ЦЕНТРОБЕЖНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ И ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

Заявляемая полезная модель относится к машиностроению, а именно к оборудованию, применяемому для сухого и мокрого измельчения кусковых, зерновых и порошковых материалов, а также для приготовления смесей.
Известна центробежная мельница, состоящая из корпуса, чаши, сидящей на приводном валу, защитного кольца на кромке чаши и размольного кольца, шкива. В верхней части измельчителя устанавливается воздушно-проходной сепаратор (Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. Изд. 2-е, перераб. М., «Химия», 1977 г. - С. 157-158).
Недостатками данной центробежной мельницы являются сильный износ шаров и рабочих поверхностей, а также сложная конструкция машины.
Известен центробежно-шаровой измельчитель, в котором измельчение материала основано на принципе стесненного удара. Центробежно-шаровой измельчитель содержит редуктор, корпус, вращающуюся чашу, размольное кольцо, отбойную решетку, сепаратор, выводной штуцер, вентилятор, штуцер питания, шары, штуцер для подвода газоносителя, двигатель (Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. Изд. 2-е, перераб. М., «Химия», 1977 г. - С. 156-157).
Недостатками центробежно-шарового измельчителя являются сильный износ шаров и рабочих поверхностей, а также сложная конструкция машины. Значительное пыление при работе, а также возможность поломки или снижения производительности при избыточной подаче сырья. Если подача сырья в машину недостаточна, шары бьют по оголенной поверхности размольного кольца, и его износ увеличивается. При подаче сырья с избытком оно просыпается в кольцевой зазор между чашей и размольным кольцом, забивает объем под чашей, затрудняет поток воздуха, что может вывести машину из строя. Кроме этого при длительной, непрерывной работе возможен значительный нагрев чаши и обрабатываемого материала особенно при получении тонких и ультрадисперсных порошков.
Прототипом заявляемой полезной модели является центробежная мельница для тонкого измельчения с циркуляцией измельчаемого материала, выполненная в виде вращающейся чаши с внутренним бортом, служащим для удержания в чаше слоя материала, чаша расположена на вертикальном валу и закрыта сверху колпаком, служащим отбойной плитой. Для предохранения корпуса мельницы от ударов на некотором расстоянии от борта чаши ставится неподвижное сменное кольцо, служащее для удержания слоя материала у стенок корпуса. (Авторское свидетельство №70859, заявл. 04.10.1946 г., опубл. 31.07.1948 г.).
Недостатком мельницы для тонкого измельчения материала является значительный износ брони и мелющих устройств, а также возможность остановки или снижения работоспособности мельницы при передозировке измельчаемого материала.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является снижение износа мелющих тел и рабочих поверхностей центробежного устройства для смешивания и измельчения, а также исключение возможности поломки устройства при подаче измельчаемого материала с избытком, а также уменьшение мощности привода, снижение выделений пыли в окружающую среду при измельчении.
Технический результат достигается тем, что в центробежном устройстве для смешивания и измельчения, состоящем из корпуса, привода с валом, вращающейся открытой рабочей емкости с вогнутым дном, закрепленного на корпусе неподвижного колпака с вогнутой рабочей поверхностью, с закрепленными на нем броневым листом, защитного кольца, которое закреплено на корпусе или торце колпака так, что между ним и торцом рабочей емкости образуется кольцевой щелевой зазор, трех отверстий или каналов в корпусе или колпаке для подачи обрабатываемого материала, сжатого газа в кольцевой щелевой зазор и канала отвода пылегазовой смеси, рабочая емкость снабжена герметичной крышкой, в которой установлена ось, а колпак установлен на оси внутри рабочей емкости, при этом на внутренней поверхности рабочей емкости выполнен уступ, образующий с торцом колпака или