ДЕЗИНТЕГРАТОР
DISINTEGRATOR

Изобретение относится к устройствам для измельчения твердых сыпучих веществ, например кофе, пшеницы, гороха, перца, и может быть использовано в быту, при изготовлении строительных смесей, в пищевой, медицинской промышленности и в сельском хозяйстве.
Известен дезинтегратор для измельчения твердых сыпучих веществ (патент РФ №2109568, 1998 г.), содержащий корпус, торцевые статоры асинхронного двигателя, выполненные в виде дисков, установленные на валах между статорами с возможностью встречного вращения роторы в виде дисков с обращенными друг к другу рабочими поверхностями, приемный и отводящий каналы.
Недостатком такого дезинтегратора является наличие массивных роторов-дисков, изготовленных из конструкционной стали, приводящее к большим потерям мощности на вихревые токи в массиве роторов-дисков и на магнитный гистерезис, что приводит к сильному нагреву ротора и, следовательно, к большим потерям энергии и существенному снижению КПД.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является бытовая кофемолка (авт. св. №2124858, 1999 г.).
Бытовая кофемолка для измельчения пищевых продуктов, содержащая корпус с крышкой, рабочую камеру, рабочий орган, выполненный в виде двух соосно расположенных дисков с примыкающими друг к другу по торцам рабочими развитыми поверхностями, причем один из них имеет возможность вращения, а другой закреплен неподвижно, и приводной электродвигатель, отличается тем, что приводной электродвигатель выполнен в виде торцового статора с обмоткой, питаемой от сети переменного синусоидального тока, и торцового ротора, в качестве которого служит один из рабочих дисков, имеющий возможность вращения и расположенный относительно торцового статора соосно с рабочим зазором.
Существенным недостатком такой бытовой кофемолки является наличие торцового ротора, в качестве которого служит один из подвижных рабочих дисков, приводящее к неоправданно большим потерям мощности на вихревые токи в массиве ротора-диска и магнитный гистерезис, что приводит к сильному нагреву ротора и, следовательно, к большим потерям энергии и существенному снижению КПД. Здесь роль обмоток выполняет массив ротора-диска, имеющий большое активное сопротивление. Отсутствие обмоток на торцовом роторе-диске снижает энергетические показатели бытовой кофемолки в целом.
Существенным недостатком бытовой кофемолки в рабочем состоянии, как и любой аксиальной электрической машины с одним статором и одним ротором, является наличие большого осевого (аксиального) электромагнитного усилия, вызванного в результате притяжения ротора и статора. Это усилие ведет к преждевременному выходу из строя элементов устройства, что уменьшает эксплуатационную надежность и долговечность работы бытовой кофемолки.
Кроме того, увеличение мощности приводного двигателя имеет ограниченные возможности (из-за больших осевых электромагнитных усилий между статором и ротором, увеличивающих разрушающее механическое воздействие на элементы устройства с ростом мощности двигателя), что ограничивает его нагрузочную способность.
Помимо этого, в данной конструкции не предусмотрена возможность изменения степени измельчения продукта, что не всегда позволяет размалывать продукт необходимой фракции.
Заявляемое изобретение решает задачу расширения ассортимента измельчения твердых сыпучих веществ и изменения степени измельчения размалываемого продукта, компенсации электромагнитного усилия между статором и ротором, повышения нагрузочной способности приводного двигателя, снижения потерь электроэнергии.
Технический результат заключается в возможности изменения зазора между рабочими дисками для обработки различных по величине сыпучих веществ с различной степенью измельчения, в улучшении качества измельчения, в интенсификации процесса измельчения при повышении КПД, долговечности и эксплуатационной надежности агрегата в целом.
Это достигается тем, что дезинтегратор содержит сборный корпус с крышкой, загрузочный бункер, рабочую камеру, рабочий орган, выполненный в виде двух соосно расположенных дисков с примыкающими друг к другу по торцам рабочими развитыми поверхностями с образованием рабочего зазора, причем один из них имеет возможность вращения, а другой закреплен неподвижно в корпусе, и приводной электродвигатель выполнен в виде сдвоенного асинхронного двухстаторного однороторного торцового электродвигателя с полым валом, установленным с возможностью вращения, и соединен с загрузочным бункером. Магнитопроводы статора жестко закреплены в корпусе. Короткозамкнутый ротор соединен с одним из рабочих дисков через полый вал, имеющий технологические отверстия для прохода обрабатываемого вещества в регулируемый зазор между дисками, при этом корпус выполнен сборным с вентиляционными отверстиями для подачи охлаждающих воздушных потоков вовнутрь центральной кольцевой полости машины через верхний несущий щит сборного корпуса, расположенными на внешней торцевой стороне, и вентиляционными отверстиями, расположенными на внутренней части ступицы, соединенными с сетью радиальных вентиляционных каналов, выходящими на внешнюю поверхность дисков роторов к вентиляционным лопаткам, и отверстия, выполненные на внешней цилиндрической поверхности несущих щитов, сопряженные с атмосферой и камерой для сбора готового продукта в нижней части.
