Гидродинамический ударно-вибрационный дисмембратор мокрого сверхтонкого помола

Полезная модель относится к оборудованию по механизации сельского хозяйства, предназначена для сверхтонкого мокрого помола торфа, бурого угля, биогумуса, других  измельчаемых материалов с твердостью частиц до 80 МПа  и получения при этом стабильно-устойчивых высокодисперсных эмульсий, суспензий, золей, гелей и паст, а также интенсификации процессов растворения и экстрагирования фульвогуминовых кислот,  изменения физико-механических параметров жидкости, суспензий и эмульсий, деструкции молекулярных соединений гомогенизированных, жидких, мало или средне-вязких эмульсий и суспензий, многокомпонентных  трудносмешиваемых и нерастворимых частиц торфа, бурого угля, биогумуса и других аналогичных активных органических соединений.
Гидродинамический ударно-вибрационный дисмембратор мокрого сверхтонкого помола также может использоваться в медицинской промышленности для приготовления лекарственных препаратов  из растительного сырья, в пищевой промышленности  для приготовления кетчупов, соусов, йогуртов, майонезов, фруктово-ягодных паст, пюре и других аналогичных продуктов, а также в строительной, химической и других отраслях промышленности.
Все более широкое промышленное применение получают мельницы с большей скоростью приложения разрушающих усилий, чем у барабанных мельниц. К ним относятся вибрационные, центробежные, струйные, планетарные, вихревые и другие измельчители, дезинтеграторы, дисмембраторы, аттриторы.
Удельная производительность таких мельниц в несколько раз выше, чем у обычных классических барабанных шаровых мельниц. Интенсивность передачи энергии от привода мельницы к измельчаемому продукту в данных мельницах на порядок превосходит также щековые, конусные дробилки, молотковые, кулачковые, ножевые,  пружинные и др. измельчители.
Такие мельницы имеют высокую энергонасыщенность и, как правило, небольшие размеры, поэтому их применяют при необходимости измельчения относительно небольших объемов материалов.
Известен дезинтегратор (патент  RU 1530244, МПК В02С 13/22, 2000), содержащий корпус, в котором на вертикальных валах закреплены диски с ударными элементами в виде бил прямоугольной формы. На тыльной стороне поверхности нижнего диска, имеющего стаканчатую форму,  установлены ударные элементы (била, пальцы), а на торцевой поверхности имеются концентрично расположенные отверстия, наклоненные к ней под углом 45°.
Известен дезинтегратор (патент  RU  173223, МПК В02С 13/22, 2006), выполнен в виде центробежного гидродинамического насоса, содержащего диспергирующий узел в виде «круглых бесконечных ножниц», и  неподвижного кольцевого статора, выполненного в виде косозубых шестерен со срезанными ножками зубьев, образующих сквозные отверстия каналы со стороны выхода суспензии из внутренней полости ротора, внутри которого расположена центробежная крыльчатка, в сторону кольцевого статора, имеющего микрометрический зазор с ротором в сторону тангенциального нагнетающего патрубка рабочей камеры корпуса дезинтегратора.
К недостаткам описанных конструкций дезинтеграторов относятся:
- проблемы с масштабированием  дисмембраторов, дезинтеграторов в сторону увеличения их размеров, связанные с большими перегрузками, которые испытывают роторы при  высоких (более 200 м/сек) линейных скоростях обечайки роторов;
- большие скорости, на которых пальцы дезинтегратора  соударяются с измельчаемым материалом, вызывают значительный их износ, который с интенсификацией процесса (ростом скорости) и ростом  размеров измельчаемых частиц еще более увеличивается. Поэтому их предпочтительнее использовать на неабразивных материалах (лучше хрупких) размером частиц 5-10 мм.
Наиболее близким к предлагаемой  полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является дисмембратор (патент RU  171086, МПК В02С 13/00, 2006),  содержащий   крыльчатку  в виде фрезы, имеющей наваренную твердосплавным электродом периферийную режущую часть. Стационарные комбинированные калибровочные ножи кольцевого статора, имеющего микрометрический зазор  с крыльчаткой, выполнены в виде кольца с перфорированными калибровочными отверстиями, причем на периферийной части крыльчатки, на границе наварки лопастей,  выполнен ряд отверстий меньшего диаметра, чем калибровочные отверстия в кольцевом статоре.
