РАЗМАЛЫВАЮЩАЯ ГАРНИТУРА ДИСКОВОЙ МЕЛЬНИЦЫ

Полезная модель относится к размалывающим гарнитурам дисковых мельниц и предназначено для использования в целлюлозно-бумажной промышленности, строительной, химической и других отраслях промышленности.
Известен наиболее близкий аналог для размола полуфабриката (прототип патент РФ №2288038, опубл. 28.12.2010). Размалывающая гарнитура дисковой мельницы включает собранные из секторов статорный и роторный диски, рабочая поверхность которых имеет периферийную кольцевую зону с равномерно расположенными от входной 1 до выходной кромок секторов рабочими ножами, между которыми выполнены разделительные канавки, и центральную кольцевую зону с целыми и укороченными ножами.
Полезная модель решает задачу интенсификации процесса размола за счет плавного распределения полуфабриката по размалывающим зонам, повышения его качества, производительности и снижения энергозатрат при размоле как первичного, так и вторичного волокна.
Недостатком прототипа являются тонкие «частые» ножи, которые в процессе работы гарнитуры быстро выходят из строя в виду сильной нагрузки на режущую кромку ножа при прохождении полуфабриката.
Следующим очевидным недостатком прототипа является узкие межножевые канавки, которые затрудняют прохождение полуфабриката во время ее помола и, как следствие, увеличивая энергопотребление и уменьшает производительность дисковой мельницы.
Создание локальных напряжений в рабочей зоне гарнитуры прототипа обуславливается расположением, фактически каждого ножа относительно продольной оси сектора под разным углом, что отрицательно складывается при прохождении полуфабриката по размалывающей гарнитуре.
Техническая задача заключается в повышении интенсификации процесса размола, при одновременном повышении долговечности гарнитуры, технический результат заключается в плавном распределении полуфабриката по размалывающим зонам и равномерного распределения нагрузки в начальной кольцевой зоне (от входной до окружной кольцевой кромки сектора), что обеспечивается увеличением потока полуфабриката, проходимого через размалывающие зоны и более качественным расщеплением исходного материала.
Поставленная задача решается за счет того, что в размалывающей гарнитуре дисковой мельницы, включающей собранные из секторов статорный и роторный диски, каждый сектор снабжен двумя верхними и одним нижним отверстием, рабочая поверхность гарнитуры имеет периферийную кольцевую зону с равномерно расположенными от входной до выходной кромок секторов рабочими ножами на ее кольцевых зонах, между которыми выполнены кольцевые разделительные канавки, и центральную кольцевую зону с целыми и укороченными ножами, согласно полезной модели угол наклона α рабочих ножей, целого и укороченного ножей, к продольной оси размалывающих зон выполнен в интервале от 24° до 30°, верхние отверстия сектора, на крайних размалывающих зонах каждого сектора, размещены на диаметрах, расположенных к продольной оси сектора под углом β в интервале от 10° до 20°, и размещены от выходной кромки секторов на расстоянии от 50 до 70 мм, а нижние отверстия каждого сектора размещены на линии, являющейся продольной осью сектора, проходящей на расстоянии от 70 до 90 мм от входной кромки сектора до выходной кромки сектора, делящей сектор на две равные части, кольцевые разделительные канавки выполнены с возможностью разделения размалывающих зон, расположенных преимущественно вертикально, а целые ножи центральной кольцевой зоны чередуются с укороченными, таким образом, что в каждой размалывающей зоне центральной кольцевой зоны имеются один целый и один укороченный нож.
Кроме того, каждый сектор размалывающей гарнитуры дисковой мельницы крепится на несущих дисках с помощью болтов.