Вал ротора закреплен в несущих щитах двигателя при помощи радиально-упорных подшипников, наружные кольца каждого из которых входят в отверстие щитов корпуса статора, а внутренние кольца упираются в выступы полого вала.
Радиально-упорные подшипники защищены от пылеобразных частиц в измельченном материале при помощи резиновых армированных манжет, которые расположены в несущих щитах.
Подвижный рабочий диск жестко соединен с полым валом через пружинную шайбу с помощью резьбового соединения, расположенного в нижней части полого вала.
Магниторопровод ротора со ступицей жестко закреплены между собой и образуют кольцевой диск ротора, который неподвижно зафиксирован на валу с гарантированным натягом при помощи шпоночного соединения и базируется на валу ротора при помощи бурта, выполненного в форме кольцевого диска таким образом, что при монтаже диска ротора между магнитопроводами статора и магниторопроводом ротора образованы равные воздушные рабочие зазоры.
С внешней стороны несущего щита в выступе в форме кольцевого диска изготовлен прямоугольный вырез, совпадающий по форме и размеру с вырезом в верхней части полого вала ротора, а на внешней части подвижного диска изготовлены два отверстия в форме цилиндров с симметричным расположением относительно оси ротора.
После пуска приводного двигателя ротор вращается. При одинаковых значениях рабочих воздушных зазоров ротор не испытывает действия осевых сил, поскольку силы притяжения магнитопровода ротора к магнитопроводам статора взаимно компенсированы. Этим достигается устойчивое вращение ротора, а также полная разгрузка подшипников от осевых нагрузок, что повышает долговечность и надежность электрической машины.
Кроме того, вся полезная механическая мощность на валу сдвоенного асинхронного двухстаторного однороторного торцового электродвигателя суммируется на валу от каждого одинарного диска статора, что позволяет при полной компенсации осевых электромагнитных усилий свести к минимуму механическую нагрузку на элементы двигателя (и соответственно, механические потери) и увеличивать мощность приводного двигателя. Возможность увеличения мощности приводного двигателя дает возможность увеличить радиальные размеры рабочих дисков, что позволяет увеличить траекторию движения измельчаемых частиц между рабочими дисками и, соответственно, более качественно их измельчить (за счет увеличения трения между самими частицами и рабочими дисками).
Все это, при наличии короткозамкнутой обмотки ротора и минимальных значений рабочих воздушных зазоров, ведет к повышению КПД приводного электродвигателя.
Возможность расширения ассортимента измельчения (то есть размалывания различных по величине фракций сыпучих веществ) и его степени измельчения регулируется путем изменения зазора между неподвижным и подвижным диском за счет замены пружинной шайбы необходимой толщины между подвижным диском и полым валом.
Увеличение времени непрерывной работы дезинтегратора происходит за счет уменьшения тепловыделений ротора (за счет применения шихтованной стали при изготовлении магнитопровода ротора) и повышения эффективности системы охлаждения машины, которые достигаются за счет улучшения обтекаемости воздушными потоками обмоток статоров и ротора, магнитопроводов статоров и ротора из-за открытости корпуса машины со стороны несущего щита, который имеет вентиляционные отверстия. Воздушные потоки из этих вентиляционных отверстий, проходя через отверстия во внутренней части ступицы и сети радиальных вентиляционных каналов, выходящих на внешнюю поверхность дисков роторов к вентиляционным лопаткам, нагретыми будут выбрасываться вентиляционными лопатками из полости машины через вентиляционные отверстия, что улучшает сообщение внутренней центральной полости машины с атмосферой. Увеличение времени непрерывной работы дезинтегратора ведет соответственно к интенсификации процесса измельчения.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 показан общий вид дезинтегратора и его продольный разрез.
На фиг.2 показан вынос участка A.
На фиг.3 показан вид сверху без загрузочного бункера и люка.
На фиг.4 показан поперечный разрез с верхнего торца вала.
Устройство содержит сборный корпус, который состоит из жестко связанных между собой несущих щитов 1 и 2, образующих кольцевую полость 3 для приводного двигателя, посредством болтового соединения 4. Несущий щит 1 закреплен в основании корпуса 5 посредством резьбового соединения 6 через резиновую прокладку 7 и образует камеру 8 для приема готового измельченного продукта. Основание корпуса 5 имеет резиновые опоры 9. Рабочий орган состоит из неподвижного диска с развитой поверхностью 10, которая изготовлена в нижней части несущего щита 1 и подвижного диска 11, развитая поверхность которых выполнена по аналогии с рабочими дисками известных дезинтеграторов. Между развитой поверхностью 10 и подвижным диском 11 имеется зазор 12, в котором непосредственно и происходит измельчение продукта. Подвижный диск 11 жестко соединен с полым валом 13 посредством резьбового соединения 14. Для предотвращения самораскручивания между подвижным диском 11 и полым валом 13 стоит пружинная шайба 15. В нижней части полого вала 13 расположены технологические отверстия 16 для подачи измельчаемого продукта в зазор 12 между развитой поверхностью 10 и подвижным диском 11. Для загрузки измельчаемого продукта сверху предусмотрен люк 17 в загрузочном бункере 18 с направляющими 19, закрепленный в корпусе несущего щита 2 при помощи выступа в форме кольцевого диска 20.