Однако, как показывает практика, конструкция известного дисмембратора имеет недостаток, заключающийся в том, что при его изготовлении и сборке невозможно обеспечить размер микрометрического зазора  между неподвижным статором и вращающимся ротором  менее 0,1 мм.
При установлении зазора менее 0,1 мм происходит заклинивание всей конструкции из-за неточностей изготовления деталей и  неравномерности затяжек стягивающих шпилек при сборке.
Поэтому для помола материала до размерности частиц менее 50 мкн такие конструкции, как и другие аналогичные,  использоваться не могут. Также следует иметь в виду, что при обработке суспензий в таких  измельчителях существует предельный уровень концентрации  частиц размерами до 10 мкн, который не должен  превышать  60-75%  от объема суспензии. При   увеличении  концентрации выше этого уровня   вязкость суспензий  резко возрастает, она  теряет свою текучесть и  переходит в пастообразное состояние.
Технической задачей  полезной модели является интенсификация процесса получения суспензии  торфа, бурого угля и биогумуса  дисперсностью менее 1 мкн  путем одновременного многофакторного воздействия на частицы измельчаемого материала гидродинамическими, истирающими, ударными и вибрационными нагрузками.
Поставленная техническая задача достигается тем, что гидродинамический ударно-вибрационный дисмембратор мокрого сверхтонкого помола, содержащий крыльчатку, выполненную в виде фрезы,  имеющей наваренную твердосплавным электродом периферийную режущую часть, а стационарные комбинированные калибровочные ножи кольцевого статора, имеющего микрометрический зазор с крыльчаткой выполнены в виде кольца с перфорированными калибровочными отверстиями, согласно полезной модели,   крыльчатка имеет прямые плоские лопатки, расположенные перпендикулярно к статору и  приваренные к втулке, имеющей сквозные отверстия между лопатками и боковой поверхностью фланца  ротора, стационарный статор, выполнен в виде кольца с перфорированными калибровочными отверстиями, лопатки крыльчатки – с оброванием секторных полостей, частично заполненных шаровыми мелющими телами при  неравномерной загрузке этими телами   секторных полостей создающих вибрационные колебания конструкции дисмембратора и мелющих тел на границе истирания продукта в периферийной зоне статора.
Сущность предполагаемой полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображена схема гидродинамического ударно-вибрационного дисмембратора мокрого сверхтонкого помола; на фиг. 2 роторно-статорная часть  дисмембратора с шаровыми мелющими телами, разрез А-А; на фиг. 3  схема расположения шаровых мелющих тел, исключающая их возможное  заклинивание.
Гидродинамический ударно-вибрационный  дисмембратор мокрого сверхтонкого помола содержит подпружиненную площадку 1 с закрепленным на ней электродвигателем 2, проставок  3  крепления к электродвигателю промежуточного фланца 4 и проставки 5, корпус 6 с всасывающим патрубком  7 и нагнетающим патрубком 8, втулку 9 крепления лопастей крыльчатки 10, коаксильно расположенный статор 11, прикрепленный винтовыми соединениями к проставку 5, промежуточный вал 12, соединяющий вал электродвигателя с втулкой 9 крыльчатки 10, шпильки 13 крепления проставка 3 с проставком 5 с расположенными между ними фланцем 4, шпильки 14 крепления корпуса 6 с проставком 5.
Роторно-статорная часть содержит втулку 9 с приваренными к ней лопатками 15,  которые также привариваются  и к фланцу 16 крыльчатки,  шаровые мелющие тела 17, расположенные в секторных частях, образованных втулкой 9, лопатками 15, фланцем 16, имеющим вращение с крыльчаткой  и стационарным фланцем корпуса 16.
На фиг.3 -  а, б и в даны различные схемы загрузки шаровых мелющих тел:
а – при однорядной заправке мелющих тел;
б – при двухрядной заправке мелющих тел;
в – в зоне приварки лопастей 15 крыльчатки 10 к втулке 9.
