JP2023081038A - Classifier and method for designing the same - Google Patents

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Ryota Tateshita
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Abstract

To provide a classifier of low-rotation which exhibits high classification performance and can design a blade rotor mechanism part which does not cause liquid leakage even if the classifier has a non-contact seal, and a method for designing the same.SOLUTION: This classifier comprises: a housing; a classification rotor that is provided in the housing to classify particles into fine particles and coarse particles; a rotary shaft of the classification rotor that is provided to penetrate the housing; fine particle discharge means; a coarse particle exit; and sealing means for sealing the housing and the rotary shaft. The classification rotor is provided with a classification blade and a plurality of rectification blades arranged closer to the inside part than the classification blade, and formed such that the ratio of the outer diameters db of the blades to the outer diameter dr of the classification rotor (db/dr) can be a blade/classification rotor ratio (db/dr) corresponding to a design maximum classification rotor peripheral velocity on the basis of a correlation between an experimentally acquired blade/classification rotor ratio (db/dr) and a classification rotor peripheral velocity at the time of a liquid leakage stop from the sealing means.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は、分級機、特に、メカニカルシールを用いない非接触シール部を有する湿式の分級機、及びこの分級機の設計方法に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a classifier, particularly a wet classifier having a non-contact seal portion that does not use a mechanical seal, and a design method for this classifier.

(1.分級機の一般的な説明) (1. General description of the classifier)

微粒子を高精度に分級する分級機としては、分級羽根を円周方向に互いに離間して(円周方向に所望の間隔を存して)、回転中心から放射状に配置した、或いは、羽根の長手方向を向く、幅方向に対する中心線が回転中心を向かないように配置した分級ローターを高速回転させて、微粒子を分級する装置がある。 As a classifier for classifying fine particles with high accuracy, classifying blades are spaced apart from each other in the circumferential direction (at desired intervals in the circumferential direction) and arranged radially from the center of rotation, or the longitudinal direction of the blades is There is an apparatus for classifying fine particles by rotating a classifying rotor arranged so that the center line in the width direction does not face the center of rotation at high speed.

該分級は、分級ローターの各隣接する分級羽根間に形成される分級室内に、気体や液体などの流体が、外周部から流入して内周側に向かって移動する間、流体中の粒子が分級ローターの高速回転による遠心力Fと、この遠心力の作用方向と逆向きの内周方向に向かって流れる流体の抗力Rを受け、両者がバランスする(F=Rとなる)分級粒子径より径大の粗粒は分級ローター外に排出され、径小の微粒は分級ローター内に流入するようになる。 In the classification, a fluid such as a gas or a liquid flows into a classifying chamber formed between adjacent classifying blades of a classifying rotor from the outer peripheral portion and moves toward the inner peripheral side. The centrifugal force F due to the high-speed rotation of the classifying rotor and the drag force R of the fluid flowing in the inner peripheral direction opposite to the direction of action of this centrifugal force are received, and both are balanced (F = R). Large-diameter coarse particles are discharged outside the classifying rotor, and small-diameter fine particles flow into the classifying rotor.

また、分級機のハウジングと、該ハウジングを貫通して設けられた回転軸とを回転自在にシール(密閉)するために、該回転軸を摺動自在に支持したメカニカルシール部を用いずに、摺動部分の無いブレードローター機構部(密閉手段)を設けた非接触シール部を有する分級機がある。 Further, in order to rotatably seal (enclose) the housing of the classifier and the rotating shaft provided through the housing, a mechanical seal portion that slidably supports the rotating shaft is not used. There is a classifier having a non-contact seal portion provided with a blade rotor mechanism (sealing means) having no sliding portion.