Приводом измельчителя служит сдвоенный асинхронный двухстаторный однороторный торцовый электродвигатель, который состоит из статора с магнитопроводами 21, 22, жестко закрепленными в несущих щитах 1 и 2 с m-фазными обмотками возбуждения 23, 24.
Ротор электрической машины состоит из магниторопровода 25 с короткозамкнутыми обмотками 26, 27 и со ступицей 28, жестко закрепленными на полом валу 13, которые сопряжены между собой с гарантированным натягом при помощи шпоночного соединения (шпоночное соединение не указано). Магниторопровод ротора 25 со ступицей 28 жестко закреплены между собой и образуют кольцевой диск ротора. На полом валу 13 выполнен бурт 29 в форме кольцевого диска таким образом, что при монтаже диска ротора между магнитопроводами статора 21, 22 и магниторопроводом ротора 25 имеются равные воздушные зазоры 30. На внешней стороне магнитопровода ротора 25 выполнены вентиляционные лопатки 31. Полый вал 13 базируется при помощи радиально упорных подшипников 32, 33, внутренние кольца которых упираются в его выступы, а внешние кольца фиксируются в несущих щитах 1 и 2. Для защиты от попадания пылеобразных частиц измельчаемого материала в подшипники 32, 33 предусмотрены резиновые армированные манжеты 34, 35.
В устройстве реализована самовентиляционная система охлаждения тепловыделяющих элементов приводного двигателя, включающая сеть вентиляционных отверстий 36, 37, выполненных на несущем щите 2, вентиляционных отверстий 38, выполненных на внешней цилиндрической поверхности несущих щитов 1, 2 корпуса машины, а во внутренней части ступицы 28 отверстий 39, соединенных с сетью радиальных вентиляционных каналов 40, выходящих на внешнюю поверхность дисков роторов к вентиляционным лопаткам 31. Для подвода охлаждающего воздуха в кольцевую полость 3 служат вентиляционные отверстия 37, а для выброса нагретых воздушных масс предназначены вентиляционные отверстия 36, 38. Ширина магнитопровода 25 выбирается таким образом, чтобы глубина проникновения магнитного потока не доходила до вентиляционных каналов 40 и они не влияли на режим работы магнитной системы двигателя.
Для сборки дезинтегратора с внешней стороны несущего щита 2 в выступе в форме кольцевого диска 20 предусмотрен прямоугольный вырез 41, совпадающий по форме и размеру с вырезом 42 в верхней части пустотелого вала ротора, а во внешней торцевой части подвижного диска 11 изготовлены два одинаковых цилиндрических отверстия 43 с симметричным расположением относительно оси ротора.
Степень измельчения продукта изменяется путем изменения зазора 12 между развитой поверхностью 10 и подвижным диском 11 за счет замены пружинной шайбы 15 необходимой толщины между подвижным диском 11 и полым валом 13.
Для этого отключается питание, выкручивается основание 5, отсоединяется загрузочный бункер 18 с направляющими 19 из несущего щита 2. Далее вставляется с внешней стороны несущего щита 2 в прямоугольный вырез 41 и вырез 42 в верхней части полого вала 13 фиксирующая пластина и рожковый ключ в отверстия 43 подвижного диска 11, и он откручивается. После замены пружинной шайбы 15 другой толщины сборка производится в обратной последовательности.
При подключении двигателя необходимо учитывать направление вращения ротора: оно должно совпадать с направлением закручивания резьбы между подвижным диском 11 и полым валом 13, то есть резьбовое соединение является самозатягивающимся.
Работает дезинтегратор следующим образом. В результате подключения обмоток магнитопроводов статора 23, 24 к сети создается двустороннее вращающееся магнитное поле, воздействующее на проводники короткозамкнутой обмотки ротора 26, 27, вследствие чего ротор с подвижным диском 11 приводится во вращение.
Измельчаемый продукт засыпается в загрузочный бункер 18 и по направляющим 19 ссыпается в полый вал 13, где под действием сил тяжести попадает в нижнюю часть к технологическим отверстиям 16. Под воздействием центробежной силы измельчаемый продукт попадает через технологические отверстия 16 в зазор 12 между развитой поверхностью 10 и подвижными дисками 11, и происходит помол.
Готовый продукт под действием центробежной силы ссыпается в камеру 8 для приема готового измельченного продукта основания корпуса 5, откуда после прекращения помола извлекается при снятом несущем щите 1.