ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬ ВИБРАЦИОННЫЙ

Полезная модель относится к области измельчения твердых хрупких материалов, в частности к измельчителям вибрационного действия, и может быть использована в лабораторной практике подготовки проб горных пород и других материалов для физико-химических анализов в различных отраслях народного хозяйства, где требуется тонкое измельчение заданной массы пробы без потерь материала.
Известные из литературных и патентных источников конструкции различных вибрационных измельчителей [1], [2], [3], в общем случае содержат вибратор, вибростол с вертикально установленными на нем помольными емкостями, внутри каждой из которых свободно размещен измельчительный орган, и зажимные устройства для фиксации помольных стаканов на вибростоле измельчителя.
К недостаткам указанных устройств относятся невысокая производительность процесса измельчения, обусловленная тем, что для достижения заданной тонины помола материала при предлагаемых формах измельчительных органов требуется продолжительное время работы вибратора, что существенно снижает его надежность. Кроме того, усложнение форм соударяющихся измельчительных поверхностей (система продольных отверстий или кольцевые нарифления) увеличивает потери измельченного материала и время на очистку и мойку помольных емкостей и измельчительных органов от остатков по окончании процесса измельчения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является вибрационный измельчитель, содержащий дебалансный вибратор круговых колебаний, вибростол с вертикально установленными на нем помольными стаканами, в каждом из которых свободно размещен размольный орган в виде штока со сквозным конически сущающимся вниз отверстием, и прижимные устройства для фиксации помольных стаканов на вибростоле измельчителя [4].
Данное техническое решение, реализованное более 25 лет назад в широко известных вибрационных измельчителях ИВ-2, ИВ-3, в настоящее время используется в выпускаемых ОАО «ГРАНТ» (г.Наро-Фоминск, Московская обл.) измельчителях ИВ-4 и ИВ-Микро, поставляемых во многие научные и производственные организации горно-геологической и других отраслей народного хозяйства.
Длительными исследованиями процесса дозированного измельчения различных материалов в помольных стаканах измельчителей ИВ-2, ИВ-3, ИВ-4 позволили авторам настоящей полезной модели установить следующие недостатки прототипа.
При работе известного измельчителя вибратор за счет круговых вращении дебаланса создает интенсивные круговые колебания вибростола и находящихся на нем помольных стаканов. При этом свободно размещенные (с зазором) в них штоки из-за значительной разницы ускорения свободного падения штоков и ускорения движения стаканов «зависают» в воздухе, создавая условия для дозированного просыпания материала в зону удара. Однако, при плоском исполнении соударяющихся поверхностей дна стакана и низа штока и при круговых колебаниях вибростола наличие в момент удара зазора у дозирующего отверстия штока снижает эффективность процесса измельчения, особенно для достижения тонких (микронных) классов крупности помола. Для наглядности этого на Фиг.1 показана фаза измельчения прототипа при одном из крайних (с максимальной верхней амплитудой) положений вибростола.
ш
ш
ш
ш
ш
ш
Неопределенная высота штока прототипа «Н» по отношению к его диаметру «D» либо приводит к заклиниванию его в стакане при работе измельчителя (это имеет место при Н<0,5D), либо к неоправданному увеличению его габарита (при Н>1,1D) и массы.
Кроме того, коническая полость сквозного дозирующего отверстия штока, выполненная согласно изобретению от верха до низа штока, ограничивает массу загружаемой пробы, неоправданно утяжеляет шток, и, как следствие, общую колеблющуюся массу, вызывая увеличение мощности электропривода вибратора.
Наличие свободного (неопределенного) зазора между внутренней цилиндрической поверхностью помольного стакана и наружной цилиндрической поверхностью штока не позволяет эффективно истирать измельчаемый зернистый материал разной крупности при его прохождении вверх через зазор при круговых колебаниях стакана.
Все это снижает эффективность процесса измельчения.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение эффективности работы вибрационного измельчителя, заключающейся в повышении производительности процесса измельчения, достижении более тонких классов крупности помола, снижении энергозатрат на единицу объема (массы) измельчаемой пробы.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в измельчителе вибрационном, содержащем дебалансный вибратор круговых колебаний, вибростол с вертикально установленными на нем помольными стаканами, в каждом из которых свободно размещен размольный орган в виде штока со сквозным конически сужающимся вниз отверстием, и прижимные устройства для фиксации помольных стаканов на вибростоле измельчителя, верхняя часть штока имеет цилиндрическую полость для размещения в ней измельчаемого материала, переходящую в коническое отверстие, нижняя рабочая часть штока имеет выпуклую соосную сферическую поверхность, а днище помольного стакана имеет вогнутую соосную сферическую поверхность, радиус которой превышает радиус сферической поверхности штока.
Техническая сущность полезной модели поясняется следующим,
ш
ш
ш
ш
Выполнение штока высотой «Н», соизмеримой с его диаметром «D» в соотношении Н=k·D, мм
где: k - коэффициент приведения, равный 0,8...1,0, предотвращает заклинивание штока при круговых колебаниях помольного стакана.
