Prallmühle Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Prall mühle zur Zerkleinerung von Teilchen durch die Schlagwirkung, die beim Anprallen derselben an einer Vielzahl von Zerkleinerungswandungen entsteht, die einen Rotor konzentrisch umgeben, der im wesent lichen radial verlaufende Kanäle aufweist, die von innen .nach aussen fortschreitend sich verringernden Querschnitt besitzen,
eine Abdeckplatte umfassen und den Durchfluss von Strömungsmedium und Teilchen unter Zentrifugalkraftwirkung zu ermöglichen geeignet sind, wobei jede Zerkleinerungswandung mindestens je eine im wesentlichen rechtwinkelig zu dem Weg der aus den Kanälen austretenden Teilchen gerichtet ange ordnete Schlagfläche umfasst.
Der Zerkleinerungsbetrag, der ein Mass für die Leistungsfähigkeit der Zerkleinerungsvorrichtungen ist, wird allgemein als der Betrag der neu spezifischen erzeugten Fläche, das heisst der spezifischen Fläche nach der Zerkleinerung, definiert, normalerweise aus gedrückt in .cm@/g, und es ist eine direkte Beziehung zwischen der neuen Fläche und der für ein gegebenes Material erforderlichen Energie vorhanden. Für einen hohen Wirkungsgrad muss somit die gesamte Ein gangsenergie darauf gerichtet werden, eine neue Fläche zu erzeugen, und Verluste, z. B.
Reibung, Pumpen des Strömungsmittels und Wirbelung, müssen beseitigt oder verringert werden.
Wenn der Zerkleinerungsbetrag oder die neue Fläche ansteigt, steigt die Intensität der Eingangs energie, das heisst, .die pro Tonne Material und pro Stunde erforderliche Energie an. Gleichzeitig werden Faktoren, die einen Energieverlust bewirken, wich tiger.
Derzeit wird die Zerkleinerung von Teilchen (oft Pulverisierung genannt) mittels Brechern, Rollen mühlen, Kugelmühlen, Hammermühlen, Schlagmüh len, Scheibenmühlen, Strahlmühlen, Schleuder-Staub- mühlen, usw., bewerkstelligt, von denen jede be stimmte Vorteile und Nachteile hat. Im allgemeinen ist jede Vorrichtungsart speziell für eine besondere Anwendung entwickelt, bei der die Vorteile die Nachteile überwiegen.
Demgemäss gibt es keinen Grundtyp .einer Zerkleinerungsvorrichtung, die viel seitig verwendet wird. Zum Beispiel ist eine Kugel- mühle zum Feinmahlen relativ wirkungsvoll. Für eine gegebene Kapazität ist diese Mühle jedoch gross und teuer und .leidet an dem Nachteil, dass das Stabili sieren nach dem Starten oder Ändern des Umfanges der Beschickung eine lange Zeit in Anspruch nimmt.
Eine übliche Hammermühle oder Schlagmühle ist auch für .das Feinmahlen oder Pulverisieren geeignet, jedoch haben bekannte Anordungen zwei Nachteile, welche ihren Wirkungsgrad verringern. Einmal erzeugen sie eine übermässige Luftwirbelung, die einen wesent lichen Teil der Eingangsenergie ohne einen entspre chenden Vorteil verbraucht.
Des weiteren sind diese Mühlen im allgemeinen so ausgebildet, dass sie das Material mehr als einem Schlag aussetzen, bevor die ses entnommen wird, womit Energie auf schlagende Teilchen vergeudet wird, die bereits in der Grösse ausreichend verringert sind. Die Strahlmühle ist am meisten für sehr feines Mahlen geeignet. Hierbei werden die Teilchen durch einen sehr schnellen Gas- oder Flüssigkeitsstrom beschleunigt, und es wird dann vorgesehen, dass sie aufeinander oder auf eine Zerklei nerungswandung stossen.
Bestenfalls ist diese Mühlen art nicht leistungsfähig und es wird normalerweise bedeutend mehr Flüssigkeit gepumpt, als dies für einen optimalen Betrieb notwendig ist, was weiterhin den gesamten Wirkungswiderstand verringert.
Eine bekannte Schleuder-Staubmühle zum voll ständigen Zermahlen von schon weitgehend zer kleinertem Maihlgut mit von Abrasivwandungen umge benen, Wurfkanäle aufweisenden Wurftellern hat den Nachteil, eine durch Wurftellerwellen- und -Lage rungsmittel zentral verbaute, die mit unerwünschten Asymmetrien behaftete seitliche Beschickung der Mühle voraussetzende Wurfteller-Aufgabeöffnung, an statt nur als Wurfstück unerwünschterweise auch als Zerkleinerungs- und vor allem als Aufwirbelungs- und Umwälzungsorgan wirkende,
nicht oder nur umständ lich auswechselbare Wurfkanalwandungen und das Mahlgut durch mit Reibungs- und Umwälzungsener- gieverlusten behaftete Reibungs- und Abrasivwirkung zerkleinernde Abrasivwandungen zu besitzen.
