РАФИНЕР
REFINER

Настоящее изобретение относится к рафинеру, содержащему статор и ротор, при этом статор и ротор содержат плоский участок и конический участок за плоским участком, при этом плоский участок и конический участок содержат измельчающие поверхности, снабженные длинными режущими выступами и канавками между выступами, при этом плоские участки измельчающих поверхностей статора и ротора содержат по меньшей мере две измельчающие зоны в направлении радиуса (R) плоского участка.
Настоящее изобретение дополнительно относится к режущему сегменту измельчающей поверхности рафинера, при этом режущий сегмент имеет такую конфигурацию, что образует по меньшей мере часть измельчающей поверхности статора или ротора рафинера и содержит режущие выступы и канавки между ними, которые вместе формируют измельчающую поверхность режущего сегмента, при этом режущий сегмент снабжен по меньшей мере двумя измельчающими зонами в направлении радиуса измельчающей поверхности.
Рафинеры для обработки волокнистых материалов, как правило, содержат две, но, возможно, и больше, противоположно расположенных измельчающих поверхности, по меньшей мере одна из которых расположена с возможностью вращения вокруг вала, так что измельчающие поверхности вращаются друг относительно друга. Измельчающие поверхности рафинера, т.е. поверхности его ножа или набора ножей, как правило, состоят из выступов, т.е. режущих выступов, обеспеченных на измельчающей поверхности, и канавок между режущими выступами. Измельчающая поверхность состоит из множества смежных режущих сегментов, при этом измельчающие поверхности отдельных режущих сегментов вместе образуют общую, однородную измельчающую поверхность.
В документе WO 97/18037 описан рафинер, снабженный статором, т.е. закрепленным неподвижным элементом, и элементом, который может вращаться при помощи вала, т.е. ротором. Как статор с его измельчающей поверхностью, так и ротор со своей измельчающей поверхностью, состоят из плоского участка, по существу перпендикулярного валу ротора, и конического участка, обеспеченного после указанного плоского участка и расположенного под углом к плоскому участку. Плоский и конический участки статора и ротора отстоят друг от друга так, что между измельчающей поверхностью статора и измельчающей поверхностью ротора образован зазор. Волокнистый материал, подлежащий измельчению, подается в этот зазор между плоскими участками статора и ротора. В ходе обработки измельчаемого материала он перемещается вперед, в зазор между коническими участками статора и ротора, и в итоге покидает этот зазор.
Тип рафинера, описанный в WO 97/18037, имеет недостаток, заключающийся в том, что этот рафинер имеет точку поворота, образованную плоским участком и коническим участком, поскольку уже это изменение направления перемещения измельчаемого материала затрудняет подачу измельчаемого материала от плоского участка к коническому участку. Этот вредный эффект еще более усиливается тем, что точка инверсии и высокое давление пара, создаваемое в процессе измельчения, устанавливается в этой области. Поэтому волокна остаются длинными в этом месте и скапливаются в нем, что в свою очередь приводит к высокому энергопотреблению и высокому давлению, которое стремится раздвинуть режущие поверхности рафинера и при этом создают дополнительную нагрузку на конструкцию рафинера.
Задачей настоящего изобретения является создание рафинера, обеспечивающего улучшенную подачу волокнистого материала от плоского участка к коническому участку.
Рафинер по изобретению отличается тем, что по меньшей мере плоский участок измельчающей поверхности ротора снабжен режущими выступами в самой наружной измельчающей зоне в направлении радиуса, при этом угол режущих выступов выполнен так, чтобы обеспечивать накачивающие режущие выступы, и их угол режущих выступов больше по меньшей мере на самом наружном участке самой наружной измельчающей зоны плоского участка, чем угол режущих выступов в предшествующей измельчающей зоне в направлении радиуса плоского участка, и тем, что угол накачивающих режущих выступов вышеуказанной самой наружной измельчающей зоны составляет от 5 до 50 градусов так, что режущие выступы в самой наружной измельчающей зоне имеют общее накачивающее воздействие на измельчаемый материал.
Режущий сегмент в соответствии с изобретением отличается тем, что в самой наружной измельчающей зоне в направлении радиуса измельчающая поверхность снабжена режущими выступами, при этом угол указанных режущих выступов выполнен таким, чтобы обеспечить накачивающие режущие выступы при использовании рафинера, угол которых, по меньшей мере, на самом наружном участке самой наружной измельчающей зоны измельчающей поверхности больше угла режущих выступов в предыдущей измельчающей зоне в направлении радиуса измельчающей поверхности, при этом угол накачивающих режущих выступов самой наружной измельчающей зоны составляет от 5 до 50 градусов, так что режущие выступы в самой наружной измельчающей зоне оказывают в целом накачивающее действие на измельчаемый материал.
