CN101831830B - 具有v形齿的齿形精磨机板的精磨方法 - Google Patents

Abstract

一种用于通过相对的盘、对材料进行精磨的方法，包括将浆状材料输进所述盘的其中至少一个盘的入口；相对于另一盘旋转其中一个盘，同时浆状材料在所述盘之间移动，其中所述移动为径向向外；通过冲撞而对精磨材料进行揉曲，其中所述冲撞由位于旋转盘上的齿排与位于另一盘上的齿排的啮合而造成，位于所述盘的其中至少一个盘上的齿排的其中至少一排齿排包括这样的齿，即所述齿具有一前导侧壁，该前导侧壁包括一径向靠内侧壁部分，所述径向靠内侧壁部分相对于一径向靠外侧壁部分形成一角度。

Description

具有V形齿的齿形精磨机板的精磨方法

相关申请

本申请要求申请日为2006年1月9日的美国临时专利申请第60/743,106号的权益，该申请的全部内容通过引证而结合在本申请中。

技术领域

本申请总体上涉及用于从纤维材料上移除污染物的精磨机，所述纤维材料比如回收或再生纸以及包装材料。具体地，本发明涉及位于精磨机板上的齿，尤其涉及所述齿的前导侧壁表面和前导边缘。

背景技术

精磨机板用于将机械功传递在纤维材料上。具有齿的精磨机板(与具有道的板对照)通常用在其任务为在添加或不添加化学制剂的情况下对纤维材料进行疏解、分散或混合的精磨机上。文中所披露的精磨机板一般适用于所有齿形板，其中所述齿形板专用于分散机以及用于一般精磨机。

分散工艺过程主要用在去墨系统，以再生用过的纸和纸板，从而作为用于生产新纸或纸板的原材料而得以重新使用。分散工艺过程用以除去纤维中的墨，分散墨和污垢颗粒的尺寸使其减小到有利尺寸、以在后续阶段将其移除，另外，使颗粒尺寸减小到在可视检测尺寸之下。分散机还用以破坏掉粘性物、涂层颗粒以及蜡(统称为“颗粒物”)，其中所述颗粒物经常存在于送进净化机的纤维材料中。通过分散机将颗粒从纤维中移除，使其夹带在纤维材料的悬浮体以及流过精磨机的液体中，同时由于颗粒漂浮或从悬浮体中被冲洗出从而从悬浮体中移出。另外，分散机还可用以对纤维进行机械处理，以保持或改进纤维的强度并且将漂白化学制剂与纤维浆体混合在一起。

通常具有两类用在回收纤维材料上的机械分散机：揉搓机和旋转盘。本披露集中于具有齿形精磨机板的盘式分散机板。盘式分散机类似于浆体或碎屑精磨机。精磨机盘通常具有安装在其上的环形板或配置成一圆形盘的一系列板节段。在盘式分散机中，使用进料螺杆将浆体送进精磨机的中心，并且向外围移动穿过分散区域，其中所述分散区域为旋转(转子)盘和静止(定子)盘之间的间隙，另外，浆体在盘的外周处从分散区域吐出。

盘式分散机的一般构型为两个面向彼此的圆形盘，其中一个盘(转子)以通常达1800rpm的速度以及有可能更高的速度旋转。另一盘则静止不动(定子)。可供选择地，两个盘可沿相反的方向同时旋转。

在每一个盘面上，安装有具有齿(也称为椎体)的板，其中所述齿安装成切向排。板可以是单个环形板或安装在盘上的一系列环形的板节段。每一齿排通常处于始于盘中心的同一径向线上。当转子和定子盘彼此相对位于精磨机或分散机中时，转子和定子齿交错插置。转子和定子齿排横穿位于盘之间的分散区域平面。在交错插置的齿排之间形成有通道。通道界定了盘之间的分散区域。

