МОДУЛЬНАЯ ЦЕНТРОБЕЖНАЯ МЕЛЬНИЦА БЕЛАШОВА
BELASHOV'S MODULAR CENTRIFUGAL MILL

Изобретение относится к модульным центробежным размельчающим установкам среднего, тонкого и сверхтонкого измельчения как мягких материалов, применяемых в пищевой промышленности, так и твердых материалов для строительства, при производстве стекла, керамики, цемента, измельчения твердого топлива, сжигаемого в котельных агрегатах тепловых электростанций, а также к смесительным устройствам для смешивания и измельчения шихты различного химического состава.
Известна полезная модель центробежной мельницы, содержащая установленные на двух вращающихся в противоположные стороны горизонтальных валах соответственно два рабочих органа. Каждый рабочий орган снабжен полым конусообразным диском с выходной цилиндрической частью со стороны большого диаметра конуса и двумя неподвижными патрубками для подачи размалываемого материала к рабочим органам, см. описание полезной модели RU 374 U1, кл. В02С 13/02 - аналог.
Известны способ и устройство для измельчения материала, содержащее корпус с осевым входным и выходным отверстием, цилиндрической камерой измельчения, в которой соосно установлены с возможностью встречного вращения два горизонтально расположенных ротора с внутренними кольцевыми рядами измельчающих элементов, обеспечивающих центробежное воздействие, причем между измельчающими элементами роторов проходят каналы, поперечное сечение которых имеет замкнутый контур, см. патент Российской Федерации №2166367, кл. В02С 7/08 - аналог.
Известна универсальная (модульная) центробежная мельница, содержащая систему дозирующих устройств и механизм подвода, связанные с отверстием для подачи измельчаемого материала, механизм отвода измельчаемого материала, кожух с рабочими органами, расположенный внутри рабочих органов механизм среднего измельчения материала, выполненный в виде молотков или бил, расположенных на разных уровнях и перекрывающих пространство между рабочими органами, механизм тонкого измельчения материала, расположенный во внутренней части внешних оснований рабочих органов и выполненный в виде разъемных вставок из взаимосвязанных между собой конструктивных элементов, которые взаимодействуют между собой через зазор, регулируемый механизмом сближения рабочих органов, уплотнитель, вал и механизм привода, см. заявку на изобретение №2001130157 A, кл. В02С 13/02 - прототип.
Цели изобретения - расширение функциональных возможностей каждого модуля центробежной мельницы среднего, тонкого и сверхтонкого измельчения материала, повышение качества выпускаемой продукции, удобство в эксплуатации, мобильность в транспортировке, технологичность, взаимозаменяемость всех узлов, деталей и механизмов при производстве и ремонте, снижение стоимости измельчения и уменьшение удельных затрат электрической энергии.
Сущность технического решения состоит в том, что каждый модуль центробежной мельницы среднего, тонкого и сверхтонкого измельчения материала содержит систему дозирующих устройств, механизм подвода и механизм отвода измельчаемого материала, кожух с подвижным и неподвижным рабочим органом, уплотнитель, где подвижный рабочий орган имеет правильную и неправильную, пропорциональную и непропорциональную геометрическую форму. Внутри подвижного и неподвижного органа размещен механизм среднего измельчения материала, который выполнен в виде четного или нечетного количества молотков или бил. Во внутренней части внешних оснований рабочих органов расположен механизм тонкого измельчения материала, который выполнен в виде четного или нечетного количества взаимосвязанных между собой конструктивных элементов, которые взаимодействуют между собой через зазор, регулируемый механизмом сближения рабочих органов. Для расширения функциональных возможностей модульной центробежной мельницы и выпуска продукции высокого качества на неподвижном органе дополнительно установлена система нагревания механизма тонкого измельчения материала, система охлаждения механизма тонкого измельчения материала, система гидравлического обеспечения и регулирования, система слежения и регулирования технологическим процессом, система подвижного уплотнителя, программное устройство, устройство регулировочного органа и устройство исполнительного клапана.
