ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬ

ОБЛАСТИ ТЕХНИКИ.
Полезная модель относится к аппаратам для производства материалов на предприятиях, которые используют в качестве исходного сырья тонкопомолотые порошки из любых горных пород или из растительных продуктов, например, для получения комбикормов.
Предшествующий уровень техники.
Получают тонкие порошки при помощи многоступенчатых технологий, которые используют дробильное оборудование для грубого дробления (щековые, конусные дробилки), для среднего дробления (молотковые, роторные дробилки) и для тонкого помола (шаровые мельницы) [1,2].
Органические материалы (зерно) измельчаются молотковыми дробилками [3].
Длинномерные материалы (солому, полову, сено, стебли растений) измельчаются редко и с очень большим трудом.
Измельчение последних может быть достигнуто при использовании «устройства для измельчения», снабженного рабочими органами в виде резцов, которые выступают в виде стержней над полукольцами, укрепленными на валу. Вал вращается электродвигателем и соединяется с ним при помощи полумуфт [4].
В качестве прототипа использовано «устройство для измельчения».
Рассматриваемое устройство [4] работает следующим образом. Материал поступает в загрузочную камеру, равномерно распределяется разравнивающими лопастями, подхватывается шнеком и, перемещаясь вниз, уплотняется. Наибольшая плотность достигается при входе в матрицу камеры измельчения. Материал превращается в плотно спрессованный брикет, с которого снимается тонкая стружка быстровращающимися резцами. Полученная крошка за счет центробежной силы сбрасывается в нижнюю часть камеры измельчения и транспортируется к выходному отверстию струей воздуха. Для облегчения движения материала в загрузочную камеру через штуцера может быть подана вода. Через сопла гребенок, кроме воздуха, может подаваться вода или пар. Резцы укреплены на полукольцах, которые неподвижно установлены на валу.
Указанное устройство имеет ряд недостатков.
1. Короткомерные материалы не могут обрабатываться, так как их затруднительно спрессовать в плотные брикеты. Это же касается и различных горных пород.
2. Могут измельчаться только органические материалы типа сена, соломы, стеблей и т.п.
3. При попадании в измельчаемые материалы крупных камней или металлических включений резцы быстро тупятся и могут даже сломаться.
4. Степень измельчения ограничивается высотой выдвижения резцов и не может быть меньше 0,2-0,3 мм.
5. Рабочая часть камеры измельчения ограничена величиной окна подачи материалов шнеком.
6. Вертикальное расположение шнека ограничивает места применения устройства.
7. Наличие резцов усложняет и удорожает эксплуатацию устройства.
8. Измельченные частицы, имеющие определенные размеры, уже не могут уменьшаться, так как сбрасываются в приемный бункер и больше не подвергаются воздействию измельчающих органов.
Раскрытие полезной модели.
Задачей настоящей полезной модели являются создание измельчителя, способного измельчать кусковые материалы от крупности 15-20 мм и ниже до крупности - 44 мкм с выходом не менее 20-30% весовых и - 150 мкм с выходом не менее 70-80% весовых.
Расход электроэнергии не должен превышать 15-20 кВт·час/т.
Габаритные размеры (не более) - 1,5×0,5×1,5 м при производительности 1-2 т/час.
Техническим результатом является создание недорогого прочного высокопроизводительного измельчителя способного измельчать крупные кусковые материалы любой природы (например, и гравий и зерно).
Технический результат достигается за счет того, что в измельчителе, включающем бункер с регулирующим устройством и вращающийся вал, расположенный внутри неподвижной рабочей камеры, в которой выполнено окно для выхода готовой продукции, рабочая камера выполнена в виде трубы, в которой на валу по винтовой линии установлены стержни.
Стержни смонтированы на трубе, неподвижно закрепленной на валу.
Шаг винтовой линии уменьшается в направлении к выходу из рабочей камеры.
Величина шага у выхода из рабочей камеры составляет 0,5…0,6 от величины шага в передней части рабочей камеры, при этом одновременно на 30-50% уменьшается зазор между стержнями.
На трубе со стержнями напротив бункера установлены 2…4 пропеллера для отбрасывания измельчаемого материала в сторону окна для выхода готовой продукции.
Измельчитель содержит сменную вставку из износостойкого материала для защиты внутренней поверхности рабочей камеры.
