РАЗМАЛЫВАЮЩАЯ ГАРНИТУРА ДИСКОВОЙ МЕЛЬНИЦЫ
DISK MILL TACKLE

Изобретение относится к размалывающим гарнитурам дисковых мельниц и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности на стадии тонкого помола.
Известна размалывающая гарнитура дисковой мельницы, включающая роторный и статорный диски, рабочие поверхности которых снабжены ножами, чередующимися со сквозными межножевыми канавками [1].
Недостатком известной гарнитуры является то, что большая часть суспензии проходит по канавкам, не попадая в межножевой зазор, поэтому содержащиеся в ней волокна практически не подвергаются интенсивному механическому и гидродинамическому воздействию со стороны режущих кромок ножей.
Наиболее известна размалывающая гарнитура дисковой мельницы, включающая роторный и статорный диски, рабочие кольцевые поверхности которых разделены на секторы, снабженные чередующимися с межножевыми канавками, параллельными прямолинейными ножами с рабочими и нерабочими боковыми стенками, режущая кромка одного из которых совмещена с осью симметрии сектора, а роторный диск выполнен зеркально относительно статорного [2].
Недостатком известной гарнитуры является прямоугольная форма поперечного сечения межножевых канавок. За счет этого в местах сопряжения их боковых стенок с основанием развиваются большие гидравлические сопротивления, способствующие скоплению массы и затормаживанию движения потока волокнистой суспензии. Одна из боковых стенок является рабочей, поскольку выполняет три функции:
- воспринимает напорные нагрузки от налетающего потока, движущегося вдоль межножевой канавки сопряженного вращающегося диска;
- транспортирует волокнистую массу вдоль канавки, от входа в размалывающую полость гарнитуры к выходу из нее;
- служит опорной поверхностью при продвижении прижимающегося к ней под действием центробежной силы высококонситентного слоя волокнистой массы снизу вверх, по направлению к междисковому зазору.
Напорные нагрузки возникают в процессе вращения ротора относительно неподвижного статора в виде центробежных сил, развивающихся при непрерывном контакте потоков волокнистой суспензии с рабочими боковыми стенками, в процессе ее транспортирования по канавкам через размалывающую полость гарнитуры. В связи с этим вблизи рабочих стенок образуются зоны максимальных давлений, активно воздействующие на потоки суспензии и прежде всего на ее часть, представляющую собой сгустившуюся высококонсистентную волокнистую прослойку.
Противоположные боковые стенки межножевых канавок не выполняют основные рабочие функции и традиционно считаются нерабочими. Однако на основании поведенного анализа выяснилось, что ряд важных функций выполняют и эти стенки. Суть данных функций заключается в том, что нерабочая стенка:
- является источником образования вблизи ее поверхности зоны разряжения, заполняемой частью волокнистой суспензии, не попавшей в зону действия рабочей боковой стенки;
- способствует развитию эффекта закручивания потока волокнистой суспензии в поперечном сечении канавки, в направлении от зоны высокого давления к зоне разряжения;
- служит опорной поверхностью для закручивающегося потока суспензии.
В связи с этим становится вполне очевидным, что наличие прямого угла между нерабочими боковыми стенками единичных ножей и основаниями канавок способствует скоплению волокнистой массы и затормаживанию движения вдоль них потока суспензии.
Это не позволяет развить:
- величину разряжения в зонах, расположенных вблизи нерабочих стенок;
- перепад давления между рабочими и не рабочими зонами;
- частоту вращения закручивающихся потоков волокнистой суспензии вокруг продольной оси симметрии межножевых канавок.
Изобретение решает задачу интенсификации и повышения качества при одновременном сокращении удельных затрат электроэнергии, необходимой для проведения процесса размола.
Технический результат заключается в повышении интенсификации и качества процесса размола путем обеспечения попадания в межножевой зазор всего объема суспензии за один проход через размалывающую полость гарнитуры. Это достигается за счет создания более высоких величин перепада давления между зонами разряжения и зонами повышенных давлений.
Для достижения указанного технического результата в размалывающей гарнитуре дисковой мельницы, включающей роторный и статорный диски, рабочие кольцевые поверхности которых разделены на секторы, снабженные параллельными прямолинейными ножам и канавками, имеющими рабочие и нерабочие боковые стенки, режущая кромка одного из ножей совмещена с осью симметрии сектора, а роторный диск выполнен зеркально относительно статорного, согласно изобретению, профилю нижней части межножевых канавок придана форма круга, касающегося рабочей стенки и перекрывающего нерабочую стенку, а диаметр круга равен
d=(1,25…1,4)·s,
где (1,25…1,4) - коэффициент перекрытия нерабочей боковой стенки ножа;
s - ширина канавки.