На фиг.1 изображен общий вид модульной центробежной мельницы среднего, тонкого и сверхтонкого измельчения материала.
На фиг.2 изображен механизм среднего измельчения материала.
На фиг.3 изображен механизм тонкого измельчения материала.
На фиг.4 - график работы модульной центробежной мельницы среднего, тонкого и сверхтонкого измельчения материала.
Модульная центробежная мельница среднего, тонкого и сверхтонкого измельчения материала, фиг.1, содержит систему дозирующих устройств 1, которая связана с механизмом подвода измельчаемого материала 2. Система дозирующих устройств выполнена из разновидных датчиков контроля и регулирования, а механизм подвода измельчаемого материала выполнен в виде червячного питателя. Механизм отвода измельчаемого материала 3 размещен на кожухе 4. Кожух 4 через систему подвижного уплотнителя 5 связан с валом 6. Система подвижного уплотнителя 5 выполнена в виде съемной вставки. Уплотнитель 7 связан с неподвижным рабочим органом 8. На валу 6 размещен подвижный рабочий орган 9, который выполнен в виде конусообразного диска, цилиндра, имеющего правильную и неправильную, пропорциональную и непропорциональную геометрическую форму. Внутри подвижного рабочего органа 9 и неподвижного рабочего органа 8 размещен механизм среднего измельчения материала, который выполнен в виде дезинтегратора, имеющего четное или нечетное количество молотков или бил. На подвижном рабочем органе 9 расположены молотки 10 или била 11, а на неподвижном рабочем органе 8 расположены молотки 13 или била 14. Механизм среднего измельчения материала подвижного органа 9 закреплен на валу 6 при помощи крепежного средства 12. Молотки или била механизма среднего измельчения материала расположены на разных уровнях и перекрывают внутреннее пространство между подвижным рабочим органом 9 и неподвижным рабочим органом 8. Механизм тонкого измельчения материала расположен во внутренней части внешних оснований рабочих органов 8, 9 и выполнен в виде вставок 15, 16 из взаимозаменяемых между собой конструктивных элементов, которые взаимодействуют между собой через зазор 17, регулируемый механизмом сближения рабочих органов. Механизм сближения рабочих органов выполнен в виде болта 18, пружины 19, маховика 20 и расположен между неподвижным рабочим органом 8 и основанием корпуса 21. Неподвижный рабочий орган 8 и основание корпуса 21 взаимодействуют со стойкой 22 через направляющие 23, 24, 25. Стойка 22 имеет крышку 26. Между стойкой 22 и крышкой 26 расположены элементы качения 27, 28, которые взаимодействуют с валом 6. Механизм сближения рабочих органов необходим для регулировки зазора 17 между подвижным рабочим органом 9 и неподвижным рабочим органом 8. Механизм сближения рабочих органов может содержать устройство ручного сближения рабочих органов и устройство автоматического сближения рабочих органов. Внутри неподвижного рабочего органа 8 расположена система нагревания механизма тонкого измельчения материала 29, которая выполнена из нагревательных элементов. Нагревательные элементы необходимы для помола и одновременной сушки, например, глины, мела, цемента или для помола и одновременной стерилизации некоторых пищевых компонентов, например изготовление панировочных сухарей и т.д. Внутри неподвижного рабочего органа 8 расположена система охлаждения механизма тонкого измельчения материала 30, которая выполнена в виде холодильного агрегата компрессионного или абсорбционно-диффузионного типа и необходима для помола и одновременного охлаждения некоторых полимерных материалов, которые не выносят нагрева, например поливинилхлорида и т.