защитным кольцом кольцевой щелевой зазор, а по крайней мере, три канала выполнены в оси. Ось с колпаком установлена в крышке рабочей емкости с возможностью вращения. Три канала выполнены в неподвижной втулке, установленной в отверстии, выполненном в оси. На неподвижной втулке и/или на сопряженной с ней поверхности отверстия оси выполнена, по крайней мере, одна кольцевая канавка, соединенная, по крайней мере, с одним радиальным отверстием в неподвижной втулке с каналом подвода сжатого газа и, по крайней мере, одним радиальным отверстием в оси с внутренним объемом рабочей емкости над колпаком. Между неподвижной втулкой и сопряженной с ней поверхностью отверстия в оси установлены уплотнения с двух сторон от кольцевых канавок. Колпак установлен на оси с возможностью регулировки осевого положения. Колпак имеет дополнительно съемное износостойкое кольцо. Защитное кольцо установлено на торце износостойкого кольца, установленного на колпаке. На уступе рабочей емкости установлено защитное кольцо. Уступ рабочей емкости и торец колпака имеют плоскую или коническую форму. В валу и рабочей емкости выполнено сквозное отверстие, в котором установлен дополнительный вал, с возможностью вращения, а на валу закреплена, по крайней мере, одна втулка со стержнями, расположенная внутри рабочей емкости. На втулке закреплены, по крайней мере, два стержня, расположенные перпендикулярно или под наклоном к оси вращения рабочей емкости. На торцах стержней установлены измельчающие наконечники. Измельчающие наконечники имеют форму лопаток. Стержни в поперечном сечении имеют круглую, квадратную, шестигранную, ромбовидную, X-образную форму или форму треугольника. Втулки со стержнями установлены на дополнительном валу с возможностью регулирования положения в осевом направлении. Внутренний диаметр кромки торца колпака или износостойкого кольца или защитного кольца, установленных на колпаке, больше или меньше или равен внутреннему диаметру кромки уступа дна рабочей емкости или его защитного кольца. Кольцевой щелевой зазор выполнен под углом наклона α к радиусу рабочей емкости. Угол наклона α кольцевого щелевого зазора имеет величину от -80 до +80 градусов. На внутренней поверхности дна рабочей емкости установлены броневые листы. Ось соединена ременной передачей с дополнительным приводом. Дополнительный вал соединен ременной передачей со вторым дополнительным приводом. В центральной части вогнутой поверхности колпака выполнен выступ.
Устройство поясняется чертежами.
Фиг. 1 - продольный разрез центробежного устройства для смешивания и измельчения материалов;
Фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1;
Фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1;
Фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 2;
Фиг. 5 - сечение Г-Г на фиг. 4;
Фиг. 6 -  сечение Г-Г на фиг. 4;
Фиг. 7 -  сечение Г-Г на фиг. 4;
Фиг. 8 - сечение Г-Г на фиг. 4;
Фиг. 9 -  сечение Г-Г на фиг. 4;
Фиг. 10 -  сечение Г-Г на фиг. 4;
Фиг. 11 - элемент Д на фиг. 4 с наличием защитного кольца на торце колпака.
Фиг. 12 - элемент Д на фиг. 4 (вариант, когда внутренний диаметр кромки торца колпака или износостойкого кольца или защитного кольца, установленных на колпаке, больше внутреннего диаметра кромки уступа дна рабочей емкости или его защитного кольца);
Фиг. 13 - элемент Д на фиг. 4 (вариант, когда внутренний диаметр кромки торца колпака, или износостойкого кольца, или защитного кольца, установленных на колпаке, меньше внутреннего диаметра кромки уступа дна рабочей емкости или его защитного кольца;
Фиг. 14 - элемент Д на фиг. 4 (вариант, когда внутренний диаметр кромки торца колпака, или износостойкого кольца, или защитного кольца, установленных на колпаке, равен внутреннему диаметру кромки уступа дна рабочей емкости или его защитного кольца;
Фиг. 15 - элемент Д на фиг. 4 с наклоном кольцевого щелевого зазора в направлении дна;
Фиг. 16 - элемент Д на фиг. 4 с наклоном кольцевого щелевого зазора в направлении колпака;
Фиг. 17 - схема смешивания и измельчения.
