CZ2000561A3 - Mlýn - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká rotačního mlýnu pro zmenšování velikosti částeček zrnitého materiálu, například keramického materiálu, minerálů a farmaceutických produktů.

Dosavadní stav techniky

Známé rotační mlýny obsahují válcový buben, otáčející se okolo v podstatě vodorovné osy. Do rotačního bubnu se zavádí částečkový materiál, například kal nebo prášek, a buben se otáčí polovinou až třemi čtvrtinami kritické rychlosti (t.j. minimální rychlost, při které se materiál na vnitřním povrchu bubnu správně pohybuje dokola v dotyku s mlýnem). Tím dochází k otloukání materiálu na vnitřní stěně bubnu, když materiál zaváděný s nějakým brusivém částečně přechází přes vnitřní povrch bubnu a nato odpadá a naráží na jiné částečky podávaného materiálu nebo je obrušuje. Zmenšování velikosti těchto částeček se tak dosahuje v podstatě obrušováním a nárazy.

U běžných rotačních mlýnů se spotřeba energie prudce zvyšuje v závislosti na požadované jemnosti zpracovaného materiálu. Pro případy, kdy se požaduje jemné drcení, je možno používat mlýn opatřený míchadlem, jímž se částečky materiálu míchají, aby se dosáhlo jejich dělení a navíc se používá velkého množství rázů malé energie, aby se tento problém do jisté míry odstranil. Nicméně, současné používání mlýnů opatřených míchacím zařízením, je omezeno přiměřeným snížením výkonu, závislého jednak na omezené velikosti podávaných částeček a na nedostatečné účinnosti přenosu energie při drcení částeček • · · · · · · · · · · · · ···· ··· ··· · • · 9 9 999 9 9 9 9

-19 9 9 9 9 9 9 9 9

999 9999 99 999 99 99 do velmi malých rozměrů. Tato omezení, spolu s omezením výkonu a s problémy spojenými s oddělováním zaváděného materiálu a produktu vzhledem k jejich viskozitním účinkům při velmi malých rozměrech, představuje také z praktického a ekonomického hlediska omezení v používání této technologie.

Podstata vynálezu

Úkolem tohoto vynálezu je vytvořit alternativní konstrukci mlýnu, který nebude mít výše uvedené nedostatky spojené se zmíněnými problémy.

U jednoho provedení je předmětem vynálezu mlýn pro částečkový materiál, obsahující rotační nádobu s vnitřním povrchem, opatřenou prostředky pro přivádění částečkového materiálu, prostředky pro otáčení nádoby dostatečně vysokou rychlostí, při které částečkový materiál vytváří v průběhu otáčení vrstvu zadržovanou na vnitřním povrchu nádoby, a prostředky pro vyvozování smyku, dotýkající se uvedené vrstvy tak, že způsobují její smýkání.

U mlýnů, které nemají svislou konstrukci, se minimální rychlost otáčení, při které se částečkový materiál otáčí dokola v dotyku s nádobou, nazývá kritickou rychlostí. Tento výraz je zde používán s odkazem jak na svislé, tak i na jiné mlýny, v souvislosti s odkazem na minimální rychlost otáčení, při které částečkový materiál vytváří vrstvu udržující se na vnitřním povrchu nádoby v průběhu jejího otáčení.

Předmětem vynálezu je také způsob mletí, podle kterého se částečkový materiál zavádí do nádoby otáčené vyšší než kritickou rychlostí tak, že v průběhu jejího otáčení vytváří vrstvu zadržovanou na • · · ·

-3 vnitřní stěně nádoby a vyvolává v této vrstvě smýkání pomocí prostředků pro vyvozování smyku, které se dotýkají této vrstvy.

Je výhodné, jsou-li prostředky pro vyvozování smyku uspořádány uvnitř nádoby a vzhledem k nádobě se otáčejí.

U prvního provedení se prostředky pro vyvozování smyku otáčejí ve směru otáčení nádoby, avšak rozdílnou rychlostí. U druhého provedení se prostředky pro vyvozování smyku otáčejí v opačném smyslu vzhledem ke směru otáčení nádoby.

