УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА
FIBER MATERIAL MILLING DEVICE

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, в частности к устройствам для механической обработки волокнистого материала, и может быть использовано в химической, строительной промышленности и других ее отраслях.
Известна установка для измельчения волокнистого материала, включающая корпус, с камерой обработки, в которой размещены имеющие размалывающую гарнитуру ротор, смонтированный на приводном валу, и статор, подводящий и отводящий патрубки [1].
Недостатком установки [1] является то, что интенсивность развиваемого в камере обработки гидродинамического воздействия на волокнистый материал недостаточна для того, чтобы получить высокое качество его обработки. Причиной этого является малое время воздействия, ограниченное только моментом удара налетающей струи суспензии о преграду, которой является центральная часть рабочей поверхности гарнитуры ротора. Дальнейшее их взаимодействие, при обычном истечении, практически не оказывает существенного воздействия на материал, поскольку давление на преграду струи и энергия единицы ее объема в этом случае значительно меньше, чем при ударе. При последующем входе струи суспензии в межножевую полость и ее прохождении, на волокнистую часть суспензии преимущественно оказывается механическое воздействие, а доля гидродинамического значительно ниже.
Наиболее близким по технической сущности известным решением является установка для измельчения волокнистого материала, включающая корпус с камерой обработки, в которой размещены статор, а также, смонтированные на приводном валу, на уровне подводящего патрубка, ротор и крыльчатка с радиальными лопастями [2].
Достоинство установки [2] заключается в обеспечении ударного взаимодействия между струей и выполняющими функцию преграды лопастями вращающейся крыльчатки, сталкивающимися со струей поочередно, одна за другой, с регулируемой частотой повторения. За счет этого гидродинамическое воздействие на волокнистый материал интенсифицируется. В момент столкновения лопасти со струей в месте их мгновенного контакта развиваются сложные напряжения, приближающиеся к пределу прочности волокон. Возрастает и энергия единицы объема суспензии.
В то же время экспериментально установлено, что величины этих силовых характеристик еще недостаточны для обеспечения гарантированного
предварительного разделения на волокна материала, распределенного в струе суспензии. Из этого следует, что недостатком установки [2] является неполное использование гидродинамической составляющей энергии струи на распределенный в ней материал. С учетом вышеизложенного это можно объяснить главным образом тем, что радиальные лопасти в установке [2] стационарны. Это значит, что угол между лопастью и радиальной плоскостью крыльчатки нерегулируемый и равен нулю. В момент же столкновения, между плоскостью поперечного сечения струи и ударной плоскостью лопасти, образуется угол, открытый в сторону внутренней полости камеры обработки. Поэтому отраженная струя с более высоким импульсом, направляется в эту полость, не встречает никакого препятствия и рассеивается в ней, что приводит к потере значительной части кинетической энергии струи.
Аналитически установлено, что наклон лопастей в сторону, противоположную месту расположения входного патрубка, позволяет наиболее полно использовать энергию струи при ее гидродинамическом контакте с внутренней поверхностью камеры обработки.
Это подтверждается и результатами эксперимента, из которых следует, что направление наклона лопасти и величина угла между нею и радиальной плоскостью крыльчатки непосредственно связаны с:
- качеством обработки волокна;
- наиболее полным использованием энергии носителя волокна.
Кроме того, следует учитывать природные, физико-механические свойства волокна, а также его концентрацию в струе суспензии.
Изобретение решает задачу интенсификации процесса и повышения качества размола волокнистого материала.
Технический результат заключается в наиболее полном использовании энергии струи при гидродинамическом воздействии на материал.
Указанный технический результат достигается тем, что в установке для измельчения волокнистого материала, включающей корпус с камерой обработки, в которой размещены статор и смонтированные на приводном валу, на уровне подводящего патрубка, ротор и крыльчатка с радиальными лопастями, согласно изобретению, каждая лопасть снабжена двумя штифтами, один из которых служит осью вращения, посаженной в концентрически расположенные на диске крыльчатки отверстия, а второй - поводком, сопряженным с круговым пазом, концентричным относительно оси первого и с открытым радиальным пазом поворотного кольца, имеющего свободно вращающуюся вилочную ось с соединением ходовой винт - гайка, шарнирно связанным с кронштейном ограничительной шайбы, закрепленной на крыльчатке.
Лопасти крыльчатки наклонены в сторону, противоположную месту расположения входного патрубка.
Угол между лопастью крыльчатки и ее радиальной плоскостью составляет 3-7°.
Таким образом, в предлагаемом решении, в отличие от известных, положение лопастей может быть нерадиальным. Это значит, что угол между лопастью и радиальной плоскостью крыльчатки регулируемый и может отличаться от нулевого значения.
При этом, в отличие от решения [2], в предлагаем решении, при набегании лопасти на струю, угол, образованный ее поперечным сечением и лопастью, открыт в сторону 2 внутренней поверхности камеры обработки.
Экспериментально установлено, что, при повороте на осях вращения, наклон лопастей в сторону, противоположную месту расположения входного патрубка позволяет наиболее полно использовать энергию струи при ее гидродинамическом контакте с внутренней поверхностью камеры обработки.
