РОТОРНО-ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ АГРЕГАТ С ИГЛОФРЕЗЕРНЫМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ
ROTARY CENTRIFUGAL UNIT WITH NEEDLE MILLING UNITS

Изобретение относится к области производства строительных материалов, к химической, целлюлозно-бумажной промышленностям, агропромышленному комплексу, переработке промышленных и твёрдых коммунальных отходов, а именно к оборудованию для измельчения органических и минеральных материалов.
Известна конструкция игольчатого измельчителя материалов [патент на полезную модель RU 151633, B02С 19/22, опубликовано 10.04.2015 Бюл. № 10], содержащий камеру для обработки материала с загрузочными и разгрузочными патрубками, внутри которой установлен ротор, оснащенный игольчатыми элементами, одни концы которых жестко закреплены на рабочем органе, а вторые обращены своими торцами к внутренней поверхности рабочей камеры. Игольчатые элементы выполнены из набора металлических стержней и смонтированы на роторе в виде цилиндрической щётки.
Недостатками известной конструкции являются: низкая производительность и высокая энергоёмкость процесса измельчения, невысокая степень измельчения материала, низкая эффективность, отсутствие возможности измельчения материалов с различными физико-механическими характеристиками, одностадийность процесса измельчения.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением, принятым за прототип, является конструкция установки для измельчения волокнистых материалов [патент на изобретение RU 2540549, B02С 18/00 опубликовано 10.02.2015 Бюл. № 4]. Установка для измельчения волокнистых материалов содержит последовательно сопряженные между собой цилиндрические камеры измельчения, разделенные перегородкой. В камерах расположены роторы. Камеры оснащены средствами для подачи исходного материала, добавок и отвода готовой продукции. Внутри первой камеры измельчения расположен эксцентрично установленный относительно оси цилиндрического корпуса бандаж в виде барабана, смещенный в направлении загрузочного отверстия. Барабан футерован съемными элементами, установленными в неподвижных направляющих. Съемные элементы имеют классифицирующие отверстия для выхода материала. Ротор первой камеры установлен эксцентрично оси барабана и составлен из набора дисков – дисковых фрез, закрепленных на валу. Во второй камере измельчения установлен ротор с иглофрезерными рабочими органами – билами в виде щёток, закреплённых одним концом на держателе.
С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: последовательно сопряженные между собой цилиндрические камеры измельчения, с расположенными внутри них роторами, оснащенные средствами для подачи исходного материала, добавок и отвода готовой продукции, ротор, установленный внутри первой камеры измельчения, составленный из набора дисковых фрез, закрепленных на валу, ротор второй камеры измельчения с иглофрезерными рабочими органами.
Установка для измельчения волокнистых материалов известного исполнения обладает рядом недостатков: низкая производительность и малая эффективность агрегата, невысокая степень измельчения материала, отсутствие возможности измельчения материалов с различными физико-механическими характеристиками.
Предлагаемое изобретение направлено на повышение производительности и эффективности агрегата, расширение его технологических возможностей за счёт многостадийного воздействия на материал иглофрезерными рабочими органами.
Это достигается тем, что роторно-центробежный агрегат с иглофрезерными рабочими органами содержит последовательно сопряженные между собой цилиндрические камеры измельчения, внутри которых расположены роторы. Камеры оснащены средствами для подачи исходного материала, добавок и отвода готовой продукции. Внутри первой камеры измельчения установлен ротор, который составлен из набора дисковых фрез, закреплённых на валу. Во второй камере измельчения расположены вращающиеся в противоположные стороны роторы, составленные из иглофрезерных рабочих органов. Один из роторов выполнен в виде барабана с окнами для вывода материала. Второй ротор представляет собой цилиндрическую иглофрезу, установленную внутри барабана. На внешней поверхности барабана над окнами закреплены дугообразные пластины с иглофрезерными элементами.
Для увеличения произвоительности и степени измельчения материала в окнах барабана установлены классифицирующие сетки.