Zur frühzeitigen Zerstörung der Mühle führende Vibra- tions- und Abnützungserscheinungen und die nach teilige Verminderung der Zerkleinerungskapazität, und bei gleichbleibender Eingangsenergie, der nütz lichen Zerkleinerungsarbeit der Mühle sind die prak tisch untragbaren Folgen.
Zweck vorliegender Erfindung ist nun, eine Prall mühle zur Zerkleinerung von Teilchen zu schaffen, die von unerwünschten Vibrations- und Abnützungser scheinungen frei ist, deren der grössten Abnützungs- und Bruchbeanspruchung ausgesetzte Teile leicht aus wechselbar sind, die den Vorteil einer ummittelbaren Anpassung der Abgabe an eine Änderung der Be schickung besitzt, deren Zerkleinerungskapazität durch Asymmetrieerscheinungen nicht beeinträchtigt wird, die mit einem wesentlich höheren Wirkungsgrad als Schlag-, Hammer-,
Strahl- oder bekannte Schleu- der-Staubmühlen arbeitet und die denselben oder einen besseren Wirkungsgrad als eine Kugelmühle aufweist, dies bei Abmessungen und Kosten, die bei sonst gleichen Bedingungen nur einen Bruchteil der jenigen einer Kugelmühle und auch jene einer Schleu- der-Staubmühle kaum erreichen.
Die erfindungsmässige Prallmühle zeichnet sich dadurch aus, dass der Rotor eine freie zentrale Auf gabeöffnung umfasst, die im wesentlichen sich un mittelbar an eine die Form eines zylindrischen Rau mes aufweisende Beschickungsöffnung der Prallmühle anschliessend angeordnet ist, wobei genannte Kanäle sich radial von einem mit der Aufgabeöffnung benach barten Rotorbereich entfernend sich erstrecken,
min- destens in ihrem austrittsnahen Endbereich durch ersetzbare Schleifstreifen geformte Wandungen be sitzen und in eine mit den äusseren Kanalenden be nachbarte Kammer münden, deren Höhe diejenige der Kanalenden wesentlich übertrifft.
Die nachfolgende Beschreibung erörtert beispiels weise bevorzugte Ausführungsformen der Prallmühle nach vorliegender Erfindung anhand der Zeichnung, in der sind Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Prallmühle, gemäss der Erfindung, Fig. 2 ein Querschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1,
Fig. 3 ein vergrösserter Querschnitt eines Teiles der Vorrichtung der Fig. 1 und Fig. 4 eine vergrösserte Teilansicht der Schlag- oder Auftrefffläche. Die hauptsächlichen Teile der beschriebenen Prallmühle enthalten ein im wesentlichen zylin- drisches Gehäuse 10, das von einem Ständer 12 ge tragen ist und das einen Einlasstrichter 14 an seiner oberen Fläche und einen elektrischen Antriebsmotor 16 an seiner unteren Fläche trägt.
Das Gehäuse 10 weist einen Auftreffring 18 auf, gegen den die Teil chen mittels einer Rotoranordnung 20 gerichtet wer den. Der Aufprallring weist einen relativ massiven Aufbau auf und ist mit einer Vielzahl von in ge ringem Abstand angeordneten Kerben 19 versehen, wobei an einer Wandung 23 jeder Kerbe eine gehär tete, stählerne Schlagfläche 21, z. B. durch Hartlöten, angebracht ist. Jede Wandnug 23 hat somit eine Schlagfläche 21, die vorzugsweise flach ist.
Das fertige Produkt wird durch einen tangentialen Auslass 22 abgezogen.
Das Gehäuse enthält einen unteren kreisförmigen Plattenring 25, der an dem Ständer 12 angeschweisst ist und lösbar durch Schrauben 24 an einem Ring 26 befestigt ist, welcher an die Unterfläche eines Zwi schenrings 28 angeschweisst ist, wobei der Aussenteil dieses Ringes die untere Wand einer Kammer 30 bildet, durch welche der Strom der Flüssigkeit und der Teilchen hindurchgeht.
An dem inneren Umfange des Ringes 25 ist mittels Schrauben 32 ein Kragen 34 lösbar befestigt, an dem der Antriebsmotor 16 in axialer Ausrichtung mit der Mitte der Rotoranord- nung 20 entfernbar angebracht ist.
Die inneren und äusseren Wände der Kammer 30 sind durch zylindrische Teile 36 und 38 gebildet, die an der Grundplatte 28 angeschweisst sind. Ein Ring 40, dessen obere Fläche in geringem Abstand von der unteren Fläche der Rotoranordnung 20 steht, ist an seinem Aussenumfang mit dem zylindrischen Teil 36 und an seinem Innenumfang mit einem Lager tragteil 42 verschweisst, das ebenfalls an die untere Platte 28 angeschweisst ist.