Центробежное устройство для смешивания и измельчения (Фиг. 1) содержит рабочую емкость 1, установленную на валу 2, который с помощью подшипникового узла 3 закреплен на корпусе 4 и приводится во вращение приводом 5 через ременную передачу 6 и шкив 7. Ось 8, соединенная со шкивом 9, установлена на крышке 10 рабочей емкости 1 при помощи подшипникового узла 11 с возможностью вращения ременной передачей 12 от дополнительного привода 13, установленного на корпусе 4. На оси 8 с помощью гайки 14 закреплен колпак 15, служащий отбойной плитой. Крутящий момент от оси 8 на колпак 15 передается с помощью шлицевого соединения (не показано). Колпак 15 может быть выполнен цельным или составным. Колпак 15 может дополнительно включать в себя съемное износостойкое кольцо 16, выполненное из износостойких материалов (например, твердых сплавов) и закрепленное на колпаке 15 с помощью резьбового соединения 17 и штифтов 18, а также сменный броневой лист 19. В центральной части вогнутой поверхности колпака 15 может быть выполнен центральный выступ 20. Колпак 15, имеющий торец 21, установлен на оси 8 так, чтобы между ним и крышкой 10 и стенками рабочей емкости 1 имелся зазор. Внутренняя поверхность дна рабочей емкости 1 имеет вогнутую форму и может быть выполнена, например, в виде сферической, параболической, гиперболической поверхности вращения или в форме усеченного конуса. Внутренняя поверхность дна рабочей емкости 1 сопряжена с цилиндрической или конической обечайкой рабочей емкости 1 с помощью уступа 22, выполненного кнаружи от оси вращения и имеющего форму плоского кольца или конуса. Колпак 15 установлен на оси 8 в осевом направлении так, что между его торцом 21 или торцом закрепленного на нем износостойкого кольца 16 и уступом 22 имеется кольцевой щелевой зазор 23. Величина кольцевого щелевого зазора 23 может регулироваться изменением осевого положения колпака 15 на оси 8 с помощью гайки 14 (Фиг. 1).
В оси 8, установленной с возможностью вращения, выполнено, по крайней мере, одно продольное сквозное отверстие, соединяющее внутренний объем рабочей емкости 1 с внешней средой, в котором установлена неподвижная втулка 24. В неподвижной втулке 24 могут быть выполнены один или несколько сквозных каналов. В данной конструкции приведен пример с тремя каналами, хотя их количество может быть уменьшено или увеличено в зависимости от технологического назначения центробежного устройства для смешивания и измельчения. Канал 25 предназначен для подвода сжатого газа в рабочую емкость 1. Продольный сквозной канал 26 (Фиг. 2, Фиг. 4) соединен с устройством загрузки (условно не показан) и предназначен для подачи обрабатываемого материала и мелющих тел в рабочую емкость 1. Сквозной канал 27 предназначен для выгрузки измельченного материала в виде пылевоздушной смеси с помощью вентилятора (не показано). Для исключения попадания мелющих тел и крупных частиц обрабатываемого материала, а также предварительной сепарации измельченного материала в канале 27 установлена отбойная решетка 28, размер ячеек которой зависит от технологического назначения центробежного устройства для смешивания и измельчения, а также вида измельчаемого материала. На неподвижной втулке 24 установлены кольцевые уплотнители 29 (Фиг. 1, Фиг. 4).
Канал 25 для подвода сжатого газа соединен, по крайней мере, одним радиальным отверстием 30 в неподвижной втулке 24 через кольцевую канавку 31 и, по крайней мере, через одно радиальное отверстие 32 в оси 8 с внутренним объемом рабочей емкости 1 над колпаком (Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 4). Кольцевые канавки 31 могут быть выполнены на неподвижной втулке 24 и/или на сопряженной с ней поверхностью отверстия, выполненного в оси 8.
Рабочая емкость 1 закрыта сверху крышкой 10 с уплотнением 33 и закреплена с помощью быстросъемного соединения 34, выполненного, например, в виде байонетного соединения (Фиг. 1).
На внутренней поверхности дна рабочей емкости 1 могут быть установлены броневые листы 35.
В валу 2 выполнено продольное сквозное отверстие, в котором установлен дополнительный вал 36, который с помощью подшипникового узла 37, установленного в валу 2, и подшипникового узла 38 закреплен на корпусе 4 и приводится во вращение вторым дополнительным приводом 39 через ременную передачу 40 и шкив 41. На дополнительном валу 36 (Фиг. 1, Фиг. 3), проходящем через отверстие в рабочей емкости 1, снабженное уплотнением 42, установлены при помощи, например, шлицевого соединения втулки 43. На втулках 43 закреплены, по крайней мере, два стержня 44, установленные перпендикулярно или под наклоном к оси вращения рабочей емкости 1. На дополнительном валу 36 может быть установлена, по крайней мере, одна втулка 43 со стержнями 44. Втулки 43 со стержнями 44 закреплены в осевом направлении на дополнительном валу 36 гайкой 45. Расстояние между втулками 43, а следовательно, и между стержнями 44 вдоль оси вала 36 может регулироваться с помощью втулок 46.
