СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ СУСПЕНЗИИ ВО ВСТРЕЧНЫХ ВРАЩАЮЩИХСЯ ПОТОКАХ
METHOD AND DEVICE FOR GRINDING SUSPENSION IN OPPOSITE ROTATING STREAMS

Группа изобретений относится к способу и устройству для активации (измельчения) суспензии и может быть использовано в строительстве, производстве строительных материалов, угольной энергетике, а также других отраслях, в которых используются суспензии.
Из уровня техники известно устройство для активации суспензии (см. патент РФ на полезную модель RU 152869, 20.06.2015), представляющее собой дисковый измельчитель, содержащий камеру с входным и выходным патрубком, размещенный в камере вал, установленный с возможностью вращения, установленные на валу центробежные диски и размещенные между дисками неподвижные перегородки, проходящие от стенок камеры с обеспечением перекрытия периферийных частей дисков. При попадании суспензии между центробежными дисками и перегородками формируются турбулентные зоны самоизмельчения, за счет которых происходит активный размол твердых частиц суспензии.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ и устройство для измельчения суспензии (строительной смеси), раскрытые в патенте РФ RU 2385765, 10.04.2010. Устройство содержит замкнутый неподвижный цилиндрический корпус с входным и выходным отверстиями и установленный в корпусе на валу диск. При этом на торцевой стенке корпуса и на диске выполнены концентрические лабиринтные кольца, смещенные относительно друг друга в радиальном направлении с образованием открытых камер для последовательного перехода из одной в другую обрабатываемой смеси, а между лабиринтными кольцами соответственно неподвижной стенки и ротора выполнены расположенные по их окружности радиальные каналы и глухие радиальные каверны, причем неподвижная стенка выполнена с кольцевой проточкой для обогащения смеси. Согласно известному способу суспензия подается между неподвижной стенкой и лабиринтными кольцами и измельчается за счет взаимного соударения слоев суспензии в указанных камерах.
Недостатком аналогов является то, что они не обеспечивают достаточной эффективности измельчения.
Задачей группы изобретений является устранение недостатков аналогов.
Технический результат группы изобретений заключается в повышении эффективности измельчения твердых частиц суспензии, а также снижении износа рабочих органов устройства измельчения.
Указанный технический результат достигается в устройстве для измельчения суспензии за счет того, что оно содержит:
- первый вал, на котором установлен барабан, имеющий входное и выходное отверстия, при этом на внутренней поверхности боковой стенки барабана выполнены по меньшей мере два боковых кольцевых выступа, а на внутренней поверхности торцевой стенки выполнены по меньшей мере два торцевых кольцевых выступа, расположенных концентрически, и
- размещенный соосно первому валу второй вал, на котором установлены:
по меньшей мере два разгонных диска, расположенных внутри барабана с частичным перекрытием поверхности боковых выступов, при этом упомянутые диски чередуются с упомянутыми боковыми выступами, и
дополнительный диск, снабженный по меньшей мере двумя кольцевыми полками, частично перекрывающими упомянутые торцевые выступы барабана и чередующимися с этими выступами, при этом на концах торцевых выступов, а также кольцевых полок выполнены бортики, направленные к центру барабана и формирующие кольцевую пазуху для обрабатываемой суспензии,
причем первый и второй валы установлены с возможностью разнонаправленного вращения.
Кроме того, указанный технический результат достигается в частных вариантах заявленного устройства за счет того, что:
- первый и второй валы ориентированы горизонтально;
- первый и второй валы ориентированы вертикально;
- первый вал выполнен полым, а второй вал расположен внутри первого;
- входное отверстие барабана выполнено в его торцевой стенке, на которой выполнены торцевые выступы;
- выходное отверстие барабана выполнено в его торцевой стенке, противоположной стенке с входным отверстием;
- устройство содержит кожух, закрывающий барабан и снабженный загрузочной и выгрузочной воронками.
Указанный технический результат достигается в способе измельчения суспензии за счет того, что он включает:
- подачу суспензии в центральную часть барабана,
- разгон суспензии встречно вращающимися барабаном и дополнительным диском,
- последовательное заполнение суспензией всех кольцевых пазух торцевых выступов барабана и кольцевых полок дополнительного диска от центральной части барабана до его периферии с образованием кольцевых слоев измельчения,
- последовательное встречное столкновение потока поступающей суспензии с указанными слоями измельчения с обеспечением размола твердых частиц суспензии с их продвижением от центральной части барабана к его периферии;
- перемещение суспензии в зону разгонных дисков с обеспечением дополнительного измельчения твердых частиц суспензии за счет формирования турбулентных зон самоизмельчения между разгонными дисками и боковыми выступами барабана;
- выгрузку суспензии из барабана.