Плавное распределение полуфабриката обеспечивается оптимальным углом наклона α, рабочих ножей, целых ножей, укороченных ножей, к продольной оси от 24° до 30°. Угол определен опытным путем, что также приводит к увеличению эффекта фибрилляции волокна (разрушение связей между отдельными фибриллами стенок растительных волокон), т.е. избеганию укорачивания волокон в процессе размола, что повышает качество обработки полуфабриката. За счет наклона ножей относительно продольной оси сектора и рисунка (разделения на три основные размалывающие зоны расположенные преимущественно вертикально, с укрупненными разделительными канавками между ними, сужающимися к выходной кромке каждого сектора) Нарастающий эффект подачи полуфабриката уже в периферийной зоне позволяет добиться качественной фибрилляции волокна. В прототипе же каждый нож расположен фактически под разным углом к оси сектора, поэтому поток полуфабриката, проходящей через гарнитуру и диски, неравномерный по сравнению с предлагаемой полезной моделью. И опытным путем установлено, что как минимум на 15% меньше полуфабриката проходит через гарнитуру в прототипе по сравнению с предлагаемой полезной моделью. В предлагаемой полезной модели, равномерное распределение нагрузки полуфабриката внутри размалывающей гарнитуры обеспечивается расположением ножей в центральной кольцевой зоне: чередование целого ножа и укороченного ножа, и в периферийной кольцевой зоне, где идет чередование рабочих ножей относительно каждой следующей размалывающей зоны (в шахматном порядке).
Оптимальное размещение посадочных мест гарнитуры приводит к увеличению потока и фибрилляции, и плавному распределению полуфабриката внутри размалывающих зон, что обеспечивает повышение интенсификации процесса размола при одновременном повышении долговечности гарнитуры. Если отверстия крепления, а соответственно и посадочные места сместить ближе к середине сектора гарнитуры, то при размоле, в мельнице, наружные края (углы) сектора отгибаются наружу, меняя высоту сектора в диске, а также высоту рабочих ножей. Если ножи окажутся на разном уровне, то будет выше износ гарнитуры и качество обработки полуфабриката будет снижено, что снизит интенсификацию процесса обработки. Предлагаемое размещение крепления: посадочные места (отверстия) на крайних размалывающих зонах каждого сектора размещены на диаметрах, расположенных под углом к продольной оси размалывающей зоны от 10° до 20°, причем верхние отверстия сектора (посадочные места) размещены на расстоянии от выходной кромки каждого сектора от 50 до 70 мм, нижние отверстие сектора расположено на продольной оси сектора на расстоянии от входной кромки секторов от 70-90 мм. Статорный и роторный диски состоят из 8 секторов. Надежное крепление восьми секторов на диске, обеспечено за счет недопущения отклонения по толщине сектора, т.е. за счет поддержания высоты секторов. А, следовательно, и высоты рабочих ножей на одном уровне относительно друг друга. Это обусловлено оптимальным размещением посадочных мест гарнитуры, установленных экспериментально. Если отверстия, а соответственно и посадочные места гарнитуры ближе к середине сектора гарнитуры, то при размоле, в мельнице, наружные края (углы) секторов отгибаются наружу, меняя высоту сектора в диске, ножи на разном уровне и будет выше износ и качество обработки полуфабриката будет ниже. Если посадочные места разместить ближе к краю сектора, то возможно поднятие средней части ножевой плоскости сектора центробежной силой от вала дисковой мельницы или от давления суспензии полуфабриката, что приводит к образованию трещин и выходу гарнитуры из строя.
В отличие от прототипа в предлагаемой полезной модели угла наклона α рабочих ножей, целого и укороченного ножей, к продольной оси размалывающих зон выполнен в интервале от 24° до 30°, при этом размалывающие зоны размещены под углом β от 10 до 20 градусов к продольной оси сектора. В прототипе же все ножи размалывающей гарнитуры дисковой мельницы могут быть размещены по касательным к окружности входного отверстия статорного диска.