Рафинер содержит статор и ротор, при этом статор и ротор содержат плоский участок и конический участок за плоским участком. Плоский участок и конический участок дополнительно содержат измельчающие поверхности с режущими выступами и канавками между режущими выступами, плоские участки измельчающих поверхностей статора и ротора содержат по меньшей мере две измельчающие зоны в радиальном направлении плоских участков. Дополнительно, по меньшей мере в радиально самой наружной измельчающей зоне плоского участка измельчающей поверхности ротора обеспечены режущие выступы, имеющие такую конфигурацию, что образуют накачивающие режущие выступы, угол которых по меньшей мере на самом наружном участке самой наружной измельчающей зоны измельчающей поверхности больше угла режущих выступов в предшествующей измельчающей зоне в радиальном направлении плоского участка, при этом угол накачивающих режущих выступов в самой наружной измельчающей зоне составляет от 5 до 50 градусов, так что эти выступы в самой наружной измельчающей зоне создают в целом накачивающее действие на измельчаемый материал.
Накачивающий режущий выступ представляет собой выступ, который создает в массе частиц, подлежащих измельчению, как компонент окружной скорости, так и компонент вертикальной скорости, направленные вдаль от центра измельчающей поверхности. Направление угла между накачивающим режущим выступом и радиусом измельчающей поверхности противоположно направлению вращения ножей рафинера, это направление угла считается положительным направлением угла режущего выступа.
Таким образом, обеспечивается улучшенная подача материала от плоского участка рафинера к ее коническому участку. По сравнению с решениями уровня техники время пребывания волокон, подлежащих измельчению, сокращается, а их скопление уменьшается в точке перехода между плоским участком и коническим участком. Когда подачу массы от плоского участка рафинера к ее коническому участку следует увеличить без существенного отрицательного воздействия на качество массы или определенное энергопотребление рафинера, выбирают маленький угол режущих выступов, который тем не менее усиливает поток от плоского участка к коническому участку. Несмотря на то, что маленький угол режущих выступов значительно не изменяет энергопотребление, подача от плоского участка к коническому участку усиливается так, что производительность рафинера может быть повышена. В то же время осевые нагрузки рафинера уменьшаются. Когда энергопотребление рафинера необходимо снизить, выбирают бóльший угол режущих выступов. По сравнению с решениями уровня техники угол режущих выступов, составляющий от 10 до 40 градусов или от 20 до 35 градусов, например, обеспечивает не только увеличенную подачу, но также значительную экономию энергии при измельчении.
Некоторые варианты изобретения далее описаны более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - схематичный вид рафинера, в котором может быть использована описанная измельчающая поверхность;
Фиг.2 - схематичный вид режущего сегмента плоского участка рафинера;
Фиг.3 - схематичный вид второго режущего сегмента плоского участка рафинера;
Фиг.4 - схематичный вид третьего режущего сегмента плоского участка рафинера;
Фиг.5 - схематичный вид четвертого режущего сегмента плоского участка рафинера;
Фиг.6 - схематичный вид в поперечном сечении фрагмента измельчающей поверхности плоского участка статора рафинера и измельчающей поверхности плоского участка ротора рафинера;
Для большей ясности некоторые варианты выполнения изобретения на чертежах упрощены. Одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями.