д. Нагревание или охлаждение измельчаемого материала необходимо для выпуска продукции высокого качества, которая имеет заданные физико-механические свойства измельчаемого материала. Система гидравлического обеспечения и регулирования 31 выполнена в виде компрессора, ресивера и необходима для увеличения турбулентного движения воздуха внутри рабочих органов 8, 9 при помощи избыточного давления воздушной струи, направленной в сторону вращения центрального вихря, и ускорения процесса размола измельчаемого материала. Избыточное давление воздуха через устройство исполнительного клапана 32, через отверстие 33 подается в рабочую зону подвижного и неподвижного органа 8, 9. Внутри неподвижного органа 8 расположена система слежения и регулирования технологического процесса 34, которая выполнена в виде датчиков контроля и регулирования, которые связаны с исполнительными механизмами. Система слежения 34 необходима для автоматического определения и поддержания температуры вставки 16 и выполнена в виде самопишущего регулирующего прибора 35, например КСМ-4, который связан с пирометрическим датчиком температуры и исполнительным механизмом. Система слежения 34 имеет устройство ручного или автоматического регулирования технологического процесса 36, которое выполнено в виде задатчика температуры, связанного с регулятором. Система дозирующих устройств 1 и механизм подвода измельчаемого материала 2 связаны с отверстием для подачи измельчаемого материала 37. Между отверстием для подачи измельчаемого материала 37 и механизмом подвода измельчаемого материала 2 расположено устройство регулирующего органа 38. Устройство регулирующего органа 38 может быть выполнено в виде пневматического или электромагнитного регулирующего клапана, шибера, заслонки и т.д. Перекрытие отверстия для подачи измельчаемого материала 37 устройством регулирующего органа 38 и подача избыточного давления от системы гидравлического обеспечения и регулирования 31 через регулирующее устройство исполнительного клапана 32 осуществляются программным устройством 39, которое может быть выполнено в виде контроллера. Вставки механизма тонкого измельчения 15, 16, фиг.3, могут быть выполнены в виде прочных взаимосвязанных между собой конструктивных элементов, которые имеют выступы 40 и каналы 41. От диаметра рабочих органов 8, 9, от количества оборотов механизма привода (механизм привода не показан), от ширины разъемных вставок 15, 16, от глубины проточек, от количества выступов 40, количества каналов 41, от зазора 17 между разъемными вставками 15, 16, который регулируется механизмом сближения рабочих органов, зависит степень помола, измельчаемого материала. Необходимо особо подчеркнуть, что механизм тонкого измельчения материала дополнительно выполняет роль сепаратора, который позволяет выпускать продукцию высокого качества, имеющего однородность измельчения материала, например, от 0,25 до 3 мкм. Для предотвращения повышенного износа конструктивных элементов механизма тонкого измельчения от центробежных и центростремительных сил измельчаемого материала разъемная вставка 16 неподвижного рабочего органа 8 имеет устройство защиты. Устройство защиты выполнено в виде выступа 42. В верхней части вставки механизма тонкого измельчения 16 размещено устройство отбора измельчаемого материала, которое выполнено в виде четного или нечетного количества углублений 43, отверстий, канавок или каналов 44. Устройство отбора измельчаемого материала облегчает отвод измельчаемого материала из зоны механизма тонкого измельчения материала. Для удобства ремонтных и восстановительных работ разъемные вставки механизма тонкого измельчения 15, 16 крепятся к рабочим органам 8, 9 при помощи штифтов или болтов. На фиг.4 изображен график работы модульной центробежной мельницы среднего, тонкого и сверхтонкого измельчения материала,
где:
tп - время полного цикла работы модульной центробежной мельницы среднего, тонкого и сверхтонкого измельчения материала, в течение которого подвижный рабочий орган 9 работает постоянно,
t1 - время открытия устройства регулирующего органа 38,
t2 - время загрузки измельчаемого материала через систему дозирующих устройств 1, механизм подвода измельчаемого материала 2 и отверстие 37 в зону рабочих органов 8, 9,
t3 - время закрытия устройства регулирующего органа 38,
t4 - время измельчения материала,
t5 - время открытия регулирующего устройства исполнительного клапана 32,
t6 - время подачи избыточного давления в зону рабочих органов 8, 9,
t7 - время закрытия регулирующего устройства исполнительного клапана 32.
