях которых с обеих сторон выполнен рельеф в виде плотноразмещенных пирамид с вершинами, имеющими угол 45°-60°, отводной патрубок установлен в нижней части камеры размола.
Количество элементов измельчения на каждом роторе загрузочного бункера может быть от одного и более в зависимости от объема бункера и заданной производительности устройства.
Целесообразно равномерное распределение роторов, размещенных в загрузочном бункере, по его периферии или равномерное распределение по его периферии относительно центрального.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа - загрузочный бункер выполнен в виде закрытой камеры, имеющей цилиндрическую форму переменного сечения с коническим переходом от большего сечения к меньшему, в которой вертикально размещены, по меньшей мере, два ротора с элементами измельчения; элементы измельчения выполнены в виде спиралеобразных петель с гладкой поверхностью и установлены с возможностью разнонаправленного вращения относительно друг друга; к загрузочному бункеру подведен загрузитель, выполненный в виде трубопровода, в котором размещен поршень, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения; камера размола соосно размещена под бункером; корпус камеры размола герметично по кромкам соединен с корпусом загрузочным бункером эластичным патрубком с возможностью вращательного перемещения одной части патрубка относительно другой как по часовой, так и против часовой стрелки, или патрубком, имеющим заглушку; в камере размола ротор размещен на вертикальном валу; элементы измельчения ротора выполнены в виде многорядной системы горизонтально закрепленных ножей, на поверхностях которых с обеих сторон выполнен рельеф в виде плотноразмещенных пирамид с вершинами, имеющими угол 45°-60°; отводной патрубок установлен в нижней части камеры размола; количество элементов измельчения на каждом роторе загрузочного бункереа может быть от одного и более в зависимости от объема бункера и заданной производительности устройства; роторы, размещенные в загрузочном бункере, равномерно распределены по его периферии или равномерно распределены по его периферии относительно центрального.
Выполнение загрузочного бункера в виде закрытой камеры и используемого как дополнительная камера размола, за счет размещенных в нем роторов с элементами измельчения, позволит осуществить грубое предварительное или окончательное измельчение материала ТРГ в виде фрагментов пуха в зависимости от задаваемой насыпной плотности измельченного материала.
Благодаря выполнению загрузочного бункера в виде закрытой камеры, имеющей цилиндрическую форму переменного сечения с коническим переходом от большего сечения к меньшему, и наличия измельчающих элементов в виде спиралеобразных петель с гладкой поверхностью и установки их с возможностью разнонаправленного вращения относительно друг друга при измельчении, масса пуха находится постоянно во взвешанном состоянии, нет застойных зон, не происходит уплотнения его массы. Это способствует повышению производительности процесса измельчения. При этом происходит процесс разлома червячка и деление его на фрагменты, что позволяет получить измельченный материал заданной насыпной плотности и соответственно изделия с заданными физико-механическими свойствами.
Наличие загрузителя и выполнение его в виде трубопровода, в котором размещен поршень, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения позволит поступать в загрузочный бункер измельчаемому материалу в виде взвешанных в воздухе частиц, обеспечивая лучшее, более эффективное измельчение каждого «червячка» графита.
Двухэтапность измельчения пуха обеспечивается наличием дополнительной и основной камер размола, соответственно грубого и тонкого измельчения, соединенных эластичным патрубком или патрубком с заслонкой. При этом эластичный патрубок при вращении одной его части относительно другой имеет возможность в одном направлении закрывать отверстие-переход от одной камеры к другой (по часовой стрелке) или открывать.
В случае работы дополнительной камеры размола (бункера загрузочного) эластичный патрубок закрывает отверстие. В случае окончания измельчения - открывает отверстие и измельченный материал попадает в основную камеру размола, размещенную соосно под бункером. Тем самым упрощается технология измельчения, увеличивается производительность процесса. Материал не загрязняет окружающую среду, т.к. не пылит. Процесс измельчения ведется в замкнутой системе размещения деталей в устройстве.
Размещение в камере размола ротора на вертикальном валу и выполнение элементов измельчения ротора в виде многорядной в горизонтальной плоскости системы ножей, на поверхностях которых с обеих сторон выполнен рельеф в виде плотноразмещеных пирамид с вершинами под углом 45-60° способствуют повышению производительности процесса измельчения и позволят измельчать пух до заданного размера в зависимости от скорости вращения ротора с элементами измельчения и длительности процесса измельчения. Угол в вершине пирамид обеспечивает измельчение материала на более мелкие фракции, без их торможения и расплющивания частиц, в результате чего свойства материала могут изменяться.
Угол более 60° мало результативен для измельчения, а угол менее 45° тормозит движение измельчаемых частиц, экранируемых пирамидой.