На Фиг.1 представлен схематичный вид рафинера 1 для измельчения волокнистого материала. Рафинер 1 снабжен неподвижным статором 2, прикрепленным к раме, не показанной на Фиг.1, статор 2 содержит рамную часть 3 и измельчающую поверхность 4, состоящую из режущих выступов и канавок, т.е. ножа или набор ножей. Дополнительно, рафинер 1 снабжен ротором 6, предназначенным для вращения валом 5 и мотором, который не показан, при этом ротор 6 содержит рамную часть 7 ротора 6 и измельчающую поверхность 8, состоящую из режущих выступов и канавок, т.е. ножа или набора таких ножей. Измельчающая поверхность 4 статора 2 состоит из плоского участка 4', который расположен по существу перпендикулярно валу 5, и конического участка 4'', расположенного под определенным углом к плоскому участку 4'. Соответственно, измельчающая поверхность 8 ротора 6 состоит из плоского участка 8', расположенного по существу перпендикулярно валу 5, и конического участка 8'', расположенного под углом к плоскому участку 8', соответствующим углу между плоским участком 4' и коническим участком 4'' измельчающей поверхности 4 статора. Ротор 6 расположен на расстоянии от статора 2 так, что остается зазор 11 между измельчающей поверхностью 8 ротора 6 и измельчающей поверхностью 4 статора 2. Размер зазора на коническом участке и на плоском участке может быть предпочтительно отрегулирован путем перемещения ротора 6 ближе или дальше от статора 2 посредством вала 5. Зазор на плоском участке может быть отрегулирован отдельно путем перемещения статора 2 ближе или дальше от ротора 6. Волокнистый материал, подлежащий измельчению, подается шнеком 12, например, через центр плоских участков 4', 8' измельчающих поверхностей 4 и 8 к зазору 11, в котором волокнистый материал измельчается и одновременно перемещается между плоским участком 4' измельчающей поверхности 4 статора 2 и плоским участком 8' измельчающей поверхности 8 ротора 6 к участку между коническими участками 4', 8' в измельчающем зазоре 11, и в итоге - из измельчающего зазора 11. Специалистам в данной области техники знакома общая структура и принцип работы рафинеров, и, следовательно, они не будут описаны подробно в настоящем контексте.
Фиг.2 изображает схематичный вид режущего сегмента 13 в плоском участке 8' измельчающей поверхности 8 ротора 6, при этом сегмент формирует часть общей измельчающей поверхности плоского участка 8' ротора 6. Подобный режущий сегмент может быть использован также в плоском участке 4' измельчающей поверхности 4 статора 2. Режущий сегмент 13 с Фиг.2 снабжен двумя измельчающими зонами, первой или внутренней измельчающей зоной 14 в направлении радиуса R измельчающей поверхности, и второй или наружной измельчающей зоной 17 в направлении радиуса R измельчающей поверхности. Измельчающая зона 14 содержит режущие выступы 15 и канавки 16 между режущими выступами. Режущие выступы 15 осуществляют измельчение волокнистого измельчаемого материала, и канавки 16 переносят вперед волокнистый материал, подлежащий измельчению, а также измельченный материал, и также осуществляют отвод пара, образующегося в ходе измельчения, от зазора 11. В ходе измельчения волокнистого материала этот материал перемещается вперед от внутренней измельчающей зоны 14 к наружной измельчающей зоне 17, т.е. к самой наружной измельчающей зоне 17, в направлении радиуса R режущего сегмента 13. Измельчающая зона 17 дополнительно содержит режущие выступы 18 и канавки 19, которые на Фиг.2 более узкие, чем режущие выступы и канавки внутренней измельчающей зоны 14, для обеспечения большей эффективности измельчения. Режущие выступы 18 наружной измельчающей зоны 17 имеют такую конфигурацию, что обеспечивают накачивающее действие путем регулирования угла α между режущими выступами 18 и радиусом R измельчающей поверхности плоского участка до особого угла относительно радиуса R, при этом угол режущих выступов α больше угла между режущими выступами 14 во внутренней измельчающей зоне 14 и радиусом R измельчающей поверхности на плоском участке. Угол α между радиусом R и режущими выступами 17 наружной измельчающей зоны может составлять от 5 до 50 градусов, например.
Накачивающий режущий выступ представляет собой выступ, который создает для массы частиц, подлежащей измельчению, как окружной компонент скорости, так и компонент скорости, направленный вдаль от центра измельчающей поверхности в направлении радиуса R измельчающей поверхности. Угол α между накачивающим режущим выступом и радиусом R измельчающей поверхности, таким образом, направлен противоположно направлению вращения измельчающей поверхности, как показано на Фиг.2, где стрелкой А обозначено направление вращения ротора 6. Это направление режущих выступов, как правило, называется положительным направлением угла режущих выступов. Направление режущих выступов 18, естественно, также определяет направление режущих выступов 19.
