Перемешивающее устройство для вертикальных мельниц
MIXING DEVICE FOR VERTICAL MILLS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к перемешивающему устройству для вертикальных мельниц, содержащему систему витков шнека, имеющую вал и по меньшей мере один виток шнека. Настоящее изобретение также относится к вертикальной мельнице, содержащей вышеупомянутое перемешивающее устройство и сборочный узел для упомянутого перемешивающего устройства.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Вертикальные мельницы известны, например, из патента США №4,660,776 и из брошюры «VERTIMILL™ - Тонкое и ультратонкое мокрое измельчение» («VERTIMILL™ - Fine and ultrafine wet grinding»). Вертикальная мельница имеет камеру, в которой расположена мешалка. В камере имеются мелющие тела, которые могут быть изготовлены, например, из стали или керамики, и которые могут иметь разные формы, например шаров или природной гальки. Вода, материал, подлежащий измельчению и, опционально, добавки вводятся в камеру. При вращении мешалки загружаемая масса перемешивается таким образом, что мелющие тела измельчают материал, подлежащий измельчению, за счет абразивного действия или истирания. Две ссылки, упомянутые выше, раскрывают вертикально выполненные мельницы с перемешиванием мелющей среды. Однако тот же самый принцип используется в мельницах с перемешиванием мелющей среды, например, с наклонным расположением.
Камера удерживает мелющие тела, а в случае вертикально выполненной мельницы камера также поддерживает компоненты привода, в том числе мешалку.
Мешалка, которая вращается и передает вращение мелющим телам, состоит, в VERTIMILL™, из внутренней сварной системы витков шнека, на которую опирается ряд внешних изнашиваемых накладок, привариваемых к сварной системе витков шнека. Сварная система витков шнека в соответствии с этим существующим уровнем техники состоит из вала и ряда витков шнека, которые приварены к валу для образования непрерывной спиральной лопасти по длине вала.
В патенте США №4,242,002 раскрыто другое перемешивающее устройство для вертикальной мельницы. Это перемешивающее устройство имеет внутреннюю сварную лопасть вдоль центрального вала в форме винта. Как раскрыто в данном документе, упомянутая внутренняя сварная лопасть имеет относительно малый диаметр, измеренный от центра вала, в то время как ряд элементов внешней лопасти, имеющих относительно большой диаметр, измеренный от центра вала, с шагом винта, равным шагу винта внутренней лопасти, располагают бок о бок вдоль периферии внутренней лопасти и крепят к внутренней лопасти с помощью болтов и гаек таким образом, что образуется непрерывная винтовая лопасть посредством внутренней лопасти и ряда элементов внешней лопасти.
Хотя эти известные вертикальные мельницы работают удовлетворительно, горные работы ведутся во все более отдаленных местах с ограниченным доступом и ограниченными возможностями по транспортировке. Некоторые участки являются недоступными для автомобильного транспорта, и доступны только для железнодорожного транспорта, что еще больше ограничивает размер транспортируемых компонентов до определенных геометрических параметров, чтобы они могли пройти через железнодорожные туннели. В то же время при проведении горных работ необходимы более крупные вертикальные мельницы для обработки больших масс низкосортных рудных тел с тонко вкрапленными ценными минералами, подлежащими более экономичному извлечению. Кроме того, с точки зрения производства, с укрупнением мельниц и компонентов уменьшается количество возможных производственных участков, где эти компоненты могут быть произведены, что дополнительно увеличивает затраты на транспортировку и сроки реализации заказов. Кроме того, чем крупнее мельницы с перемешиванием мелющей среды, тем выше затраты на то, чтобы они соответствовали различным ограничениям по транспортировке компонентов.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью изобретения является создание перемешивающего устройства, которое требует меньшего пространства для транспортировки.
Другой целью изобретения является создание перемешивающего устройства, которое легче изготавливать.
В соответствии с первым аспектом изобретения эти и другие цели достигаются, полностью или по меньшей мере частично, с помощью перемешивающего устройства для вертикальной мельницы, при этом перемешивающее устройство содержит систему витков шнека, имеющую вал и по меньшей мере один виток шнека, причем упомянутая система витков шнека представлена в по меньшей мере двух сегментах, где каждый сегмент содержит по меньшей мере одну секцию витка шнека, которая является неотъемлемой частью секции вала, и где упомянутые два сегмента выполнены с возможностью сборки друг с другом, чтобы образовать упомянутую систему витков шнека.
