УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОНКОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

Предлагаемое техническое решение относится к технике тонкого измельчения твердых материалов и может быть использовано во всех отраслях науки и техники.
Получение тонко измельченного материала может быть необходимо для различных целей, так как тонкоизмельченный материал обладает физико-химическими характеристиками, которыми не обладает тот же материал в твердом состоянии.
Известен измельчитель для дробления и измельчения твердых сыпучих материалов с преимущественно упругими свойствами, содержащий поддон, в котором неподвижно установлен внешний конус, подвижный конус, свободно лежащий на плоской опоре скольжения поддона, в котором на внутренней полой оси подвижного конуса с возможностью вращения установлен эксцентрик, на внешней цилиндрической поверхности последнего также с возможностью вращения закреплен дебаланс, снабженный передвижным грузом, сопряженным с дебалансом посредством упругой связи, а приводной вал, расположенный соосно с полой осью конуса с гарантированным зазором, превышающим максимальный зазор между конусами сопряжен с эксцентриком посредством водила с роликом скольжения, входящим в радиальный паз эксцентрика (патент РФ №2284220, В02С 2/02, 2006 г., [1]). Сыпучий материал непрерывно подается в зазор между конусами и подвергается высокочастотному сжатию со сдвигом, что приводит к его измельчению.
Основной недостаток известного решения - сложность механизма регулирования частоты вращения (частоты воздействия рабочего элемента на обрабатываемый материал) - подвижного конуса, что снижает технологические возможности устройства и срок его службы.
Известно устройство для тонкого измельчения сыпучих материалов, включающее цилиндрический корпус, вращающийся вал с дисками, на которых при помощи осей закреплены эксцентрично мелющие тела, привод, в котором цилиндрический корпус внутри футеровки снабжен износостойким материалом, а снаружи водоохлаждаемой рубашкой, кроме того, мелющие тела выполнены эллипсовидной формы, а водоохлаждаемая рубашка может быть выполнена по крайней мере из двух половин, каждая из которых соединена с системой подачи и отвода охлаждающего агента (свидетельство на полезную модель РФ №1029, В02С 17/18, 1995 г., [2]).
По технической сущности, наличию сходных признаков данное решение выбрано в качестве ближайшего аналога.
Недостатки известного решения: выполнение мелющих тел эллипсовидной формы увеличивает затраты на их изготовление, снижает эффективность ударного воздействия рабочих элементов на обрабатываемый материал, увеличивает время обработки и энергетические затраты.
Задачей предлагаемого решения является повышение технико-экономических показателей процесса тонкого измельчения твердого материала.
Техническими результатами являются снижение энергетических затрат на измельчение, расширение технологических возможностей и повышение срока службы устройства.
Технические результаты достигаются тем, что в устройстве для тонкого измельчения твердых материалов, включающем футерованный цилиндрический корпус, снабженный загрузочным и разгрузочным узлами, установленный внутри корпуса вал, соединенный с приводом, опорные диски, соединенные с валом, подвижные рабочие элементы, каждый из которых эксцентрично закреплен между опорными дисками на осях вращения, футеровка корпуса выполнена из цилиндрических кольцевых элементов, рабочие элементы выполнены в виде цилиндрических дисков и подвижно закреплены на осях между соседними опорными дисками попарно симметрично относительно оси приводного вала.
При этом, цилиндрические кольцевые элементы футеровки и рабочие элементы могут быть выполнены из нефрита, из нержавеющей стали, из карбида кремния, из базальта. Привод устройства может быть снабжен электродвигателем, двигателем внутреннего сгорания, а корпус может быть установлен на станине под углом к горизонтальной плоскости или снабжен механизмом регулирования его наклона, например в виде винтового домкрата.
Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, показывает следующее.
Предлагаемое устройство и устройство по ближайшему аналогу характеризуются сходными признаками:
- футерованный цилиндрический корпус;
- загрузочный и разгрузочный узлы;
- установленный внутри корпуса вал, соединенный с приводом;
- опорные диски, соединенные с валом;
- подвижные рабочие элементы, каждый из которых эксцентрично закреплен между опорными дисками на осях вращения.
Предлагаемое устройство также характеризуется признаками, отличными от признаков, характеризующих устройство по ближайшему аналогу:
- футеровка корпуса выполнена из цилиндрических кольцевых элементов;
- рабочие элементы подвижно закреплены на осях между соседними опорными дисками попарно симметрично относительно оси приводного вала.