В этом случае отраженная струя с более высоким импульсом направляется в ту же сторону. При этом она встречает жесткое препятствие со стороны внутренней поверхности камеры обработки и контактирует с ней. Это ведет к существенной концентрации кинетической энергии, выделяющейся в месте мгновенного контакта.
Также экспериментально установлено, что, для волокнистых суспензий с концентрацией 1-3%, наибольшей энергией обладают отраженные струи, образующиеся в диапазоне углов между лопастью крыльчатки и ее радиальной плоскостью 3-7. При углах, меньших 3 и больших 5, энергия отраженных струй снижается.
На фиг.1 схематично изображены фронтальная и горизонтальная проекции установки для измельчения волокнистого материала. Стрелками показаны направления ввода струи суспензии и выхода обработанного материала; на фиг.2 изображен выносной элемент I; на фиг.3 - вид по стрелке А; на фиг.4 изображен разрез Б-Б.
Установка для измельчения волокнистого материала включает корпус 1 с камерой обработки 2. В камере 2 размещены ротор 3, статор 4, приводной вал 5, поводящий патрубок 6, патрубок отвода 7 и крыльчатка 8. Ротор 3 и крыльчатка 8 смонтированы на приводном валу 5. Лопасти 9 крыльчатки 8 обращены в сторону подводящего патрубка 6, размещенного на уровне их расположения. Каждая лопасть 9 снабжена двумя штифтами (фигуры 2, 3, 4), один из которых служит осью вращения 10, посаженной в концентрически расположенные на диске крыльчатки 8 отверстия 11.
Второй штифт служит поводком 12, сопряженным с круговым пазом 13, концентричным относительно оси 10 первого, а также с открытым периферийным радиальными пазом 14 поворотного кольца 15. Поворотное кольцо 15 имеет свободно вращающуюся вилочную ось 16 с соединением ходовой винт 17 - гайка 18. Ходовой винт 17 шарнирно связан с кронштейном 19 ограничительной шайбы 20, закрепленной на диске крыльчатки 8. Ограничительная шайба 20 фиксирует поворотное кольцо 15 от вертикальных перемещений.
Установка для измельчения волокнистого материала работает следующим образом. Перед началом работы установки производится одновременный поворот всех лопастей 9 крыльчатки 8 на оси вращения 10 на требуемый угол относительно траектории движения струи. Основные требования, которые необходимо выполнить при установке угла поворота, заключаются в следующем:
- лопасти 9 крыльчатки 8 наклонены в сторону, противоположную месту расположения подводящего патрубка 6.
- угол между лопастями 9 крыльчатки 8 и плоскостью, перпендикулярной оси подводящего патрубка 6, в месте ее пересечения с рабочей кромкой лопасти 9, угол между лопастью крыльчатки и ее радиальной плоскостью должен находиться пределах в 3-7°.
Поворот лопасти 9 крыльчатки 8 осуществляется следующим образом.
Верхние концы осей вращения 10 и поводков 12 освобождаются от крепежных гаек и шайб (или последние частично отворачиваются).
Производится вращение гайки 18 ходового соединения (фиг.3, 4). Одновременно, винт 17 совершает поступательное движение в нужном направлении, увлекая за собой с помощью шарнирного соединения с кронштейном 19, кольцо 15, с одновременным поворотом всех лопастей 9 на осях вращения 10. При этом поводки 12 лопастей 9 также одновременно совершают сложное движение, включающее:
- круговое движение относительно оси вращения 10 по круговым пазам 13 диска крыльчатки 8;
- радиальное движение вдоль радиальных пазов 14 поворотного кольца 15.
После этого оси вращения 10 и поводки 12 жестко фиксируются с помощью крепежных гаек и шайб, чтобы избежать случайного самоповорота лопастей 9.
Исходная суспензия волокнистого материала направляется в виде струи из подводящего патрубка 6 на лопасть 9 крыльчатки 8 (показано стрелкой на фигуре 1) и взаимодействует с ней. Импульс и крутящий момент передаются крыльчатке 8, за счет чего она, преодолевая силы сопротивления в виде трения в опорных узлах и инерции, начинает вращаться.
Поскольку в момент пересечения со струей ударной кромки, следующей лопасти 9, последняя наклонена в сторону, противоположную месту расположения входного патрубка 6, то отраженная струя с более высоким импульсом направляется в ту же сторону и, встречая препятствие в виде стенки, контактирует с ней.
Развиваемое в месте контакта давление при ударе отраженной струи суспензии о преграду оказывает, в отличии от известных устройств, дополнительное воздействие на волокна.
Далее суспензия, пройдя через камеру обработки 2, снова подается в виде струи на крыльчатку 8.
По сравнению с известными устройствами, использование заявляемой установки для измельчения волокнистого материала, позволит:
- интенсифицировать процесс размола за счет дополнительного воздействия на волокнистый материал;
- повысить качество размола волокнистого материала за счет интенсификации гидродинамического воздействия на него;
- снизить энергозатраты за счет наиболее полного использования энергии струи при механическом воздействии на нее.
Источники информации
1. SU №1337483, МПК В02С 19/06, опубликовано в 1973 г.
2. RU №1559026, МПК D21D 1/34, В02С 19/06, заявлено 28.03.1988 г., опубликовано 23.04.1990 г., бюллетень. №15.