Для расширения технологических возможностей агрегата (измельчения материалов с различными физико-механическими характеристиками, увеличения степени измельчения материалов) в варианте исполнения на внутренней поверхности второй камеры измельчения и на внутренней поверхности барабана установлены пластины с иглофрезерными элементами. Со стороны подачи материала на валу расположена отбойная крыльчатка. На боковой поверхности второй камеры измельчения выполнены карманы.
Для варьирования конструктивно-технологических параметров агрегата угол прижатия дугообразных пластин к поверхности барабана может регулироваться в диапазоне . Рациональный диапазон значений  установлен в результате испытаний экспериментальной установки роторно-центробежного агрегата, проводимых в научно-исследовательской лаборатории кафедры «Технологические комплексы, машины и механизмы» БГТУ им. В.Г Шухова. При большем значении  снижается эффективность агрегата, ухудшаются его аэродинамические параметры.
Для расширения технологических возможностей, увеличения ресурса и надёжности роторно-центробежного агрегата иглофрезерные рабочие органы состоят из съёмных элементов. Это позволяет использовать иглофрезерные рабочие органы различной конфигурации в зависимости от измельчаемых материалов и особенностей их переработки.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен общий вид роторно-центробежного агрегата первого исполнения; на фиг. 2 вторая камера измельчения (разрез А-А на фиг. 1); на фиг. 3 – общий вид роторно-центробежного агрегата второго исполнения; на фиг. 4 – вторая камера измельчения (разрез Б-Б на фиг. 3).
Роторно-центробежный агрегат содержит корпус, состоящий из последовательно сопряженных между собой цилиндрических камер измельчения 1 и 2 с крышками 3 и 4, соответственно. Внутри камеры измельчения 1 установлен вал 5, на котором закреплён ротор 6, составленный из набора дисковых фрез 7. В верхуней части первой камеры измельчения 1 расположено загрузочное отверстие (на фиг. не показано). Над загрузочным отверстием расположены параллельно друг другу два шипованных валка 8.
Внутри камеры измельчения 2 на её центральной оси расположен ступенчатый вал 9, на котором с двух сторон установлены полые валы 10. Валы 5, 9 и 10 расположены соосно и имеют индивидуальные приводы (на фиг. не показаны). На валах 9 и 10 установлен комбинированный рабочий орган, состоящий из роторов 11 и 12. Ротор 11 выполнен в виде барабана 13 (фиг. 2). Полые валы 10 фланцами соединены с боковыми стенками барабана 13. На поверхности барабана 13 выполнены окна 14 для вывода материала. В окнах 14 установлены классифицирующие сетки 15 (п. 2 формулы изобретения). На внешней поверхности барабана 13 над окнами 14 расположены дугообразные пластины 16 с иглофрезерными элементами 17. Один конец дугообразных пластин закреплён шарнирно, а второй – например, с помощью болтового соединения 18. Такое крепление надёжо фиксирует положение дугообразных пластин 16. При этом обеспечивается неизменность аэродинамических параметров агрегата и увеличивается его ресурс работы. Угол прижатия дугообразных пластин к поверхности барабана может регулироваться, с помощью болтового соединения 18, в диапазоне  (п. 4 формулы изобретения). Это позволяет варьировать конструктивно-технологические параметры агрегата для измельчения материалов с различными физико-механическими характеристиками. Ротор 11 окаймлён цилиндрическим ситом 19.
Ротор 12 представляет собой цилиндрическую иглофрезу 20, установленную на ступенчатом валу 9 внутри барабана 13.
В верхней части второй камеры измельчения 2 тангенциально корпусу расположен выгрузочный патрубок 21. В межкамерном пространстве 22 расположен патрубок 23 для введения добавок и возврата материала на доизмельчение при внешнем рециклинге.
В варианте исполнения (п. 3 формулы изобретения) на внутренней стороне второй камеры измельчения 2 и на внутренней стороне барабана 13 установлены пластины с иглофрезерными элементами 24 и 25 соответственно (фиг. 4).
Со стороны межкамерного пространства 22 на полом валу 10 расположена отбойная крыльчатка 26 (фиг. 3), а на боковой поверхности второй камеры измельчения 2 выполнены карманы 27.