当纤维浆体移动穿过连续的转子和定子齿排时，浆体交替在转子和定子齿之间流动。浆体从盘的中心入口移动到位于盘的外圆周处的外周出口。当纤维从转子齿流动到定子齿以及从定子齿流动到转子齿时，由于转子齿排在定子齿排之间旋转而使纤维受到冲撞。转子和定子齿之间的空隙通常大约为1到12mm(毫米)。纤维并未由于齿的冲撞而受到切割，而只是受到严重和交替的揉曲。纤维所受到的冲撞使纤维的墨和色剂颗粒物断碎而变成更小的颗粒物，并且使纤维的粘性颗粒物断碎。

通常有两类板用在盘式分散机上：(1)具有啮合齿形模式的椎体设计(也称为齿设计)以及(2)精磨机道设计。已经开发出新颖的用于精磨机板的椎体齿设计，并且披露于本申请中。

图1a、1b和1c所示为具有传统齿模式的示例性椎体板节段。在名称为“Grooved Pyramid Disperger Plate”的共同持有的美国专利申请公开第2005/0194482号中，显示出增强型示例性椎体齿形板节段。对于椎体板情形，纤维物料受到径向推动而穿过形成在位于相对板上的齿之间的小通道，如图1c所示。浆状纤维在流动穿过分散机时经受高剪切，如冲撞，这是由于强的纤维对纤维以及纤维对板的摩擦所造成。

参照图1a、1b和1c，精磨机或分散机10包括分散机板14、15，所述分散机板14、15可各自紧固到相对的分散机盘12、13的其中一个盘的盘面上。在图1c中仅显示出盘12、13的一部分，盘12、13各自具有中心轴线19、径向线32和大体为圆形的外周，其中所述盘12、13绕着所述中心轴线19旋转。

可将板分成节段或不分。分成节段的板为通常安装在分散机盘上的、一系列环形的板节段。不分节段的板则为单件环形板。板节段14用在转子盘12上，而板节段15则用在定子盘13上。转子板节段14以环形排布方式接附到转子盘12的盘面上从而形成板。可通过任何便利或传统方式将节段紧固到盘上，比如通过穿过钻孔17的螺栓(未示出)。按并排方式配置分散机板节段14、15，以形成接附到每一个盘12、13的盘面上的板。

每一分散机板节段14、15具有朝着其所接附的盘的中心19的内边缘22以及位于其盘外周的附近的外边缘24。每一板节段14、15在其基面上具有椎体或齿28的同心排26。转子盘12及其板节段14的旋转使得离心力施加到进行精磨的材料上，如纤维，从而造成材料从板的内边缘22径向向外移动到板的外边缘24。进行精磨的材料主要移动穿过通道30，所述通道30形成在相对的板节段14、15的邻近的齿28之间的分散区域。进行精磨的材料从分散区域径向流出，进入到精磨机10的外壳31中。

同心的齿排26各自位于离盘中心19的同一径向距离处(见径向线32)，并且被配置成互相啮合，从而使得转子和定子齿28能够横穿盘之间的平面。当转子齿28移到靠近定子齿28时，从定子的中心流动到盘的外周的纤维受到冲撞。转子齿28和定子齿28之间的通道空隙大约在1到12mm，从而使得当纤维在转子盘12上的齿和定子盘13上的齿之间的通道流动时，纤维并未受到切割或夹缩，而只是受到严重以及可供选择的揉曲。纤维的揉曲过程使纤维上的墨和色剂颗粒物断碎而变成较小的颗粒物，并且使纤维上的粘性颗粒物断碎。

图2a和2b所示分别为用在分散工艺过程中的标准齿的几何构造体34的顶视图和侧视立体图。齿34具有椎体设计，包括朝着齿的顶部38呈锥形的直立侧壁36。侧壁为平面形及平坦状。传统型齿的侧壁各自大体上平行于板的径向线。