Причем для надежной работы механизма тонкого измельчения материала подвижный орган 9 и неподвижный орган 8 должны быть смещены между собой как по горизонтали, так и по вертикали. Чем больше смещение рабочих органов, чем больше канавок в механизме тонкого измельчения материала, тем быстрее происходит процесс измельчения продукта. Внутри вставок 15, 16 должна быть размещена камера объемного нагружения, в середине которой установлены резонирующие и реверберирующие аэродинамические устройства, обеспечивающие скоростные высокочастотные соударения частиц измельчаемого материала.
Для обеспечения резонирующих свойств внутри камеры объемного нагружения выполнены углубления и проточки, которые выполняют функцию резонаторов, которые при помощи электрических или электроакустических методов связаны с ревербераторами, создающими акустические эффекты. Встречное вращение профилей подвижного и неподвижного органа создает движение воздуха, смешанного с измельчаемым материалом вокруг обтекаемых ими тел, которое вызывает аэродинамическое воздействие на измельчаемый материал.
Модульная центробежная мельница среднего, тонкого и сверхтонкого измельчения материала может быть выполнена в виде смесительного устройства для смешивания шихты различного химического состава и измельчения различных компонентов. Вставки рабочих органов механизма тонкого измельчения могут быть оборудованы магнитными устройствами для очищения измельчаемого продукта от металлических примесей.
Перед началом работы модульной центробежной мельницы среднего, тонкого и сверхтонкого измельчения материала необходимо произвести подготовительные работы. Во-первых, отрегулировать зазор 17 механизма сближения рабочих органов между вставками рабочих органов 8, 9 для выпуска продукции измельчаемого материала с заданными физико-механическими свойствами. Во-вторых, отрегулировать смещение между подвижным рабочим органом 9 и неподвижным рабочим органом 8 механизма тонкого измельчения материала. В-третьих, проверить все системы, узлы и механизмы.
Работает модульная центробежная мельница среднего, тонкого и сверхтонкого измельчения материала следующим образом.
При помощи программного устройства 39 производим открытие устройства регулирующего органа 38. Материал, который предназначен для измельчения, через систему дозирующих устройств 1, механизм подвода измельчаемого материала 2 поступает через отверстие 37 на механизм среднего измельчения материала. Через заданное время устройство регулирующего органа 38 закрывается. Количество подаваемого измельчаемого материала зависит от размеров рабочих органов, типа измельчаемого материала, степени помола, прочности измельчаемого материала и т.д. Механизм среднего измельчения материала под действием центробежных сил от подвижного рабочего органа 9 и четного или нечетного количества молотков или бил производит измельчение материала, путем раскола, дробления, размельчения и растирания материала от ударов молотков или бил 10, 11, 13, 14 по частицам материала, повторным соударением частиц с отражательными элементами рабочих органов 8, 9, а также между собой. Время нахождения измельчаемого материала между рабочими органами 8, 9 задается программным устройством 39 и зависит от типа измельчаемого материала. Далее программное устройство 39 открывает регулирующее устройство исполнительного клапана 32. Избыточное давление воздуха из системы гидравлического обеспечения и регулирования 31 подается в отверстие 33 неподвижного рабочего органа 8. Предварительно измельченный материал через устройство отбора измельчаемого материала, имеющее углубления 43, отверстия или каналы 44, поступает в механизм тонкого измельчения материала. Механизм тонкого измельчения материала производит помол измельчаемого материала до требуемой степени измельчения и получения продукта с заданными физико-механическими свойствами. Чем больше механизм тонкого измельчения материала содержит выступов 40, каналов 41 и чем меньше зазор 17 между разъемными вставками 8, 9, тем тоньше будет помол измельчаемого материала. Внутри вставок 15, 16 должна быть размещена камера объемного нагружения, в середине которой установлены резонирующие и реверберирующие аэродинамические устройства, обеспечивающие скоростные высокочастотные соударения частиц измельчаемого