ПАРАБОЛИЧЕСКАЯ ВИБРОИМПУЛЬСНАЯ МЕЛЬНИЦА
PARABOLIC VIBRATION PULSE MILL

Изобретение относится к машинам для тонкого измельчения минералов и материалов растительного происхождения и может быть наиболее широко использовано в производстве стройматериалов, в частности цемента.
Производство цемента и строительных смесей сопряжено с высокими эксплуатационными расходами, так как шаровые мельницы, используемые для этих целей, поглощают около 35 кВтч на 1 т продукта, крупность частиц которого мельче 0,071 мм. Кроме того, износ металла мелющих тел составляет в этом случае около 3 кг на 1 т продукта.
Затраты на процессы дробления и измельчения в экономическом балансе цементного завода поглощают 80% всех затрат. Поэтому создание мельниц, обеспечивающих энерго- и ресурсосбережение в этой отрасли, является актуальной задачей.
Для снижения энергозатрат перед мельницами используют гидравлические пресс-валки, которые обеспечивают разрушение клинкера в толстом слое и снижают общие энергозатраты на 30%.
Существует новый тип машин, обладающих высокой степенью дробления: в среднем около 15. Мелющими телами этих машин являются конуса, а приводом внутреннего конуса - вибратор.
Известна конусная инерционная дробилка (патент США №4592517 от 03.06.1986 г.), включающая корпус с наружным конусом и опертый на сферическую опору внутренний конус с валом и размещенным на нем с помощью подшипника вибратором, подвешенным шарнирно к сферической опоре. Степень дробления такой дробилки не более 10, так как ее вибратор не может развивать большую скорость и значительную дробящую силу, достаточную для получения порошков. Это объясняется тем, что подача масла в подшипник вибратора осуществляется снаружи в зазор между подшипниковой втулкой и валом конуса, то есть центробежная сила, направленная наружу, препятствует проходу в зазор масла. По этой причине такая дробилка при дефиците масла, попадающего в подшипник вибратора, может работать только для производства мелкого щебня и не может выступать в роли мельницы.
Известна конусная инерционная дробилка (патент США №4655405 от 07.04.1987 г.), содержащая корпус с наружным конусом и размещенным на сферической опоре внутренним конусом с валом, на котором с помощью подшипника смонтирован приводной вибратор, который в свою очередь имеет привод от противовибратора. Профиль брони внутреннего конуса близок к сфере, а профиль брони наружного конуса имеет коническую поверхность. Внутренний конус в верхней части тормозит поток материала, что способствует повышению степени дробления. Однако размер входного куска в этом случае снижается на 30%, что в итоге сохраняет степень дробления предыдущего аналога, равную 10. Это исключает использование такой машины в качестве мельницы.
Обе известные машины обеспечивают внутрислойное измельчение материала друг о друга. Однако материал внутри слоя разрушается за счет деформации сжатия и в минимальной степени за счет сдвига. Это объясняется геометрией профилей дробящей полости и не позволяет использовать такие машины в качестве мельниц.
Известна принимаемая за прототип параболическая виброимпульсная мельница (патент РФ №2383390 от 26.08.2008 г.), содержащая корпус с наружным конусом и размещенным внутри него на сферической опоре внутренним конусом с валом, на котором с помощью подшипника смонтирован приводной вибратор, при этом образующие броней конусов в нижней части мелющей камеры выполнены в виде парабол, а в верхней части - в виде прямых образующих.
Такая конструкция обеспечивала высокую степень дробления - до 20 за счет сдвиговых деформаций слоя материала не только в горизонтальной плоскости, но и в вертикальной. Однако такое сложное перемещение рабочих поверхностей приводило к почти удвоенному износу броней в сравнении с аналогами. Кроме того, материал входил в мелющую камеру без торможения и подпрессовывал ее, что требовало для сохранения степени дробления большей силы, а следовательно, большей энергии. Эти недостатки сводят к минимуму полученные преимущества.
Задача настоящего изобретения - создание конструкции виброимпульсной дробилки-мельницы, которая обеспечивает степень измельчения до 30 и способна заменить шаровую мельницу при работе в замкнутом цикле.