U jiné alternativy mohou být prostředky pro vyvozování smyku uspořádány neotočně a jsou tak při vyvozování smyku na vrstvě materiálu závislé na relativním otáčení nádoby.

Je rovněž výhodné, otáčí-li se mlýn alespoň trojnásobnou, nejvýhodněji však alespoň desetinásobnou kritickou rychlostí.

Přehled obrázků na výkresech

Výhodná provedení vynálezu jsou dále podrobněji popsána s odvoláním na připojené výkresy, na nichž obr. 1 představuje první provedení zařízení ve schematickém svislém řezu, obr. 2 představuje druhé provedení zařízení ve schematickém svislém řezu a na obr. 3 je ve zvětšeném měřítku znázorněn svislý řez mlecí komorou z obr. 2 v průběhu pracovní operace, z něhož je zřejmé vytváření střídavě míchaných a klidových pásem v prostoru komory.

Příklady provedení vynálezu

Zařízení znázorněné na obr. 1 obsahuje válcový buben 10, uložený na ložiskách 12, otočný okolo centrální osy 14, a rotačně poháněný • 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9

9 9 9 999 99·9

4 · 4 4 9 9 9 9 9 ·

-49 9 9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 99 · * 9 9 pomocí řemenice 16, upevněné na jeho vnějším povrchu. Na vnějším povrchu bubnu 10 jsou také uspořádána chladicí žebra 18, která při otáčení bubnu 10 procházejí vanou 20, nacházející se pod bubnem 10 a obsahující chladicí vodu.

Podávaný tekutý částečkový materiál, například kal nebo prášek, se do bubnu 10 zavádí na jedné straně z podávacího zásobníku 21 prostřednictvím vstupního vedení 22 a odstředivou silou je tento materiál vrhán na vnitřní stěnu bubnu 10, na které vytváří vrstvu 23. Buben 10 se otáčí rychlostí dostatečně překračující kritickou rychlost tak, aby celá náplň a jakékoliv třené prostředí procházelo po vnitřním obvodu bubnu 10 a ve styku s ním, vhodněji, než při omílání pod kritickou rychlostí u dosud známých zařízení. Buben 10 se s výhodou otáčí rychlostí odpovídající alespoň trojnásobku kritické rychlosti, nejvýhodněji však alespoň desetinásobkem této rychlosti, takže vrstva náplně bubnu 10 je vystavena vysokému tlaku a působením vysoké odstředivé síly stlačena. Velikost stlačovací síly lze měnit změnou rychlosti rotace bubnu 10.

Pohyb vrstvy náplně je usnadňován výstupky 24 tvaru kotoučů nebo prstů, které jsou pro vyvozování smyku spojeny s protisměrně rotujícím členem 26, uspořádaným v dutině bubnu 10 na centrálním hřídeli 28, uloženém v ložiskách 30. Tento hřídel 28 se otáčí pomocí řemenice 32 a je opatřen průchozím kanálem 27 pro chladicí vodu.

Pro dosažení maximálního smyku je třeba hřídel 28 otáčet vyšší rychlostí v protisměru vzhledem ke směru otáčení bubnu 10. Alternativně může také být hřídel 28 otáčen ve stejném směru jako buben 10, avšak rozdílnou rychlostí. Tento způsob brání vzniku mrtvých míst ve vrstvě zpracovávaného materiálu při nulové rotační síle G a snižuje potřebu energie pro toto zařízení.

-59 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 • · · · · · 9 * 9 · 9

9»·· 9 9 9·* 9

99 9 9999

999 9999 99 999 99 99

Částečky vrstvy náplně jsou v tomto zařízení mezi sebou navzájem a/nebo pomocí vhodného prostředí podrobeny intenzivnímu namáhání ve smyku, k němuž dochází v důsledku míchacího působení výstupků 24, otočně procházejících vrstvou náplně. Vysoký tlak, dosahovaný rotací ve vrstvě náplně, zvyšuje přenos energie od výstupků 24 na náplň a tím přenáší relativně velký podíl přiváděné energie přímo na částečky jako namáhání podporující jejich dělení.

