ПЛИТА СТАТОРА РАФИНЕРА, ИМЕЮЩАЯ НАРУЖНЫЙ РЯД ЗУБЬЕВ, НАКЛОНЕННЫХ ДЛЯ ОТКЛОНЕНИЯ ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА, И СПОСОБ ОТКЛОНЕНИЯ ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА ВО ВРЕМЯ РАФИНИРОВАНИЯ
REFINER STATOR PLATE WITH EXTERNAL ROW OF TEETH INCLINED FOR DEVIATION OF FIBRE MATERIAL AND PROCEDURE FOR DEVIATION OF FIBRE MATERIAL DURING REFINING

Предпосылки к созданию изобретения
По данной заявке испрашивается приоритет по предварительной заявке на патент США с порядковым № 60/743108, которая подана 9 января 2006г. и полностью включена сюда путем отсылки.
Это изобретение, в общем, относится к рафинерам для удаления загрязняющих веществ из волокнистых материалов, как, например, из перерабатываемых для вторичного использования или утилизируемых бумажных и упаковочных материалов. В частности, настоящее изобретение относится к плитам статора рафинера и особенно к наружному ряду зубьев на плитах статора.
Плиты рафинера используют для механического воздействия на волокнистый материал, плиты рафинера, имеющие зубья (в противоположность плитам, имеющим ножи), обычно используют в рафинерах, которые служат для измельчения, диспергирования или перемешивания волокнистых материалов с добавлением химических веществ или без них. Описанная здесь конструкция плиты рафинера, в общем, применима ко всем зубчатым плитам, в частности, для диспергаторов и вообще для рафинеров.
Диспергирование используют, главным образом, в системах удаления краски из макулатуры для утилизации использованных бумаги и картона с целью их повторного использования в качестве сырья для производства новой бумаги или картона. Диспергирование используют для отделения краски от волокон, диспергирования и измельчения частиц краски и грязи до подходящего размера для последующего удаления и для измельчения частиц до размеров ниже видимого обнаружения. Диспергатор используют также для разрушения клеящих материалов, покрывающих частиц и воска (обобщенно называемых "частицами"), которые часто имеются в волокнистом материале, подаваемом в рафинер. Частицы, удаленные с волокон диспергатором, уносятся в суспензии из волокнистого материала и жидкости, протекающей через рафинер, и удаляются из суспензии при их плавании на поверхности или вымываются из суспензии. Кроме того, диспергатор может быть использован для механической обработки волокон с целью сохранения или улучшения прочности волокон и смешивания отбеливающих химических веществ с волокнистой массой.
В общем, существуют два типа механических диспергаторов, которые используют с волокнистым материалом, перерабатываемым для повторного использования: месильные машины и диспергаторы с вращающимися дисками. Это описание изобретения сосредоточено на диспергаторе дискового типа, который имеет зубчатые плиты статора рафинера. Диспергаторы дискового типа сходны с рафинерами для обработки волокнистой массы и щепы. Диск рафинера обычно имеет установленную на нем кольцевую плиту или группу секторов плиты, расположенную в виде круглого диска. В диспергаторе дискового типа волокнистая масса подается шнековым питателем к центру рафинера и движется к периферии через зону диспергирования, которая представляет собой зазор между вращающимся диском (ротором) и неподвижным диском (статором), и волокнистая масса выбрасывается из зоны диспергирования у периферии дисков.
Диспергатор дискового типа, в общем, выполнен в виде двух круглых дисков, обращенных друг к другу, при этом один диск (ротор) вращается с частотой вращения обычно вплоть до 1800 об/мин и, возможно, с более высокой частотой вращения. Другой диск выполнен неподвижным (статор). С другой стороны, оба диска могут вращаться в противоположных направлениях.
На поверхности каждого диска установлена плита с зубьями (также называемыми пирамидами), расположенными в виде тангенциальных рядов. Плита может быть цельной кольцевой плитой или может состоять из кольцевого ряда секторов плиты, установленных на диске. Каждый ряд зубьев обычно имеет общий радиус от центра диска. Ряды зубьев ротора и статора являются взаимозаходящими, когда диски ротора и статора расположены друг против друга в рафинере или диспергаторе. Ряды зубьев ротора и статора пересекают плоскость в зоне диспергирования, которая находится между дисками. Между взаимозаходящими рядами зубьев образованы каналы. Эти каналы определяют зону диспергирования между дисками.