Собранные сегменты будут функционировать в точности как сварная система витков шнека, раскрытая выше, и будут поддерживать изнашиваемые накладные элементы, которые будут расположены на ней. Изготовление системы в сегментах, подобно этой, увеличивает количество возможных производителей и уменьшает затраты на транспортировку.
В соответствии с одним вариантом осуществления упомянутая одна секция вала имеет по меньшей мере один монтажный фланец для упомянутой сборки с другой соседней секцией вала для формирования упомянутой системы витков шнека.
Таким образом, в этом варианте осуществления каждый сегмент выполнен с фланцем, обращенным к соответствующему фланцу на соседней секции вала для сборки, например, болтовым соединением с помощью болтов и гаек. Таким образом, в одном варианте осуществления упомянутый монтажный фланец представляет собой фланец для болтового соединения.
В соответствии с другим вариантом осуществления упомянутый каждый сегмент, содержащий по меньшей мере одну секцию витка шнека, соединенную с секцией вала, отливается, формуется и/или выковывается как единый целостный сегмент.
Упомянутый каждый сегмент может быть изготовлен в форме, имеющей по меньшей мере одну секцию витка шнека, составляющую одно целое с секцией вала из литой стали или литого ковкого чугуна.
В одном варианте осуществления каждый сегмент состоит из двух секций, составляющих одно целое с секцией вала.
В одном варианте осуществления каждая по меньшей мере одна секция витка шнека в каждом сегменте формируется таким образом, что нижний конец упомянутой по меньшей мере одной секции витка шнека расположен по окружности со сдвигом до 180° от верхнего конца упомянутой одной секции витка шнека. В другом варианте осуществления каждая по меньшей мере одна секция витка шнека в каждом сегменте формируется таким образом, что нижний конец упомянутой по меньшей мере одной секции витка шнека расположен по окружности со сдвигом до 90° от верхнего конца упомянутой одной секции витка шнека.
В соответствии с другим вариантом осуществления упомянутая по меньшей мере одна секция витка шнека в одном сегменте образует спиральный непрерывный виток шнека с соответствующей по меньшей мере одной секцией витка шнека в соседнем сегменте в упомянутой системе витков шнека. Кроме того, в качестве одной альтернативы данного варианта осуществления, упомянутая по меньшей мере одна секция витка шнека имеет по меньшей мере одну кромку для болтового соединения для сборки с упомянутой соответствующей по меньшей мере одной секцией витка шнека в соседнем сегменте в упомянутой системе витков шнека для образования упомянутого спирального непрерывного витка шнека.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения система витков шнека дополнительно содержит изнашиваемые накладные элементы, расположенные на упомянутых секциях витка шнека и поддерживаемые ими. Упомянутые накладные элементы могут быть привинчены и/или приварены к упомянутым секциям витка шнека, и могут в одном варианте осуществления быть выполнены таким образом, что изнашиваемые накладные элементы перекрывают любое соединение секций витка шнека. Таким образом, при таком расположении граница между двумя соседними секциями витка шнека, которые принадлежат к двум соседним сегментам, перекрывается изнашиваемым накладным элементом, расположенным на ней и поддерживаемым обеими секциями витка шнека.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутый вал и упомянутые секции вала могут иметь цилиндрическую форму. Различные формы поперечного сечения возможны для упомянутого вала и упомянутой секции вала, например круглое поперечное сечение, шестиугольное поперечное сечение, восьмиугольное поперечное сечение и т.д.
В соответствии со вторым аспектом изобретения эти и другие цели также достигаются, полностью или по меньшей мере частично, с помощью вертикальной мельницы, содержащей перемешивающее устройство, как описано выше.
В соответствии с третьим аспектом изобретения эти и другие цели также достигаются, полностью или по меньшей мере частично, с помощью сборочного узла для перемешивающего устройства, как описано выше, который содержит по меньшей мере два сегмента, причем каждый сегмент содержит по меньшей мере одну секцию витка шнека, составляющую одно целое с валом, где упомянутые по меньшей мере два сегмента расположены так, чтобы соединять их друг с другом и формировать систему витков шнека.