Гидродинамический ударно-вибрационный дисмембратор мокрого сверхтонкого помола работает следующим образом
После включения электродвигателя 2 получает вращение центробежная крыльчатка 10, состоящая из сваренных конструкций втулки 9, лопастей 15, фланца 16 и за счет создания зоны разряжения (вакуума) суспензия через всасывающий патрубок 7 попадает через сквозные пазы втулки 9 в секторные полости С, заполненные частично мелющими телами 17. По мере разгона шаровых мелящих тел 17, получающих принудительное вращение от лопастей 15 за счет центробежного ускорения мелющих тел вместе с суспензией устремляются к периферийной части статора 11, имеющего перфорированную кольцевую форму, коаксиально расположенного к ротору и закрепленного с помощью винтовых соединений к фланцу проставки 5.
Во избежание заклинивания шаровых мелющих тел лопасти крыльчатки 15 расположены перпендикулярно к статору 11. Концентричная поверхность, описываемая лопастями 15, имеет минимальный зазор с внутренним диаметром  статора в пределах до 0,1 м, а в процессе загрузки мелющими телами между фланцами корпуса 6 и фланцем 16 крыльчатки 10 (фиг. 3, а) должно быть выполнено условие при однорядной загрузке:
где      n     - расстояние между фланцами 6 и 16, м;
k   - количество шаровых мелющих тел в одном ряду;
ш
D   - диаметр шаровых мелющих тел, м.
ш
ш
При двухрядной загрузке  при К-1 (фиг. 3, б) зазор между мелющими телами должен составлять 1/3 D. Кроме того ширина сквозных отверстий втулки 9 (фиг. 3, в) для предотвращения проскакивания шаровых мелющих тел во внутреннюю часть втулки 9 должна составлять не менее 0,8 D. При размещении более мелких шаровых мелющих тел сквозные отверстия втулки в виде пазов можно заменить на ряд отверстий  диаметром , расположенных в шахматном порядке вдоль оси втулки 9.
В периферийной зоне измельчения на границе внутренней поверхности кольцевого статора 11 мелющие тела за счет центробежных сил прижимаются с усилием к плоскости статора, точкам сопряжения между шарами (фиг. 3,б) пропорционально частоте вращения  крыльчатки, а сектор, имеющий меньшее количество шаров по отношению к остальным 7 секторам создает вибрационные колебания амплитудой и частотой, определяемой реологическими свойствами измельчаемого материала (торфа, бурого угля, биогумуса) за счет переноса энергии шаровыми мелющими телами на измельчаемый продукт. Во избежание усиленного износа подшипников в электродвигателе и других частях конструкции, дисмембратор устанавливается на подпружиненную площадку 1, гасящую вибрационные нагрузки на электродвигатель и дисмембратор.  Усилия, воспринимаемые пружинами должны регулироваться  степенью сжатия пружин, а подсоединение всасывающих и нагнетающих патрубков после муфт крепления  должны осуществляться армированными резиновыми шлангами.
Преимущества гидродинамического ударно-вибрационного дисмембратора мокрого сверхтонкого помола перед известными конструкциями измельчителей заключается в следующем.
1. Соединены наилучшим образом достоинства дисмембратора, создающего мощный гидродинамический поток суспензии с одновременным использованием принципа измельчения  в вибрационных шаровых мельницах, таким образом, в одном устройстве совмещаются операции подачи суспензий и измельчения ее частиц.
2. Шаровые вибрационные мельницы, аттриторы, а также молотковые  дробители, работающие на сухом измельчении материалов, при работе имеют интенсивный износ рабочих мелющих тел, молотков, кулачков и корпуса, вследствие нагрева элементов конструкции до температур свыше 100°С и требуют принудительного охлаждения проточной холодной водой или воздухом.
3.  Дисмембратор осуществляет измельчение продукта до требуемого гранулометрического размера его частиц в гидродинамическом потоке суспензий за счет времени измельчения и объема суспензий, проходящих в режиме «дисмембратор – емкость – дисмембратор» без остановок и выгрузки готового продукта и его отделения от мелющих тел.
4. Простота конструкции позволяет использовать труд малоквалифицированного обслуживающего персонала. Высокий КПД обеспечивается отсутствием сплошных зон перекрытия крыльчатки и статора, обеспечивающих сплошной поток суспензии через мелющие тела и отверстия статора.