МЕЛЬНИЦА ДЛЯ ТОНКОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ В СРЕДЕ ЖИДКОГО НОСИТЕЛЯ
MILL FOR FINE GRINDING OF SOLIDS IN LIQUID CARRIER ENVIRONMENT

Изобретение относится к технике измельчения твердых материалов в жидких средах, например в воде, фреоне или другой среде в зависимости от свойств измельчаемого материала. Измельчители такого типа широко применяются в химической и других отраслях промышленности.
Известна песочно-дисковая мельница, предназначенная для перетирания и диспергирования эмалей, красок и других химических продуктов (Каталог «Оборудование для тонкого измельчения» ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, М., 1972, стр. 16-17). Мельница представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд с рубашкой для водяного охлаждения. В цилиндре размещен ротор (вал с насаженными на него дисками). Ротор вращается от электродвигателя. Исходный продукт подается насосом через нижнее отверстие в цилиндре. Цилиндр частично заполнен мелющими телами - стеклянными шариками диаметром 0,8…1,2 мм. При вращении ротора твердые частицы материала измельчаются в результате трения о мелющие тела и друг о друга. Скорость подачи исходного продукта в зависимости от свойств измельчаемого материала регулируют изменением числа оборотов электропривода подающего насоса. Готовый продукт выходит через патрубок в верхней части цилиндра.
Недостатком этой мельницы является измельчение, а иногда и частичное разрушение мелющих стеклянных шариков. Этот намол и частицы стекла попадают в готовый продукт, что может привести к отбраковке полученного порошка и значительным материальным потерям при изготовлении продукции, в состав которой входит этот компонент.
Известна кавитационно-истирающая мельница (тот же каталог «Оборудование для тонкого измельчения» ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, М., 1972, стр. 18-19).
Она также предназначена для тонкого измельчения химических продуктов в жидком носителе.
Мельница представляет собой корпус-статор, внутри которого с большой скоростью вращается ротор. Вращение ротора от электродвигателя. Ротор конусообразный с горизонтальной осью вращения вращается в статоре такой же конусообразной формы. В специальных продольных канавках, расположенных соответственно на наружной и внутренней поверхностях ротора и статора, перемещается суспензия продукта. Благодаря конусообразной форме и центробежной силе вращения продукт продвигается вдоль оси ротора, а наличие канавок вызывает эффект кавитации и истирания, вследствие чего происходит интенсивное разрушение твердой фазы суспензии. Напор и подачу суспензии в мельницу регулируют насосом, устанавливаемым перед мельницей.
Подобная мельница описана в книге Сиденко П.М. «Измельчение в химической промышленности», М., изд. «Химия», 1977, стр. 239-240, рис. 174, а также в книге автора И.А. Щупляка «Измельчение твердых материалов в химической промышленности», Л., изд. «Химия», 1972, стр. 43-44, рис. 24 в разделе «Коллоидные мельницы». Эта мельница построена на том же принципе, что и предыдущая. Также предназначена для сверхтонкого измельчения. Работает при очень больших окружных скоростях ротора (до 125 м/с) и применяются главным образом для мокрого измельчения. Отличие от предыдущей - вертикальное расположение оси вращения ротора.
Существенным недостатком последних двух мельниц является крайне сложная задача уплотнения вала ротора в месте перехода от зоны измельчения к приводному механизму, в частности к подшипниковому узлу, в котором вращается ротор. Это уплотнение предназначено для предотвращения попадания суспензии из зоны измельчения в зону быстровращающихся (до 10000 об/мин) металлических элементов шариковых подшипников. При таких оборотах известные уплотнения в виде набивки, манжет или торцовых очень быстро теряют свои исходные уплотнительные свойства из-за износа. Попадание суспензии в зону взаимного высокоскоростного перемещения металлических элементов подшипников приводит к их быстрому износу и выходу из строя.
Известна мельница, черт. 4222.00.00, разработанная в АО НИИ полимерных материалов (АО «НИИПМ») г. Пермь, в которой также, как и в предыдущей мельнице, ось вращения ротора вертикальная. Однако, чтобы избежать вышеуказанного недостатка - попадания измельчаемого продукта в подшипниковый узел привода, ротор размещен не над подшипниковым узлом, а под ним. Эта мельница принята за прототип. Схематически конструкция этой мельницы показана на Фиг. 1.
Основными элементами мельницы являются привод 1, подшипниковый узел 2, в котором установлен вал 3 с закрепленным на нем ротором 4. Ротор 4 вращается в полости статора 5, установленном на основании 8, которое конструктивно выполнено единым узлом с корпусом подшипникового узла. Снизу под статором 5 крепится входной патрубок 6. Устройство вывода суспензии 9 представляет собой замкнутую полость между подшипниковым узлом 2 и верхними торцами ротора 4 и статора 5. По круговому периметру полость замкнута верхней цилиндрической частью основания 8, где имеется один боковой выход в виде выходного патрубка 10.