An die obere Kante des äusseren zylindrischen Teiles 38 ist ein Ring 44 ge schweisst, an dem mittels Schrauben 46 ein Ring 48 befestigt ist, der die obere Wand der Kammer 30 bildet und an den eine obere Platte 50 geschweisst ist, welche die obere Fläche des Gehäuses 10 bildet. Der unten im einzelnen beschriebene Auftreffring 18 ist mittels Schrauben 52 an dem Ring 48 befestigt. Ein zylindrischer Kragen 54 ist mit seinem unteren Ende an die Platte 50 geschweisst und trägt an seinem oberen Ende einen, Ring 56, an dem ein den Trichter 14 tragender Zwischenteil 58 lösbar mittels Schrauben 60 befestigt ist.
Die Rotoranordnung 20 enthält einen Hauptteil 62 und einen oberen Abdeckteil 64, wobei diese beiden Teile durch Schrauben 66 und 68 miteinander ver bunden sind und zusätzlich durch Zapfen 70 in der gewünschten relativen radialen Lage gehalten werden.
In dem Hauptteil 62 des Rotors sind vier sich radial erstreckende Kanäle 72 gebildet, die sym metrisch zu der Achse des Rotors angeordnet sind. Die Kanäle sind an ihren äusseren Enden und an ihren inneren Enden offen und stehen in offener Verbin- dung mit einem ringförmigen Einlasshals 74 in der Mitte des Rotors unmittelbar unter dem Einlasstrichter 14. Die Wände der Kanäle sind durch gleiche Schleif- streifen 76 gebildet, die in eingefräste Nuten 78 ein gesetzt sind, die in dem Hauptkörper des Rotors ge bildet sind.
Die Streifen 76 sind in den Nuten 78 mit Gleitsitz aufgenommen und werden nur durch den oberen Abdeckteil 64 an ihrem Platz gehalten, um das leichte Entfernen zu ermöglichen. Jeder Streifen 76 ist mit einem konstanten Radius um seinen Mittel punkt gebogen und symmetrisch zu dem Radius des Rotors angeordnet. Zentrifugalkräfte auf die Streifen werden somit vollständig ausgeglichen und wirken als reine Zugspannung in den Streifen.
Der äussere Rand des Rotors ist von vier dünnen gleichen Blechstreifen 80 umgeben, die in Nuten eingeklemmt sind, die in dem Rotorteil 62 und der oberen Abdeckplatte 64 gebildet sind. Selbstverständlich erstreckt sich jeder Streifen 80 zwischen den gegenüberliegenden Enden eines der Schleifstreifen 76, um die äusseren Enden der Kanäle 76 unverschlossen zu lassen.
Die Rotoranordnung wird durch einen Zwischen kragen 82 angetrieben, der an ihrer unteren Fläche angeschweisst ist, die wiederum mittels eines oder mehrerer Stifte 84 mit einer Antriebskupplung 86 ver bunden ist, die durch den Hauptmotor 16 angetrieben wird. Ein vorgespannter und abgedichteter Lager aufbau 88 trägt drehbar den Kragen 82 innerhalb des feststehenden zylindrischen Teiles 42.
Eine obere Lageranordnung 90 mit gleichartigem Aufbau ist durch eine Mutter 92 an einem nach unten ragenden zylindrischen Abschnitt 94 des Teiles 58 einstellbar befestigt und ist mit engem Gleitsitz in einem sich nach. oben erstreckenden zylindrischen Vorsprung 96 aufgenommen, der mit dem Rotorabdeckteil 64 aus einem Stück gebildet ist, um eine Auflagerung für das obere Ende des Rotors zu erhalten.
Es ist darauf hinzuweisen, dass auf Grund dieses Aufbaues der Zugang zu dem Rotor und zu dem Inneren der Vorrichtung leicht möglich ist, indem einfach die Schrauben 46 entfernt werden. Dies ermöglicht das Entfernen des Trichters 14, der Lageranordnung 90, der oberen Platten 50 und 48 und des Auftreff- ringes 18, um das Auswechseln, das Einstellen oder die Wartung dieser Teile zu erleichtern.
Die ausdehnbaren Schleifstreifen 76 können er setzt werden, indem lediglich die Schrauben 66 und 68 und die obere Abdeckplatte 64 entfernt werden. Wegen der Drehwirkung des Rotors 20 unterliegt nur der Teil jedes Schleifstreifens im Betrieb einer Ab nutzung, der sich an einer Seite des Kanales 72 be findet.
