РАЗГОННО-РАЗМАЛЫВАЮЩИЙ ДИСК МЕЛЬНИЦЫ
GRINDING DISC OF MILL

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к разгонно-размалывающим дискам и предназначено для использования в строительной, целлюлозно-бумажной, химической, горно-обогатительной и других отраслях промышленности, в частности для использования в дисковых, центробежно-струйных и других мельницах такого типа.
Уровень техники
Известно устройство для измельчения сыпучих материалов (см. [1] патент РФ №2457033, МПК В02С 7/12, опубл. 27.07.2012), включающее два помольных диска встречного вращения, установленных на одном неподвижном валу с образованием между их рабочими поверхностями зоны помола и кольцевой щели для выпуска готового продукта, при этом рабочая поверхность каждого помольного диска выполнена с углублениями, разделенными радиальными перегородками, внешние поверхности которых лежат на конической геометрической поверхности.
К недостаткам прототипа относятся: невозможность контролирования ширины калибровочной щели (ввиду температурного расширения, торцевого биения, дисбалансов, абразивного износа, который всегда присутствует независимо от размеров частиц) и соответственно нет гарантированной фракции помола, необходимость подвода сжатого воздуха, также из-за конической формы рабочей поверхности помольных дисков материал направляется под действием центробежных сил непосредственно к периферии зоны помола, что приводит к сужению на периферии и ведет к повышенному трению о корпус, что приводит к высокому износу рабочих поверхностей.
Наиболее близким аналогом является размалывающая гарнитура дисковой мельницы, включающая собранные из секторов статорный с входным отверстием и роторный диски, рабочая поверхность каждого из которых имеет центральную и периферийную кольцевые зоны с ножами и межножевыми канавками, и разгонную зону (см. [2] патент РФ 2343978, МПК В02С 7/12, опубл. 20.01.2009).
Недостатком известной гарнитуры является то, что часть суспензии, особенно вблизи межножевого зазора, проходит через него за счет перепадов давления и турбулизации, а часть суспензии, удаленная от межножевого зазора по высоте канавки, проходит по ней, не подвергаясь гидродинамическому и механическому воздействиям, что не позволяет повысить производительность, интенсифицировать процесс, снизить энергозатраты.
Сущность изобретения
Задачей, решаемой заявленным изобретением, является самоподача исходного материала в рабочую полость диска, ускорение исходного материала при подаче, контроль температуры в узле ступицы, создание непрерывного процесса самоизмельчения исходного сырья, при отсутствии мелющих тел за счет столкновения частиц между собой и с элементами конструкции рабочей камеры.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в снижении удельного расхода энергии, снижении металлоемкости, исключении мелющих тел, а также транспортирующих устройств и приводных механизмов для подачи сырья внутрь рабочей камеры, повышении контроля температуры в узле ступицы, равномерном распределении исходного материала в рабочей полости диска, исключении отдельной операции сепарирования с получением готового продукта с заданной крупностью частиц.
Указанный технический результат обеспечивается за счет того, что разгонно-размалывающий диск содержит ступицу с установленным на ней вогнутым ободом, в ступице выполнено загрузочное отверстие для подачи исходного материала, расположенное по центральной оси обода; на внутренней части обода выполнены радиальные ребра с изгибом, высота которых уменьшается от загрузочного отверстия до периферии; в центральной части обода установлен динамический импеллер нагнетания, выполненный в виде сопла Лаваля, с внутренними элементами в виде нагнетательных и ускорительных лопаток; на периферии обода по окружности в области края выполнено кольцо для создания воздушной кольцевой оболочки с повышенным давлением; при этом кольцо содержит находящиеся по меньшей мере в один ряд - лопатки и находящуюся по меньшей мере в один ряд - канавку. Кольцо может быть выполнено цельным с ободом или в виде отдельного съемного элемента. Кольцо, выполненное в виде отдельного съемного элемента, может быть цельным или состоящим их секций.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - Схематичное изображение двух дисков, расположенных напротив друг друга.
Фиг. 2 - Фронтальная проекция диска.
Фиг. 3 - Кольцо для создания воздушной кольцевой оболочки с повышенным давлением, выполненное в виде цельного отдельного съемного элемента.
Фиг. 4 - Кольцо для создания воздушной кольцевой оболочки с повышенным давлением, выполненное в виде секционного отдельного съемного элемента.
Фиг. 5 - Область «А» для создания воздушной кольцевой оболочки с повышенным давлением.
Фиг. 6 - Динамический импеллер нагнетания.
На фигурах цифрами обозначены следующие позиции:
1 - ступица; 2 - обод; 3 - загрузочное отверстие; 4 - радиальные ребра с изгибом; 5 - динамический импеллер нагнетания; 6 - нагнетательные лопатки; 7 - ускорительные лопатки; 8 - кольцо; 9 - элемент для создания сжатого воздуха на периферии внутренней стороны диска (лопатки); 10 - кольцевые канавки на периферии внутренней стороны диска.