Smykovým působením na vrstvu stlačených tuhých látek se dosahuje jak smykového, tak i třecího dělení částeček, při dostačující energii pro vyvíjení potřebného namáhání a drobení, společně uplatněné pro velkou část celkového množství částeček v mlýnu. Čistým výsledkem je velké množství získaných velmi jemných částeček, při kapacitě podporující efektivní drobení částeček při jejich vysokém poměru rozpínání v mlýnu.

Přídavně k abrazivnímu drobení, mohou se částečky také drobit v důsledku tlačné síly prostředí a objemového tlaku pevných částeček v důsledku nadsazených gravitačních sil v mlýnu. Velikost této tlačné síly, hustoty náplně částeček a prostředí lze měnit. Při nárazech vyšší rychlostí dochází patrně také k určitému lámání, tříštění a otěru povrchu částeček, avšak v menší míře, než při drobení otěrem.

Výpustný konec 33 bubnu 10 je opatřen kruhovou zadržovací deskou 34, rozšiřující se radiálně dovnitř od vnitřního povrchu bubnu 10. Vyšší odstředivá síla, působící na těžké částečky, zadržuje tyto částečky v bubnu 10 v radiálně vnějším směru od zadržovací desky 34 a tím i v mlýnu, zatímco jemný produkt je vynášen působením vstupujícího materiálu a vystupuje radiálně z vnitřní části zadržovací desky 34 do odváděcího žlabu 36.

• 9

-6 » 9 · 9 9 • 9 9 9 99

Na obr. 2 a 3 je znázorněn vertikální mlýn podle druhého provedení, obsahující neotoěný třecí člen.

Rotační buben 40 tohoto zařízení je uspořádán na svislé rotační ose 42 uložené v rámu 44 pomocí ložisek 46, a je otáčen vysokou rychlostí pomocí řemenice 48.

Do zařízení se nejdříve přivádí z násypky 50 přes kulový ventil 52 směs brusného prostředku, a prášek nebo kal, který se má zpracovat, se přivádí vstupním otvorem 54. Materiál postupuje dále přiváděči trubkou 55 do bubnu 40. Rozváděči lopatky 56, spojené s rotačním bubnem 40, udělují přiváděnému materiálu rotační pohyb, při kterém tento materiál vytváří na vnitřním povrchu bubnu vysoce komprimovanou vrstvu.

U provedení podle obr. 2 a 3 je člen pro vyvozování smykového tření uvnitř bubnu stacionární a sestává z jednoho nebo několika radiálních kotoučů 58, upevněných na neotočném hřídeli 60. Kotouče 58 jsou v oblasti svého vnitřního volného a vrstvou materiálu nepokrytého povrchu 63 opatřeny otvory 62, kterými v radiálním směru odchází jemně rozetřený materiál do výstupní části zařízení. Použijí-li se místo kotoučů 58 jiné výstupky, například prvky tvaru prstů nebo jiného podobného tvaru, nejsou otvory 62 nutné.

Po zavedení počáteční vsázky materiálu se již nepřidává žádný brusný prostředek, avšak vstupním otvorem 54 se kontinuálně přivádí zpracovávaný materiál. Zařízení je vhodné pro zpracování kalů, které mají vysoký obsah tuhých látek, například v množství 50-90%, běžně však v množství 55-75%, v závislosti na druhu zaváděného materiálu a na požadovaném zmenšení velikosti částeček.

Brusné prostředky a větší částečky ve zpracovávaném materiálu nemají sklon k tomu, aby se pohybovaly zařízením ve směru jeho osy, ·· · · ΦΦΦΦ Φ φ Φ φ • Φ · · φφφ Φ··Φ

Φ Β φ Φ Φ Φ Φ φφφφ

-7·· · Φ ««φφφ

444 4444 ·· Φ«* ·♦ φφ neboť tomu brání vysoké kompresní síly, které na ně působí. Místo toho dochází k radiální migraci částeček, při které větší částečky, nacházející se v zaváděném kalu, se pohybují radiálně vnějším směrem v důsledku vysoké odstředivé síly a jsou vystaveny obrušování a lámání pomocí účinných mechanizmů zmíněných v souvislosti s popisem zařízení podle obr. 1. Při postupném zmenšování částeček se tyto menší částečky pohybují radiálně směrem dovnitř, až se dostanou k vnitřnímu volnému povrchu vrstvy zpracovávaného materiálu, který představuje místo nulového tlaku.