Поставленная задача решена в параболической виброимпульсной мельнице, содержащей корпус с наружным конусом и размещенным внутри него на сферической опоре внутренним конусом с валом, на котором с помощью подшипника смонтирован приводной вибратор, при этом образующие конусов в нижней части мелющей камеры выполнены в виде парабол, в которой в соответствии с настоящим изобретением параболы образующих конусов в нижней части мелющей камеры обращены к оси дробилки своей вогнутостью, при этом верхняя часть образующих конусов также выполнена в виде парабол, обращенных к оси дробилки своей выпуклостью, а сопряжение парабол друг с другом выполнено плавным.
Заявляемая конструкция создает условия не только сжатия слоя материала в загрузочной зоне, но и его сдвиг как в радиальном, так и в тангенциальном направлении, так как касательные в центре верхних параболических образующих не проходят через центр сферы «С». Такой эффект обеспечивает повышение степени измельчения в верхней зоне в сравнении с прототипом.
Переход от верхней зоны камеры к нижней создает условия для торможения потока материала, поэтому нижняя зона не подпрессовывается материалом, и внутренний конус сохраняет большую амплитуду и дробящую силу при низком износе броней. Таким образом, повышение степени дробления до 30 при низком износе броней и пониженном расходе энергии обеспечивается за счет заявляемых отличительных признаков.
На рис.1 показан продольный разрез предлагаемой мельницы, а на рис.2 - увеличенный фрагмент мелющей камеры. Мельница содержит установленный на фундаменте 1 через эластичные амортизаторы 2 корпус 3 с наружным конусом 4 и размещенным внутри него на сферической опоре 5 внутренним конусом 6 с валом 7, на котором с помощью подшипника 8 смонтирован вибратор 9. Конуса 4 и 6 снабжены бронями 10 и 11 соответственно. Вибратор 9 соединен с двигателем 12 с помощью компенсационного вала 13 и клиноременной передачи 14. Нижняя часть броней 10 и 11 образует разгрузочную зону 15, сформированную параболическими образующими 16 и 17 упомянутых броней, обращенных вогнутостью к оси дробилки. Верхние части броней 10 и 11 имеют образующие 18 и 19 в виде парабол, обращенных выпуклостью к оси дробилки. Концы парабол плавно соединены.
Мельница работает следующим образом. От двигателя 12 через клиноременную передачу 14 м компенсационный вал 13 крутящий момент передается вибратору 9, который получает вращение с помощью подшипника 8 на валу 7 и создает центробежную силу, заставляющую внутренний конус 6 совершать гирационное движение относительно центра «С» сферической опоры 5 внутреннего конуса 6.
Материал, поступающий самотеком из бункера в мелющую камеру, образованную бронями 10 и 11, разрушается внутри собственного слоя друг о друга сжатием в момент сближения броней 10 и 11 конусов 4 и 6. При попадании материала в загрузочную зону 20 между параболическими образующими 18 и 19 он подвергается не только сжатию, но и сдвигу как в радиальном, так и в тангенциальном направлении, так как касательные в центре верхних параболических образующих не проходят через центр сферы «С», что приводит к сдвиговым деформациям в слое материала и обеспечивает эффект перетирания крупных кусков, что повышает здесь степень измельчения. Некоторое торможение внутреннего конуса 6 из-за деформации сдвига приводит при этом к опережению вибратором 9 плоскости деформации слоя. При сбросе сопротивления вибратор сближается с упомянутой плоскостью, сила дробления при этом возрастает. Такие импульсы силы происходят примерно 60 раз за один оборот конуса, что придает деформации слоя импульсный характер, повышающий эффект дезинтеграции. Таким образом, при частоте вращения вибратора 1000 оборотов в минуту, что соответствует числу качаний внутреннего конуса, происходит 60 тысяч импульсных воздействий на слой или 1000 импульсов в секунду.
При переходе к нижней зоне мелющей камеры материал подтормаживается, обеспечивая разрыхление слоя в зоне нижних параболических образующих, направленных своей выпуклостью уже в противоположную сторону. Благодаря этому амплитуда внутреннего конуса возрастает вместе с дробящей силой. Поэтому и в нижней зоне степень дробления остается высокой при низком износе броней.
Такое активное виброимпульсное разрушающее воздействие на слой позволяет получать при измельчении клинкера более 50% готового по крупности цемента, что близко к результатам работы шаровой мельницы. Однако при этом затраты энергии снижаются в 10 раз, а износ мелющих тел уменьшается в 50 раз.
Таким образом, отличительные признаки изобретения обеспечивают реализацию поставленной задачи.