УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СВОЙСТВАМИ ПОТОКА ИЗМЕЛЬЧАЕМОГО МАТЕРИАЛА В ПОДАЮЩЕМ БЛОКЕ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЯ
DEVICE TO CONTROL GROUND MATERIAL FLOW PROPERTIES IN GRINDER FEEDER

Изобретение предназначено для использования в промышленности, в частности для управления свойствами потока измельчаемого материала непосредственно перед блоками измельчающих инструментов с целью предварительно разрушить самопроизвольно возникающие конгломераты частиц, повысить равномерность распределения измельчаемого материала на измельчающих инструментах, повысить эффективность процесса измельчения. Цель достигается использованием устройства, содержащего ультразвуковой излучатель, обеспечивающий акустическое воздействие на частицы измельчаемого материала в газовой среде, сопровождаемое разрушением конгломератов частиц за счет их соударений и трибоэлектрическими явлениями, приводящими к появлению одноименных электрических зарядов на поверхности частиц, способствующих их взаимному отталкиванию и снижающих затраты энергии, необходимой для разрушения частиц в мелющем устройстве.
Мелющие устройства широко используются в различных областях промышленности [1, 2, 3, 4] и, в частности, при переработке резины [5, 6] для ее повторного использования, что имеет чрезвычайно важное значение для снижения индустриального давления на окружающую среду.
В настоящее время одним из лучших мелющих устройств для резины можно считать установку ИК «OZOD 2006» [7], представляющую собой систему рабочих агрегатов, объединенных и стационарно установленных на общей станине (чертеж). Однако в процессе предподготовки резиновой крошки и ее транспортировки к мелющему блоку образуются смесь частиц с их конгломератами (флокулами), что препятствует равномерному распределению измельчаемого материала на мелющих инструментах.
Известно, однако, что ультразвуковое воздействие на газовую среду вызывает в ней интенсивные вихревые потоки с высокими градиентами скоростей и градиентами давления [8], способными разрушить самопроизвольно возникающие флокулы [8]. Использование ультразвука позволяет не только разрушить флокулы, но обеспечить интенсивное трение частиц друг об друга и о газовую среду, что приводит к появлению на их поверхностях одноименных зарядов [9]. Эти заряды не только препятствуют сближению частиц и образованию флокул, но и облегчают разрушение самих частиц резины, так как благодаря взаимоотталкиванию создают дополнительные силы, направленные на растяжение и разрушение частиц.
Известно также явление акустической коагуляции частиц аэрозоля, физический механизм которой до конца не ясен. Коагуляция аэрозолей широко используется для улавливания пыли и дымов в системах очистки воздуха [10, 11, 12], однако в случае применения ультразвука для разрушения флокул это явление нежелательно и может быть подавлено за счет применения источников ультразвука качающейся частоты.
Воздействие ультразвука на вещество, приводящее к необратимым изменениям в этом веществе, широко используется в промышленности. Механизмы воздействия различны для разных сред. В газах, в частности, основным действующим началом являются разномасштабные акустические течения, существенно ускоряющие процессы тепломассообмена. Причем эффективность ультразвукового массообмена значительно выше обычного гидродинамического, т.к. масштабы вихревых микропотоков в акустическом поле значительно меньше масштабов течений при перемешивании распространенными перемешивающими устройствами, а градиенты скоростей и давлений значительно выше.
С разработкой новых мощных и экономичных пьезокерамических ультразвуковых преобразователей появилась возможность использовать и «газовые» ультразвуковые технологии, без создания высокоскоростных потоков в газовых свистках или сиренах [13, 14].
Настоящее изобретение направлено на достижение равномерности в распределении измельчаемого продукта перед мелющими инструментами воздействием ультразвука качающейся частоты, снижения энергозатрат и повышения производительности мелющего оборудования за счет более рационального использования мелющих инструментов и дополнительных усилий, приложенных к частицам измельчаемого вещества при сообщении им электрического заряда, снижающего, дополнительно, вероятность коагуляции частиц и затраты энергии на их повторное измельчение.
Существует множество загрузочных питателей различной конструкции, в том числе и аэродинамические транспортеры для сыпучих материалов [15, 16, 17, 18], однако их применение не направлено на равномерное распределение измельчаемого материала на режущих инструментах и предварительную дезагрегацию возникших при транспортировке газовым потоком флокул. Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является техническое решение по патенту на полезную модель RU №84360 [18], однако и в нем предполагается лишь механическое грубое предизмельчение измельчаемого объекта. Такое устройство по определению не может обеспечить равномерность в распределении измельчаемого продукта перед мелющими инструментами, снижение энергозатрат и повышение производительности мелющего оборудования и дополнительных усилий, приложенных к частицам измельчаемого вещества, а также снижение вероятности коагуляции частиц.
Указанный результат достигается тем, что измельчитель содержит установленное в газотранспортном потоке перед блоком мелющих инструментов устройство предварительного разрушения измельчаемого материала. Устройство (см. чертеж) выполнено в виде ультразвукового модуля (1), представляющего собой совокупность оппозитно расположенных в потоке измельчаемого материала (2) перед мелющими инструментами (3) излучателей ультразвука [19], между которыми создается ультразвуковое поле с высокой плотностью энергии. Модуль может устанавливаться в любые аэродинамические транспортеры - питатели сыпучих материалов с помощью стандартных инженерных решений для равномерного распределения частиц материала в газовом потоке.