ш
д
Выполнение нижней рабочей поверхности штока в виде выпуклой сферы с радиусом R, а днища помольного стакана в виде вогнутой сферы с радиусом R, превышающем радиус сферы штока в 1,2...1,4 раза, обеспечивает максимальный контакт рабочих поверхностей в момент удара при круговых колебаниях стакана. Кроме того, наличие сферического «седла» в центре днища стакана способствует собиранию (концентрации) в нем дозируемого материала при работе измельчителя, что повышает эффективность помола в момент удара штока.
Выполнение в верхней части штока цилиндрической полости, переходящей в коническое отверстие, позволяет наилучшим образом использовать шток не только как рабочий измельчительный орган, но и как емкость для загрузки и дозировки измельчаемого материала при работе измельчителя. Уменьшение при этом массы штока компенсируется массой загружаемой пробы.
ц
k
Оптимальный суммарный объем цилиндрической «V» и конической «V» полостей штока определен экспериментально из выражения
ц
k
пр
3
V+V=k·V,см
пр
3
где, V - объем измельчаемой пробы, см;
k - коэффициент приведения, равный 1,0...1,3.
c
ш
Выполнение внутренней цилиндрической поверхности помольного стакана диаметром «D», превышающим диаметр цилиндрической поверхности штока «D» в k раз,
где, k - коэффициент, учитывающий крупность зерен измельчаемого материала:
k=l,015...1,018 - для материала крупностью 0,8...1,4 мм;
k=l,02...1,03 - для материала крупностью 1,5...2,5 мм
позволяет с максимальной эффективностью использовать зазор между штоком и стаканом для истирания частиц материала, поднимаемых вверх восходящим потоком воздуха со дна стакана при работе измельчителя.
Таким образом, совокупность известных и новых признаков заявляемой полезной модели обеспечивает вибрационному измельчителю новое качество, выражающееся в повышении эффективности его работы.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами: на фиг.2 показана конструктивная схема вибрационного измельчителя; на фиг.3 - вид А на измельчитель на фиг.2; на фиг.4 - фаза измельчения в одном из помольных стаканов нового измельчителя при одном из крайних положений вибростола.
Измельчитель состоит из вибростола 1, снизу которого смонтирован дебалансный вибратор 2, а сверху вертикально установлены помольные стаканы 3. В каждом помольном стакане, имеющем вогнутое сферическое днище 4, свободно размещен размольный орган в виде штока 5, в верхней части которого имеется цилиндрическая полость 6, переходящая к низу штока в коническое сквозное отверстие 7. Нижняя часть штока имеет выпуклую сферическую поверхность 8 с дозирующим отверстием 7 в центре. Стаканы герметично закрыты крышками 9 и закреплены к вибростолу прижимными устройствами 10.
Принцип работы измельчителя основан на многократном измельчении материала пробы в помольных стаканах при помощи концентрированных ударов и истирания от исходной крупности до заданной величины в зависимости от продолжительности включения вибратора.
Возмущающая сила, возникающая при вращении дебаланса вибратора, сообщает вибростолу круговые колебания (вибрацию) с максимальной амплитудой в вертикальной плоскости. Загруженные исходной пробой штоки под действием вибрации равномерно дозируют материал в центральную зону вогнутого дна стакана и ударом своей выпуклой сферической поверхности измельчают материал, вытесняя его через радиальные зазоры в верхнюю полость стаканов. При прохождении зазоров материал за счет трения боковых поверхностей штоков о стенки стаканов, совершающих круговые колебания, истирается, тем самым повышается эффективность измельчения. Новая форма соударяющихся поверхностей штока и стакана обеспечивает концентрацию удара в зоне дозированного просыпания материала, что улучшает качество помола и увеличивает производительность процесса измельчения, интенсифицирует циркуляцию материала внутри стакана. По окончании цикла продукт размола собирается в основном в полостях каждого штока, что ускоряет его выгрузку.
Регулировка продолжительности цикла измельчения в зависимости от массы и твердости материала пробы осуществляется посредством реле времени.
Благодаря простоте форм помольных стаканов и штоков облегчается их очистка от остатков продуктов помола, что сокращает время на подготовку измельчителя к последующему циклу.
Для подтверждения эффективности предлагаемого технического решения авторами на известном прототипе вибрационном измельчителе ИВ-4 были проведены сравнительные испытания по измельчению пробы руды месторождения «Эльдорадо» Северо-Енисейского района Красноярского края с исходной крупности - 2 мм до аналитической крупности - 0,074 мм с использованием комплекта размольных гарнитур, выполненных по а.с. №856551, и двух новых размольных гарнитур аналогичного размера. Время измельчения составило 15 минут.
Результаты испытаний показали очевидное преимущество предлагаемой полезной модели в расчете на 1 единицу размольной гарнитуры:
Наименование показателя
ИВ-4
Полезная модель
1. Масса загружаемой пробы, г
80
120
2. Крупность помола, %
-0,1+0,074 мм
19
-
-0,074 мм
81
100
Таким образом, заявляемый вибрационный измельчитель полностью выполняет поставленную задачу, а реализация его в условиях серийного производства позволит оснастить лаборатории различных научных и производственных организаций более совершенным оборудованием.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №417166, кл. В02С 19/16. 1972.
2. Авторское свидетельство СССР №439309, кл. В02С 19/16. 1972.
3. Патент РФ №2287372, кл. В02С 19/16, 2005.
4. Авторское свидетельство СССР №856551, кл. В02С 19/16, В02С 17/14. 1981.