分散机板的主要任务在于在纤维穿过盘之间的通道期间，将能量脉冲(冲撞)传输到纤维上。广泛得到认可的齿形板一般结合有方形椎体齿几何构造，其中在边缘长度以及齿的布置方面具有变化，以获得所想要的结果。

穿过位于板上的通道的精磨材料会侵蚀齿。由于转子板的旋转，每一齿具有面向浆体流的前导边缘。前导边缘由前齿表面和前导侧壁的相交部位构成。在传统型齿中，齿侧壁为平面形即平坦状。此外，传统型齿的侧壁和前表面的转角通常为90度。齿的前导边缘磨损，并且由于受到侵蚀变成滚圆。

通常由于分散机的齿变成滚圆，对浆体进行分散或精磨的效率丧失，以及丧失进给浆体、使其穿过精磨或分散区域的性能，从而需要对分散板进行更换。齿的滚圆化经常导致将分散机或精磨机从生产线上拆下，以更换板节段。这一点降低了分散机和精磨机的效率。长久以来渴望获得这么一种齿设计，其该齿设计可延长板节段的使用寿命，并且降低齿的磨损。

发明内容

已经开发出一种具有齿的齿形精磨机板，所述齿具有前导侧壁，其中，位于齿的径向最靠内部分上的侧壁表面与位于齿的径向最靠外部分上的前导侧壁表面形成一角度。位于前导侧壁上的该角度可由V形侧壁表面、曲线形侧壁表面或其他侧壁表面构成，其中所述表面在表面的径向靠内部分与表面的径向靠外部分之间形成一角度。

侧壁表面的径向靠内部分和径向靠外部分之间的角度可处于170度到75度的范围之中，更加优选为处于165度到90度之间。此外，侧壁表面的角度导致侧壁表面部分相对于板的径向线形成有角度。优选地，侧壁表面部分相对于径向线形成处于0度到60度范围之中的角度，并且优选地，角度范围为5度到45度。

披露了一种精磨机板，包括：大体呈平面的表面，其具有同心配置在板上的环形齿排，另外，所述齿排的其中至少一排包括其前导边缘转角角度小于90度的齿。前导边缘转角角度由每一齿的前表面和齿的前导侧壁构成。前导侧壁和前表面之间的内角即为前导边缘转角角度。前导侧壁面向板的旋转方向。前齿表面可大体上切向于其位于板上的齿排。

前导侧壁(至少邻近前导转角的侧壁的径向靠内部分)相对于板的径向线形成一0度到60度的角度，并且可处于5度到45度的狭窄的角度范围中。前导侧壁还可具有径向靠外部分，所述径向靠外部分沿着与板的旋转方向相反的方向歪斜。此外，前导侧壁可形成V形，其中，径向靠内表面具有形成前导转角的边缘。V形角度可以处于170度到75度的范围之中，并且可处于165度到90度的更加狭窄的范围之中。

齿的拖尾侧壁(与前导侧壁相对)可以对称于前导侧壁，如包括V形，使得邻近齿的拖尾侧壁和前导侧壁之间的间隙大体上能够沿着两个齿的长度方向保持恒定。此外，径向外齿排可包括这样的齿，所述齿具有垂直于板的基部的后壁以及具有从基部向上倾斜的前壁。

在另一实施方式中，分散机板可包括：同心配置的齿排；所述齿各自包括前导侧壁，所述前导侧壁面向所述板或另一板的旋转方向，其中所述另一板相对于所述板旋转，另外，前导侧壁包括V形体，其包括具有前导边缘的径向靠内部位以及包括沿着与盘的旋转相反的方向、相对于盘的径向线歪斜的径向靠外部位。V形体的角度处于170度到75度的范围之中，并且可处于165度到120度的更加狭窄的范围之中。前导边缘可以由齿的前表面和前导侧壁的相交部位构成，其中，前表面和前导侧壁之间的角度处于0度到60度的范围之中，或者处于5度到45度的更加狭窄的范围之中。

