РАЗМАЛЫВАЮЩАЯ ГАРНИТУРА
GRINDING SET

Изобретение относится к размалывающим гарнитурам дисковых мельниц и используется в размалывающих подготовительных цехах, предприятий целлюлозно-бумажной промышленности, на стадии массного размола водных суспензий древесноволокнистой массы высокой концентрации.
Известен аналог предлагаемого решения, представляющий собой размалывающую гарнитуру дисковой мельницы, включающую вращающийся роторный и неподвижный статорный диски, снабженные чередующимися со сквозными межножевыми канавками прямолинейными ножами, режущие кромки которых наклонены к радиусу диска [В.Ф. Пашинский, "Машины для размола волокнистой массы", «Лесная промышленность», М., 1972 г., стр. 81, рис. 32].
Недостатком гарнитуры является малая длина режущих кромок прямолинейных ножей, что связано не с невозможностью осуществления интенсификации процесса размола и со снижением его производительности.
Наиболее близким к предлагаемой гарнитуре по технической сущности известным решением, является размалывающая гарнитура, включающая, вращающийся - роторный и неподвижный - статорный, диски, рабочие поверхности которых, обращенные одна к другой, снабжены чередующимися со сквозными межножевыми канавками круговыми ножевыми выступами, направленными в противоположные стороны, круговые режущие кромки которых выполнены с эксцентриситетом относительно центра диска [RU №2307883С1, МПК D21D 1/30, В02С 7/12, заявлен 3.4.2006 г., опубликован 10.10.2007 г., бюллетень №28].
Достоинством гарнитуры является эффект возрастания угла, между касательной к режущей кромке ножевого выступа и радиусом, проведенным из центра диска в точку касания от входной круговой кромки диска к выходной.
Существенным недостатком гарнитуры является невозможность достижения данного эффекта при любых значениях:
- концентрации массы;
- отношения значения диаметра окружности входа, в кольцевую рабочую;
- зону диска, к значению диаметра окружности выхода из нее;
- угла наклона касательной режущей кромки единичного ножевого выступа к радиусу входной окружной кромки диска, проведенному в точку касания на ней.
вх
вх
Например, при концентрации водной взвеси древесноволокнистой массы (6-15%), на большей части диапазона значений отношения диаметра окружности входа в кольцевую размалывающую зону диска к диаметру окружности выхода из нее и угла наклона касательной режущей кромки единичного ножевого выступа к радиусу r, проведенному из центра диска в точку касания, лежащую на окружности входа в кольцевую размалывающую зону, α=29-30°, данный недостаток препятствует:
- прохождению массы через кольцевую размалывающую полость гарнитуры;
- интенсификации процесса размола;
- повышению производительности и качества процесса размола;
- снижению удельных энергозатрат процесса размола.
Изобретение решает задачу:
- прохождения водной взвеси массы высокой концентрации через кольцевую размалывающую полость;
- повышения интенсификации, качества размола и производительности;
- снижения удельных энергозатрат.
Технический результат заключается в придании наибольших оптимальных значений величинам скоростных, силовых и гидродинамических воздействий в кольцевой размалывающей полости, за один проход через нее.
вх
вых
вх
вх
Для обеспечения указанного технического результата, в размалывающей гарнитуре, включающей вращающийся роторный и неподвижный статорный диски с, обращенными одна к другой, рабочими поверхностями, снабженными, чередующимися со сквозными межножевыми канавками, противоположно направленными круговыми ножевыми выступами, режущие кромки которых эксцентричны относительно центра диска, согласно изобретению, отношение радиуса окружности входа в кольцевую размалывающую зону к радиусу окружности выхода из нее r/R=0,5-0,6, а угол наклона касательной окружной режущей кромки единичного ножевого выступа к радиусу r, проведенному из центра диска в точку касания, лежащую на окружности входа в кольцевую размалывающую зону диска, α=29-30°.