В предлагаемой полезной модели целые ножи центральной кольцевой зоны чередуются с укороченными ножами и дублируются в остальных размалывающих зонах, что позволяет решать задачу плавного распределение, полуфабриката в периферийную кольцевую зону. В прототипе же расположение ножей идет следующим образом: цельные (целые) ножи 9 центральной кольцевой зоны чередуются с двумя малыми 11 ножами, между которыми смонтирован один укороченный 10 нож. Такое расположение ножей обеспечивает неравномерное поступление полуфабриката в периферийную кольцевую зону, что допускает возможность образования избытка полуфабриката между ножами периферийной кольцевой зоны, а как следствие, их поломке. Большая часть полуфабриката поступит между малым и укороченным ножами, а меньшая часть полуфабриката поступит между укороченным и цельным ножами. Таким образом, полуфабрикат в периферийную кольцевую зону поступает неравномерно, аккумулируясь в отдельных локальных зонах, что снижает качество и количество выхода готового продукта, что повышает интенсификацию процесса размола.
В применяемой полезной модели, рабочие ножи периферийной кольцевой зоны каждой последующей размалывающей зоны разделены постепенно сужающимися разделительными канавками относительно предыдущих, с возможностью разделения размалывающих зон расположенных преимущественно вертикально, в шахматном порядке. Такое расположение, с разделительными канавками, помогает компенсировать напряжение полуфабриката, созданное внутри размалывающих зон. В прототипе напряжение полуфабриката сохраняется на протяжении всего времени размола, в результате полуфабрикат начинает разбиваться за счет сил кавитации, что крайне нежелательно в процессе создания новых связей между фибриллами (мельчайшим волокнистым материалом).
Данный рисунок размалывающей гарнитуры позволяет создать плавное движение полуфабриката, упорядочить движение полуфабриката внутри размалывающих зон и сопряженных с ними роторной и статорной частями дисковой мельницы.
Сращивание волокон (мельчайшего волокнистого материала) обеспечено также за счет расположения угла наклона α рабочих ножей, целого и укороченного ножей, к продольной оси размалывающих зон выполнен в интервале от 24° до 30° т.к. это приводит к процессу фибрилляции волокна и не допускает укорочения волокна. Полуфабрикат, переходя от зоны к зоне, приобретает направленность потока, увеличивается поток и фибрилляция, что позволяет равномерно распределять нагрузку по всей поверхности волокна, избегая локальных напряжений, это приводит к повышению интенсификации процесса размола. Рассматриваемая полезная модель хорошо зарекомендовала себя при размоле как первичного, так и вторичного волокна.
В результате удалось также улучшить внешний вид и структурные характеристики полученного полуфабриката, например, картона при сохранении механических свойств на том же уровне сцепления волокон: т.к. волокно только «расчесалось», но не укоротилось. Это объясняется постепенно сужающимися разделительными канавками между размалывающими зонами от центральной до периферийной зоны, а также разделением сектора на зоны, расположенные преимущественно вертикально: одна плавно перетекает в другую. Все вышеизложенное позволяет избежать неравномерного размола полуфабриката, что приводит к повышению интенсификации процесса размола и повышению производительности дисковой мельницы.
Также повышает интенсификацию процесса размола, при одновременном повышении долговечности гарнитуры, снижая энергозатраты, укрупнение межножевой канавки, Ширина межножевой канавки по сравнению с прототипом увеличивается. В прототипе же количество рабочих ножей больше, а межножевые канавки уже, что показано на Фиг.2 прототипа, снижается интенсификация процесса размола.
Техническое решение поясняется чертежами, где
На Фиг. 1 - представлена размалывающая гарнитура дисковой мельницы - общий вид.
На Фиг. 2 - изображен один из секторов размалывающей гарнитуры дисковой мельницы, разделенный на размалывающие зоны.
На Фиг. 3 - изображен один из секторов размалывающей гарнитуры дисковой мельницы с указанием основных технологических частей, гарнитуры;
На Фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 3;
На Фиг. 5 - сечение по Б-Б на фиг. 3;
На Фиг. 6 - изображено поперечное сечение статорного и роторного дисков в рабочем сопряженном положении.