Экспериментально установлено, что при придании профилю нижней части межножевых канавок формы круга, касающегося рабочей стенки и перекрывающего нерабочую стенку при постоянной ширине межножевых канавок, разряжение в зоне, расположенной вблизи нерабочей стенки, возрастает с увеличением коэффициента ее перекрытия и, соответственно, с увеличением диаметра.
Также экспериментально установлено, что при значении коэффициента перекрытия меньшем 1,25 угол между касательной к кругу, в точке его пересечения с нерабочей стенкой, и общей размалывающей поверхностью ножей, лежащей в плоскости сопряжения гарнитур ротора и статора, незначительно превышает прямой угол. Поэтому величина разряжения в зоне, расположенной вблизи нерабочей стенки, практически не велика.
В диапазоне же значений коэффициента перекрытия (1,25…1,4) угол между касательной к кругу, в точке его пересечения с нерабочей боковой стенкой и общей размалывающей поверхностью ножей, возрастает, по сравнению с прямым углом, до оптимальных значений. Это позволяет существенно увеличить разряжение в зонах, расположенных вблизи нерабочих стенок, перепад давления между ними и зонами повышенных давлений, расположенных вблизи рабочих стенок ножей, и в то же время не ослабить прочность в их наиболее опасном продольном сечении. При значении коэффициента перекрытия, превышающем 1,25, угол между касательной к кругу, в точке его пересечения с нерабочей боковой стенкой и общей размалывающей поверхностью ножей, как и величина его перекрытия прямой нерабочей стенки существенно возрастают. За счет этого напряжения в наиболее опасном продольном сечении ножей могут достигать значений, превышающих допускаемые. Это существенно ослабляет прочность ножей, что недопустимо.
На фиг.1 изображена рабочая кольцевая поверхность единичного кругового сегмента неподвижного диска статора в положении сопряжения с рабочей кольцевой поверхностью единичного кругового сегмента подвижного диска ротора. В левой части чертежа волнистой линией показан обрыв сегмента роторного диска, под которым видна часть рабочей поверхности сегмента статорного диска. Поверхности ножей затенены. Одинарной круговой стрелкой показано направление вращения диска ротора.
На фиг.2 изображены два варианта (а) и (б) поперечного разреза А-А двух соседних единичных ножей и смежных с ними межножевых канавок в положении сопряжения дисков ротора и статора, когда размалывающие поверхности ножей ротора и статора полностью перекрывают межножевые канавки (вариант а); после незначительного поворота ротора его межножевые канавки открываются и сообщаются с межножевыми канавками статора (вариант б). Вблизи рабочих стенок знаком (+) обозначены зоны, где развивается максимальное давление. Вблизи нерабочих стенок знаком (-) обозначены зоны разряжения. Двойными круговыми стрелками обозначены направления закручивания потоков волокнистой суспензии вокруг продольной оси симметрии межножевых канавок, в направлении от зоны высокого давления со знаком (+), к зоне разряжения со знаком (-). Это происходит одновременно с процессом продвижения потоков по межножевым канавкам от входа в кольцевую ножевую полость сопряженных гарнитур ротора и статора до выхода из нее, т.е. до периферии диска.
Размалывающая гарнитура дисковой мельницы включает роторный 1 и статорный 2 диски с входной 3 и выходной 4 окружными кромками ограничивающими их рабочие кольцевые поверхности. Рабочие кольцевые поверхности разделены на круговые сегменты 5, снабженные параллельными прямолинейными ножами 6, чередующимися с межножевыми 7 и межсекторными 8 канавками. Режущая кромка одного из ножей 6 совмещена с осью симметрии сегмента 5 (см. фигуру 1).
Ножи 6 снабжены рабочими 9 и нерабочими 10 боковыми стенками. Роторный диск 1 выполнен зеркально относительно статорного диска 2.