Результаты экспериментальных исследований, проведенных в лаборатории кафедры МАПТ СибГУ им. М.Ф. Решетнева, показали, что, по сравнению с известными решениями, при размоле массы высокой концентрации (6-15%), данные отличительные признаки обеспечивают:
- наиболее возможное значение скорости проникновения исходной массы через входную кромку в кольцевую размалывающую полость, за счет чего втягивание массы идет более интенсивно;
- наибольшие значения скорости выхода массы из рабочей кольцевой полости;
- превышение значения тангенциальной составляющей общего силового воздействия на массу над значением его нормальной составляющей во всех точках круговой режущей кромки ножевых выступов за счет наиболее возможного и наиболее оптимального выявленного в ходе эксперимента значения входного угла;
- достижение ожидаемого технического результата.
f
В статическом положении размалывающая гарнитура включает вращающийся роторный, и неподвижный, с отверстием для подачи массы, статорный диски, размалывающие кольцевые поверхности которых сопряжены через междисковый зазор, образуя кольцевую размалывающую полость. На фигуре 1 изображена в осях координат X-Y фронтальная проекция рабочей поверхности диска ротора, на которой видны затененные размалывающие поверхности равномерно распределенных круговых ножевых выступов 1, чередующихся с межножевыми канавками 2. Круговой стрелкой показано направление вращения диска ротора. Кольцевая размалывающая поверхность диска ограничена круговыми кромками 5 и 6. Круговая кромка 7 является началом круговой фаски 8, шириной , заканчивающейся круговой кромкой 5, являющейся началом входа в размалывающую кольцевую полость.
Площади размалывающих поверхностей единичных ножевых выступов 1 затенены и ограничены круговой кромкой:
1
- режущей 3, с радиусом r;
3
1
- нережущей 4, с радиусом r=r+е, где е - ширина канавки 2;
вх
вых
f
- входной 5 с радиусом г r=r+=(0,5-0,6)R;
вых
- выходной 6 с радиусом R.
1
1
1
3
1
2
1
Центры кривизны О всех режущих кромок 3, с радиусом кривизны r и, концентричных им (см. фигуру 1), не режущих 4, с радиусом r=r+е, расположены на окружности 9 с радиусом r=ОО. С целью упрощения ось координат X проходит через центр О диска и центр кривизны О единичной круговой режущей кромки 3. При этом в предлагаемом решении имеет место ряд особенностей, существенно влияющих на работу предлагаемой размалывающей гарнитуры. От входа в кольцевую размалывающую зону дисков, до выхода из нее, в точках приложения общего силового воздействия, значение:
- крутящего момента постоянно по величине;
- радиуса, проведенного из центра О диска в эти точки, равномерно увеличивается от минимального входной окружной кромки 5, до максимального - выходной 6;
- общей окружной линейной скорости и ее составляющих в этих точках равномерно увеличивается, от минимального, до максимального;
- общего окружного силового воздействия и его составляющих, приложенных в этих точках, равномерно уменьшается, от максимального, до минимального.
а
а
вх
вых
В отличие от известных решений, в конструкции предлагаемой гарнитуры выполняется требование, заключающееся в том, что угол α, образованный касательными круговых режущих кромок 3 ножевых выступов 1 и радиусами, проведенными из центра О диска в точки касания или b, равномерно возрастает, от наиболее возможного значения α на входной круговой кромке 5 дисков, в точке , до наиболее возможного значения α на выходной - 6 дисков, в точке b.
Это обусловливает достоинства предлагаемой гарнитуры, заключающиеся в том, что значение:
- нормальной составляющей общего силового воздействия на входе имеет максимальное значение, а на выходе, соответственно - минимальное;
- нормальной составляющей общего силового воздействия на входе имеет максимальное значение, а на выходе, соответственно - минимальное;
- скорости проникновения массы, являющейся горизонтальной составляющей общей окружной скорости, на входе в размалывающую кольцевую полость имеет меньшее, чем на выходе, но наиболее возможное оптимальное значение, а затягивающая составляющая общего силового воздействия имеет, соответственно, большее и наиболее возможное оптимальное значение;
- скорость выброса обработанной массы на выходе из размалывающей кольцевой полости имеет наиболее оптимальное значение, а выбрасывающая составляющая общего силового воздействия имеет, соответственно, хотя и меньшее, но тоже наиболее, оптимальное значение.