Осуществление изобретения
Разгонно-размалывающий диск содержит ступицу (1) с установленным на ней вогнутым со стороны рабочей поверхности ободом (2). В ступице выполнено загрузочное отверстие (3) для подачи исходного материала, расположенное по центральной оси обода. На внутренней части обода выполнены радиальные ребра (4) с изгибом, высота которых уменьшается от загрузочного отверстия до периферии. В центральной части обода установлен динамический импеллер нагнетания (5), выполненный в виде сопла Лаваля, с внутренними элементами в виде нагнетательных (6) и ускорительных (7) лопаток. На периферии обода по окружности в области края выполнено кольцо (8) для создания воздушной кольцевой оболочки с повышенным давлением. При этом кольцо содержит находящиеся по меньшей мере в один ряд - лопатки (9) и находящуюся по меньшей мере в один ряд - канавку (10). Кольцо выполнено цельным или состоящим из секций. Цельное кольцо или секции выполнены с возможностью съема.
Заявленный диск обеспечивает непрерывные процессы измельчения и сепарации, при этом в одном узле работают три области измельчения и сепарации исходного материала: область динамического импеллера нагнетания (ДИН) в центре рабочего диска, который нагнетает воздушные потоки и исходный материал, раскручивает и одновременно соударяет потоки воздуха и исходного материала друг с другом и с усилием бросает на противоположную сторону; область высоких окружных скоростей, где происходит интенсивное столкновение и соударение исходного материала, а также истирание и активация измельчаемого материала; и область воздушной кольцевой оболочки с повышенным давлением (зона Халиса), расположенная на периферии обода по окружности в области края.
Исходный материал подается в центр диска через загрузочное отверстие (3), расположенное в ступице (1). На неподвижных осях установлены подшипниковые узлы, образующие ступицу (1) с закрепленным на ней ободом (2) (в виде дисков или барабанов с углублениями), с радиальными ребрами (4), высота которых уменьшается от загрузочного отверстия до периферии. Со стороны, где расположены радиальные ребра, образована рабочая поверхность. В центре обода имеется динамический импеллер нагнетания, выполненный в виде сопла Лаваля, с внутренними элементами в виде нагнетательных (6) и ускорительных (7) лопаток, ускоряющих воздушные потоки с исходным сырьем в направлении рабочей поверхности противоположного диска. Внутри ДИН (5) имеются элементы в виде лопаток: со стороны крепления к ободу имеются элементы в виде лопаток (6) для нагнетания воздуха вовнутрь рабочей поверхности с забором воздуха из вентиляционных каналов между ступицей и гильзой подшипника и из каналов, расположенных в стенках неподвижной конструкции оси, и ускоряющих элементов в виде лопаток (7) (ребер) с регулируемым углом наклона, углом входа и выхода, направленных на сцепление, раскручивание и выбрасывание с усилием частиц исходного сырья на противоположную сторону встречно вращающемуся ДИН. Таким образом, благодаря вращению ДИН и радиальных ребер ободьев поток исходного материала вместе с воздухом засасывается внутрь рабочей камеры (образованной между двумя дисками), где подвергается столкновению с воздушно-сырьевым потоком противоположной стороны - происходит первичное (начальное) измельчение с равномерным распределением исходного твердого материала в виде кусков и турбулентное рассеивание воздушных потоков и частиц исходного твердого материала по объему рабочей камеры. Потоки воздуха и исходного сырья внутри рабочей камеры находятся во вращательном движении, создаваемом ДИН и радиальными ребрами ободьев. Воздух под действием центробежной силы направляется к краям ободьев. Как следствие, в центре рабочей камеры образуется зона низкого давления, что приводит к всасыванию воздуха с исходным сырьем извне через отверстия неподвижной конструкции оси в рабочую камеру. В центральной области рабочей камеры поток воздуха вместе с частицами исходного твердого материала изменяет направление своего движения с осевого на радиальное, устремляясь на периферию рабочей камеры. Происходит разгон кусков и частиц исходного твердого материала навстречу друг другу, реализуются все процессы измельчения исходного сырья: соударения и трения частиц между собой и с элементами рабочей камеры. Это приводит к активации помалываемых твердых материалов, к особому энергетическому состоянию получаемого продукта с повышенной реакционной способностью. В процессе активации происходит дезинтеграция (разрушение) материала: распад на составные структурные зерна, последующий распад кристаллической решетки измельчаемого материала с разрывом межмолекулярных связей, что достигается методом разгона частиц на высоких скоростях, лобовым соударением, а также столкновением кусков и частиц твердого материала между собой после отражения от стенок и радиальных ребер дисков. На диске, на разных окружностях, на периферии с внутренней стороны выполнены одна или более кольцевые канавки (10), а также имеются элементы в виде лопаток (9), расположенные на одной или более окружности и находящиеся напротив кольцевых канавок противоположного диска, с возможностью погружения в кольцевые канавки. Указанные элементы в виде лопаток выполнены с возможностью регулирования по углу наклона, угла входа и выхода и радиального удаления относительно центра рабочей камеры и регулирования по глубине посадки. Элементы для создания сжатого воздуха могут быть выполнены в виде съемных кольцевых секций (8) и установлены на дисках по разным окружностям, а также могут быть выполнены цельными с диском. Поток воздуха и частиц исходного твердого материала встречается с кольцевой оболочкой из сжатого воздуха, создаваемой нагнетающими элементами воздуха в виде лопаток, движущимися по разным окружностям и работающими на сжатие воздуха.