С целью регулирования интенсивности процесса измельчения и смешивания, снижения износа мелющих тел, поперечное сечение стержней 44 может иметь форму круга (Фиг. 5), квадратную (Фиг. 6), шестигранника (Фиг. 7), ромбовидную (Фиг. 8), треугольника (Фиг. 9), Х-образную форму (Фиг. 10). На концах стержней 44 могут быть закреплены измельчающие наконечники 47 (Фиг. 1, Фиг. 3), выполненные из износостойких материалов или твердых сплавов. Форма измельчающих наконечников подбирается в зависимости от физико-механических свойств материала и наличия в емкости мелющих тел. Одной из форм измельчающих наконечников 47 может быть форма заостренных в направлении вращения лопаток. Длина стержней 44 зависит от формы внутренней поверхности рабочей емкости и задаваемой величины зазора между торцами стержней 44 или измельчающими наконечниками 47 и внутренней поверхностью рабочей емкости 1. При необходимости осуществления процесса смешивания минимальная величина этого зазора может составлять 0,1-0,2 мм, а максимальная не должна превышать толщину слоя обрабатываемого материала, движущего по стенкам рабочей емкости 1. При измельчении минимальная величина зазора между торцами стержней 44 или измельчающими наконечниками 47 (при наличии мелющих тел) должна быть меньше половины наименьшего размера мелющих тел. Максимальная величина зазора или минимальная длина стержней 44 зависит от характеристик обрабатываемого материала и принятых технологических режимов обработки и выбирается экспериментально.
На уступе 22 может быть закреплено защитное кольцо 48 (Фиг. 11), внутренний диаметр которого меньше диаметра ∅Д внутренней кромки 49 уступа 22. Это позволяет формировать на поверхности дна рабочей емкости 1 самофутерующийся слой обрабатываемого материала 50. На торце 21 колпака 15 или износостойкого кольца 16 также может быть закреплено защитное кольцо 51 (Фиг. 11), внутренний диаметр которого меньше диаметра ∅К внутренней кромки 52 торца 21 колпака 15 или износостойкого кольца 16 (Фиг. 13). Это позволяет формировать самофутерующийся слой на внутренней поверхности колпака 15, особенно при его вращении от дополнительного привода 13.
С целью регулирования интенсивности процесса измельчения, формирования самофутерующегося слоя, снижения износа мелющих тел, внутренние диаметры уступа 22 рабочей емкости 1 или защитного кольца 48 и торца 21 колпака 15 или износостойкого кольца 16 или защитного кольца 51 выполняются одинаковыми или различными (Фиг. 11). Всего возможно три варианта:
1) внутренний диаметр ∅К кромки 52 торца 21 колпака 15, или износостойкого кольца 16, или защитного кольца 51, установленных на колпаке, больше внутреннего диаметра ∅Д уступа 22 дна рабочей емкости 1 или защитного кольца 48 (Фиг. 12);
2) внутренний диаметр ∅К кромки 52 торца 21 колпака 15, или износостойкого кольца 16, или защитного кольца 51, установленных на колпаке, меньше внутреннего диаметра ∅Д кромки 49 уступа 22 дна рабочей емкости 1 или защитного кольца 48 (Фиг. 13);
3) внутренний диаметр ∅К кромки 52 торца 21 колпака 15, или износостойкого кольца 16, или защитного кольца 51, установленных на колпаке, равен внутреннему диаметру ∅Д кромки 49 уступа 22 дна рабочей емкости 1 или защитного кольца 48 (Фиг. 14).