При действии устройства поток измельчаемого материала (2) попадает в ультразвуковое поле ультразвукового модуля (1), где между оппозитно расположенными излучателями ультразвука формируется акустическое поле с высокой плотностью энергии и конфигурацией, обеспечивающей повышение производительности мелющего оборудования за счет равномерности распределения потока измельчаемых частиц перед мелющими инструментами, появления дополнительных усилий, приложенных к частицам измельчаемого вещества, обуславливающих снижение вероятности их коагуляции.
Использование ультразвуковых модулей в процессе эксплуатации мелющих устройств способствует равномерному распределению измельчаемого сырья на мелющих инструментах, разрушению конгломератов частиц за счет их соударений и проявлению трибоэлектрических эффектов, приводящих к появлению одноименных электрических зарядов на поверхности частиц, обеспечивающих их взаимное отталкивание и снижающих затраты энергии, необходимой для разрушения частиц в мелющем устройстве.
Таким образом, совокупность отличительных признаков описываемого устройства обеспечивает достижение указанной цели.
В результате проведенного анализа уровня техники по эксплуатации измельчителей различного назначения источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения, не обнаружен, следовательно заявленное изобретение соответствует условию "новизна".
Дополнительный поиск известных решений показал, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку подобрана совокупность акустических, гидродинамических, трибоэлектрических эффектов, обладающая синергетическим эффектом, обеспечивающая высококачественную ультразвуковую предобработку измельчаемого сырья, приводящего к равномерному распределения измельчаемого материала на мелющих инструментах, разрушению конгломератов частиц, их взаимному отталкиванию и снижению затраты энергии, необходимой для разрушения частиц в мелющем устройстве. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".
Таким образом, изложенные выше сведения свидетельствуют о том, что заявленное изобретение, предназначенное для управления свойствами потока измельчаемого материала непосредственно перед блоками измельчающих инструментов, обладает заявленными выше свойствами. Для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в изложенной формуле изобретения, нет препятствий его осуществления на практике с использованием современных инженерных средств. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".
Литература
1. Палагин В.В. Мельница для тонкодисперсного размола. Патент РФ №2120336, 1998 г.
2. Шардаков А.А., Великих В.Ф. Измельчитель пластмассовых отходов. Патент на полезную модель № 60881, 2006 г.
3. Новиков П.К., Сафонов А.А. Устройство для измельчения зерна. Патент на полезную модель № 85102, 2009.
4. Клищенко В.П., Романцов В.Н., Халяпин А.Е., Полянцев A.M. Способ механического измельчения резины и устройство для его осуществления. Патент на изобретение № 2239555, 2002 г.
5. Приходько В.А., Брехов Г.В., Галактионов В.Е., Гаранин Л.П., Зубков В.М., Останкович Л.А. Установка для выделения резины из автомобильных шин. Патент на изобретение № 2147988, 1995 г.
6. Великоднев В.Я., Андронюк С.В. Способ измельчения полимерных материалов. Патент на изобретение № 2134166, 1999 г.
7. Balabekov M., Balabekov S., Jovanovic D. Comminution of granulated material. Patent Application WO/2002/005963, 2002.
8. «Ультразвук» Маленькая энциклопедия. Главн. редак. И.П.Голямина. Изд. «Советская энциклопедия» Москва, 1989 г., 399 стр.
9. Горлов М.И., Емельянов А.В., Плебанович В.И. Электростатические заряды в электронике. Минск, 2006.
10. Селиванов Ю.Т., Першин В.Ф. Расчет и проектирование циркуляционных смесителей сыпучих материалов без внутренних перемешивающих устройств. Монография. - M.: Изд-во "Машиностроение-1", 2004. - 120 с.
11. Фукс Н.А. Физическая химия. Высокодисперсные аэрозоли. M.: ВИНИТИ 1969, 81 с.
12. Грин X., Лейн В. Аэрозоли - пыли, дымы и туманы. M., «Химия», 1969, 214 с.
13. Хмелев В.Н., А.В.Шалунов, К.В.Шалунова, "Экспериментальное определение оптимальных режимов акустического воздействия для коагуляции мелкодисперсного аэрозоля". Измерение, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях, Бийск, Издательство БТИ АлтГТУ, 2011, с.183-187.
14. «Ультразвук» Маленькая энциклопедия. Главн. редак. И.П.Голямина. Изд. «Советская энциклопедия» Москва, 1989 г., 399 с.
15. Сычугов Н.П., Подоплелов С.А., Сайтов В.Е. Аэродинамический транспортер для сыпучих материалов. Патент РФ №2205146, 2003 г.
16. Сайтов В.Е. Аэродинамический транспортер для сыпучих материалов. Патент РФ №2205784, 2003 г.
17. Хмыров В.Д., Труфанов Б.С., Куденков В.Б. Питатель-разрушитель навоза глубокой подстилки. Патент РФ на полезную модель №84360, 2009 г.
18. Хмыров В.Д., Труфанов Б.С., Горелов А.А., Куденко В.Б. Питатель-разрушитель навоза глубокой подстилки. Патент РФ на полезную модель №91795, 2010 г.
19. Хмелев В.П., Шалунов А.В, Галахов А.Н., Ромашкин А.А. Разработка ультразвукового оборудования для разрушения пен и исследование его функциональных возможностей. Измерение, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях, Бийск: Издательство БТИ АлтГТУ, 2011, с.178-183.