РОТОРНАЯ МЕЛЬНИЦА
ROTOR MILL

Изобретение относится к области промышленности строительных материалов, а именно к устройствам для механического и пневмомеханического измельчения, активации и пневмогомогенизации сухих сыпучих материалов, кроме того, может быть использовано в сельском хозяйстве, химической и других отраслях промышленности.
Известна роторная мельница, содержащая многоступенчатый цилиндрический корпус с коническими отбойными кольцами и отбойными планками, внутри которого расположен многоступенчатый ротор с билами, каждая последующая ступень ротора по ходу движения потока материала выполнена большего размера, вал с эксцентричным расположением распределительного конуса, загрузочный и разгрузочный патрубки (авторское свидетельство СССР №1031514, МПК В02С 13/16, 1982).
Недостатком роторной мельницы являются узкая область использования, невозможность получения однородного гранулометрического состава измельченного материала, низкая производительность, а также невозможность пневмогомогенизации материала с различными дисперсными добавками.
Известна также роторная мельница, содержащая многоступенчатый корпус с ударными элементами, в котором коаксиально размещен многоступенчатый дисковый ротор с ударными элементами и распределительным конусом, загрузочный и разгрузочный патрубки (авторское свидетельство СССР №1414451, МПК В02С 13/14, 1987).
Данная мельница имеет невысокую эффективность процессов измельчения и активации материалов, а эффективная пневмогомогенизация материалов в ней и вовсе невозможна. Роторная мельница обладает низкой степенью измельчения материала, а также имеет высокие удельные энергозатраты и невысокую производительность.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является роторно-центробежный измельчитель, содержащий корпус из цилиндрической и торообразной частей, в цилиндрической части которого расположен ротор, выполненный в виде режущих лопастей, шнековой насадки и разгрузочной крыльчатки, а в торообразной части на валу ротора закреплена крыльчатка активаторного колеса (Патент РФ №2204437, МПК В02С 18/08, 2002 г.).
Недостатками измельчителя являются невысокая эффективность процессов измельчения и активации материалов из-за наличия недоизмельченных частиц в готовом продукте и, следовательно, невысокая тонкость помола, помимо этого, высокие энергозатраты и невысокая производительность.
Изобретение направлено на повышение эффективности процессов измельчения путем снижения удельных энергозатрат, активации и пневмогомогенизации измельчаемых материалов, а также позволяет повысить производительность мельницы, увеличить удельную поверхность измельчаемых материалов с различными физико-механическими свойствами и таким образом расширить ее технологические возможности.
1
2
Поставленная задача достигается тем, что в роторной мельнице, содержащей корпус, состоящий из двух частей - верхней и нижней, установлены разборный ротор, состоящий из нескольких насадок, вертикально закрепленных на валу в верхней и нижней частях корпуса, загрузочные воронки и разгрузочный патрубок. Верхняя часть корпуса выполнена в виде конической обечайки, к большему основанию которой жестко прикреплен диск с центральным отверстием для вала и загрузочными отверстиями для загрузочных воронок. Меньшее основание конической обечайки жестко связано с нижней частью корпуса, состоящей из верхней и нижней крышек и средней цилиндрической обечайки. В полости верхней крышки размещено отбойное кольцо, жестко соединенное своим верхним основанием с центральным отверстием верхней крышки, а нижним основанием - с центральным отверстием верхнего разделительного диска, жестко закрепленного на нижней части верхней крышки. На валу разборного ротора последовательно установлены верхняя, средняя и нижняя роторные насадки. Внутри верхней части (конической обечайки) корпуса расположена верхняя роторная насадка, выполненная в виде шнека в форме усеченного конуса, малым основанием направленного по ходу продвижения материала. Средняя роторная насадка, расположенная в полости отбойного кольца, выполнена в виде усеченного ступенчатого конуса, состоящего из набора пластин квадратной формы. Размер стороны каждой последующей пластины увеличен в направлении продвижения материала на 0,15-0,3 от размера стороны предыдущей пластины, а угол наклона образующей ударных кромок пластин составляет к оси разборного ротора δ=30-50°. Пластины по ходу вращения разборного ротора повернуты относительно друг друга на угол α=1-10° и образуют при этом четыре винтовые канавки для продвижения материала. В полости средней цилиндрической обечайки размещен ступенчатый статор, наружная цилиндрическая поверхность которого жестко соединена с внутренней цилиндрической