Da die Schleifstreifen symmetrisch ausgebildet sind, müssen sie nicht nach einem Anfangszeitraum der Abnutzung ersetzt werden, sondern können ein fach umgedreht und wieder in die Nuten 78 einge setzt werden, um eine nicht abgenutzte Fläche der Schleifstreifen darzubieten. In jedem Falle unterliegt der relativ teure Rotorkörper niemals einer wesent lichen Abnutzung und hat somit eine grosse Betriebs dauer. Das durch den Trichter 14 zugeführte Material tritt in die Rotorkanäle 72 ein, falls sich der Rotor dreht, z. B. in der durch den Pfeil 100 in Fig. 2 an gegebenen Richtung.
Die in Drehrichtung hintere, durch einen Teil des Streifens 76 jedes Kanales ge bildete Wand erteilt den Teilchen eine tangentiale Geschwindigkeit, die gleich der Rotationsgeschwindig keit des Rotors ist. Wegen der auf die Teilchen wir kenden Zentrifugalkraft wird diesen auch eine radiale Geschwindigkeit nach aussen durch einen Kanal er teilt.
Die Teilchen verlassen somit den Kanal an dem Ende des Rotors und erhalten somit eine ballisti sche Flugbahn mit einer tangentialen Geschwindig keitskomponente v, die der Umfangsgeschwindigkeit des Rotors gleich ist, und mit einer radialen Ge schwindigkeitskomponente u.
Es kann mathematisch leicht gezeigt werden, dass die radiale Komponente u der tangentialen Kompo nente v unter idealisierten Bedingungen gleicht, die darin bestehen, dass 1. die Beschleunigung der Teil chen in der Mitte beginnt, und dass 2. keine Reibung zwischen den Teilchen und der Kanalwand vorhanden ist. In diesem Falle wird der Winkel A der ballisti- schen Flugbahn der Teilchen nach Verlassen der Scheibe 45 und die resultierende Geschwindigkeit vT wird gleich dem v-fachen der Quadratwurzel aus 2.
In der Praxis sind die idealisierten Bedingungen nicht erfüllt. Die Beschleunigung der Teilchen be ginnt in einem bestimmten Abstand r" von der Mitte und es ist ein bestimmter Reibungskoeffizient f zwi schen der hinteren Wand des Kanals 72 und den Teilchen vorhanden. Aus noch zu erläuternden Grün den ist die Kanalwand nicht radial, sondern ihre Er weiterung übertrifft einen bestimmten Abstand e von der Mitte der Scheibe.
Alle diese Faktoren sind be strebt, den Winkel A der Flugbahn der Teilchen zu ändern. Es kann jedoch gezeigt werden, dass die Wirkung von r. kleiner ist, wenn r. im Vergleich zu dem Radius des Randes des Rotors klein ist. Die Wirkung des Reibungskoeffizienten kann leicht be rechnet werden.
Die Wirkung des ausserhalb der Mitte liegenden Abstandes e besteht darin, den Winkel A ungefähr um eI2R zu verringern, wobei R der Radius des Rotors ist.
Wenn diese Ergebnisse auf einen praktischen Fall angewendet werden, hat sich herausgestellt, dass der Winkel A der Flugbahn bestrebt ist, etwa 40 anstelle von 45 , wie für idealisierte Bedingungen errechnet wird, zu werden. Es wird später klar werden, dass ein Fehler von einigen Graden in der Berechnung von A unbedeutend ist.
Auf Grund der Reibung zwischen den Teilchen und den Schleifstreifen 76 ist die resultierende Ge schwindigkeit längs der Flugbahn vT kleiner, als diese unter reibungslosen Bedingungen sein würde. Dies be deutet einfach, dass die gesamte Eingangsenergie nicht in kinetische Energie der Teilchen umgewandelt wor den ist. Der Energieverlust auf Grund der Reibung ist gleich der halben Differenz des Quadrates des theoretischen .vr--und.des Quadrates des tatsächlichen v, -Vielfachen der Massenströmung der Teilchen.
In praktischen .Fällen ist gefunden worden, -dass dieser Energieverlust in- der Grössenordnung von 10 bis 15 der theoretischen kinetischen Energie der Teilchen nach dem Verlassen -des Rotors liegt. Somit wird jedem in den Rotor eintretenden Teilchen dieselbe Geschwindigkeit gegeben, und das Teilchen verlässt den Rotor unter demselben Winkel A .der Flugbahn, wobei diese beiden Werte leicht- theoretisch festgestellt werden können. Jedes Teilchen hat somit dieselbe spezifische Energie, .z.
B. ausgedrückt in Zollpfund pro Pfund, und -die -gesamte Energie der Teilchen ist gleich 85 bis 90 % der Eingangsenergie abzüglich von Verlusten, ausser den Reibungsverlusten der Teilchen.