已经开发出一种通过相对的盘、对浆状材料进行精磨的方法，包括：进给浆状材料到所述盘的其中至少一个盘的入口，其中，入口位于中心轴线入口处或其附近；相对于另一盘旋转其中一个盘，同时浆状材料由于离心力而在盘之间移动；通过使所述材料经受冲撞而对浆状材料进行精磨，其中所述冲撞由位于旋转盘上的齿排与位于另一盘上的齿排的啮合而造成，其中，精磨工艺过程进一步包括进给浆体到位于所述盘上的连续齿排中，其中，位于所述盘的其中至少一个盘上的齿排的其中至少一排齿排包括这样的齿，即所述齿具有由前齿表面和前导侧壁构成的前导边缘转角、且其间的角度小于90度。所述方法可进一步包括：通过前导侧壁的径向靠外表面使浆体偏转穿过位于所述盘的其中至少一个盘上的齿排的其中至少一排齿排，其中所述径向靠外表面沿着与盘的旋转方向相反的方向歪斜。此外，前导侧壁可形成V形体，其中，侧壁的径向靠内边缘即为前导边缘转角。

附图说明

图1a和1b分别为传统上用在盘式分散机中的锥体齿形板节段的正视图和侧视图；

图1c为其间具有间隙的定子和转子分散机板的局部侧剖视图；

图2a和2b分别为用于分散机板节段的传统型齿的几何构造的俯视图和侧立体图；

图3a和3b分别为用于分散机板节段的呈角度的齿的俯视图和侧立体图；

图4a和4b分别为具有双角度的齿的分散机转子板节段的正平面图和侧剖视图；

图5a和5b为具有双角度的齿的分散机定子板节段的正平面图和侧剖视图。

具体实施方式

已经开发出一种新颖的用于齿形精磨机板的齿的配置方式，其中，所述齿具有侧壁，所述侧壁角度偏斜而形成V形。V形齿具有双角度几何构造。特别地，至少一齿的一前导侧壁的表面具有一内部部分，该内部部分相对于径向靠外部分形成一角度。对于任何类型带有齿的分散机和精磨机板节段，可将V形应用到的板节段的齿上。可将V形侧壁应用到位于分散机或精磨机中的转子和定子板节段的其中任一个或全部两个板节段的齿上。在一优选实施方式中，转子和定子板节段均包括带有V形侧壁的齿。

图3a和3b所示分别为呈角度的定子齿40的顶视图和侧视立体图，其中所述齿的侧部角度偏斜而形成V形。至少齿40的前导侧壁42具有V型几何构造。拖尾侧壁43可具有V形。尽管所示的侧壁42、43为朝着齿的顶部46呈锥形，但是不必非要将齿构造成从基部到其顶部呈锥形，优选方案也可以是从基部到顶部不呈锥形。齿的底部48位于板的基部上。齿的前壁50径向面朝内，而齿的后壁52则径向面朝外。前壁和后壁可各自大体上垂直于板的径向线。前壁和后壁也可朝着齿的顶部倾斜。

每一V形齿具有前导侧壁42，其由于转子板的旋转而面向浆体流。前导侧壁具有内表面54，其位于外表面56的径向靠内之处。前导侧壁内外表面并非呈平面，而是一同形成V形角度，该角度优选为处于170度到75度的范围之中，更加优选地为处于165度到120度的范围之中。根据分散和进料的需要对V形前导壁42的角度进行选择。优选地，相对(拖尾)侧壁43也具有反向V形，其形成一与前导侧壁成互补的角度，比如角度为从190度到285度。一排具有互补前导和拖尾侧壁的齿可在齿之间具有恒定的宽度间隙。