В том случае, когда торец уступа 22 и сопряженный с ним торец 21 колпака 15 или износостойкого кольца 16 выполнены коническими, кольцевой щелевой зазор 23 получается с наклоном под углом α к радиусу рабочей емкости 1. Угол наклона α кольцевого щелевого зазора 23 может быть положительным (Фиг. 15) или отрицательным (Фиг. 16). Угол наклона α кольцевого щелевого зазора имеет величину от -80 до +80 градусов.
Центробежное устройство для смешивания и измельчения работает следующим образом.
В рабочую емкость 1 при снятой крышке 10 или через загрузочный канал 26 загружают мелющие тела 53 и обрабатываемый материал 50 (Фиг. 17). Возможен вариант, когда смешивание и измельчение обрабатываемого материала 50 возможно осуществлять без мелющих тел 53. В этом случае в рабочую емкость 1 загружают только обрабатываемый материал 50. Закрывают рабочую емкость 1 крышкой 10 с помощью быстросъемного соединения 34. Включают привод 5 вращения рабочей емкости 1, дополнительный привод 13 вращения колпака 15 и второй дополнительный привод 39 вращения стержней 44. Дополнительный привод 13 вращения колпака 15 и второй дополнительный привод вращения 39 стержней 44 могут не включаться, и смешивание и измельчение обрабатываемого материала 50 проводится при неподвижном колпаке 15 и стержнях 44. В зависимости от свойств обрабатываемого материала или технологии обработки дополнительный привод 13 вращения колпака 15 и второй дополнительный привод 39 вращения стержней 44 могут периодически включаться в процессе измельчения и смешивания обрабатываемого материала 50.
б
При вращении рабочей емкости 1 смесь обрабатываемого материала 50 и мелющих тел 53 под действием центробежных сил движется по внутренней поверхности рабочей емкости 1 и за счет сил трения разгоняется до угловой скорости ω вращения рабочей емкости 1. При совместном вращении с рабочей емкостью 1 в слое обрабатываемого материала 50 и мелющих тел 53 под действием центробежных сил создается давление. Под действием этого давления часть обрабатываемого материала 50 и мелющих тел 53 перемещается по вогнутой внутренней поверхности рабочей емкости 1 и попадает на неподвижный или вращающийся от дополнительного привода 13 колпак 15 (Фиг. 9, Фиг. 10), а часть обрабатываемого материала 50 и мелющих тел 53, находящегося на дне рабочей емкости 1, измельчается и перемешивается вращающимися стержнями 44 (Фиг. 17). За счет инерции, приобретенной мелющими телами 53 и обрабатываемым материалом 50, при движении по вогнутой внутренней поверхности рабочей емкости 1, а также за счет подпора слоя мелющих тел 53 и обрабатываемого материала 50, движущегося по вогнутой внутренней поверхности рабочей емкости 1, обрабатываемый материал 50 и мелющие тела 53 ударяются о внутреннюю поверхность колпака 15 и перемещаются по ней. При движении по внутренней поверхности колпака 15 мелющие тела 53 и обрабатываемый материал 50 теряют за счет трения скорость и падают в направлении дна рабочей емкости 1 или направляются выступом в центральной части вогнутой поверхности колпака 15 в направлении дна рабочей емкости 1, попадая под удары вращающихся стержней 44. Измельчение обрабатываемого материала 50 происходит в основном за счет раздавливающего и истирающего воздействия мелющих тел 53 на обрабатываемый материал 50 при его движении по вогнутой поверхности рабочей емкости 1 и вогнутой поверхности колпака 15. Кроме этого измельчение происходит в процессе ударного воздействия мелющих тел 53 на обрабатываемый материал 50, находящийся на внутренней поверхности колпака 15 и ударного воздействия стержней 44.
Для исключения переизмельчения, а также в случае необходимости реализации непрерывного процесса измельчения и отвода измельченного обрабатываемого материала 50, через канал 25 подачи газа, в рабочую емкость 1 подают сжатый газ через радиальные отверстия 30 в неподвижной втулке 24 и радиальные отверстия 32 в оси 8, используя для распределения потока сжатого газа кольцевую канавку 31 (Фиг. 2, Фиг. 17).