Jemné částečky, které se dostaly na volný povrch, se pak mohou dále pohybovat mlýnem v axiálním směru a otvory 62 v kotoučích 58 a radiálně přestupují do výstupního prstence 64 a dále do odváděcího žlabu 66. Na neotočném hřídeli 60 může být upevněna škrabka 68 pro udržování volného průchodu materiálu výstupním prstencem 64.

Bylo zjištěno, že při velmi vysokých rotačních rychlostech, používaných u tohoto zařízení a s výhodou činících alespoň 100-násobek gravitační síly a například až do 200-násobku gravitační síly, se oblasti zpracovávaného materiálu, vzdálené od třecích kotoučů 58, natuho spěchovávají a spolu s rotujícím bubnem 40 se otáčejí jako jeho součást. Toho lze využít jako výhodu při udržování třecích kotoučů 58 ve vzájemném rozestupu pro vytváření tuhých mrtvých oblastí vsázky mezi za sebou následujícími kotouči 58 a koncovými oblastmi rotačního bubnu 40. Tyto mrtvé oblasti 70, znázorněné tmavším stíněním na obr. 3, účinně působí jako pevné kotouče čnící směrem dovnitř od vnitřní stěny bubnu 40, jsou souběžné s kotouči 58 a vzhledem ke kotoučům 58 se také otáčejí vysokou rychlostí společně s bubnem 40. Tím dochází ke vzniku extrémně vysoké třecí rychlosti v míchaných oblastech 72 materiálu (znázorněných světlejším stíněním na obr. 3) v sousedství • ·· · · ·»· · · · ·* • ♦ · « · · · · * » · • · · · · · · · · · ·

-8• · · * «···· ··· ···· ·· ··· «· ·· kotoučů 58, přičemž jsou koncové povrchy bubnu 40 chráněny proti nadměrnému opotřebení.

Minimální rozestup kotoučů 58, který je nutný pro vytvoření jevu míchané oblasti v sousedství s mrtvou oblastí, se mění v závislosti na rychlosti otáčení a na druhu materiálu zaváděného do zařízení, avšak v případech, kdy je síla G extrémně vysoká a také obsah tuhých látek je vysoký, měl by tento rozestup být nejméně 50 mm.

Ve srovnání s provedením podle obr. 1, má provedení podle obr. 2 a 3 výhodu spočívající v nižší potřebě energie, neboť není třeba pohánět třecí člen. Potřebu energie pro toto zařízení je možno dále snížit zkrácením délky třecí komory a použitím jen jediného třecího kotouče.

Prostředí s vysokou gravitací v zařízení podle tohoto vynálezu rozšiřuje praktické a ekonomické meze používání konvenčních míchacích mlýnů se zřetelem k největší velikosti částeček zpracovávaného materiálu, k poměrům jejich redukce, k účinnosti energie a výkonnosti zařízení.

Výše byla popsána jednotlivá provedení tohoto vynálezu, pro odborníka je však zřejmé, že je tento vynález možno aplikovat i v jiných specifických formách, aniž by se takové řešení vymykalo z podstaty základního řešení. Popsaná provedení a příklady je proto třeba v každém směru považovat za příkladná provedení a nikoliv jako omezující provedení, přičemž záměr vynálezu je vyznačen v připojených nárocích dokonaleji než v předcházejícím popisu. Proto také veškeré změny řešení, které lze zahrnout do rozsahu a ekvivalentní oblasti řešení podle nároků, je třeba považovat za řešení podle tohoto vynálezu.