Кроме того, указанный технический результат достигается в частном варианте заявленного способа за счет того, что после выгрузки суспензию возвращают в барабан, осуществляя циклическую обработку до получения требуемого размера твердых частиц суспензии.
В заявленной группе изобретений используется конструкция, не содержащая рабочих элементов, подверженных критическим углам атаки, а твердые частицы обрабатываемой суспензии подвергаются самоизмельчению за счет столкновения встречных потоков без прямого удара об элементы конструкции измельчителя, при этом действие центробежной силы препятствует выносу тяжелых недоизмельченных частиц из зоны обработки. В результате повышается производительность и эффективность измельчения, снижается износ элементов измельчителя и их намол в обрабатываемый материал.
Изобретение поясняется фиг. 1, на которой показана предпочтительная конструкция устройства для измельчения суспензии.
Устройство представляет собой двухроторный измельчитель, содержащий кожух (1) с входной (2) и выходной (3) воронками, внутри которого установлен размольный барабан (4), образующий цилиндрическую помольную камеру, закрепленную на первом полом валу (5), приводимом во вращение первым двигателем (6).
Внутри первого вала (5) соосно ему установлен второй вал (7), приводимый во вращение вторым двигателем (8). При этом первый (5) и второй (7) валы выполнены с возможностью разнонаправленного вращения.
В торцевой стенке барабана (4) выполнено входное отверстие (9) для загрузки в барабан (4) суспензии, совмещенное с загрузочной воронкой (2), и выходное отверстие (10) для сброса отработанной суспензии в выгрузочную воронку (3), выполненное на противоположной торцевой стенке.
На внутренней поверхности боковой стенки (поверхности вращения) барабана (4) выполнены по меньшей мере два боковых кольцевых выступа (11), образованные разделительными кольцевыми элементами (перегородками) одинаковой ширины, ориентированными в плоскостях, перпендикулярных оси барабана (4) (на чертеже ориентированы вертикально).
На внутренней поверхности торцевой стенки (поверхность основания цилиндра) барабана (4) со стороны загрузочного отверстия (9) выполнены по меньшей мере два торцевых выступа (12), образованные кольцевыми элементами одинаковой ширины, расположенными концентрически и соосно барабану (4) (на чертеже ось кольцевых элементов ориентирована горизонтально).
На втором валу (7) установлены по меньшей мере два разгонных диска одинакового диаметра (13), а также дополнительный диск (14).
Разгонные диски (13) расположены так, что они частично перекрывают боковые выступы (11) барабана (4), при этом диски (13) и выступы (11) чередуются с образованием между ними лабиринтного канала.
Дополнительный диск (14) снабжен кольцевыми полками (15) одинаковой ширины, расположенными концентрически соосно валам (7) и (5) (на чертеже полки ориентированы вдоль горизонтальной оси). Кольцевые полки (15) частично перекрывают торцевые выступы (12) барабана (4) и чередуются с ними с образованием лабиринтного канала для прохождения суспензии. При этом на концах кольцевых полок (15) и торцевых выступов (12) выполнены бортики (16), ориентированные перпендикулярно оси валов (5, 7), и направлены к оси барабана (4) (к валам). Указанные бортики образуют кольцевые пазухи (17) для обрабатываемой суспензии.
Валы (5) и (7) могут быть ориентированы как горизонтально, т.е. как показано на фиг. 1, так и вертикально (на чертежах не показаны). При этом сила тяжести не оказывает существенного влияния на процесс обработки суспензии.