Волокнистая масса попеременно течет между зубьями ротора и статора, когда она движется через последовательные ряды зубьев ротора и статора. Волокнистая масса движется от центрального впускного отверстия диска к периферийному выпускному отверстию у внешней окружности дисков. Когда волокна проходят от зубьев ротора к зубьям статора и наоборот, волокна подвергаются ударам при вращении рядов зубьев ротора между рядами зубьев статора. Зазор между зубьями ротора и статора обычно составляет порядка 1-12 мм (миллиметров). Волокна не разрезаются под действием ударов зубьев, а сильно и попеременно изгибаются. Под действием ударов, воспринимаемых волокнами, от волокон отбиваются частицы краски и тонера, дробящиеся на более мелкие частицы, и отрываются частицы клеящих материалов.
В диспергаторах дискового типа обычно используют два типа плит: 1) плиты с пирамидальными зубьями (также называются зубчатыми плитами), имеющие взаимозаходящее расположение зубьев, и 2) плиты с ножами рафинера. Разработана новая форма пирамидального зуба для плиты рафинера, которая описывается здесь.
На фиг.1а, 1b и 1с показан примерный сектор плиты с пирамидальными зубьями, имеющими обычный профиль зуба. В находящейся в собственности этого же заявителя опубликованной заявке на патент США № 2005/01944482, озаглавленной "Grooved Pyramid Disperger Plate", показан увеличенный примерный сектор плиты с пирамидальными зубьями. При использовании плит с пирамидальными зубьями волокнистая масса продавливается радиально через небольшие каналы, образованные между зубьями на противоположных плитах, как это показано на фиг.1с. При прохождении волокон волокнистой массы через диспергаторы волокна испытывают сильное сдвигающее усилие, например, удары, вызываемые интенсивным трением между самими волокнами и между волокнами и плитами.
Как показано на фиг.1а, 1b и 1с, рафинер или диспергатор 10 содержит плиты 14, 15, каждая из которых выполнена с возможностью прикрепления к поверхности одного из противоположных дисков 12, 13 диспергатора. Каждый из дисков 12, 13 (на фиг.1с показаны только их части) имеет центральную ось 19, вокруг которой они вращаются, радиусы 32 и по существу круглые периферии.
Плита может быть цельной или разделенной на секторы. Разделенная на секторы плита состоит из кольцевого ряда секторов, обычно установленных на диске диспергатора. Неразделенная на секторы плита представляет собой цельную кольцеобразную плиту, прикрепленную к диску диспергатора. Сектор 14 плиты предназначен для диска 12 ротора, а сектор 15 плиты - для диска 13 статора. Секторы 14 плиты ротора прикреплены к поверхности диска 12 ротора в виде кольцевого ряда, образуя плиту. Секторы могут быть прикреплены к диску любым удобным или обычным образом, как, например, болтами (не показаны), проходящими через отверстия 17. Секторы 14, 15 плит диспергатора расположены бок о бок для образования плит, прикрепленных к поверхности каждого диска 12, 13.
Каждый сектор 14, 15 плит диспергатора имеет внутренний край 22, обращенный к центру 19 своего прикрепленного диска, и наружный край 24 вблизи периферии своего диска. Каждый сектор 14, 15 плит на поверхности своей основы имеет концентричные ряды 26 пирамид или зубьев 28. Вращение диска 12 ротора и секторов 14 его плиты создает центробежную силу, прилагаемую к рафинируемому материалу, например, волокнам, что вызывает движение материала радиально наружу от внутреннего края 22 к наружному краю 24 плит. Рафинируемый материал движется преимущественно через каналы 30 зоны диспергирования, образованные между соседними зубьями 28 противоположных секторов 14, 15 плит. Рафинируемый материал течет радиально наружу из зоны диспергирования в корпус 31 рафинера 10.
Каждый из концентричных рядов 26 находится на общем радиальном расстоянии (см. радиусы 32) от центра 19 диска и расположен для зацепления так, чтобы давать возможность зубьям 28 ротора и статора пересекать плоскость между дисками. Волокна, проходящие от центра статора к периферии дисков, воспринимают удары, когда зубья 28 ротора проходят вблизи зубьев 28 статора. Просвет каналов между зубьями 28 ротора и зубьями 28 статора составляет порядка 1-2 мм, так что волокна не разрезаются или не сдавливаются, а сильно и попеременно изгибаются, когда они проходят в каналах между зубьями на диске 12 ротора и зубьями на диске 13 статора. Изгибание волокон приводит к разрушению частиц краски и тонера на более мелкие частицы и отрыванию частиц клеящих материалов на волокнах.
На Фиг.2а и 2b показаны соответственно вид сверху и перспективный вид сбоку зуба 34 стандартной формы, используемого в наружном ряду плиты статора. Зуб 34 имеет пирамидальную форму с прямыми боковыми сторонами 36, которые сходятся к вершине 38 зуба. Каждая из боковых сторон стандартного зуба 28 по существу параллельна радиальной линии 32 плиты.