Наличие в предлагаемом решении признаков, отличных от признаков, характеризующих решение по ближайшему аналогу, позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности полезной модели «новизна».
Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.
В предлагаемом устройстве для тонкого измельчения твердых материалов реализуются в развитии основные принципы термомеханического диспергирования материала (патент РФ №1664576, B28D 1/32, 1991 г., [3]). Суть такой обработки заключается в подаче на поверхностный слой материала импульсных синхронизированных механо-термических нагрузок. В предлагаемом устройстве данная задача решается передачей импульсов механической энергии от рабочих элементов к поверхностному слою материала. При импульсном локальном воздействии механическая энергия в очень короткий промежуток времени трансформируется в тепловую энергию, вызывая резкое повышение температуры в локальной области поверхности материала - термический удар. При этом накладывается и истирающая механическая нагрузка, возникающая за счет вращательного движения и попадания материала между футеровкой корпуса устройства и рабочими элементами. Интенсивность комплексного энергетического воздействия зависит от частоты импульсов и регулируется числом оборотов приводного вала устройства. Для повышения технологических возможностей устройства и повышения срока его эффективной эксплуатации необходимо использование для футеровки и для рабочих элементов износостойких материалов. В предлагаемом устройстве футеровка корпуса печи выполнена из цилиндрических кольцевых элементов из карбида кремния, из базальта. Такое конструктивное выполнение футеровки позволяет упростить как изготовление, так и монтаж - установка кольцевых элементов внутрь корпуса и закрепление их фланцевыми соединениями с торцов корпуса. Кроме того, выполнение футеровки модульной (из отдельных цилиндрических кольцевых элементов) повышает ремонтоспособность устройства и срок его службы.
Выполнение рабочих элементов в виде цилиндрических дисков из немагнитного материала, например из нефрита, позволяет повысить эффективность обработки, устранить влияние магнитных свойств материалов на процесс измельчения.
В предлагаемом устройстве рабочие элементы подвижно закреплены на осях между соседними опорными дисками попарно симметрично относительно оси приводного вала. Такое конструктивное исполнение необходимо для устранения возникновения асимметричных механических нагрузок в устройстве, приводящих к аварийным ситуациям, к нарушению целостности узлов и деталей, к снижению срока службы.
Кроме того, выполнение кольцевые элементы футеровки и рабочие элементы из одного и того же материала позволяет контролировать чистоту обрабатываемого материала - контролировать, при необходимости, качественный и количественный состав примесей в обработанном материале.
Предлагаемое устройство (фиг.1) включает цилиндрический корпус 1, снабженный футеровкой 2, выполненной из цилиндрических кольцевых элементов из карбида кремния, загрузочный 3, и разгрузочный 4, узлы, установленный внутри корпуса 1, вал 5, соединенный с приводом 6, снабженным электродвигателем 7. На валу 5 закреплены опорные диски 8, между которыми на осях вращения 9, эксцентрично установлены рабочие элементы 10, выполненные в виде цилиндрических дисков из нефрита. Устройство может быть установлено на станине или на платформе, горизонтально или под углом, корпус 1 может быть снабжен механизмом регулирования его наклона, например в виде винтового домкрата.
Устройство работает следующим образом.
Включается электродвигатель 7, соединенный с приводом 6. От привода 6 вращается с заданным числом оборотов вал 5. Исходный материал загружается через загрузочный узел 3 в устройство. При вращении вала 5, за счет центробежных сил, подвижно закрепленные между опорными дисками 8, рабочие элементы 10 с заданной частотой воздействуют на обрабатываемый материал. За счет возникающих механо-термических нагрузок в поверхностных слоях частиц материала происходит его разрушение - измельчение. Измельченный материал удаляется из устройства через разгрузочный узел 4. Время обработки определяется физико-механическими характеристиками материала, необходимой тониной помола и задается числом оборотов вала 5 от привода 6.
ИНФОРМАЦИЯ
1. Патент РФ №2284220, В02С 2/02, 2006 г.
2. Свидетельство на полезную модель РФ №1029, В02С 17/18, 1995 г.
3. Патент РФ №1664576, B28D 1/32, 1991 г.