Способ измельчения суспензии реализуется следующим образом. Обрабатываемая суспензия через входную воронку (2) и отверстие (9) подается в центральную часть барабана (4) в зону обработки и попадает на первый торцевой выступ (12) вращающегося барабана (14). Происходит заполнение материалом кольцевой пазухи (17) первого выступа (12), и под воздействием центробежной силы в кольцевой пазухе (17), образованной бортиком (16), формируется кольцевой слой для измельчения («футеровочный пояс») по всей окружности. По мере нарастания количества материала суспензии излишки под действием центробежной силы выдавливаются из кольцевой пазухи и по лабиринтному каналу через зазор между выступом (12) и дополнительным диском (14) попадают на кольцевую полку (15) дополнительного диска (14) (см. фиг. 1) со скоростью, превышающей суммарную линейную скорость дисков под воздействием центробежного ускорения. Под воздействием центробежной силы материал подобным образом заполняет все кольцевые пазухи (17) торцевых выступов (12) и полок (15) от центра барабана (4) к его периферии. Вновь поступающий материал суспензии измельчается вследствие последовательного столкновения со слоями измельчения («футеровочными поясами») за счет встречного вращения барабана (4) и дополнительного диска (14). При этом наиболее тяжелые и крупные частицы удерживаются в зоне обработки ограничительным бортиком (16) под воздействием центробежной силы. Пройдя последовательно все кольцевые элементы от центра к периферии, суспензия попадает на внутреннюю поверхность барабана (4) и перемещается в сторону разгонных дисков (13). Под действием центробежной силы суспензия прижимается к стенке барабана (4), и в периферийной части образуются кольцевые зоны обработки (18), где создается давление, которое зависит от геометрических размеров барабана (4), диаметров дисков (13), плотности суспензии и скорости вращения валов (5) и (7). За счет кольцевых боковых выступов (11), разделяющих диски (13) в указанных зонах (15), отбрасываемый к периферии поток суспензии сталкивается со встречным потоком уже обработанной суспензии. При этом с учетом сил вязкостного трения прилегающие к диску (13) слои суспензии имеют скорости, относительно близкие к скорости точек диска (13) на поверхности прилегания, а скорость слоя, прилегающего к выступу (11) и стенке барабана (4), стремится к скорости барабана. В результате, в пространствах между дисками (13) и боковыми выступами (11) образуются турбулентные зоны (19), в которых происходит активное самоизмельчение твердых частиц суспензии (см. фиг. 1).
Наиболее крупные и тяжелые на текущий момент обработки твердые частицы суспензии не имеют возможности покинуть зону обработки (18), ограниченную выступами (11), в силу воздействия центробежных сил, что обеспечивает гарантированное измельчение. Измельченные частицы продвигаются по лабиринтному каналу между дисками (13) и выступами (11) барабана, после чего обработанная суспензия покидает барабан (4) через выходное отверстие (10) и попадает в выгрузочную воронку (3).
В процессе измельчения осуществляют регулирование объема подачи суспензии с обеспечением заданной нагрузки. Расстояние между дисками (13), между боковыми выступами (11), а также между торцевыми выступами (12) и между полками (15) выбирается исходя из свойств суспензии и требуемых параметров продукта.
Подача суспензии в камеру может осуществляться из пескового выхода гидроциклона.
Опционально измельчение может осуществляться циклически: после извлечения суспензии ее возвращают в камеру измельчителя, осуществляя обработку до получения требуемого размера твердого компонента.
Далее для примера раскрыта технология приготовления бетонной смеси с использованием заявленного способа.
Для приготовления бетонной смеси сначала по описанной технологии приготавливают суспензию из дозированных в требуемой пропорции воды и вяжущего вещества, способного к гидратации (цемент, граншлак, клинкер с гипсом и пр.). В процессе работы устройства происходит необходимое измельчение вяжущего вещества, активация и гомогенизация до образования однородной суспензии (цементного теста). Далее цементное тесто подают в бетоносмеситель и замешивают с заполнителями.
Предлагаемый способ обеспечивает повышение степени активации бетонной смеси, темпов твердения, более полное прохождение процесса гидратации цемента, снижение расхода вяжущего вещества и затрат на приготовление бетонной смеси за счет исключения из технологического процесса тонкого помола клинкера на цементных производствах и хранения непосредственно цемента во влагозащищенных хранилищах до момента использования.
Аналогично процессу приготовления цементного теста готовятся буровые и иные специальные растворы, при приготовлении которых требуются диспергация и гомогенизация.
Предлагаемый способ может быть использован:
- при производстве бетонных смесей и изделий из них;
- при производстве ячеистых бетонов;
- для приготовления и утяжеления буровых растворов;
- для приготовления водоугольного и водоторфного топлива.
Таким образом, в заявленном устройстве при реализации заявленного способа происходит интенсивное измельчение твердого компонента суспензии с активацией и нагревом. При этом осуществляется тонкий помол твердого компонента совместно с интенсивной гомогенизацией. Путем регулирования скорости вращения валов и геометрических параметров барабана и диска можно с высокой точностью получить требуемые параметры обработки суспензии. Предлагаемый способ и устройство отличаются высокой производительностью и эффективностью, обусловленной отсутствием мелющих тел и быстроизнашивающихся деталей, а также возможностью управления степенью измельчения.