Um die Zerkleinerung der Teilchen zu erreichen, was Zweck der Erfindung ist, bleibt es lediglich übrig, die kinetische Energie jedes Teilchens in eine Kraft umzuwandeln, die das Brechen der Teilchen bewirkt. Für diesen Zweck werden die Wandungen 23 mit ihren Schlagflächen 21 mit gleichen Winkeln B zu den Flugbahnen der Teilchen eingestellt.
Für die wirkungsvollste Energieumwandlung sollte der Winkel B - 90 sein. In einigen Fällen ist es jedoch besser, einen geringeren Winkel zu verwenden, um z. B. .das Verstopfen der Wandungen zu vermeiden, falls das Material ein solches Bestreben zeigt. Eine andere Abänderung, die in einigen Fällen aus ähnlichen Gründen ratsam ist, besteht darin, die Wandungen einen bestimmten Winkel nach unten zu neigen.
Auf Grund des Schlages ist die kinetische Energie der Teilchen zwischen den Teilchen selbst und der Schlagfläche in direktem Verhältnis zu der Ablenkung des Berührungspunktes relativ zu dem Teilchen einer seits-und relativ zu der- Schlagfläche anderseits verteilt.
Wenn folglich die Schlagfläche durch eine Masse, die sehr gross im Vergleich zu der Masse der Teilchen ist, an ihrem Rücken starr verstärkt ist und eine Flächen härte hat, die sehr gross im Vergleich zu der Härte der Teilchen ist, wird -die Ablenkung des Berüh rungspunktes relativ zu der Schlagfläche vernach- lässigbar, und praktisch wird die gesamte kinetische Energie der Teilchen auf die Ablenkung, das heisst das Brechen der Teilchen selbst verwendet.
Somit kann das Material der Schlagfläche Stahl, der ge härtet sein kann, Wolfram oder Borkarbid oder ein anderes geeignetes Material sein.
Für vollkommene Bedingungen sollte die Schlag fläche 21 gebogen sein, um einen konstanten Winkel B zu einer Flugbahn zu erhalten, welche die Fläche schneiden würde. Es ist jedoch leicht einzusehen, dass eine Abweichung von wenigen Graden von dem gewünschten Winkel zwischen der Flugbahn und der Fläche 21 eine so geringe Änderung der zu der Fläche normalen Geschwindigkeitskomponente auch unter reibungslosen Bedingungen erzeugen würde,
dass diese vom Gesichtspunkt der Energie vollständig unbe deutend sein würde. Aus praktischen Gründen sind somit die Flächen 21 eben, und es ist nicht wichtig, falls die ursprüngliche Bestimmung des Winkels A der Flugbahn um wenige Grade abweichen sollte, was einen entsprechenden Fehler bei der Bestimmung des Winkels B der Schlagfläche bewirkt.
Es werden jetzt mögliche Verluste betrachtet, die ausser den Reibungsverlusten der Teilchen auftreten können. Die Lagerverluste des Rotors können sehr gering gehalten werden und werden als unwesentlich angesehen. Der lediglich verbleibende Verlust ist der Strömungsmittelpumpe- und- reibungsverlust. Die Untersuchung dieses Verlustes ist dieselbe, ob das Strömungsmittel .ein Gas oder eine Flüssigkeit ist.
Bei .dem folgenden Beispiel wird Luft als Strömungs- mittel angenommen.
Die Luft in den Kanälen 72 ist genauso wie die Teilchen den Zentrifugalkräften ausgesetzt. Sie wird sich folglich radial nach aussen bewegen, wenn dies nicht durch Einschränkungen verhindert wird.
Je mehr Luft.sich bewegt, desto mehr Eingangsenergie ist zu ihrer Bewegung erforderlich. Folglich muss die Luftströmung soweit als möglich eingeschränkt wer den. Dies kann durch Einschränkung der Zahl und der Grösse der Rotorkanäle 72 und/oder durch Ein schränken der Grösse des tangentialen Auslasses 22 erfolgen.
Eine mögliche Einschränkung der Luftbewegung ist auf Grund der folgenden Überlegungen begrenzt. Die Zahl der Rotorkanäle 72 muss so sein, dass jedes in den Trichter 14 eintretende Teilchen einen direk ten Ausgang findet. Das bedeutet, dass keine Fläche an dem Rotor, an der sieh Teilchen sammeln können, tangential sein darf, da die Zentrifugalkraft die Teil chen stationär relativ zu dem Rotor an dieser Fläche halten würde.
Die Wirkung könnte ein Verstopfen der Durchlässe sein. Aus diesem Grund ist die in der Praxis kleinste Zahl der radialen Kanäle in dem Rotor drei. Die Bedingungen werden weiter verbes sert, falls die Zahl auf vier, wie dargestellt, erhöht wird. Die Grösse jedes Kanales ist des weiteren durch die maximale Grösse der Teilchen bestimmt, die in der Mühle behandelt werden sollen.