Сжатый газ из верхней части рабочей емкости 1 через зазор между стенками рабочей емкости 1 и колпаком 15 попадает в кольцевой щелевой зазор 23. Сжатый газ, выходящий из кольцевого щелевого зазора 23, проходит через движущийся слой мелющих тел 53 и обрабатываемого материала 50 и выводит из него частицы заданной дисперсности. Пылегазовая смесь измельченного материала выводится из рабочей емкости 1 через канал 27 выгрузки (Фиг. 9, Фиг. 10). При периодическом режиме работы центробежного устройства для смешивания и измельчения пылегазовая смесь может не отводиться из рабочей емкости 1, при этом сжатый воздух не подается в рабочую емкость 1. Выгрузка измельченного или перемешанного обрабатываемого материала 50 в этом случае осуществляется после остановки центробежного устройства для смешивания и измельчения при снятой крышке 10.
В случае реализации непрерывного процесса измельчения загрузка обрабатываемого материала 50 и мелющих тел 53 осуществляется через канал 26 в неподвижной втулке 24, а выгрузка через канал выгрузки 27 в виде пылегазовой смеси. Пылегазовая смесь из рабочей емкости 1 удаляется вентилятором (не показан), а затем измельченный материал осаждается с помощью циклонов или воздушных фильтров (не показаны). При необходимости измельченный материал классифицируют по фракциям, а недоизмельченный обрабатываемый материал поступает вновь в центробежное устройство для смешивания и измельчения. Для исключения выгрузки недоизмельченного материала, а также вылета мелющих тел 53 в канале выгрузки 27 установлена отбойная решетка 28 (фильтр) с требуемыми размерами фильтрующих ячеек (пор) (Фиг. 2).
В зависимости от технологических свойств обрабатываемого материала 50 интенсивность ударно-истирающего воздействия в процессе измельчения требуется регулировать. При постоянной скорости вращения рабочей емкости 1 величина ударно-истирающего воздействия может регулироваться с помощью изменения величины и направления вращения колпака 15 и стержней 44. При этом колпак 15 с помощью дополнительного привода 13 и стержни 44 с помощью второго дополнительного привода 39 могут вращаться как в направлении, противоположном направлению вращения рабочей емкости 1, так и в направлении, совпадающем с направлением вращения рабочей емкости 1. Выбор величины и соотношения скоростей и направление вращения рабочей емкости 1, колпака 15 и стержней 44 зависит от свойств обрабатываемого материала 50.
С целью уменьшения износа вогнутой поверхности колпака 15 на нем устанавливаются съемные износостойкие элементы - износостойкое кольцо 16 и броневой лист 19. Износостойкое кольцо 16 и броневой лист 19 подвергаются наибольшему износу в процессе измельчения и смешивания обрабатываемого материала, так как на них оказывает истирающее воздействие поток набегающего обрабатываемого материала 50 и мелющих тел 53. Обрабатываемый материал 50 вместе с мелющими телами 53 при сходе с колпака 15 перемещается в направлении к центру вращения рабочей емкости 1 и при встрече со слоем обрабатываемого материал 50 и мелющих тел 53 на дне рабочей емкости 1 подвергается ударно-истирающему воздействию, который приводит к его интенсивному измельчению. При этом также происходит интенсивное перемешивание обрабатываемого материала 50, в случае, если он состоит из нескольких (двух и более ингредиентов). Наиболее интенсивное измельчение обрабатываемого материала 50 происходит тогда, когда реализуется стесненный удар мелющими телами 53 или крупными кусками обрабатываемого материала 50. Стесненный удар при работе устройства возникает тогда, когда мелющие тела 53 осуществляют ударное воздействие на обрабатываемый материал 50, движущийся по вогнутым поверхностям рабочей емкости 1, износостойкого кольца 16 и броневых листов 19 колпака 15. При движении обрабатываемого материал 50 и мелющих тел 53 по внутренней поверхности рабочей емкости 1 и вогнутым поверхностям износостойкого кольца 16 и броневых листов 19 колпака 15 измельчение обрабатываемого материала 50 происходит в основном за счет истирающего воздействия мелющих тел 53 и за счет сдвиговых деформаций, возникающих в слое обрабатываемого материала 50. Явление относительного сдвига в слое обрабатываемого материала 50 возникает за счет трения между слоем обрабатываемого материала 50 и поверхностями рабочей емкости 1, колпака 15 и броневых листов 19.