Основное назначение плиты диспергатора - это передавать импульсы энергии (удары) к волокнам во время их прохождения через каналы между дисками. Широко распространенная зубчатая плита обычно содержит зубья в форме пирамиды с квадратным основанием при изменениях в длине ребер пирамиды и расположении зубьев для достижения желаемых результатов.
Рафинируемый материал, проходящий между дисками, может быть ускорен до высокой скорости вследствие центробежных сил, создаваемых диском ротора. Некоторая часть рафинируемого материала покидает диски 12, 13 с высокой скоростью и радиально отбрасывается к корпусу 31 рафинера. Удары, наносимые с высокой скоростью рафинируемым материалом о корпус, вызывают абразивный износ и кавитационное разрушение корпуса. Существует давно ощущаемая потребность в средствах для уменьшения износа и повреждения корпуса рафинера и диспергатора и, в частности, для уменьшения износа и повреждения, вызываемых ударами рафинируемого материала о корпус.
Сущность изобретения
В этом описании изобретения предлагается видоизмененная форма зуба статора, как, например, зуба с наклонной поверхностью для самого отдаленного от центра ряда зубьев на плите статора. Видоизмененная форма зуба предназначена для достижения более длительного срока службы корпуса благодаря уменьшению ударов о корпус частиц, с высокой скоростью покидающих плиты рафинера.
Разработана плита статора рафинера, имеющая множество концентричных рядов зубьев, при этом наружный ряд находится у внешней периферии сектора плиты или около нее. Зубья в наружном ряду имеют передние боковые стенки, при этом боковые стенки расположены под углом к радиусам сектора плиты. Плита предпочтительно является плитой статора для диспергатора. Угол наклона боковых стенок зубьев в наружном ряду может быть противоположен направлению вращения плиты ротора. Угол наклона боковых стенок находится в пределах 10-60 градусов относительно радиальной линии и предпочтительно в пределах 15-45 градусов. Боковые стенки могут быть плоскостными, V-образными с прямой, радиально внутренней поверхностью и наклонной, радиально наружной поверхностью или изогнутыми по их длине.
Кроме того, наклонная боковая стенка зубьев в наружном ряду статора расположена так, чтобы выступать перпендикулярно (другими словами, тангенциально) к радиальной линии на расстояние, по меньшей мере, равное зазору между соседними зубьями в наружном ряду зубьев статора. Кроме того, наклонная боковая стенка может содержать наклонную часть стенки и расположенную по радиусу часть стенки. Более того, зубья в наружном ряду могут иметь по существу перпендикулярные задние стенки.
Разработан рафинер или диспергатор, который содержит диск ротора, имеющий плиту ротора, содержащую концентричные ряды зубьев ротора; диск статора, расположенный напротив диска ротора в диспергаторе и имеющий плиту статора, при этом плита статора содержит концентричные ряды зубьев статора, взаимозаходящих с зубьями ротора, и зубья в наружном ряду зубьев статора имеют боковые стенки, наклоненные противоположно направлению вращения диска ротора для отклонения частиц, протекающих между зубьями наружного ряда.
Разработан способ рафинирования волокнистого материала между противоположными дисками в рафинере, содержащий стадии, в соответствии с которыми: подают волокнистый материал к впускному отверстию, по меньшей мере, одного из дисков; вращают один диск относительно другого диска, в то время как волокнистый материал движется между дисками вследствие центробежной силы; рафинируют волокнистый материал, подвергая материал ударам, вызванным рядами зубьев на вращающемся диске, взаимозаходящими с рядами зубьев на другом диске; отклоняют волокнистый материал при его течении через наружный ряд зубьев на другом диске, при этом наружный ряд на дисках содержит зубья, имеющие боковую стенку, наклоненную для отклонения волокнистого материала, движущегося радиально между зубьями.
Краткое описание чертежей
Фиг.1а и 1b - соответственно вид спереди и вид сбоку в разрезе зубчатого сектора плиты статора, обычно используемого в диспергаторах дискового типа,
фиг.1с - вид сбоку в разрезе плит и дисков статора и ротора диспергатора с каналами между ними,
фиг.2а и 2b - соответственно вид сверху и вид сбоку в разрезе зуба обычной формы для наружного ряда зубьев в плите статора диспергатора,
фиг.3а и 3b - соответственно вид сверху и перспективный вид сбоку наклонного зуба для наружного ряда зубьев в плите сектора диспергатора, при этом боковые стенки зуба наклонены каждая относительно радиуса диска,
фиг.4а и 4b - соответственно вид сверху в плане и вид сбоку в разрезе диспергирующего сектора плиты статора, в котором используются зубья наклонной формы для наружного ряда зубьев,
фиг.5 - перспективный вид сверху зуба альтернативной наклонной формы для наружного ряда зубьев в плите статора,
фиг.6 - перспективный вид сверху зуба еще одной альтернативной наклонной формы для наружного ряда зубьев в плите статора.