Die kleinste Quer- schnittsfläche jedes Kanales muss gross genug sein, um sich dem grössten Materialstück, das erwartet werden kann, anzupassen. Die geringste totale Luftauslass- fläche durch den Rotor ist somit durch diese beiden Faktoren bestimmt.
Die Luftströmung könnte begrenzt werden, indem der tangentiale Auslass 22 eingeschränkt wird, falls nicht eine andere Forderung vorhanden wäre. Wenn es der Luft ermöglicht wird, durch die Rotorkanäle unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft frei zu strö men, würde ihre radiale Spitzengeschwindigkeit die selbe wie die radiale Geschwindigkeit u der Teilchen werden. Falls aber die Luftbewegung, z.
B. durch Verringerung der Grösse des tangentialen Auslasses 22, eingeschränkt würde, würde ihre Geschwindigkeit durch die Kanäle 72 kleiner als die Teilchengeschwin digkeit u werden. Dies würde bedeuten, dass die Teil chen während sie sich durch die Rotorkanäle 72 nach aussen bewegen, einem Luftwiderstand ausgesetzt würden, welcher der Teilchenbewegung entgegenwirkt und die Geschwindigkeit der Flugbahn der Teilchen würde verringert werden.
Die Wirkung würde sich, je kleiner die Teilchen sind, um so mehr auswirken und somit den Wirkungsgrad des Mahlens der feinen Teilchen mehr als der groben Teilchen verringern. Der Auslass 22 muss somit gross genug sein, um der gesamten Luft angepasst zu sein, die durch die klein sten Querschnitte der Kanäle 72 mit einer Geschwin digkeit v strömen kann.
Die Spitzengeschwindigkeit kann an jedem ra dialen Punkt längs der Kanäle 72 oder auch in dem Einlassrotorabschnitt 74 auftreten. Die Spitzenge schwindigkeit der Teilchen wird jedoch nur an den wirklichen Ausgängen der Kanäle 72 erreicht. Um die Erzeugung eines unerwünschten Luftwiderstandes an diesen Punkten zu vermeiden, muss dem Einlasstrich- ter und den Rotorkanälen eine Form gegeben werden, die eine Spitzengeschwindigkeit der Luft an den Kanalausgängen erzeugt.
Dies erfolgt einfach dadurch, dass diese Flächen kleiner als jede andere Fläche längs der Luft- und Teilchendurchlässe einschliesslich des Auslasses 22 gemacht werden. Aus später erläu terten praktischen Gründen ist es erwünscht, dass die Kanäle 72 symmetrisch zu einem Radius und somit zu der durch die Streifen 76 erzeugten Lage der Wände ausserhalb des Mittelpunktes angeordnet sind.
Die geringste Luftpumpenenergie kann nun be stimmt werden. Theoretisch ist sie gleich der Massen strömung der Luft, bestimmt durch die gesamte Kanalausgangsfläche und die radiale Luftgeschwindig keit, die gleich v ist, mal dem Quadrat der resul tierenden Luftgeschwindigkeit vr, die gleich dem Zwei fachen von v2 ist, das heisst,
EMI0005.0023
worin Ei = Luftpumpenenergie in kgm/s, w = spezifisches Gewicht der Luft in kg/m3,
A = gesamte Rotorausgangsfläche in m2, v = Geschwindigkeit des Rotorrandes in m/s und g - Erdbeschleunigung in m/s2. In der Praxis erreicht die radiale Luftgeschwindig- keit niemals die Geschwindigkeit des Rotorrandes und die Pumpenergie ist etwas, z. B. ungefähr<B>10%,</B> geringer als die durch die Gleichung gegebene Ener gie. Die Luftpumpenenergie ist erforderlich, ob die Maschine mahlt oder nicht.
Dasselbe gilt für die Luftreibungsenergie. Diese wird durch eine Luftwirbelung bewirkt, die durch den Rotor erzeugt wird, der sich in dem stationären Ge häuse dreht. Diese kann nur auf einen bestimmten Wert verringert werden, indem die Rotoraussenseite so glatt wie möglich gemacht und einem Kreis so eng als möglich angepasst wird.
Aus diesem Grund werden die Spalte längs des Rotorumfanges zwischen den Kanalauslässen durch die glatten Wände 78 abgedeckt und die Oberseite und die Unterseite des Rotors sind glatt, ohne unnötige Vorsprünge. Mit diesen Merk- malen und wenn der axiale Abstand zwischen den Gehäusewänden 50 und 40 und der Ober- und Unter seite des Rotors klein gehalten wird, kann der Luft reibungsverlust auf einen geringen Bruchteil, z. B. etwa 10 %, des Luftpumpenverlustes gehalten werden.
Somit gibt El etwa die Summe des Luftpumpver- lustes und des Luftreibungsverlustes an.