Таким образом, в области периферии рабочей камеры в кольцевом зазоре для выхода измельченного продукта создается кольцевая оболочка с повышенным давлением (далее зона ХАЛИСА). Зона ХАЛИСА - это специально созданная воздушная оболочка кольцевой формы в области края в зазоре между дисками (рабочей камеры). В этой зоне из-за движения элементов в виде лопаток навстречу друг другу с высокими окружными скоростями образуется повышенное давление. Давление и температура воздуха в зоне ХАЛИСА регулируются скоростью встречного вращения рабочих дисков, имеющих кольцевой зазор между собой с использованием данного решения или конфигурацией расположенных на них элементов в виде лопаток. Повышенное давление ведет к увеличению сил вязкого трения и, как следствие, увеличению сил аэродинамического сопротивления, направленных против движущихся элементов в виде лопаток, что приводит к аэродинамическому нагреву окружающего пространства, тем самым достигается требуемая рабочая температура для измельчения и последующей транспортировки измельченного продукта. Легкие частицы измельченного продукта, поступающие в зону ХАЛИСА, принимают направленное движение потока воздуха, тяжелые частицы не могут увлечься в зону ХАЛИСА ввиду своей массы и продолжают движение внутри рабочей камеры до более глубокого измельчения. В результате измельчения с одновременной сепарацией образуются частицы с заданной тониной с верхним пределом размеров частиц, за счет чего происходит более глубокая активация готового продукта и при необходимости интенсивная гомогенизация многокомпонентных смесей. Задаваемая тонина измельчения с верхним контролируемым пределом размеров частиц может регулироваться скоростью встречного вращения рабочих разгонно-размольных дисков, выполненных в виде аэродинамических дисков или барабанов, или конфигурацией расположенных на них элементов для создания сжатого воздуха, выполненных в виде лопаток.
Преимущество эллиптических поверхностей дисков очевидна, закругленные углубления рабочих дисков с радиальными ребрами жесткости обеспечиваются большим пространством для движения частиц внутри рабочей камеры, способствующей развитию скорости частиц для столкновения на высоких скоростях самих частиц между собой, а также ударно-отражающему воздействию с элементами рабочей камеры, благодаря турбулентно-вихревым потокам обеспечивается продолжительное взаимодействие и циркуляция исходного сырья. Эллиптическая форма направлена на равномерное многократное отражение и истирание частиц и кусков исходного материала с созданием кольцевого турбулентного фронта взаимного соударения частиц вокруг центра рабочей камеры, таким образом достигается эффект самоизмельчения, при минимальном воздействии на элементы рабочей камеры. В связи с уменьшением прямого ударного воздействия на рабочие поверхности и более рассеянного распределения воздушно-сырьевых потоков снижается степень износа элементов рабочей камеры.
Диски вогнутой (или эллиптической) формы, напротив, благодаря увеличенному объему позволяют увеличить время нахождения частиц внутри рабочей камеры, которое напрямую влияет на степень их измельчения. Это дает снижение уровня энергопотребления на единицу объема помолотого продукта в сравнении с помолом до такой же тонины, полученным при помощи дисков других форм, при одинаковой производительности.
Разгонно-размольные диски, эллиптической (или вогнутой) формы, позволяют создавать вихревой турбулентный фронт вокруг центра рабочей камеры, что приводит к эффекту самоизмельчения и перемещает зону активного соударения и истирания с рабочей поверхности дисков в вихревой турбулентный фронт.
Кольцевой оболочкой из сжатого воздуха на периферии рабочей камеры между рабочими дисками в кольцевом выпускном зазоре создается равномерное давление по окружности незакрепленных краев разгонно-размольных дисков, равномерно распределяя нагрузки, возникающие при вращении разгонно-размольных дисков.