Подробное описание изобретения
Разработано новое выполнение зубьев для зубчатой плиты статора рафинера, при котором зубья в наружном периферийном ряду зубьев наклонены для отклонения рафинируемого материала, например, волокнистого материала, движущегося через зону диспергирования. Отклонение уменьшает скорость частиц рафинируемого материала, которые в противном случае с высокой скоростью двигались бы вдоль радиальной линии из зазора между дисками рафинера и в корпус. Эта новая форма зубьев для наружного ряда зубьев статора может быть применена для зубчатой рафинирующей плиты любого типа и особенно для диспергаторов дискового типа.
Зубья в наружном ряду зубьев статора наклонены для регулирования подачи волокнистого материала, покидающего зону диспергирования и выходящего из зазора между дисками. В частности, передняя боковая стенка зубьев статора в наружном ряду зубьев расположена под углом для наклона зубьев таким образом, чтобы отклонять частицы, движущиеся вдоль по существу радиальной линии между зубьями в наружном ряду зубьев статора. Отклонение рафинируемого материала уменьшает скорость выхода рафинируемого материала и сводит к минимуму удар рафинируемого материала о стенки корпуса рафинера.
Наклонные зубья в наружном ряду зубьев статора предотвращают следование волокнистого материала по прямому радиальному пути из последнего ряда зубьев статора и в корпус, где высокоскоростной волокнистый материал может повредить стенку корпуса. Угол наклона зубьев в наружном ряду зубьев статора и длину наклонной части этих зубьев выбирают таким образом, чтобы рафинируемый материал, например, волокнистый материал, проходящий через зону диспергирования, отражался наклонными боковыми стенками зубьев в последнем ряду зубьев статора. Зубья наружного ряда наклонены, по меньшей мере, на части зубьев так, что наклонная часть зубьев выступает тангенциально на расстояние, по меньшей мере, равное зазору между соседними зубьями. Отклонение предотвращает выбрасывание рафинируемых материалов с большой скоростью и радиально от дисков и в корпус рафинера.
На фиг.3а и 3b соответственно показаны вид сверху и перспективный вид сбоку наклонного зуба 40 статора, где боковые стороны зуба наклонены относительно радиальной линии 32 от центра статора. Зуб 40 статора предпочтительно расположен в наружном ряду плиты статора. Одна или обе боковые стенки 42 зуба 40 образуют угол 44 относительно радиуса 18 диска. Кроме того, боковые стенки 42 сходятся по направлению к вершине 46 зуба. Основание зуба 48 находится на основе плиты. Передняя стенка 50 зуба обращена радиально внутрь, а задняя стенка 52 зуба обращена радиально наружу. Передняя и задняя поверхности могут быть каждая вровень с по существу касательной к ряду и плите. Передняя стенка может быть наклонена по направлению к вершине зуба. Задняя стенка предпочтительно по существу перпендикулярна к основе плиты.
Наклон (угол 44) зубьев в наружном ряду зубьев статора обеспечивает отклонение рафинируемого материала при его прохождении через наружный ряд зубьев статора. Отклонение предназначено для замедления рафинируемого материала - волокнистой массы и унесенных частиц, когда он покидает канал между дисками, и до того, как рафинируемый материал входит в корпус диспергатора или рафинера. Благодаря уменьшению скорости рафинируемого материала происходит меньшее повреждение корпуса в результате ударения рафинируемого материала о корпус.
На фиг.4а и 4b соответственно показаны вид спереди и вид сбоку в разрезе примерной плиты 54 статора, которая установлена на диске диспергатора. Плита статора располагается напротив плиты ротора, и зона диспергирования образована каналами между двумя противоположными плитами. Направление вращения (стрелка 55) плиты ротора является направлением против часовой стрелки (которое выглядит как направление по часовой стрелке с точки зрения фиг.4а, на которой показан сектор плиты статора).
Сектор 54 диспергирующей плиты статора содержит ряды 56, 58, 60, 62, 64 и 66 зубьев 68. Зубья во внутренних рядах зубьев (56, 58, 60, 62 и 64) могут иметь пирамидальную форму, как например, показанную на фиг.2а и 2b. Боковые стенки зубьев во внутренних рядах зубьев могут быть вровень с радиусом диска или могут быть наклонены относительно радиуса. Аналогично этому плита ротора (не показана) может иметь ряды зубьев, которые взаимозаходят с рядами зубьев статора, когда плиты расположены в рафинере.