Die Tatsache, dass sich die Luftpump- und -reibungs- verluste nicht ändern, wenn sich der Fluss des Materials durch die Mühle ändert, ist sehr wesentlich. Es ist gezeigt worden, dass der geringste Luftpumpverlust von Faktoren abhänge, die nichts mit dem Betrag des durch die Vorrichtung erfolgten Mahlens zu tun haben, sondern mit der Teilchengrösse in der Zufüh- rungs- und Randgeschwindigkeit des Rotors. In einem praktischen Fall beträgt die Rotorausgangsfläche z. B.
40 cm2 und die Randgeschwindigkeit 16 500 cm/s und somit der Luftpump- und -reibungsverlust 2280 kgm/s. Diese Energie muss deshalb vorgesehen werden, auch wenn nicht gemahlen wird.
Die erforderliche Energie, um die Teilchen zu beschleunigen oder zu pumpen , kann in derselben Weise berechnet werden, wie die zum Pumpen der Luft erforderliche Energie, dass heisst
EMI0005.0071
worin E2 - Pump Energie der Teilchen in mkg/s, F - Teilchenzuführung in kg/s und v und g wie in der vorangehenden Formel.
Um eine metrische Tonne Material pro Stunde oder 0,276 kg/s zu behandeln, sind in diesem Fall eine Energie von 760 kgm/s erforderlich. Wenn somit eine Mahlleistungsfähigkeit von 3 t/h ver wendet wird, ist eine Gesamtenergie von 4560 kgm/s erforderlich, wovon die Hälfte nicht zum Mahlen, sondern einfach zum Pumpen und Erhitzen der Luft verwendet wird.
10 bis 15 % der verbleibenden Energie von 2280 kgm/s werden wegen der Teilchen reibung verloren. Es kann somit gesagt werden, dass der Gesamtwirkungsgrad des Mahlens in diesem Fall etwa 45 % beträgt. Falls, stattdessen eine Gesamt leistungsfähigkeit von 30 metrischen t/h verwendet würde, würde die gesamte erforderliche Leistung 25 100 kgm/s betragen, wovon noch 2280 kgm/s für das Behandeln der Luft verwendet würden. Wird angenommen, dass 12 % der verbleibenden Energie durch die Reibung der Teilchen verlorengehen würde, dann würde der Gesamtwirkungsgrad des Mahlens etwa 80 % betragen.
Wenn der Materialeingang wiederum verdoppelt wird, würde der Wirkungsgrad weiter auf etwa 85 % erhöht. Es ist wichtig, festzu halten, dass der mögliche Wirkungsgrad dieser Müh lenart nur verwirklicht werden kann, wenn eine hohe Produktion aufrechterhalten wird.
Es kann gezeigt werden, dass die Grenze der Leistungsfähigkeit, die durch die Fähigkeit der Durch- lässe beim Verarbeiten des Materialstromes durch die Vorrichtung gesetzt ist, sehr gross ist, und in normalen Fällen nicht kritisch wird. Die Leistungsfähigkeit einer Mühle der gezeigten Ausbildung würde wenigstens 200 tjh sein, falls der Rotordurchmesser 91,3 cm beträgt.
Die einzig nötige Änderung, um diesen Strom zu verarbeiten, würde darin bestehen, drei zusätz liche tangentiale Auslässe gleichartig dem Auslass 22 hinzuzufügen.
Die gesamte Luftbewegung ist als Verlust be handelt worden, tatsächlich dient sie einem prakti schen Zweck. Das Stossen der die Schlagflächen zu sammen mit dem Material erreichenden Luft hilft die Schlagflächen sauber zu halten. Des weiteren wird das gemahlte Material in der unmittelbaren Nachbar schaft der Schlagflächen entfernt. Der Luftstrom hilft des weiteren, das gemahlene Material aus der Mühle durch den tangentialen Auslass 22 zu bewegen, und fördert es zu dem nächsten Verfahrensschritt, der eine Klassifizierung oder Speicherung sein kann.
Ein wesentliches Merkmal der beschriebenen Prallmühle besteht darin, dass, wenn einmal ein Teil chen eine Auftrefffläche 23 getroffen hat, die Bruch stücke sofort aus der Vorrichtung ausgetragen werden und nicht einem weiteren Schlag ausgesetzt werden, wenn sie nicht in den Zuführungstrichter 14 zurück geführt werden. Somit wird keine Energie auf ge schlagene Teilchen vergeudet, die bereits klein genug sind.
Unter der Annahme, dass die Teilchen, die klein genug sind, von den Teilchen, die noch zu gross sind, in einem in Reihe mit der Mühle geschalteten Klassifi- zierer getrennt werden, wird dann nur der grobe Teil von dem Klassfizierer zu der Mühle zum erneuten Mahlen zurückgeführt.