可供选择地，拖尾侧壁可具有呈凸形轮廓的侧壁，如连续弯曲的鼓起轮廓，并且具有与凸形轮廓(呈肠形轮廓的连续弯曲形状)的前导侧壁的角度成互补的角度。一排具有凹形前导侧壁和凸形拖尾侧壁的齿(其中前导侧壁和拖尾侧壁的角度互补)可在成排的齿之间具有恒定的宽度间隙。

拖尾侧壁43可具有或可不具有类似于前导侧壁42的表面几何构造。前导侧壁的表面轮廓不需与拖尾侧壁的表面轮廓成互补。例如，拖尾侧壁可呈完全平面及平直形。此外，所有齿的全部两个前导侧壁和拖尾侧壁上的凹形表面轮廓使得板能够在两个旋转方向上等效运转，从而提供了可反转的板。

此外，V形前导侧壁从前导边缘到径向靠外边缘可具有弯曲的杯形。侧壁的角度从前导边缘到径向靠外边缘应当变化至少10度。此外，可将V形侧壁的齿限定到位于转子或定子板上的一排或几排齿上，或者，可使其位于转子或定子板的所有齿排上。

在转子板上，前导侧壁42的V形角度形成了面向旋转方向57的凹形表面。优选地，第一和第二侧壁表面54、56各自形成一相对于板的径向线的角度。优选地，所述角度所处的方向与转子盘的旋转方向相反。例如，第一和第二侧壁表面54、56可各自相对于径向线32处于0度到60度的角度(图1a)范围中。在一优选的实施方式中，第一和第二表面54、56可各自相对于径向线处于0度到45度的角度范围中。尽管第一和第二侧壁表面54、56可各自具有大小相同的角度，但是可供选择地，其可相对于径向线32具有不同的角度。例如，相对于径向线，第一侧壁表面54可形成一7.5度的角度、而第二侧壁表面56则可形成一35度的角度。第一表面54和径向线之间的角度为进料角度。

分散机齿40的转角处的前导边缘60可由第一表面(径向靠内)54的前边缘和前壁50的前导边缘构成。侧壁的第一表面54和前壁50之间的角度可小于90度。例如，齿的前导边缘60可具有一85度到30度的角度，其中更加优选为82.5度到65度。与传统分散机齿的90度转角对比，所述前导边缘较为尖锐。与传统的90度边缘对比，随着磨损，尖锐的前导转角应当更好地保持尖锐边缘。

第二表面56可具有这样的角度和长度，使得第二表面56能够偏转在齿之间径向移动的精磨材料颗粒。所述偏转减慢了进行精磨的材料在齿之间的径向流动。减慢进行精磨的材料减少了齿的前导边缘的侵蚀，原因在于，由于减慢了进行精磨的材料而减轻了对前导边缘的冲撞。第二表面56的角度和长度可以为这样，亦即使得其垂直于径向线的长度至少为齿和邻近齿之间的间隙的宽度。第二表面56相对于径向线的角度为阻滞角度。可根据所想要的分散效果，使用进料和阻滞角度的任意组合。

齿的侧壁42的表面54、56之间的过渡部位62可以是尖锐转角或者是可与齿的上表面(如图3b所示)具有相同宽度的倒圆，从而使得沿着齿边缘的整个高度的角度恒定。即便位于前导边缘处的角度并未恒定，沿着整个侧壁表面(由54、56和62共同构成)的平滑的倒圆仍可实现尖锐前导边缘以及阻滞表面的同样的全部目的。

所述转子板的设计可与具有标准齿的定子板一同使用。另一方面，定子板也可具有V形侧壁。对于维持更优磨损特性的工艺方法，定子设计可具有同样的尖锐相交转角角度，如大于90度。相交角度为始于在齿边缘前面延伸的切线、并回到邻近边缘的侧壁的表面。定子板节段可包括双角度齿，其中所述齿具有面向旋转的凸形侧壁，从而使得位于相交界面处的齿边缘的角度将大于90度。大于90度的相交角度并未被看作是关于定子磨损的问题，原因为大多情况下在定子齿上会具有边角修圆情形。对于转子和定子齿表面的相交角度，有可能想要使该角度发生变化，以改进穿过转子和定子的齿界面的进料输送和分散效率。