Зубья в наружном ряду 66 зубьев 40 статора имеют боковые стенки, которые наклонены либо в направлении вращения 55 ротора, либо против него. Для защиты корпуса не будет никакой разницы в том, наклонены ли зубья в последнем ряду зубьев статора в направлении вращения или против него. Наклон зубьев в наружном ряду зубьев статора в направлении, противоположном направлению вращения, ставит зубья в положение "задержки", а наклон зубьев в направлении вращения ставит их в "положение подачи".
Кроме того, угол наклона боковых стенок зубьев 40 может быть в пределах 10-60 градусов и предпочтительно в пределах 15-45 градусов относительно радиальной линии плиты и диска. Угол наклона (44 на фиг.3а) боковых стенок зубьев в последнем ряду 66 зубьев статора выбирают так, чтобы отклонять рафинируемый материал, движущийся через этот ряд зубьев, и обеспечивать возможность потока без слишком большого препятствия.
Задняя стенка (52 на фиг.3b) простирается до внешней периферии 24 плиты статора. Боковые стенки зубьев 40 продлены в результате того, что задняя стенка по существу перпендикулярна к основе 72 плиты 54 статора. Продление боковых стенок обеспечивает дополнительную площадь боковых стенок для отклонения рафинируемого материала. Длина и угол наклона боковых стенок должны быть достаточными для того, чтобы быстродвижущиеся частицы не могли двигаться вдоль радиальной линии через зазор между зубьями, не ударяясь о боковую стенку зуба. Таким образом, вылет боковой стенки в тангенциальном направлении должен быть, по меньшей мере, таким же самым по ширине, как и зазор между зубьями в последнем ряду зубьев статора.
Боковые стенки по обеим сторонам зубьев 40 в наружном ряду зубьев статора предпочтительно образуют одинаковые углы относительно радиусов. Передняя боковая стенка (обращенная в направлении вращения ротора) отклоняет волокнистый материал. Задняя боковая стенка находится на противоположной стороне зуба и обращена к передней боковой стенке соседнего зуба статора. Сохранение одинаковых углов по обеим сторонам зубьев обеспечивает то, что зазор между зубьями остается постоянным по длине зубьев. Таким образом, передняя и задняя боковые стенки зуба статора предпочтительно являются симметричными.
На фиг.5 показан перспективный вид сверху альтернативного зуба 70 для последнего ряда зубьев на плите статора. Альтернативный зуб имеет двухнаклонную боковую стенку 72, которая содержит радиальную часть 78 боковой стенки и наклонную часть 80 боковой стенки. Радиальная часть 78 боковой стенки находится по существу вровень с радиальной линией плиты статора. Наклонная часть 80 боковой стенки смещена от радиальной линии на угол в 10-60 градусов и предпочтительно в 15-45 градусов. Длина и угол наклонной части 80 боковой стенки являются такими, чтобы обеспечивать отклонение всего рафинируемого материала, движущегося вдоль радиальной линии и между зубьями в последнем ряду зубьев статора. В частности, тангенциальный вылет 81 по длине наклонной части 80 боковой стенки перекрывает ширину зазора между соседними зубьями в последнем ряду зубьев статора.
На фиг.6 показан перспективный вид сверху еще одного альтернативного зуба 84 для последнего ряда зубьев на плите статора. Этот альтернативный зуб имеет изогнутую боковую стенку 86, которая начинается в виде по существу радиальной части 88 боковой стенки и постепенно изгибается в наклонную часть 90 боковой стенки. Радиально внутренняя часть 88 боковой стенки находится по существу вровень с радиальной линией плиты статора. Длина и кривизна боковой стенки 86 являются такими, чтобы обеспечивать отклонение всего рафинируемого материала, движущегося вдоль радиальной линии и между зубьями в последнем ряду зубьев статора. В частности, тангенциальный вылет по длине боковой стенки 86 должен перекрывать ширину зазора между соседними зубьями в последнем ряду зубьев статора.
Хотя изобретение описано в связи с тем, что в настоящее время считается наиболее практичным и предпочтительным вариантом осуществления изобретения, необходимо учесть, что изобретение не должно ограничиваться описанным вариантом его осуществления, а, наоборот, оно, как полагают, охватывает различные модификации и эквивалентные устройства, находящиеся в объеме изобретения согласно прилагаемой формуле изобретения и не отклоняющиеся от его сущности.