поверхностью средней цилиндрической обечайки. Верхняя поверхность ступенчатого статора сопряжена с нижним основанием верхнего разделительного диска, а его нижняя поверхность - с верхним основанием нижнего разделительного диска, жестко закрепленного своей внешней цилиндрической поверхностью в нижней части средней цилиндрической обечайки. Рабочая поверхность каждой ступени ступенчатого статора снабжена трубными резонаторами, жестко закрепленными на ней под углом σ=15-45° в направлении, обратном направлению вращения разборного ротора. Количество трубных резонаторов на рабочей поверхности ступеней ступенчатого статора увеличивается по ходу продвижения материала. В полости ступенчатого статора на валу закреплена нижняя роторная насадка, выполненная в виде усеченного ступенчатого конуса, состоящего из пластин квадратной формы, где размер сторон пластин каждой последующей ступени увеличен в направлении продвижения материала на 0,2-0,4 от размера сторон пластин предыдущей ступени, а угол наклона образующей ударных кромок пластин ступеней составляет δ=40-60° к оси разборного ротора. Пластины по ходу вращения разборного ротора повернуты относительно друг друга на угол β=1-10° и образуют при этом четыре винтовые канавки для продвижения материала. Также в полости ступенчатого статора на валу разборного ротора размещена внутренняя гарнитура, выполненная в виде истирающего конуса, на поверхности которого в направлении, обратном направлению вращения разборного ротора, установлены лопасти. Малое основание внутренней гарнитуры направлено по направлению продвижения измельчаемого материала, а большое ее основание соединено с основанием последней ступени нижней роторной насадки. В полости ступенчатого статора коаксиально внутренней гарнитуре установлена внешняя гарнитура с центральным отверстием, жестко закрепленная на верхнем основании нижнего разделительного диска с центральным отверстием, к которому своим большим основанием жестко прикреплен полый направляющий конус. Внешняя гарнитура образует своей внутренней конической поверхностью с внутренней гарнитурой полость для продвижения материала от ее периферии к центру. В полости нижней крышки жестко установлена спиралевидная торообразная камера, имеющая в поперечном сечении продольный вырез по ее внутренней поверхности. Спиралевидная торообразная камера охватывает закрепленную на валу крыльчатку, лопасти которой размещены в ее полости. На внешней поверхности спиралевидной торообразной камеры перпендикулярно к поверхности закреплены трубные резонаторы, которые установлены по винтовой линии в направлении, противоположном направлению вращения разборного ротора, сообщающиеся своим нижним основанием с полостью спиралевидной торообразной камеры. Полость спиралевидной торообразной камеры сообщена через полый направляющий конус с полостью, образованной наружной и внутренней гарнитурами, а торцевая часть спиралевидной торообразной камеры соединена с разгрузочным патрубком.
Сущность изобретения заключается в том, что снабжение роторной мельницы различными сменными насадками способствует осуществлению предварительного измельчения материала и быстрому продвижению материала по всем зонам измельчения, что повышает производительность мельницы. Верхняя роторная насадка позволяет эффективно дробить крупные куски материала и быстро продвигать их в зону предварительного измельчения, средняя роторная насадка позволяет осуществить принцип ударно-сдвигового воздействия, а нижняя роторная насадка позволяет реализовать принцип ударно-истирающего воздействия с отражательным эффектом о ступенчатый статор. При этом установка на рабочей поверхности ступеней ступенчатого статора трубных резонаторов способствует осуществлению вихреакустического воздействия; а при прохождении материала между поверхностями внутренней и наружной гарнитур добиться истирающего эффекта. Данное конструктивное решение мельницы повышает эффективность процесса (тонкость помола) измельчения, расширяет ее технологические возможности и повышает производительность. Обеспечение нижней части корпуса крыльчаткой, расположенной в полости спиралевидной торообразной камеры, позволяет эффективно продвигать материал с периферии зон измельчения к центру, а затем через полый направляющий конус направлять материал на участок вихреакустического воздействия - в спиралевидную торообразную камеру - за счет разрежения, создаваемого крыльчаткой. При этом уменьшаются энергозатраты на перемещение материала в мельнице. Выполнение ротора разборным позволяет настраивать мельницу, применяя различные насадки на валу, на переработку различных материалов и на получение молотого продукта различной дисперсности. Кроме того, повышается ремонтоспособность мельницы.