Предлагаемый измельчитель иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-7.
На фиг.1 изображено устройство, в разрезе.
На фиг.2 (а, б, в) - варианты размещения элементов измельчения на роторе, установленном в загрузочном бункере.
На фиг.3 (а, б) показаны варианты размещения роторов с элементами измельчения в загрузочном бункере.
На фиг.4 показан 1-й этап измельчения в загрузочном бункере устройства, в разрезе.
На фиг.5 показан эластичный патрубок между загрузочным бункером и камерой размола в закрытом виде, вид сверху.
На фиг.6 показан 2-й этап измельчения в камере размола, в устройстве, в разрезе.
На фиг.7 показано размещение элементов измельчения на роторе, установленном в камере размола.
Измельчитель (фиг.1) содержит корпус загрузочного бункера 1, цилиндрическую камеру размола 2, размещенную соосно под бункером 1. Загрузочный бункер 1 выполнен в виде закрытой камеры, имеющей цилиндрическую форму переменного сечения с коническим переходом от большего сечения к меньшему, в которой вертикально размещены два и более в зависимости от объема бункера ротора 3 с элементами измельчения 4. Элементы измельчения 4 выполнены в виде спиралеобразных петель с гладкой поверхностью и установлены с возможностью разнонаправленного вращения относительно друг друга. Количество элементов измельчения 4 на каждом роторе 3 загрузочного бункера 1 зависит от объема бункера и заданной производительности устройства (фиг.2, а, б, в). Роторы 3, размещенные в загрузочном бункере 1 равномерно распределены по его периферии или равномерно распределены по его периферии относительно центрального (фиг.3, а, б).
К загрузочному бункеру 1 подведен загрузитель 5, выполненный в виде трубопровода, в котором размещен поршень 6, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения.
В камере размола 2 размещен на вертикальном валу ротор 7 с элементами измельчения 8. Элементы измельчения 8 выполнены в виде многорядной системы горизонтально закрепленных ножей. На нижней и верхней поверхностях ножей выполнен рельеф в виде плотноразмещенных пирамид 9 с вершинами, имеющими угол 45°-60° (фиг.7).
Корпус камеры размола 2 плотно по кромкам соединен с корпусом загрузочного бункера 1 эластичным патрубком 10 с возможностью вращательного перемещения одной части патрубка 10 относительно другой как по часовой, так и против часовой стрелки, или патрубком, имеющим заглушку (на чертеже не показана). В нижней части камеры размола 2 установлен отводной патрубок 11.
Устройство работает следующим образом.
В загрузочный бункер 1 (он же дополнительная камера для грубого измельчения пуха) (фиг.4) через трубопровод 5 вводится «пух», т.е. легкие элементы 12 терморасширенного пуха, поршнем 6, перемещающимся в направление корпуса бункера 1. Элементы пуха 12, делятся на фрагменты элементами измельчения 4, выполненными в виде петель, вращающихся роторами 2 в различных направлениях относительно друг друга. Измельчаемая «взвешенная» масса диспергируется за счет повышенной дефектности элементов 12, слабой связи между ними в «червячке» до тех пор, пока не произойдет разлом червяка, деление его на фрагменты. Предварительно верхнюю часть эластичного патрубка 10 вращаем по часовой стрелке, а нижняя часть остается неподвижной. При этом отверстие закрывается (фиг.5) и измельчаемый пух из загрузочного бункера 1 (дополнительной камеры размола) не проникает в основную камеру размола 2 до тех пор, пока не завершится процесс. После завершения процесса измельчения (1-й этап) в загрузочном бункере 1 эластичный патрубок 10 поворачивается против часовой стрелки, при этом открывается отверстие, и измельченный материал поступает в камеру размола 2.
В камере размола 2 (фиг.6) диспергированные элементы 12 могут продолжать измельчать до заданной насыпной плотности. Далее, из камеры размола 2 измельченный пух поступает через отводной патрубок 11 на производство с целью получения изделий. Например, из измельченного терморасширенного графита или композиций, в которых графит используют в качестве наполнителя со связующим, выбранным исходя из заданных свойств материала, готовят уплотнители.
Преимущество заявленного измельчителя по сравнению с прототипом состоит в том, что он:
1. Высокопроизводителен за счет наличия и выполнения элементов измельчения в виде гладких спиралеобразных петель в загрузочном бункере и рельефных ножей в камере размола.
2. Позволяет трудноизмельчаемый материал ТРГ в виде пуха измельчить до заданной степени измельчения в одном устройстве, за счет двухэтапного измельчения.
3. Впервые появилась возможность измельчения материала в виде пуха (например, терморасширенного графита).