Размалывающая гарнитура дисковой мельницы включает собранные из секторов статорный 1 с входным отверстием и роторный диски 2 (Фиг. 1).
(Стрелками показано направление движения волокнистого полуфабриката В. Рабочие поверхности ножей конической кольцевой зоны затенены. Рабочие поверхности ножей кольцевой зоны - затенены).
Рабочая поверхность размалывающей гарнитуры имеет периферийную кольцевую зону Г, центральную кольцевую зону Д, и линию, делящую сектор на две равные части - продольная ось сектора Е. Продольная ось каждой размалывающий зоны Ж расположена под углом (3 от 10° до 20° к продольной оси сектора Е.
Периферийная кольцевая зона Г, центральная кольцевая зона Д, разделена на ярко выраженные три основные размалывающие зоны I, II, III (в секторе) расположенные от входной кромки 3 секторов (расположенной ближе к центру) до выходной кромки 4 секторов.
В периферийной кольцевой зоне расположены в шахматном порядке рабочие ножи 5, межножевые канавки 6, разделенные постепенно сужающимися разделительными канавками 7 и 8 и целыми ножами 9 и укороченными ножами 10, расположенными в центральной кольцевой зоне.
Ближайшая к центру дисков длина окружности является входной кромкой секторов в отверстии статорного диска 1. Кольцевая полость, расположенная между входными 3 и выходными 4 кромками секторов, статорного 1 и роторного диска 2, является разгонной зоной.
Межножевые канавки 6 периферийной кольцевой зоны открыты со стороны кольцевой окружной кромки 11 сектора, а рабочие ножи 5, предыдущей размалывающей зоны, расположенной преимущественно вертикально относительно последующего расположены в шахматном порядке (в прототипе ножи предыдущего кольцевого участка (зоны), расположенного преимущественно горизонтально, периферийной кольцевой зоны относительно последующего участка (зоны), расположены в шахматном порядке). В предлагаемой полезной модели между основными размалывающими зонами I, II, III выполнены постепенно сужающиеся разделительные канавки 7 и 8, расположенные в конце каждой размалывающей зоне периферийной кольцевой зоны Г. (через каждые 10-20°).
Рабочие ножи 5, целые ножи 9, укороченные ножи 10 центральной Д и периферийной Г кольцевой зоны выполнены с углом наклона α рабочих ножей, целого и укороченного ножей, к продольной оси размалывающих зон в интервале, в интервале от 24° до 30°, при этом продольные линии основных размалывающих зон I, II, III размещены под углом β от 10° до 20° к продольной оси сектора Е.
Центральная кольцевая зона Д имеет целые ножи 9 и укороченные ножи 10. Целые ножи 9 центральной кольцевой зоны чередуются с укороченными, таким образом в каждой из трех размалывающих зон центральной зоны имеются один целый и один укороченный нож.
Приведенное расположение на Фиг.3 центральной кольцевой зоны, где целый нож 9 чередуется с укороченным ножом 10, являются оптимальными в сравнении с прототипом, где один цельный (целый) нож центральной кольцевой зоны чередуется с двумя малыми ножами, между которыми смонтирован один укороченный нож. Так как при расположении ножей прототипа происходит неравномерный локальный размол полуфабриката в связи с разным расстоянием между каждым ножом у входной кольцевой кромки 3 секторов, то это ухудшает качество готового продукта. В полезной модели, постепенно сужающиеся разделительные канавки 7 и 8 между размалывающими зонами снимают напряжение полуфабриката и равномерно подают полуфабрикат в основные размалывающие зоны I, II, III, где полуфабрикат перетекает из одной зоны в другую. А оптимально выбранный угол наклона α рабочих ножей, целого и укороченного ножей, к продольной оси размалывающих зон выполнен в интервале от 24° до 30° не допускает рубки волокна (укорочение волокон полуфабриката).