На Фиг.2 показано расположение режущих выступов наружной измельчающей зоны 17, или самой наружной измельчающей зоны из трех или более измельчающих зон, на наружном периметре измельчающей поверхности, что позволяет улучшить подачу измельчаемого материала от плоского участка рафинера 1 к ее коническому участку. По сравнению с техническими решениями уровня техники время пребывания измельчаемых волокон в точке перехода между плоским участком и коническим участком сокращается, а их скопление снижается. Небольшой угол режущих выступов, который тем не менее увеличивает поток от плоского участка к коническому участку, позволяет существенно улучшить подачу от плоского участка к коническому участку без существенного отрицательного воздействия на качество массы. По сравнению с малым углом большой угол режущих выступов больше увеличивает подачу от плоского участка к коническому участку, таким образом позволяя снизить энергопотребление рафинера. Поэтому угол α режущих выступов предпочтительно составляет 10-40 градусов, более предпочтительно - 20-35 градусов, что позволяет не только осуществлять подачу с большей эффективностью, но также сберегать энергию при измельчении по сравнению с техническими решениями уровня техники. Такой угол режущих выступов измельчающей зоны, перед самой наружной измельчающей зоной, меньше угла накачивающих режущих выступов в самой наружной измельчающей зоне, предотвращает слишком быстрое перемещение измельчаемого материала из режущего зазора на плоском участке рафинера, и, следовательно, качество измельченного материала не ухудшается.
В сегменте по Фиг.2 все режущие выступы 18 самой наружной измельчающей зоны 17 являются накачивающими режущими выступами, а их угол α остается постоянным в направлении радиуса R измельчающей поверхности от центра измельчающей поверхности к периферии измельчающей поверхности. На Фиг.3 показан режущий сегмент 13, в котором угол α режущих выступов 18 в самой наружной измельчающей зоне 17 увеличивается в направлении радиуса R измельчающей поверхности от центра измельчающей поверхности к периферии измельчающей поверхности. В сегменте по Фиг.3 режущие выступы изогнуты так, что в начале самой наружной измельчающей зоны, т.е. со стороны внутренней измельчающей зоны, режущие выступы по существу параллельны радиусу R, однако их угол α увеличивается относительно быстро к периферии режущего сегмента, посредством чего режущие выступы 18 по меньшей мере на самом наружном участке самой наружной измельчающей зоны 17 измельчающей поверхности представляют собой накачивающие режущие выступы.
На Фиг.4 показан сегмент 13, имеющий три измельчающие зоны: самую внутреннюю измельчающую зону 14, снабженную режущими выступами 15 и канавками 16, самую наружную измельчающую зону 17, снабженную режущими выступами 18 и канавками 19, и, между самой внутренней измельчающей зоной 14 и самой наружной измельчающей зоной 17, - среднюю измельчающую зону 23, снабженную режущими выступами 24 и канавками 25. В сегменте 13 по Фиг.4 лишь часть режущих выступов 18 самой наружной измельчающей зоны 17 в направлении радиуса R измельчающей поверхности предназначены для накачивания, как описано выше, и соответственно увеличения подачи волокнистого измельчаемого материала от плоского участка рафинера 1 к ее коническому участку. Угол α накачивающих режущих выступов 18 сегмента 13 по Фиг.4 выбирают так, что режущие выступы самой наружной измельчающей зоны 17 оказывают в целом накачивающее действие на измельчаемый материал, т.е. самая наружная измельчающая зона обеспечивает продуктивное накачивающее воздействие, усиливающее поток от плоского участка к коническому участку, независимо от того, присутствуют ли в самой наружной измельчающей зоне сдерживающие режущие выступы, или же режущие выступы, не влияющие на перемещение массы в зазор.
Сдерживающий режущий выступ представляет собой выступ, который создает в массе частиц, подлежащей измельчению, как окружной компонент скорости, так и компонент скорости в направлении радиуса R к центру измельчающей поверхности. Другими словами, группа сдерживающих выступов стремится предотвратить перемещение волокнистого измельчаемого материала из зазора между измельчающими поверхностями.
На Фиг.5 показан сегмент 13, в котором режущие выступы 15, 18 как внутренней измельчающей зоны 14, так и наружной измельчающей зоны 17, изогнуты, при этом угол α режущих выступов 18 в наружной измельчающей зоне 17 относительно радиуса R измельчающей поверхности больше угла режущих выступов 15 во внутренней измельчающей зоне 14. На Фиг.5 дополнительно схематически показаны заградители 20 потока, расположенные на дне канавок 16 и 19, отвечающие за ограничение и направление потока измельчаемого материала.