Все узлы мельницы в сборе размещены на станине 7.
Предполагалось, что при расположении ротора 4 и статора 5 под подшипниковым узлом 2 суспензия из рабочей зоны мельницы будет свободно сливаться через выходной патрубок 10, не попадая в подшипниковый узел. Однако опыт показал, что и при такой конструкции суспензия попадает в подшипниковый узел, что является основным недостатком прототипа.
Этот недостаток является следствием неудачной конструктивной компоновки перечисленных кавитационных мельниц, когда все основные элементы мельниц (подшипниковый узел, статор, ротор) собраны в едином корпусе с ограниченной возможностью выхода суспензии из зоны измельчения.
Технической задачей предлагаемого изобретения является исключение попадания суспензии в подшипниковый узел привода мельницы, повышение надежности мельницы и снижение трудоемкости ее эксплуатации.
Технический результат достигается за счет того, что мельница для тонкого измельчения твердых материалов в среде жидкого носителя, состоящая из привода, подшипникового узла с установленным в нем с возможностью вращения валом, ротора, закрепленного на валу, статора, закрепленного в основании, станины и устройства вывода суспензии из рабочей зоны мельницы, выполнена так, что устройство вывода суспензии из рабочей зоны конструктивно отделено от подшипникового узла и состоит из закрепленного на роторе отражателя и закрепленного на статоре кругового коллектора, имеющего выходной патрубок и отбойник.
На фиг. 2 схематично показано устройство предлагаемой мельницы для тонкого измельчения твердых материалов в среде жидкого носителя, где:
1 - привод;
2 - подшипниковый узел;
3 - вал;
4 - ротор;
5 - статор;
6 - входной патрубок;
7 - станина;
8 - основание;
9 - устройство вывода суспензии;
10 - выходной патрубок;
11 - коллектор;
12 - отбойник;
13 - отражатель.
Мельница для тонкого измельчения твердых материалов в среде жидкого носителя включает в себя привод 1, подшипниковый узел 2, в котором установлен вал 3 с закрепленным на нем ротором 4. Ротор 4 вращается в полости статора 5, установленного на основании 8. Основание 8 статора 5 выполнено отдельным узлом, конструктивно не связанным с корпусом подшипникового узла 2. Подшипниковый узел 2 размещен на верхней площадке, а основание статора 8 - на нижней площадке станины 7. Снизу под статором 5 крепится входной патрубок 6. К статору сверху на выходе из рабочей зоны мельницы закреплен коллектор 11 в виде кругового желоба. С одной стороны коллектора имеется выходной патрубок 10. Сверху коллектор по периметру закрыт отбойником 12. К ротору 4 по окружности прикреплен отражатель 13.
Мельница для тонкого измельчения твердых материалов в среде жидкого носителя работает следующим образом.
При включении привода 1 во входной патрубок 6 внешним насосом из расходной емкости в рабочую зону мельницы (это кольцевой зазор между статором 5 и ротором 4) подается суспензия исходного порошка твердого материала с размерами частиц от 20 до 100 микрон. Благодаря внешнему насосу, а также центробежной силе вращения суспензия продвигается вдоль оси ротора вверх. Наличие канавок вызывает эффект кавитации и истирания, происходит интенсивное измельчение твердой фазы суспензии. На выходе из кольцевого зазора рабочей зоны суспензия направляется вверх под действием создаваемого насосом напора и горизонтально на периферию коллектора 11. Благодаря круговому отражателю 13 вертикальная часть общего потока суспензии направляется вниз в желоб коллектора 11, горизонтальная часть потока под действием неподвижного отбойника 12 также направляется в желоб коллектора 11. Из желоба коллектора суспензия через выходной патрубок 10 самотеком по наклонному трубопроводу поступает в сборник суспензии с измельченным материалом.
В случае необходимости многократной прокачки суспензии через рабочую зону с целью получения более мелкого продукта поток суспензии из коллектора возвращают в расходную емкость и прокачивают насосом суспензию по замкнутому циклу необходимое количество раз для получения материала с частицами заданного размера, например до 1…5 микрон.
Предложенная конструкция мельницы для тонкого измельчения твердых материалов в среде жидкого носителя позволяет исключить попадание суспензии в подшипниковый узел, повышает надежность мельницы, снижает трудоемкость ее эксплуатации.
Мельница для тонкого измельчения твердых материалов в среде жидкого носителя испытана в условиях опытного производства АО «НИИПМ» с положительными результатами.