Другие цели, признаки и преимущества настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего подробного описания, из прилагаемой формулы изобретения, а также из чертежей. Следует отметить, что изобретение относится ко всем возможным комбинациям признаков.
В общем, все термины, используемые в формуле изобретения, должны интерпретироваться согласно их обычному значению в технике, если явно не определено иначе в настоящем документе. Все ссылки на элемент, устройство, компонент, средство, шаг и т.д. должны интерпретироваться как относящиеся по меньшей мере к одному примеру упомянутого элемента, устройства, компонента, средства, шага и т.д., если явно не указано иное. Шаги любого способа, раскрытые в настоящем документе, не должны выполняться в точном порядке, который раскрыт, если явно не указано иное.
Используемые в настоящем документе термин «содержащий» и варианты этого термина не предполагают исключения других добавок, компонентов, систем или шагов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение будет описано подробно со ссылкой на прилагаемые схематические чертежи, которые показывают пример настоящего предпочтительного варианта осуществления изобретения.
Фиг. 1 представляет вид в перспективе типичной вертикальной мельницы в соответствии с известным уровнем техники.
Фиг. 2 представляет внутренний вид камеры измельчения в процессе измельчения в соответствии с известным уровнем техники.
Фиг. 2а представляет вид в перспективе одного перемешивающего устройства в соответствии с известным уровнем техники с изнашиваемыми накладными элементами.
Фиг. 2b представляет вид в перспективе системы витков шнека на фиг. 2а без изнашиваемых накладных элементов, с секцией витка шнека по месту, но перед тем, как приваривать секции витка шнека на вал.
Фиг. 3 представляет вид в перспективе первого сегмента системы витков шнека в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4 представляет вид в перспективе второго сегмента системы витков шнека в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 5а представляет вид в перспективе двух сегментов по фиг. 3 и фиг. 4, собранных в систему витков шнека, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 5b представляет вид в перспективе двух сегментов, собранных в систему витков шнека в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 6 представляет вид в перспективе системы витков шнека по фиг. 5а или фиг. 5b с изнашиваемыми накладными элементами, расположенными на системе витков шнека по фиг. 5а или фиг. 5b и поддерживаемыми ею.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Используемый в настоящей патентной публикации термин «составляющий одно целое», например «одна часть, составляющая одно целое с другой частью», означает, что описанные части изготавливаются в виде одного куска материала или из одного куска материала. Таким образом, по меньшей мере одна секция витка шнека изготавливается как одно целое вместе с секцией вала, например путем литья, формования и/или ковки секции вала и по меньшей мере одной секции витка шнека в виде одного куска материала.
Используемый в настоящей публикации термин «перекрывает» означает, что первая часть перекрывает любой зазор или границу между двумя другими частями, когда эти две части собраны вместе или приведены в контакт друг с другом.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны предпочтительные в настоящее время варианты осуществления изобретения. Настоящее изобретение может, однако, быть воплощено во многих различных формах и не должно трактоваться как ограниченное вариантами осуществления, изложенными выше в настоящем документе; напротив, эти варианты осуществления предназначены для обеспечения полноты описания, а также для полного понимания изобретения специалистом. Одинаковые ссылочные символы относятся к одинаковым элементам повсеместно.
На фиг. 1а показана вертикальная мельница 1 в соответствии с известным уровнем техники. Мельница с перемешиванием мелющей среды содержит мешалку 2, расположенную в камере 3 измельчения. Как показано на фиг. 1b, камера 2 заполнена мелющими телами 4, которые могут быть выполнены, например, из стали или керамики и которые могут иметь различные формы, например шаров или природной гальки. Суспензию из воды, материала, подлежащего измельчению, и опциональных добавок подают в отверстие 8 в верхней части камеры 3, и мешалка 2 вращается, тем самым перемешивая и прикладывая движение к мелющим телам 4, которые измельчают материал, подлежащий измельчению, внутри камеры 3. Внешний рециркуляционный насос 9 обеспечивает скорость восходящего потока внутри камеры 3, что вызывает классификацию частиц в верхней части камеры 3. Измельченные частицы, движущиеся к верхней части камеры 3, удаляются посредством сливного лотка 10. Мелкие частицы поднимаются, в то время как крупные частицы втягиваются в среду и далее оседают.