Корпус рабочей камеры закрыт цилиндрическим кожухом, заполненным циркулирующей водой.
Напротив окна для выхода готовой продукции из рабочей камеры установлены по радиусу по 2…3 стержня в виде креста в плоскости, перпендикулярной оси вала.
Измельчитель содержит пропеллер, установленный на выходе из рабочей камеры непосредственно перед подшипником, для отбрасывания размолотого материала от подшипника в сторону окна для выхода готовой продукции.
На фигуре 1, 2 изображен измельчитель в рабочем положении.
На фиг.3 - общий вид измельчителя в разрезе.
Измельчитель содержит объемный загрузочный бункер 1 с регулирующим устройством 2, установленным в торце рабочего пространства, рабочую камеру 3 со сменной вставкой 4 из износоустойчивого материала. Ввод измельчаемых материалов производится в рабочую камеру 3 через патрубок, который может быть расположен по радиусу или по касательной к рабочей камере 3, представляющей трубу круглого сечения. По оси камеры 3 установлен вал 5 с подшипниками 6, 7. На валу 5 укреплена неподвижно съемная труба 8 - держатель стержней, на которой установлены рабочие стержни 9 и пропеллеры 10 для отбрасывания измельченного продукта в сторону выходного окна. На трубе 8 стержни 9 укреплены таким образом, чтобы образовалась винтовая линия с определенным шагом. Между соседними стержнями должен быть зазор, равный 5-20 мм. Зазор определяют в зависимости от размеров измельчаемых кусков. Вращение от электродвигателя на вал 5 передается клиноременной передачей и шкивом 11. Рабочая камера 3 закрывается с торцов фланцами 12 и 13, имеющими гнезда для установки подшипников 6, 7. У самого выходного отверстия (окно для выхода готовой продукции) 15 стержни 14 (по 2-3 штуки) установлены по радиусу и в плоскости, перпендикулярной оси, образуя крест. Порошок выбрасывается стержнями 14, через отверстие 15, на лоток 16. Вместо лотка может быть установлен патрубок с фланцем для создания герметичной транспортировки порошка. Во время работы имеет место сильный шум. Для защиты от шума и для охлаждения рабочая камера измельчителя закрыта кожухом 17, в который подают проточную воду для охлаждения рабочей камеры, что очень полезно при длительной непрерывной работе. Для защиты подшипника у входа на валу установлен пропеллер, отбрасывающий порошок в отверстие 15.
Измельчитель работает следующим образом.
Щебень, зерно, полова, солома и др. материалы из бункера 1 через регулирующее устройство 2 попадают в рабочую камеру 3. подхватываются пропеллерами 10 и забрасываются под удары стержней 9. В результате интенсивного вращения стержней частицы материалов также приобретают вращательное движение и перемещаются вдоль камеры к отверстию 15. При своем движении частицы испытывают многочисленные удары стержней и частиц друг с другом. Причем в основном имеют место удары скользящие, которые приводят к истиранию частиц. Поскольку частицы испытывают изгибающие нагрузки, для их разрушения требуется значительно меньше энергии по сравнению с затратами энергии на разрушение прямым ударом. Самих же актов воздействия на каждую частицу на несколько порядков больше (стержней много больше), чем, например, в молотковой мельнице. Частица, продвигаясь вдоль рабочей камеры, непрерывно уменьшается в размерах. Она испытывает все больше ударов за счет сокращения шага и увеличения числа рабочих стержней. Это означает, что энергия воздействия на частицу постоянно растет и к выходу достигает максимального значения.
Указанный механизм измельчения работает тем эффективнее, чем больше число оборотов вала.
Было установлено, что при помоле очень твердых материалов: щебня из гранита, сиенита, боя кварцевых труб, боя стекла и т.п. рабочие стержни почти не изнашиваются. Расход рабочих стержней много меньше, чем шаров в шаровой мельнице или бил в молотковой дробилке. Этот факт свидетельствует о том, что вклад прямого удара значительно меньше, чем в указанных аппаратах. Предложение подтверждается еще и тем, что стержни, расположенные в самом начале рабочей камеры измельчителя (50-60 мм), действительно изнашиваются заметно сильнее, чем дальше по оси. Это означает, что крупные куски, попадая от пропеллера на рабочие стержни, наносят прямой удар. Но далее, приобретая интенсивное закручивание, уже испытывают изгибающие усилия и истирающее воздействие.