На фиг.3 изображены рабочие ножи 5, целые ножи 9, укороченные ножи 10 центральной Д и периферийной Г кольцевой зоны размещены с наклоном к продольной оси каждой размалывающей зоне сектора Ж: под углом α от 24 до 30° при этом основные размалывающие зоны I, II, III размещены под углом β от 10° до 20° к продольной оси сектора Ж. Каждый сектор размалывающей гарнитуры дисковой мельницы крепятся на несущих дисках путем соединения с ним болтами.
В предлагаемой полезной модели посадочные места (верхние отверстия) на крайних основных размалывающих зон II, III каждого сектора размещены на, диаметрах, расположенных под углом к продольной оси β от 10° до 20°, причем посадочные места размещены на расстоянии от выходной кромки 4 секторов от 50 до 70 мм,
Нижнее отверстие на продольной оси сектора размещено на расстоянии от входной кромки 3 секторов, от 70 до 90 мм. На диске за счет недопущения отклонения по толщине сектора, т.е. за счет поддержания высоты секторов, а, следовательно, и высоты рабочих ножей на одном уровне относительно друг друга, обеспечено надежное крепление восьми секторов.
Рабочие ножи 5 статорного и роторного дисков сопряжены между собой. В рабочем положении рабочие ножи 5, целые ножи 9, укороченные ножи 10 центральной Д и периферийной Г кольцевой зоны, роторного и статорного дисков также, как и межножевые канавки 6, перекрещиваются под произвольным углом, поэтому открытые со стороны межножевого зазора межножевые канавки роторного 2 и статорного 1 дисков сообщены между собой.
Центральная кольцевая зона Д сопряжена конически с кольцевой окружной кромкой 11 сектора периферийной кольцевой зоны Г с перепадом по высоте в месте их сопряжения (фиг.4, 5, 6).
Рабочая поверхность гарнитуры, охватывающая центральную кольцевую Д и периферийную кольцевую зону Г, состоит из пяти размалывающих зон, имеющих следующие характерные особенности (фиг.2):
- Основные размалывающие зоны I, II, III представляют собой поверхность с межножевыми канавками 6, рабочими ножами 5, целыми ножами 9, укороченными ножами 10. Основные зоны размола I, II, III начинаются от входной кромки 3 секторов выступающими целыми ножами 9 и укороченными ножами 10 затем продолжается от кольцевой окружной кромки 11 секторов до выходной кромки 4 секторов. Основные размалывающие зоны I, II, III расположены под углом наклона от продольной оси сектора Е, равным β от 10° до 20° слева и справа от продольной оси сектора.
- Зона IV, расположенная в центральной кольцевой зоне Д с протяженностью от радиуса R1 до радиуса R2, представляет собой начальную зону с целыми ножами 9 для первичного ударного воздействия на суспензию и создания направленности потока - плавного разгона в кольцевую периферийную зону Г.
- Зона V с протяженностью от радиуса R2 до радиуса R3 представляет собой начальную зону с целыми ножами 9 и укороченными 10 для вторичного воздействия на суспензию и плавного разгона в кольцевую периферийную зону для более тонкого помола.
Зона IV и V перекрещивается с основными размалывающими зонами I, II, III, являясь необходимым их дополнением.
Размалывающая гарнитура дисковой мельницы работает следующим образом. Крутящий момент от привода передается валу, насаженному на его ведущем конце, подвижному несущему диску (на фигурах условно не изображены) и закрепленному на нем роторному диску.
Предварительная обработка полуфабриката производится в центральной кольцевой зоне Д (Фиг. 2, 3) в следующем порядке.
Волокнистая крупнодисперсная суспензия под давлением поступает в разгонную зону через входное отверстие статорного диска 1, где за счет сил трения с неподвижной стенкой статорного 1 и подвижной стенкой вращающегося роторного 2 дисков, образующих разгонную полость, закручивается, устремляясь под действием центробежной и тангенциальной сил в сторону окружной кромки 3 секторов (на Фиг. 1 и 2 показано стрелками В) по касательным к окружности входного отверстия.