В центробежном устройстве для смешивания и измельчения измельчающее воздействие обрабатываемого материала 50 осуществляется также в режиме свободного удара. Режим свободного удара на частицы обрабатываемого материала 50 реализуется в процессе соударения вращающих стержней 44 с потоком обрабатываемого материала 50, падающего (сходящего) с внутренней поверхностью колпака 15, а также потока материала, поступающего в рабочую емкость через загрузочный канал 26. Перечисленные потоки обрабатываемого материала 50 подвергаются ударному воздействию стержней 44 измельчаются и отбрасываются к стенкам рабочей емкости 1. Если зазор между торцом стержней 44 и измельчающими наконечниками 47 и внутренней поверхностью рабочей емкости 1 меньше слоя обрабатываемого материала 50, находящегося на поверхности рабочей емкости 1, то происходит измельчение в режиме частично стесненного удара. На одной втулке 43 должно быть установлено, по крайней мере, два стержня с целью обеспечения балансировки дополнительного вала 36 со стержнями 44. Количество втулок 43 со стержнями 44 вдоль оси дополнительного вала 36 зависит от свойств обрабатываемого материала и требуемой дисперсности конечного продукта. В предельном случае количество стержней на одной втулке 43 на валу 36 и частота их вращения могут быть приняты такими, чтобы не допускать падение обрабатываемого материала 50 на дно рабочей емкости 1.
В зависимости от технологических свойств обрабатываемого материала 50 и выбранных режимов обработки стержни 44 в поперечном сечении могут иметь различную форму круглая, квадратная, шестигранная форма стержней (Фиг. 5, Фиг. 6, Фиг. 7, Фиг. 8) используются для обработки твердых и хрупких материалов, ромбовидная, треугольная и Х-образная форма стержней с заостренными углами (Фиг. 7, Фиг. 9, Фиг. 10) применяется для обработки вязких и пластичных материалов, так как позволяет реализовать режущее воздействие на обрабатываемый материал 50.
Для исключения заклинивания мелющих тел 53 и кусков обрабатываемого материала 50 кольцевой щелевой зазор 23 между торцами 21 колпака 15 и рабочей емкости 1 должен быть меньше наименьшего размера мелющих тел 53.
В ситуации, когда в рабочую емкость 1 обрабатываемый материал 50 подается с избытком, возможно попадание обрабатываемого материала 50 в кольцевой щелевой зазор 23. Под действием центробежных сил обрабатываемый материал 50 будет находиться между торцами 21 колпака 15 или износостойкого кольца 16 и рабочей емкости 1 до тех пор, пока объем обрабатываемого материала 50 в рабочую емкость 1 не уменьшится или давление сжатого газа в кольцевом щелевом зазоре 23 не увеличится до величины, достаточной для преодоления центробежных сил, удерживающих обрабатываемый материал 50 в кольцевом щелевом зазоре 23. В любом случае объем обрабатываемого материала 50, попадающего в кольцевой щелевой зазор 23 незначителен и не оказывает существенного влияния на работу устройства в целом.
Создание воздушной подушки между слоем обрабатываемого материала 50 и мелющих тел 53 и внутренней поверхностью рабочей емкости 1, а также колпака 15 в зоне кольцевого щелевого зазора 23 возможно при использовании колпака 15 и рабочей емкости 1 с уступом 22 и торцом 21, имеющими коническую поверхность (Фиг. 15, Фиг. 16). В этом случае сформированный конический кольцевой щелевой зазор 23 позволяет направлять сжатый газ при положительном угле наклона α навстречу потоку мелющих тел 53 и обрабатываемому материалу 50. При отрицательном угле наклона α (Фиг. 16) сжатый газ через конический кольцевой щелевой зазор 23 подается в направлении движения потока обрабатываемого материала 50 и мелющих тел 53 и формирует воздушную подушку на изнашиваемых поверхностях колпака 15, снижая трение, а, следовательно, и их износ (например, износостойкого кольца 16, броневых листов 19). Диапазон изменения углов наклона α от -80 до +80 градусов обусловлен тем, что для большинства обрабатываемых материалов 50 угол внешнего трения больше 10 градусов. При углах атаки потока сжатого газа, выходящего из кольцевого щелевого зазора 23, меньших угла внешнего трения обрабатываемого материал 50 создаются наилучшие условия для возникновения подъемной силы и создания воздушной подушки. Использование центробежного устройства для смешивания и измельчения для приготовления смесей осуществляется без применения мелющих тел 53. В этом случае основным фактором, обеспечивающим интенсивное и однородное перемешивание является многократное пространственное смещение частиц обрабатываемого материала 50 друг относительно друга. Кроме этого измельчение некоторых видов материалов также можно осуществлять без использования мелющих тел 53. В этом случае основным измельчающим фактором будет являться интенсивность соударения обрабатываемого материала 50 с колпаком 15.