Claims (17)

1. PATENTOVÉNÁROKY

   1. Mlýn pro částečko vý materiál, obsahující rotační nádobu s vnitřním povrchem, opatřenou prostředky pro přivádění částečkového materiálu, prostředky pro otáčení nádoby dostatečně vysokou rychlostí, při které částečkový materiál vytváří v průběhu otáčení nádoby vrstvu zadržovanou na vnitřním povrchu nádoby, a prostředky pro vyvozování smyku, dotýkající se uvedené vrstvy tak, že způsobují její smýkání.
2. 2. Mlýn podle nároku 1, vyznačující se tím, že smykové prostředky jsou uspořádány uvnitř nádoby a otáčejí se relativně vzhledem k nádobě.
3. 3. Mlýn podle nároku 2, vyznačující se tím, že se smykové prostředky otáčejí ve směru otáčení nádoby.
4. 4. Mlýn podle nároku 2, vyznačující se tím, že smykové prostředky se vzhledem k otáčení nádoby otáčejí v opačném smyslu.
5. 5. Mlýn podle nároku 1, vyznačující se tím, že se jeho nádoba otáčí rychlostí odpovídající nejméně trojnásobné minimální rychlosti, při které částečkový materiál vytváří vrstvu zadržovanou na vnitřním povrchu nádoby v průběhu jejího otáčení.
6. 6. Mlýn podle nároku 1, vyznačující se tím, že se nádoba otáčí rychlostí odpovídající nejméně desetinásobku minimální * · · · · • · · • · ···

   - 10·· ·· ·· • · * * • · · · rychlosti, při které částečkový materiál vytváří vrstvu, která je zadržována na vnitřním povrchu nádoby při jejím otáčení.
7. 7. Mlýn podle nároku 1, vyznačující se tím, že se nádoba otáčí rychlostí vhodnou pro udělení síly vrstvě částečkového materiálu odpovídající alespoň 100-násobku gravitační síly.
8. 8. Mlýn podle nároku 1, vyznačující se tím, že se nádoba otáčí rychlostí dostačující pro vytvoření jedné nebo několika v podstatě ztužených oblastí v jednotlivých vrstvách materiálu.
9. 9. Mlýn podle nároku 8, vyznačující se tím, že stěrači prostředky vytvářejí v příslušné částečkové vrstvě materiálu jednu nebo několik míchaných oblastí, přičemž zmíněné míchané oblasti se nacházejí mezi stěracími prostředky a ztuženými oblastmi.
10. 10. Mlýn podle nároku 9, vyznačující se tím, že obsahuje větší počet stěračích prostředků, axiálně uspořádaných podél zmíněné nádoby tak, že střídavě vytvářejí tuhé a míchané zóny.
11. 11. Mlýn podle nároku 10, vyznačující se tím, že stěrači prostředky jsou vytvořeny jako radiální stěrači kotouče zasahující do vrstvy částečkového materiálu.
12. 12. Mlýn podle nároku 11, vyznačující se tím, že jsou kotouče upevněny neotočně.

    • * ·« · · · · · · · · • · · · · · · · * • · · · · · · · · · • · · · ·····« • · · · * · · · «···· ·· ♦ · · ·· ··

    -1113. Mlýn podle nároku 1, vyznačující se tím, že stěrači prostředky obsahují jeden nebo větší počet radiálních členů, zasahujících do částečkové vrstvy materiálu.
13. 14. Mlýn podle nároku 13, vyznačující se tím, že stěrači prostředky jsou neotočně.
14. 15. Mlýn podle nároku 13, vy značuj ící se tím, že stěrači prostředky obsahují jeden radiální kotouč nebo několik radiálních kotoučů, uspořádaných ve vnitřním prostoru nádoby.
15. 16. Mlýn podle nároku 15, vy značuj í cí s e tím, že kotouče jsou opatřeny otvory, které umožňují axiální průchod rozdrceného materiálu podél osy nádoby.
16. 17. Mlýn podle nároku 15, vy z n a ě u j í c í s e tím, že stěrači prostředky zahrnují větší počet uvedených radiálních kotoučů.
17. 18. Způsob tření částečko vého materiálu, vyznačující se tím, že se ěásteěkový materiál zavádí do nádoby, která má vnitřní povrch, nádoba se otáčí dostatečně vysokou rychlostí, při které se ěásteěkový materiál usazuje jako vrstva zadržovaná na vnitřním povrchu nádoby v průběhu jejího otáčení, načež se na vrstvu působí třecími prostředky pro dosažení stěracího účinku na této vrstvě.