После пересечения входной кромки 3 секторов суспензия переходит в максимально раскрытой зоне IV центральной кольцевой зоны Д предварительной обработки, где подвергается ударному воздействию со стороны выступающих концов целых ножей 9 в виде первичной обработки (зона IV), обеспечивающих разрушение наиболее крупной фракции суспензии.
Полуфабрикат, прошедший первичную стадию обработки, под воздействием растущей центробежной силы входит в сужающуюся зону V - зону предварительной обработки центральной кольцевой зоны Д, где подвергается второй стадии обработки, заключающейся в более интенсивном ударном воздействии со стороны целых ножей 9 и укороченных ножей 10, с одновременным чередованием за счет этого перепадов давления, сопровождающимся динамическим воздействием, а также в воздействии сдвиговых усилий, возникающих при переходе обрабатываемого полуфабриката в соседние межножевые канавки через рабочие поверхности целых ножей 9 и укороченных ножей 10 (Фиг. 1, 2 и 6), что обеспечивает дальнейшее разбиение наиболее крупной фракции, образовавшейся после прохождения полуфабрикатом зоны IV.
Полуфабрикат, прошедший вторую стадию предварительной обработки, под действием растущей по величине центробежной силы, перемещается в разделительные канавки 7 и 8, а затем в основные размалывающие зоны I, II, III, расположенные преимущественно вертикально.
Полуфабрикат, прошедший основную размалывающею зону I направляется в основную размалывающею зону III, затем полуфабрикат, прошедший основную размалывающею зону III направляется в основную размалывающею зону II, а полуфабрикат, прошедший основную размалывающею зону II, направляется в основную размалывающею зону I.
Зоны окончательной обработки - основные размалывающие зоны I, II, III, расположенные в периферийной кольцевой зоне Г, в процессе размола переходят в открытые со стороны межножевого зазора постепенно сужающиеся разделительные канавки 7 и 8 диска, повторно претерпевая механическое и динамическое воздействия, обеспечивающие фибриллирование волокна. (Фиг.1, 2 и 6).
Полуфабрикат, прошедший основные размалывающие зоны I, II, III (окончательной обработки), перемещается в разделительную канавку, где выбрасывается в приемную полость выходного коллектора (условно не показан), а по нему подается в сборник прошедшего обработку полуфабриката.
По сравнению с известным прототипом гарнитуры использование предлагаемой размалывающей гарнитуры дисковой мельницы позволит:
- за счет изменения угла наклона а рабочих ножей, целого и укороченного ножей, к продольной оси размалывающих зон, выполненного в интервале от 24° до 30° и толщины рабочих ножей, а также его построения относительно продольной оси удалось избежать укорачивания волокна в процессе размола полуфабриката и добиться эффекта фибрилляции волокна. В прототипе же из-за небольшого межножевого расстояние, полуфабрикат с трудом проходит по размалывающим зонам.
- скомпенсировать напряжения полуфабриката, созданное внутри размалывающих зон за счет постепенно сужающихся разделительных канавок 7 и 8.
- интенсифицировать процесс обработки полуфабриката за счет укрупнения межножевых канавок и строгого разделения сектора на три размалывающих зоны, угла наклона α рабочих ножей, целого и укороченного ножей, в которых, к продольной оси размалывающих зон, выполненного в интервале от 24° до 30°. Полуфабрикат, переходя от зоны к зоне, приобрел направленность потока, что позволило равномерно распределять нагрузку по всей поверхности волокна, избегая локальных напряжений, и как следствие, повысилась производительность мельницы - в этом случае проходимость полуфабриката увеличилось. За счет увеличения проходимости полуфабриката уменьшилась энергопотребление.
- повысить износостойкость гарнитуры (длительный процесс использования) долговечность увеличение срока службы. Недостатком прототипа являются тонкие ножи, поэтому соответственно размалывающая гарнитура быстрее изнашиваются и выходят из строя.