Износ рабочей емкости 1 и колпака 15 (износостойкого кольца 16 и броневого листа 19) в результате взаимодействия с обрабатываемым материалом 50 и мелющими телами 53 приводит к необходимости периодических остановок устройства для замены изношенных деталей. Для уменьшения износа этих деталей и повышения срока их службы может использоваться принцип самофутеровки. Под самофутеровкой понимают формирование на изнашиваемых поверхностях деталей слоя обрабатываемого материала, который практически неподвижен относительно изнашиваемых поверхностей деталей.
Самофутерующий слой на внутренней поверхности рабочей емкости 1 может быть сформирован при наличии на уступе 22 защитного кольца 48, внутренняя поверхность которого меньше внутреннего диаметра ∅Д внутренней кромки 49 уступа 22 (Фиг. 11). В этом случае обрабатываемый материал, движущийся по дну рабочей емкости 1, задерживается выступающей частью защитного кольца 48. Толщина самофутерующего слоя равна половине разности диаметра ∅Д и внутреннего диаметра защитного кольца 48. Для формирования самофутерующего слоя на колпаке также требуется установить дополнительное защитное кольцо 51, внутренний диаметр которого меньше диаметра ∅К внутренней кромки 52 торца 21 колпака 15 или износостойкого кольца 16. Самофутерующий слой на колпаке 15 может формироваться как на неподвижном, так и на вращающемся колпаке 15. При вращении колпака 15 под действием центробежных сил обрабатываемый материал скапливается на выступающей части защитного кольца 51, формируя самофутерующий слой из обрабатываемого материала. Толщина самофутерующего слоя на колпаке 15 определяется разностью диаметров ∅К и внутреннего диаметра защитного кольца 51.
Самофутерующий слой на рабочей емкости 1 может быть сформирован также в том случае, когда внутренний диаметр ∅К кромки 52 торца 21 колпака 15, или износостойкого кольца 16, или защитного кольца 51, установленных на колпаке, меньше внутреннего диаметра ∅Д кромки 49 уступа 22 дна рабочей емкости 1 или защитного кольца 48 (Фиг. 13).
На колпаке 15 самофутерующий слой может быть сформирован в том случае, когда колпак 15 вращается, а внутренний диаметр ∅К кромки 52 торца 21 колпака 15, или износостойкого кольца 16, или защитного кольца 51, установленных на колпаке, больше внутреннего диаметра ∅Д уступа 22 дна рабочей емкости 1 или защитного кольца 48(Фиг. 12).
Когда внутренний диаметр ∅К кромки 52 торца 21 колпака 15, или износостойкого кольца 16, или защитного кольца 51, установленных на колпаке, равен внутреннему диаметру ∅Д кромки 49 уступа 22 дна рабочей емкости 1 или защитного кольца 48 (Фиг. 14), слой самофутеровки на рабочей емкости 1 и колпаке 15 не формируется.
После завершения обработки обрабатываемого материала 50 при работе в периодическом режиме или по завершению обработки в непрерывном режиме, когда измельченный обрабатываемый материал 50 непрерывно отсасывается вентилятором через канал выгрузки 27, рабочую емкость 1 останавливают. Снимают крышку 10 и осуществляют выгрузку обрабатываемого материала 50 и мелющих тел 53 из рабочей емкости 1.
Таким образом, предлагаемое центробежное устройство для смешивания и измельчения позволяет снизить износ мелющих тел и рабочих поверхностей устройства, а также исключить возможность поломки устройства при подаче измельчаемого материала с избытком.
Использование центробежного устройства для смешивания и измельчения позволяет исключить выделения пыли в окружающую среду.