Роторная мельница поясняется графическими материалами.
На фиг.1 показан общий вид роторной мельницы.
На фиг.2 показан местный разрез А-А роторной мельницы.
На фиг.3 показан поперечный разрез Б-Б средней цилиндрической обечайки нижней части корпуса с расположением пластин нижней роторной насадки.
На фиг.4 показан разрез В-В средней цилиндрической обечайки нижней части корпуса с внутренней гарнитурой.
На фиг.5 показан разрез Г-Г средней цилиндрической обечайки нижней части корпуса с внешней гарнитурой.
На фиг.6 показан разрез Д-Д нижней крышки нижней части корпуса с расположением спиралевидной торообразной камеры.
Роторная мельница содержит корпус, состоящий из верхней части в виде конической обечайки 1 и нижней части, состоящей, в свою очередь, из верхней крышки 2, средней цилиндрической обечайки 3 и нижней крышки 4 (фиг.1). На большем основании конической обечайки 1 посредством сварочного соединения закреплен диск 5 с центральным отверстием для вала 6, установленного в подшипниковых опорах (на рисунке не показано), и загрузочными отверстиями, к которым жестко, например при помощи фланцевого соединения, прикреплены загрузочные воронки 7, диаметрально расположенные на диске 5. Внутри конической обечайки 1 на валу 6 при помощи шлицевого соединения закреплена верхняя роторная насадка 8 в виде шнека усеченной конической формы. Меньшим основанием коническая обечайка 1, например, через фланец жестко связана с верхней крышкой 2 нижней части корпуса. В полости верхней крышки 2 на валу 6 установлен узел предварительного измельчения, выполненный в виде средней роторной насадки 9, размещенной в полости отбойного кольца 10, жестко связанного с верхней крышкой 2 и верхним разделительным диском 15. Средняя роторная насадка 9 выполнена из набора квадратных пластин 11, размещенных на валу 6, например, посредством шпоночного соединения.
1
2
Размер стороны каждой последующей пластины увеличивается по ходу продвижения материала на 0,2 от размера предыдущей (значение увеличения сторон пластин было определено экспериментальным путем). Угол наклона образующей ударных кромок пластин к оси разборного ротора составляет δ=35°. Пластины повернуты относительно друг друга на угол α=7° по ходу вращения разборного ротора, образуя тем самым четыре винтовые канавки, обеспечивающие продвижение измельчаемого материала в зону дальнейшего воздействия (величина угла поворота также выявлена экспериментально) (фиг.2). Внутри средней цилиндрической обечайки 3 нижней части корпуса размещен ступенчатый статор 12. Внутри ступенчатого статора 12 на валу 6 посредством шлицевого соединения установлена нижняя роторная насадка 13, содержащая пластины 14 квадратной формы. Размер сторон пластин каждой последующей ступени нижней роторной насадки 13 увеличен в направлении перемещения материала на 0,3 от размера сторон пластин предыдущей ступени (фиг.3). Угол наклона образующей ударных кромок пластин ступеней составляет δ=50° к оси разборного ротора. Пластины 14 по ходу вращения ротора повернуты относительно друг друга на угол β=5°, образуя четыре винтовые канавки для продвижения материала. Узел предварительного измельчения, содержащий среднюю роторную насадку 9 и отбойное кольцо 10, отделен от средней цилиндрической обечайки 3, ступенчатого статора 12 и нижней роторной насадки 13 верхним разделительным диском 15 (фиг.1, фиг.2). Для создания акустического эффекта на рабочей поверхности ступеней ступенчатого статора 12 под углом σ=45° в направлении, обратном направлению вращения разборного ротора, закреплены трубные резонаторы 16, количество которых увеличивается по ходу продвижения материала. К нижней роторной насадке 13 прикреплена внутренняя гарнитура 17, выполненная в виде истирающего конуса с лопастями, расположенными на нем в направлении, обратном направлению вращения разборного ротора (фиг.1, фиг.4). Внутри нижней крышки 4 посредством сварочного соединения установлена спиралевидная торообразная камера 18 с продольным вырезом в поперечном сечении, выполненным по ее внутренней поверхности (фиг.1, фиг.6). Спиралевидная торообразная камера 18 отделена от ступенчатого статора 12 нижним разделительным диском 19 с центральным отверстием. В полости ступенчатого статора на верхнем основании нижнего разделительного