На боковой поверхности барабана 13 выполнены окна 28 с сетками 29 для вывода измельчённого материала.
На противоположном межкамерному пространству 22 полом валу 10 установлено центробежное колесо 30 с лопастями 31. Центробежное колесо 30 установлено в выгрузочной камере 32, в верхней части которой тангенциально корпусу расположен выгрузочный патрубок 21.
Иглофрезерные рабочие органы состоят из съёмных элементов (п. 5 формулы изобретения). Данное конструктивное решение позволяет устанавливать иглофрезерные элементы различной конфигурации (прямые, косые, жгутовидные и др.), производить их замену в местах интенсивного износа.
Роторно-центробежный агрегат работает следующим образом. Исходное сырьё, например техногенные органические материалы (пластик, резинаи др.), подаётся на вращающиеся навстречу друг другу шипованные валки 8, которые его захватывают и предуплотняют. Затем материал поступает в первую камеру измельчения 1 с крышкой 3. В камере 1 сырье измельчается ротором 6, составленным из набора дисковых фрез 7, закрепленных на валу 5. Под действием разряжения, создаваемого во второй камере измельчения 2 с крышкой 4, через межкамерное пространство 22, материал попадает внутрь ротора 11, выполненного в виде барабана 13, соединенного с фланцами полых валов 10. Комбинация ступенчатого вала 9 и полых валов 10, с использованием индивидуальных приводов, обеспечивает вращение роторов 11 и 12 в противоположные стороны. Одновременно через загрузочный патрубок 23 в межкамерное пространство 22 вводятся тонкодисперсные добавки, например микрофибронаполнители или пигменты, и под действием разряжения вместе с измельчаемым материалом попадают в барабан 13. Внутри барабана 13 метериал измельчается ротором 12, представляющим собой цилиндрическую иглофрезу 20, закрепленную на валу 9. Роторы 11 и 12 вращаются в противоположные стороны. По мере измельчения материал выводится из барабана 13 через окна 14 с классифицирующими сетками 15. В рабочей зоне второй камеры измельчения 2 происходит доизмельчение материала до необходимой степени иглофрезерными элементами 17 дугообразных пластин 16, закрепленных болтовым соединением 18. После доизмельчения материал выводится из роторно-центробежного агрегата через цилиндрическое сито 19 и выгрузочный патрубок 21.
В варианте исполнения (п. 3 формулы изобретения) роторно-центробежного агрегата материал одновременно с добавками под действием разряжения, создаваемого ротором 11, через межкамерное пространство, попадает во вторую камеру измельчения 2. При этом, ударяясь о вращающуюся отбойную крыльчатку 26 и проходя карманы 27, материал измельчается между пластин с иглофрезерными элементами 24 и иглофрезерными элементами 18 дугообразных пластин 17. Материал захватывается дугообразными пластинами 17 и попадает в барабан 13. Внутри барабана 13 материал доизмельчатся пластинами с иглофрезерными элементами 25 и цилиндрической иглофрезой 20. По мере измельчения материал выводится через окна 28 с сетками 29 в выгрузочную камеру 32, где отбрасывается в патрубок 21 центробежным колесом 30 с лопастями 31.
Использование предложенной конструкции роторно-центробежного агрегата позволяет за счёт многостадийного воздействия на материал иглофрезрных рабочих органов повысить производительность и эффектиность, расширить технологические возможности агрегата.
Помимо этого, предложенная конструкция роторно-центробежного агрегата обладает следующими преимуществами:
1. Низкая энергоёмкость и высокая интенсивность измельчения материалов с различными физико-механическими характеристиками.
2. Большая степень измельчения материалов и высокое качество конечного продукта.
3. Возможность варьирования конструктивно-технологических параметров агрегата.
4. Реализация комбинированного воздействия рабочих органов на перерабатываемое сырьё.
5. Обеспечение эффективного нагнетания материала во вторую камеру измельчения.
6. Высокая эксплуатационная надёжность иглофрезерных рабочих органов.