В результате производительность рассматриваемого измельчителя значительно выше, чем традиционных дробилок и мельниц. Причем их габариты много меньше, чем у центробежных дробилок молотковых и шаровых мельниц. В то же время затраты энергии также оказывается меньшими. В таблице 1 представлены отдельные технико-экономические показатели дробилки «Титан М» и рассматриваемого измельчителя (универсального) И-1-У и И-2-У.
Таблица 1
Некоторые технико-экономические показатели дробилки «Титан М» и измельчителя И-(2)-У.
Параметры
Титан М-63
Титан М-125
Титан М-160
И-1-У
И-2.У
Производительность, т/ч
1-3
3-15
10-55
1-2
2-4
Крупность питания, мм
До 30
До 40
До 70
До 20
До 20
Крупность измельченного продукта (может регулироваться), мм
0.04-0,3
0,05-0,5
0,06-3
0,04-0,3
0,04-0,3
Установленная мощность, кВт
110
305
До 850
7,5
15
Габаритные размеры, м: длина×ширина×высота
5,5×3,0×7,6
7,6×4,2×15,3
9,0×6,5×15,3
1×0,7×1,5
1,2×1,2×1,5
Масса, т
8
22
35
0,35
0,8
Стоимость, тыс.долл. США
24-35
145-330
250-450
15-18
25-30
Вариант осуществления изобретения (пример).
Измельчитель универсальный пригоден для помола любых горных пород, отходов стройиндустрии, продуктов и отходов местной промышленности и сельского хозяйства. Следует иметь в виду, что размер кусков горных пород не должен превышать 10-20 мм, а у органических материалов длина 30-50 мм.
Было опробовано измельчение следующих материалов.
1. Гранит.
2. Сиенит.
3. Бой кварца и стекла.
4. Шрот подсолнечный, гороховый.
5. Полова.
6. Пшеница (ячмень).
Установлено, что измельчитель развивает производительность от 1 до 2 т/час, независимо от вида материалов. Мощность электродвигателя 5-7,5 кВт.
Результаты работы показаны в таблицах 2 и 3.
Таблица 2
Измельчение органических материалов.
Материал
Исходный размер, мм.
После измельчения, мм
Примечания
1-й проход
2-й проход
Шрот подсолнечника
3-8
до -2
0-1
Шрот гороховый
0-10
до 1
-
Полова
0-50
до 5
0-1
После первого прохода все соломины сильно размочалены.
Пшеница
зерно
до 0.5
-
Попадаются отдельные крупинки
Таблица 3
Измельчение неорганических материалов.
Размер частицматериал
Исходный материал, мм.
+3,0 мм
+0,35 мм
+0,160 мм
+0,100 мм
+0,044 мм
Менее 0,044 мм
Гранит
до 20
3,6
38,6
13,43
5,3
11,63
19,94
Гранит (вал с уменьшенным шагом)
до 20
-
24,8
22,1
15,2
4,8
33,1
Сиенит
до 20
1,6
31,1
12,0
14,8
8,8
21.70
Бой кварца и стекла
до 15
1,8
30,1
14,0
15,1
15,4
24,0
Показано, что измельчитель универсальный позволяет эффективно измельчать щебень, полученный после предварительного дробления на щековых и молотковых (роторных) дробилках (с размерами до 20 мм) и получать порошки крупности менее 0,35 мм с выходом 62-75%, из них менее - 0,044 мм до 35-45%.
Измельчитель может измельчать зерно, шрот и полову до размеров не более 1 мм, что удовлетворяет потребности комбикормовых предприятий.
Одновременно с помолом в рабочей зоне измельчителя можно производить высокоэффективное смешивание различных компонентов.
Литература.
1. Механическое оборудование заводов цветной металлургии. Часть 1. Д.П.Притыкин. Механическое оборудование для подготовки шихт, материалов. «Металлургия» М. 1988, с.143-248.
2. Основы металлургии. T.1, Часть 1. Гос-венное научно-технич. изд-во литературы по черной и цветной металлургии, М. 1961, с.266-278.
3. Черняев Н.П. Производство комбикормов. В.О. «Агропроиздат», М. 1989.
4. Вершинин Н.П., Вершинин И.Н., Кузнецов В.В. «Устройство для измельчения. Патент Р.Ф. №2093354; приоритет изобретения 16.Х.1992.