В отличие от известных решений, в предлагаемой гарнитуре профилю нижней части межножевых канавок 7 придана форма круга 11, касающегося рабочей стенки 9 и пересекающего нерабочую стенку 10 в точке 12 (фиг.2, разрез А-А, вариант а). Диаметр круга 11 равен d=(1,25…1,4)·s, где: (1,25…1,4) - коэффициент перекрытия нерабочей боковой стенки 10 ножа 6; s - ширина межножевой канавки 7. Точка пересечения 12 расположена в верхней части нерабочей боковой стенки 10 ножа 6. Касательная, проведенная из точки 12 к круговому контуру 11, образует с размалывающей поверхностью 13 ножей 6 отрицательный угол, т.е. превышающий 90°. Поэтому контур круга 11 частично заглубляется в тело ножа 6, образуя с прямой нерабочей боковой стенкой 10 сегмент 14, высота которого равна p=(0,25…0,4)·s. Данный параметр является также расстоянием от точки пересечения 12 до наиболее удаленной и наиболее заглубленной в тело ножа 6 точки 15 круговой поверхности 11. Полость сопряжения гарнитур ротора 1 и статора 2, ограничена размалывающими поверхностями 13 ножей 6, образующих междисковый зазор 16 (фиг.2, разрез А-А).
Размалывающая гарнитура дисковой мельницы работает следующим образом. Волокнистая суспензия непрерывно поступает под давлением через входную окружную кромку 3 в межножевые - 7 и межсекторные - 8 канавки, прижимается к их рабочим боковым стенкам 9 под действием окружного усилия и движется вдоль них к выходной окружной кромке 4 под действием центробежной силы. В отличие от известных решений, предлагаемая гарнитура имеет ряд характерных особенностей. Данные особенности заключаются в следующем:
- расстояние от точки пересечения 12 до наиболее заглубленной в тело ножа 6 точки 15 имеет оптимальное значение, за счет чего величина разряжения вблизи нерабочих боковых стенок 10, также как и перепад давления между ними и рабочими боковыми стенками 9, существенно возрастают;
- частота закручивания потоков волокнистой суспензии в поперечных сечениях канавок 7, в направлении от зоны разряжения к зоне высокого давления существенно возрастает;
- волокна принудительно ориентируются в суммарном направлении, складывающемся из направления перемещения потоков суспензии от входной окружной кромки 3 к выходной - 4 и направления вращения их в процессе закручивания вокруг продольной оси канавок 7;
- в полости сопряжения гарнитур ротора 1 и статора 2, ограниченной размалывающими поверхностями 13 ножей 6, образующими межножевой зазор 16, происходит столкновение закручивающихся в поперечных сечениях канавок 7 потоков волокнистой суспензии;
- при столкновении потоков образуются отраженные высокоскоростные струи, направленные в сторону межножевого зазора 16 и активно проникающие внутрь него под действием движущейся в противоположном направлении с большой окружной скоростью боковой рабочей стенки 9 ножа 6 вращающегося роторного диска 1.
Указанные особенности создают существенные предпосылки для обеспечения гарантированного проникновения практически всего объема волокнистой суспензии в межножевой зазор 16 за один проход через размалывающую кольцевую полость. Прошедший обработку волокнистый материал направляется на следующую стадию технологического процесса.
По сравнению с известными решениями, использование предлагаемой размалывающей гарнитуры дисковой мельницы позволит:
- интенсифицировать процесс размола за счет более высоких величин перепада давления между зонами повышенных давлений, расположенными вблизи рабочих боковых стенок 9 и зонами разряжения, расположенными вблизи нерабочих стенок 10;
- повысить качество размола за счет принудительного ориентирования волокон в суспензии при ее суммарном движении, складывающемся из направления перемещения от входной окружной кромки 3 к выходной - 4 и направления вращения потока в процессе его закручивания вокруг продольной оси канавок 7, что способствует более мягкому, фибриллирующему воздействию на волокнистую массу;
- снизить удельный расход электроэнергии за счет обеспечения проникновения практически всего объема волокнистой суспензии в межножевой зазор, где она подвергается интенсивному силовому воздействию, за один проход через размалывающую полость;
- повысить производительность путем увеличения эффективности размола волокнистой массы за единицу времени.
Источники информации
1. Пашинский В.Ф. Машины для размола волокнистой массы. Лесная промышленность. - М.: 1972 г., с.82.
2. SU, № 2314381, МПК B02C 7/12, D21D 1/30, заявл. 19.06.2006 г., Бюл. № 1, опубл. 10.01.2008 г.