Как показано на фиг. 1а и 1b, камера 3 удерживает мелющую среду, а также поддерживает приводные компоненты 5, например приводной вал 5а, упорный подшипник 5b, редуктор 5с и двигатель 5d.
Фиг. 2а показывает мешалку 2 в соответствии с известным уровнем техники, которая содержит внутреннюю сварную систему 21 витков шнека, поддерживающую ряд внешних изнашиваемых накладных элементов 22, которые прикреплены болтами к внутренней сварной системе витков шнека. Как раскрыто выше в разделе «Уровень техники» и как показано на фиг. 2b, такая внутренняя сварная система 21 витков шнека обычно состоит из вала 23 и ряда секций 24 витка шнека, которые расположены вокруг и приварены к валу 23 и друг к другу для образования непрерывной спиральной лопасти вдоль вала 23, как показано на фиг. 2b. На фиг. 2b секции 24 витков шнека показаны расположенными вокруг вала 23, но пока не приваренными к валу 23.
В настоящее время индустрия горных работ сталкивается с рядом проблем, существует потребность в более экономичном оборудовании мельниц, все больше и больше операций по добыче полезных ископаемых производится во все более отдаленных местах с ограниченным доступом и ограниченными требованиями по транспортировке. Некоторые горные предприятия могут быть не доступны по автомобильной дороге, но доступны только по железной дороге и железнодорожным туннелям. В то же время существует потребность в более крупных мельницах с перемешиванием мелющей среды для обработки больших масс для низкосортных рудных тел с тонко вкрапленными ценными минералами, подлежащими более экономичному извлечению. При производстве мешалок в соответствии с известным уровнем техники, по мере увеличения мельниц с перемешиванием мелющей среды уменьшается количество возможных производственных участков, где могут производиться компоненты для мешалки, что еще больше увеличивает затраты на транспортировку и время выполнения заказа.
Таким образом, авторы настоящего изобретения предложили перемешивающее устройство, которое требует меньшего пространства для транспортировки и которое соответствует требуемым размерам для любого объекта выполнения горных работ, и это перемешивающее устройство может быть изготовлено и установлено с меньшими затратами.
Перемешивающее устройство в соответствии с изобретением содержит систему 121 витков шнека, которая выполнена из по меньшей мере двух сегментов 121а, 121b, как показано на фиг. 3 и фиг. 4. Каждый сегмент 121а, 121b содержит по меньшей мере одну секцию 124а1, 124а2, 124b1, 124b2 витка шнека, составляющую одно целое с секцией 123а, 123b вала. Законченная система 121 витков шнека формируется, когда по меньшей мере два сегмента 121а, 121b соединены друг с другом, как показано на фиг. 5 и фиг. 5b.
В соответствии с настоящим изобретением каждый сегмент 121а, 121b с по меньшей мере одной секцией 124а1, 124а2, 124b1, 124b2 витка шнека и сегмент 123а, 123b вала формируют в виде одного куска материала путем, например, литья, формовки и/или ковки стали или ковкого чугуна в формы, как показано на фиг. 3 и фиг. 4. Таким образом, в одном сегменте 121а, 121b упомянутая по меньшей мере одна секция 124а1, 124а2, 124b1, 124b2 витка шнека составляет одно целое с упомянутой секцией 123а, 123b вала.
Как показано в настоящем документе на чертежах и как раскрыто выше, упомянутые два сегмента 121а, 121b на месте проведения горных работ собирают для формирования системы 121 витков шнека. Однако в зависимости от высоты вертикальной мельницы 1 и ее ширины упомянутая система 121 витков шнека может быть сегментирована на более чем два разных сегмента 121а, 121b.
По меньшей мере два сегмента 121а, 121b системы 121 витков шнека в одном варианте осуществления собирают путем размещения их один над другим с взаимным расположением напротив друг друга фланцев 125а, 125b для болтовых соединений и дальнейшего болтового соединения двух сегментов вместе с помощью болта и гайки. Однако возможны другие альтернативы для сборки двух разных сегментов, например с помощью болта и резьбового отверстия, шпильки с резьбой и гайки, шпилек, резьбового соединения вала и зажима.
Кроме того, секции 123а, 123b вала также могут быть сварены друг с другом после того, как они были установлены друг на друге для сборки системы 121 витков шнека.