Варианты измельчающей поверхности по Фиг.2-5 имеют две или три измельчающих зоны. Однако четыре или более измельчающих зон также возможны, а измельчающая зона, являющаяся самой наружной в направлении радиуса R измельчающей поверхности, может быть снабжена режущими выступами, расположенными по меньшей мере на части длины в направлении периферии измельчающей поверхности, при этом эти режущие выступы являются накачивающими, а их угол относительно радиуса R больше угла режущих выступов предшествующей измельчающей зоны в направлении радиуса R измельчающей поверхности, при этом угол режущих выступов в самой наружной измельчающей зоне составляет от 5 до 50 градусов. В данном варианте режущие выступы могут быть выполнены либо только на измельчающей поверхности ротора, либо на измельчающих поверхностях как ротора, так и статора. Если качество массы следует поддерживать по существу постоянным, то самая наружная измельчающая зона плоского участка 4' измельчающей поверхности 4 может быть сдерживающей, посредством чего угол совпадения между режущими выступами самых наружных измельчающих зон измельчающей поверхности ротора и измельчающей поверхности статора остается малым. Самая наружная измельчающая зона на плоском участке 4' статора может быть сдерживающей путем обеспечения того, что по меньшей мере часть режущих выступов в самой наружной измельчающей зоне являются сдерживающими.
Существуют различные способы выполнения режущих выступов на внутренних измельчающих зонах плоского участка 4' измельчающей поверхности 4, т.е. на других зонах, нежели самая наружная измельчающая зона 17. Например, режущие выступы могут быть выполнены так, чтобы угол режущих выступов между радиусом R и режущим выступом увеличивался, уменьшался или оставался постоянным к периферии измельчающей поверхности. Режущий выступ может иметь традиционную V-образную форму, как схематично показано на Фиг.2 позицией 21. На практике режущие выступы во внутренних измельчающих зонах могут иметь любую известную форму. Например, если измельчающая поверхность снабжена тремя измельчающими зонами, при этом самая наружная из зон естественно подобна описанной выше, угол режущих выступов в самой внутренней измельчающей зоне может составлять от 10 до 85 градусов, например, и от -25 до +25 градусов, например, в средней зоне. Самая внутренняя зона обладает стимулирующим воздействием на перемещение измельчаемого материала, и это воздействие может уменьшаться в средней зоне для обеспечения лучшего результата измельчения, или дополнительно стимулируется путем выбора положительного угла измельчения, если целью является снижение энергопотребления. Углы режущих выступов обеспечивают средства регулирования времени пребывания массы в различных измельчающих зонах рафинера. Это позволяет по желанию регулировать результат измельчения и энергопотребления. Чем больше положительный угол режущих выступов, тем большую экономию энергии можно получить благодаря снижению времени пребывания и, таким образом, росту производительности. Отрицательный угол режущих выступов используется для увеличения времени пребывания в измельчающем зазоре. Отрицательный угол режущих выступов, таким образом, означает сдерживающий угол режущих выступов. В соответствии с описанным решением, в этом случае угол режущих выступов в самой наружной измельчающей зоне больше угла режущих выступов в предшествующей зоне, так что выбранный угол режущих выступов составляет от 5 до 50 градусов по меньшей мере на конце измельчающей зоны, в окрестности периметра измельчающей зоны.
Подача волокнистого материала от плоского участка рафинера к ее коническому участку может быть дополнительно усилена при помощи решения, показанного на Фиг.6, в котором высота режущих выступов статора уменьшается на концевой части самой наружной измельчающей зоны плоского участка, а высота режущих выступов ротора увеличивается к коническому участку рафинера. Поскольку высота режущих выступов статора уменьшается, глубина канавок режущих выступов также соответственно уменьшается, а если высота режущих выступов ротора увеличивается, то глубина канавок ротора также увеличивается.
Данное решение усиливает вращательное движение в измельчаемом волокнистом материале, и он с большей силой перемещается к коническому участку. Более низкая конструкция ножей статора в непосредственной окрестности периферии плоского участка ротора рафинера предотвращает обратный поток измельчаемого материала от конического участка к плоскому участку. На Фиг.6 также показан фрагмент, показывающий направляющий элемент 22, расположенный на коническом участке, для направления измельчаемого материала, который перемещается от плоского участка к коническому участку между измельчающими поверхностями статора и ротора на коническом участке рафинера.
В некоторых случаях признаки, описанные в настоящем заявлении, могут быть использованы сами по себе, независимо от других признаков. С другой стороны, признаки, описанные в данной заявке, могут объединяться иначе для образования других комбинаций, если требуется.
Чертежи и вышеприведенное описание служат лишь для иллюстрации изобретения. Детали изобретения могут варьировать в пределах объема формулы изобретения.