Die Zerkleinerung, definiert als neue erzeugte Fläche, kann auf jedem Weg, im Verhältnis zu dem Quadrat der Randgeschwindigkeit des Rotors stehend, genommen werden. Somit bedeutet eine Verdoppe lung der Randgeschwindigkeit, dass die von jedem Weg erzeugte neue Fläche vervierfacht wird. Die Ge- samtabgabe des fertigen Produktes wird durch die Randgeschwindigkeit und durch den Betrag der Rückführung gesteuert.
Dasselbe Ergebnis kann ent weder durch eine grosse Randgeschwindigkeit und durch eine geringe Rückführung oder durch die umge kehrte Kombination erreicht werden. Die Randge schwindigkeit ist durch die Festigkeit des Materials in dem Rotor begrenzt. Sie kann 25 400 cm/s oder mehr betragen, was sich als ausreichend herausgestellt hat, um Teilchen mit einer Grösse von einem Mikron zu erhalten, auch wenn ein hartes Material gemahlen wird, wobei lediglich die Rückführung verringert wird.
Vom Gesichtspunkt des Wirkungsgrades ist es üblicherweise besser, eine geringere Randgeschwin digkeit und eine höhere Rückführung zu verwenden, da die Pumpleistung der Teilchen mit dem Quadrat der Randgeschwindigkeit, jedoch die Pumpverluste mit der dritten Potenz der Randgeschwindigkeit an steigen. Es kann gezeigt werden, dass der gesamte Wirkungsgrad ansteigt, wenn die Materialzuführung pro Einheit der Abgabefläche des Rotorkanales an steigt.
Eine andere günstige Wirkung einer relativ hohen Rückführung besteht darin, dass die Erhitzung pro Weg kleiner wird.
Bei einer Randgeschwindigkeit von zum Beispiel 16 500 cm/s wird die Lufttemperatur ungefähr um 28 C steigen. Die meisten zu mahlenden Materialien haben eine geringere spezifische Wärme als Luft und werden eine Temperatursteigerung im Bereich von 33 bis 45 C erfahren. In Fällen ungewöhnlich hoher spezifischer Wärme kann jedoch der Tempera turanstieg der Teilchen pro Weg nur 22 C betragen.
Wenn jedoch keine Kühlung zwischen den Wegen stattfindet, ergibt sich aus einer hohen Rückführung kein wärmemässiger Vorteil, da die Endtemperatur in diesem Fall durch einen gesamten Energieeingang in das endgültige Produkt bestimmt ist und dieser wiederum für eine endgültige gegebene spezifische Fläche konstant ist.
In vielen Fällen ist die Form der Teilchen nach dem Mahlen wichtig. Auf Grund ihrer Funktion haben in der Mühle nach der Erfindung erzeugten Teilchen frisch gebrochene Flächen und scharfe Kan ten. Da sie nicht einem Reiben oder einer Material verdrängung, wie in Kugelmühlen, ausgesetzt sind, haben sie das Aussehen von gebrochenen Steinen im Gegensatz zu dem kiesförmigen Aussehen von in Kugelmühlen erzeugten Teilchen. Der entsprechende Unterschied in den Eigenschaften des endgültigen Produktes ist in vielen Fällen wichtig, z. B. beim Portlandzement, wo eine hochaktive Fläche vorteil haft ist.
Obwohl zur Vereinfachung der Beschreibung angenommen worden ist, dass die Mühle in atmosphä rischer Luft arbeitet, ist es leicht, einzusehen, dass ein Betrieb in einem geschlossenen System zweck mässig sein kann, das mit einem Gas gefüllt ist, das z.
B. für den Schutz des zu mahlenden Materials erwünscht sein kann. Es kann auch mit einer Flüs sigkeit gearbeitet werden, die verwendet werden kann, um die Beschickung zu tragen, oder es kann auch vollständig evakuiert werden, was die Strömungs- mittelpump- und -reibungsverluste beseitigen würde.
Um das Ausführen ohne Hilfe des Trägers für das Strömungsmittel zu erreichen, muss der Winkel der Schlagfläche verringert und mit einer Neigung kom biniert werden, um ein genügendes Moment in den Teilchen nach dem Schlag zu belassen, um die Teil chen von der Schlagfläche weg und in passende För- dermittel zu tragen.
Anderseits kann das System unter Druck gesetzt werden, um ein Verdampfen oder Sublimieren des zu mahlenden Materials zu verhindern. Schliesslich kann auch ein Betrieb bei einer anderen als Raum temperatur wünschenswert sein. Einige Materialien werden bei einer niedrigeren Temperatur spröder und sind leichter zu mahlen, andere bei erhöhter Tempe ratur. Die beschriebene Prallmühle kann leicht auf einen Betrieb bei einer Temperatur angepasst werden, die mit den verwendeten Materialien des Aufbaues verträglich ist.