图4a和4b分别为示例性分散机转子板节段70的正平面图和侧剖视图，其中所述转子板节段70安装在盘上、并使其与定子板相对。转子板的旋转方向为逆时针，由箭头72标示。

分散机板节段70包括齿86的齿排74、76、78、80、82和84。齿排可各自处于盘的各自径向线88上，但是也可使其相对于径向线歪斜。类似地，定子板(图5a和5b)具有齿排，当将板配置在分散机中时，所述齿排与转子齿排交错插置。

为促进进料以及将浆体保持在分散区域内，转子可包括至少一排分散齿86的内排(见排74)。定子并未受限于用于进料的入口，而是可包括分散齿、进料入口(比如在美国专利第6,402,071号中所披露的进料注入器)、磨碎道和其他特征。可根据板的分散要求，对用于特定的分散机板的上述这些特征进行选择。

图5a和5b分别显示了示例性分散机板节段100的俯视图和侧剖视图，其中所述板节段100使用双角度几何构造的齿102、将其配置在齿排104、106、108、110、112和114上。定子分散机板节段(当配置在板上时)旨在与转子板70相对，使得转子和定子板各自的齿排相互啮合。定子板100包括起到阻滞作用的、分散机齿的最外排114，以防止精磨机外壳内部分的磨损。位于外排114上的齿的后壁可垂直于板的基部，并且不呈如同内排齿的附近壁的锥形。阻滞角度为相对于径向线的角度，由齿的侧壁的第二部位116(其为径向靠外)形成。该阻滞角度可至少与位于转子板60上的最后齿排84的齿的阻滞角度一样大。定子板节段100的齿排的齿侧壁的角度被显示为类似于位于转子板节段70上的相应的齿排的侧壁角度。然而，位于定子板节段上的侧壁角度不必非要对应于转子齿排的侧壁角度。

尽管已经针对目前视为最为实用和最为优选的实施方式对本发明进行了描述，但是应可理解，本发明并未受限于所披露的实施方式，相反地，本发明旨在涵盖包括在权利要求的精神和范围之内的各种修改以及等同配置方式。

Claims (4)

1.一种用于通过相对的盘对材料进行精磨的方法，包括：

将浆状材料输进所述盘的其中至少一个盘的入口；

相对于另一盘旋转其中一个盘，同时浆状材料在所述盘之间移动，其中所述移动为径向向外；

通过冲撞而对精磨材料进行揉曲，其中所述冲撞由位于旋转盘上的齿排与位于另一盘上的齿排的啮合而造成，其特征在于，位于所述盘的其中至少一个盘上的齿排的其中至少一排齿排包括这样的齿，即所述齿具有一前导侧壁，所述齿还包括一拖尾侧壁，该前导侧壁包括一径向靠内侧壁部分，其中所述径向靠内侧壁部分相对于一径向靠外侧壁部分形成一角度，所述前导侧壁为凹形，所述拖尾侧壁为凸形，所述齿在成排的齿之间具有恒定的宽度间隙。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述侧壁进一步包括一前导边缘，该前导边缘由一小于90度的角度构成，该角度位于前齿表面和径向靠内侧壁部分之间。

3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：通过所述径向靠内侧壁部分在至少一排的齿排之间将精磨材料输入，并通过所述径向靠外侧壁表面偏转在至少一排的齿排之间移动的所述精磨材料。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述侧壁进一步包括一前导边缘，所述前导边缘具有一凹形轮廓，而位于所述齿排的其中至少一排上的所述齿的拖尾边缘也具有凹形轮廓，并且所述方法进一步包括：首先沿着一个方向旋转一个盘，随后再沿着相反方向旋转所述盘。 

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