В одном варианте осуществления, когда производится сборка системы 121 витков шнека, упомянутая по меньшей мере одна секция 124а1, 124а2 витка шнека на одном сегменте 121а расположена так, что она вместе с соответствующей по меньшей мере одной секцией 124b1, 124b2 витка шнека на соседнем сегменте 121b создает непрерывный спиральный винт вокруг собранных секций 123а, 123b вала. Таким образом, проходящая в радиальном направлении верхняя кромка 134а1, 134а2 секции 124а1, 124а2 витка шнека первого сегмента 121а витка шнека расположена так, что она упирается в проходящую в радиальном направлении нижнюю кромку 134b1, 134b2 второй секции 124b1, 124b2 витка шнека, чтобы формировать непрерывный спиральный виток шнека вдоль собранных секций 123а, 123b вала. На проходящей в радиальном направлении границе В, где соединяются встык две секции 124а1, 124а2, 124b1, 124b2 витка шнека из двух сегментов 121а, 121b, может находиться по меньшей мере одна кромка 134а1, 134а2, 134b1, 134b2 для болтового соединения для сборки соответствующих секций 124а1, 124а2, 124b1, 124b2 витка шнека на проходящей в радиальном направлении границе В, как показано на фиг. 5b, где отверстия для болтов расположены в кромках 134а1 и 134b1, а также в (скрытых) кромках 134а2 и 134b2. Однако кромки 134а1, 134а2, 134b1, 134b2 двух соседних секций 124а1, 124а2, 124b1, 124b2 витка шнека могут также свариваться вместе в альтернативном варианте осуществления, как показано на фиг. 5а.
В другом варианте осуществления крепление с болтовым соединением или сваркой не используется для границы В двух секций 124а1, 24а2, 124b1, 24b2 витка шнека. Вместо этого кромки 134а1, 134а2, 134b1, 134b2 снабжены фитинговым соединением с плотным прилеганием, чтобы удерживать две секции 124а1, 124а2, 124b1, 124b2 витка шнека вместе, подобно шпунтовому соединению.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 3 и фиг. 4, каждая секция 124а1, 124а2, 124b1, 124b2 витка шнека в каждом сегменте 121а, 121b выполнена таким образом, что нижний конец каждой секции 124а1, 124а2, 124b1, 124b2 витка шнека расположен по окружности со смещением приблизительно на 90° от верхнего конца упомянутой каждой секции 124а1, 124а2, 124b1 витка шнека. Однако смещение по окружности на величину до 180° также возможно, в зависимости от размера перемешивающего устройства 12 при сборке.
На фиг. 6 показано перемешивающее устройство 12 в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Перемешивающее устройство 12 содержит внутреннюю систему 121 витков шнека, собранную из двух сегментов 121а, 121b системы витков шнека. Изнашиваемые накладные элементы 122 расположены и опираются на секции 124а1, 124а2, 124b1, 124b2 витка шнека внутренней системы витков шнека 121. В одном варианте осуществления изнашиваемые накладные элементы 122 прикрепляют болтами на секции 124а1, 124а2, 124b1, 124b2 витка шнека с помощью болтов и гаек, но в другом варианте осуществления они могут быть наварены на них.
В еще одном варианте осуществления две кромки 134а1, 134а2, 134b1, 134b2 проходящей в радиальном направлении границы В, где две секции 124а1, 124а2, 124b1, 124b2 витка шнека из двух сегментов 121а, 121b соединяются встык, только позиционируются в замкнутом контакте, и затем две секции перекрываются с помощью изнашиваемых накладных элементов, которые расположены таким образом, что упомянутая граница В между секциями 124а1, 124а2, 124b1, 124b2 покрывается, перекрывается и/или закрывается.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения фланцы для болтового соединения на собранном валу могут быть защищены листовым металлом.
Специалист в данной области понимает, что возможен ряд модификаций вариантов осуществления, описанных в настоящем документе, в пределах объема изобретения, который определяется прилагаемой формулой изобретения.
Перемешивающее устройство в соответствии с изобретением в равной степени применимо к разным материалам, подлежащим измельчению, например руде.
На чертежах показана вертикальная мельница с перемешиванием мелющей среды. Однако изобретение может также быть применено к мельницам с перемешиванием мелющей среды, ориентированным в других направлениях.