диска 19 коаксиально размещена наружная гарнитура 20 с центральным отверстием, а в центральном отверстии разделительного диска 19 с помощью сварочного соединения консольно закреплен полый направляющий конус 21. На внешней поверхности спиралевидной торообразной камеры 20 перпендикулярно к поверхности по винтовой линии, направление которой обратно направлению вращения разборного ротора, жестко, например при помощи резьбового соединения, установлены трубные резонаторы 22, сообщающиеся своим нижним основанием с полостью спиралевидной торообразной камеры (фиг.1, фиг.6). Спиралевидная торообразная камера 18 охватывает крыльчатку 23, закрепленную на валу 6 посредством шпоночного соединения (фиг.6). Торообразная спиралевидная камера 18 связана через полый направляющий конус 21 с полостью, образованной наружной 20 и внутренней 17 гарнитурами, и соединена при помощи сварного соединения с торцом разгрузочного патрубка 24, установленным также при помощи сварного соединения внутри нижней крышки 4.
Предлагаемая роторная мельница работает следующим образом.
Материал подается в загрузочные воронки 7 шнековым питателем (на фиг. не показан). Далее под действием силы тяжести материал поступает в полость конической обечайки 1, где дробится и транспортируется в зону предварительного измельчения при помощи верхней роторной насадки - конического шнека 8 (в случае подачи разнородных материалов осуществляется их перемешивание).
На стадии предварительного измельчения используют принцип ударно-сдвиговых деформаций кусков (частиц) материала, протекающего в полости, образованной верхней роторной насадкой 9 и отбойным кольцом 10 верхней крышки 2 нижней части корпуса. Далее каждая частица материала попадает в пространство между ступенчатым статором 12 и средней роторной насадкой 13, где измельчается под действием удара с истиранием средней роторной насадки 13 и ударно-отражательного эффекта о ступенчатый статор 12. Помимо этого, материал истирается благодаря вихреакустическому воздействию воздушных потоков, образованных трубными резонаторами 16, установленных на рабочей поверхности ступеней ступенчатого статора 12, а при прохождении материала между поверхностями внутренней 17 и наружной 20 гарнитур также интенсивно истирается. За счет сочетания различных принципов механического воздействия достигается эффект сверхтонкого измельчения материалов в предлагаемой мельнице.
При скоростных динамических режимах измельчения материалов возможен процесс агрегации (слипания) тонких частиц, что снижает качественные показатели всех помольных агрегатов. Во избежание данного явления в нижней части корпуса установлена спиралевидная торообразная камера 18.
После истирающего воздействия от верхней 17 и наружной 20 гарнитур через полый направляющий конус 21 под действием разряжения, которое создает крыльчатка 23, материал продвигается на участок вихреакустического воздействия, который образован спиралевидной торообразной камерой 18 с продольным вырезом в поперечном сечении по ее внутренней поверхности и с установленными на внешней поверхности трубными резонаторами 22.
Далее измельченный материал удаляется через разгрузочный патрубок 24, соединенный со спиралевидной торообразной камерой 18.
При измельчении и активации материалов описанная конструкция роторной мельницы позволяет получать продукт сверхтонкого помола с высокой удельной поверхностью за счет повышенной энергонагруженности установки.
При этом появляется возможность пневмогомогенизации разнородных сырьевых материалов за счет измельчения двух и более компонентов, а вследствие комплексного вихреакустического воздействия на измельчаемый материал снижаются энергозатраты на 15-20%.
Размещение всех конструктивных элементов на одном валу позволяет применить упрощенный привод, содержащий один электродвигатель, что также позволяет сократить общее энергопотребление мельницы, повышая эффективность и эксплуатационную надежность ее работы. Кроме того, применение разборного ротора со сменными насадками позволяет увеличить производительность мельницы, настраивая ее на различную тонину помола и осуществляя измельчение материалов с различными физико-механическими свойствами, тем самым расширить ее технологические возможности.
Таким образом, поставленная задача решена.