вх
вых,
вх
вых
вх
При заданных значениях r/Rr, r, R, α, r, выполнение данного требования связано с решением задачи нахождения для круговых режущих кромок 3 значений:
1
- координат их центра кривизны О,
1
- r (радиусом кривизны режущей кромки 3 ножевого выступа 1);
3
1
- не режущей 4, с радиусом кривизны r=r+е в;
2
1
- r (радиусом, проведенным из центра О диска в точку О, являющуюся центром кривизны режущей кромки 3).
В динамическом положении предлагаемая размалывающая гарнитура работает следующим образом. Крутящий момент от привода передается ведомому концу приводного вала и, посаженному на его противоположном ведущем конце, роторному диску. Древесноволокнистая водная взвесь, с концентрацией (6-15)%, подается через круговую кромку 7 (входного отверстия подачи) в диске статора, фаску 8, окружную кромку 5 входа в размалывающую полость, образованную, сопряженными через регулируемый междисковый зазор, рабочими поверхностями дисков ротора и статора, где распределяется по межножевым канавкам 2.
Значения скорости проникновения массы через входную круговую кромку 5, и затягивающей составляющей общего силового воздействия в размалывающую полость, меньше, чем на выходе, но наибольшие из возможных.
Как видно из фигуры 1, активной частью ножевых выступов 1, непосредственно воздействующей на массу в кольцевой размалывающей полости, являются набегающие на нее их выпуклые боковые поверхности, за счет чего масса:
- сначала прижимается к ножевым выступам 1 с режущей кромкой 3 и, под воздействием сил трения, закручивается вместе с ними;
- затем, под действием развивающихся центробежной и тангенциальной сил, при превышении их значений значения силы трения, масса устремляется в сторону выходной окружной кромки 6.
За один проход через кольцевую размалывающую полость и по межножевым канавкам 2, основная часть массы несколько раз попадает в междисковый зазор, в зону скрещивания режущих кромок 3 и рабочих поверхностей круговых выступов 1, где, под их силовым воздействием, подвергается более интенсивному, по сравнению с известными устройствами, размолу в виде:
- разрезания пучков волокон режущими кромками 3 ножевых выступов 1, что приводит к укорачиванию и расщеплению единичных волокон;
- раздавливания пучков волокон размалывающими плоскостями ножевых выступов 1, в результате чего происходит расчес волокон и фибриллирование их поверхности.
Характер размола зависит также от величины:
- межножевого зазора;
- удельного давления между размалывающими плоскостями ножевых выступов 1;
- кривизны режущих кромок 3;
- окружной скорости диска ротора;
- температуры массы.
При этом, величина:
- скорости выброса обработанной массы, на выходе из размалывающей кольцевой полости через выходную окружную кромку 6, имеет максимальное и наиболее оптимальное значение;
- выбрасывающей составляющей общего силового воздействия имеет минимальное и наиболее оптимальное значение.
Прошедший стадию массного размола древесноволокнистый полуфабрикат направляется на следующую стадию технологического процесса.
По сравнению с известными решениями, использование предлагаемой размалывающей гарнитуры, за счет увеличения количества и оптимального соотношения силовых и гидродинамических воздействий на волокнистый полуфабрикат за время одного прохода через межножевую размалывающую кольцевую полость, позволит обеспечить следующие технико-экономические преимущества:
- интенсифицировать процесс принудительного транспортирования и одновременного размола массы высокой концентрации (6-15%);
- повысить производительность;
- повысить качество обработки волокнистого полуфабриката;
- снизить удельные энергозатраты.