материала. В процессе работы зазор 17 между рабочими органами 8, 9 можно регулировать механизмом сближения рабочих органов. При измельчении материала повышенной прочности, без предварительной подготовки механизмом грубого измельчения материала, и увеличении гидравлического давления между рабочими органами 8, 9 увеличивается производительность модульной цилиндрической мельницы, но резко возрастает износ вставок 15, 16 механизма тонкого измельчения материала. Далее измельченный продукт отводится от модульной центробежной мельницы через механизм отвода измельчаемого материала 3. Для расширения функциональных возможностей модульной центробежной мельницы среднего, тонкого и сверхтонкого измельчения материала и повышения качества выпускаемой продукции в неподвижном рабочем органе 8 расположена система нагревания механизма тонкого измельчения материала 29. Нагревательные элементы системы нагревания взаимодействуют с системой слежения и регулирования технологическим процессом 34, которая автоматически определяет и поддерживает температуру вставки 16, например, для измельчения и одновременной просушки мела, цемента или угля сжигаемого в котельных агрегатах тепловых электростанций, и т.д. Система нагрева применяется также для изменения физико-механических свойств измельчаемого материала, например сырье - глина с добавками других минералов - измельчается, перемешивается и обжигается. При обжиге на молекулярном уровне происходит спекание, обусловленное химическими реакциями в твердой фазе. Спекание и измельчение материала происходит по строго определенному режиму и приводит к получению материала, обладающего заданными химическими и физико-механическими свойствами. Система охлаждения механизма тонкого измельчения материала 30 предотвращает изменение физико-механических свойств измельчаемого материала, которые не выносят нагрева.
Модульная центробежная мельница среднего, тонкого и сверхтонкого измельчения материала удобна в эксплуатации, легко разбирается для транспортировки, уменьшает удельные затраты электрической энергии, снижает стоимость процесса измельчения материала и может быть использована в качестве смесительного устройства для смешивания шихты различных компонентов. Ступенчатость измельчения материала в одной конструкции и по отдельным модулям обеспечивает повышение эффективности, упрощение процесса измельчения и повышение качества выпускаемой продукции. Кроме того, механизм тонкого измельчения материала дополнительно выполняет роль сепаратора.
Справочные материалы
1. Общая химия. Автор Н.Л.Глинка. Издательство "Химия", Ленинградское отделение, 1988 год. На странице 495, 497 описан материал - диоксид кремния, кварц, горный хрусталь, кремень, гейс, обычный песок. На странице 422, 425 описан материал древесный уголь, костяной уголь, графит, алмаз. На странице 500-501 - керамика, цемент и т.д.
2. Производство древесно-волокнистых плит. Авторы И.Я.Дроздов, В.М.Кунин. М.: Высшая школа, 1975 год. На странице 150, 151 описана работа системы дозирующих устройств, у которых механизмом подвода и отвода волокнистых материалов производится при помощи червячных питателей. На странице 164, рис.89, описана работа системы регулирования механизмом сближения рабочих органов при помощи корпуса главного вала, поз.12, с гидравлическим прижимом дисков и, поз.13, штурвал сближения дисков.
3. Датчики контроля и регулирования. Авторы Д.И.Агейкин, Е.Н.Костина, Н.Н.Кузнецова. М.: Машиностроение, 1965 год; где со страницы 386 по страницу 452 описаны разновидности датчиков системы дозирующих устройств.
4. Наладка автоматических систем и устройств управления технологическими процессами. Справочное пособие под редакцией А.С.Клюева. М.: Энергия, 1977 год; где со страницы 123 по страницу 222 описана электрическая аппаратура автоматического контроля, программное и следящее регулирование, датчики температуры, регуляторы, гидравлическая аппаратура автоматического регулирования и на странице 287, 288 описана работа исполнительных механизмов.
5. Ремонт, наладка, испытание электробытовых приборов. Автор Б.Е.Фишман. М.: Легкая индустрия, 1975 год; где со страницы 16 по 126 страницу описаны холодильные агрегаты компрессионного типа, абсорбционно-диффузионного типа и термоэлектрические холодильные агрегаты.