(2.従来の非接触シール部を有する分級機の具体的説明) (2. Specific description of a classifier having a conventional non-contact seal)

図17~図21は、前記従来の湿式のシールレス分級機1を示し、該分級機1は、例えば、直径50mm~300mmの円筒状のハウジング2と、該ハウジング2内に設けられた分級ローター3と、前記ハウジング2の天井板2aに形成された貫通孔2bを貫通して垂設して設けた、前記分級ローター3の回転軸4と、該回転軸4を回転駆動させるモーター等よりなる回転手段5と、前記分級ローター3により分級され、該分級ローター3内に流入した微粒を前記ハウジング2外に流出させる、前記回転軸4に形成した軸方向に延びる貫通孔(微粒排出手段)6と、前記回転軸4に形成された貫通孔6の他端に連通し、前記分級された微粒を回収タンク(図示せず)に導く回収室7と、前記分級ローター3により分級されなかった粗粒を前記ハウジング2外に排出する排出口8と、例えば、0.1μm~100μmの分級される粒子を含む原料スラリーを貯めた原料タンク9から、該原料スラリーを供給ポンプ10により、前記ハウジング2内に供給する供給口11とよりなる。 17 to 21 show the conventional wet sealless classifier 1. The classifier 1 includes, for example, a cylindrical housing 2 having a diameter of 50 mm to 300 mm and a classifying rotor provided in the housing 2. 3, a rotating shaft 4 of the classifying rotor 3 provided vertically through a through hole 2b formed in the ceiling plate 2a of the housing 2, and a motor or the like for rotating the rotating shaft 4. a rotating means 5, and a through hole (fine particle discharging means) 6 formed in the rotating shaft 4 and extending in the axial direction for discharging the fine particles that have been classified by the classifying rotor 3 and flowed into the classifying rotor 3 to the outside of the housing 2. a recovery chamber 7 communicating with the other end of a through hole 6 formed in the rotary shaft 4 to guide the classified fine particles to a recovery tank (not shown); The raw material slurry is supplied from a discharge port 8 for discharging grains to the outside of the housing 2 and a raw material tank 9 storing raw material slurry containing particles to be classified with a size of 0.1 μm to 100 μm, for example, to the housing 2 by a supply pump 10. It consists of a supply port 11 for supplying inside.

なお、12は、前記回転軸4を回転自在に支持する支持部を示す。 Reference numeral 12 denotes a support portion for rotatably supporting the rotating shaft 4. As shown in FIG.

また、前記天井板2aの貫通孔2bと前記回転軸4とを、非接触で気密(液密)に密閉するために、ブレードローター機構部が設けられる。 In addition, a blade rotor mechanism is provided to seal the through hole 2b of the ceiling plate 2a and the rotating shaft 4 in a non-contact, airtight (liquid-tight) manner.

該ブレードローター機構部は、例えば、ハウジング2の天井板2aの内側面に、その上面を対向させて接近して、該天井部2aに形成された貫通孔2bを貫通した回転軸4に直交して固定した、前記貫通孔2bよりも大きく形成された円板板13と、該円板13の上面に固定した、円周方向に互いに離間して(円周方向に所望の間隔を存して)、回転中心から放射状に配置した、前記天井面2aの内側面に近接させた、半径方向に延びる複数の断面矩形状の棒体からなるブレード14とよりなる。 For example, the blade rotor mechanism portion approaches the inner surface of the ceiling plate 2a of the housing 2 with its upper surface facing each other, and is perpendicular to the rotating shaft 4 passing through the through hole 2b formed in the ceiling portion 2a. and a disc plate 13 formed larger than the through hole 2b and fixed to the upper surface of the disc 13, spaced apart from each other in the circumferential direction (with a desired space in the circumferential direction). ), and blades 14 made up of a plurality of radially extending rods each having a rectangular cross-section, arranged radially from the center of rotation and close to the inner surface of the ceiling surface 2a.

なお、前記天井板2aの内側面は、前記貫通した回転軸4に直交した平坦面状に形成され、前記円板13の上面に対向するようになる。 The inner surface of the ceiling plate 2a is formed into a flat surface orthogonal to the penetrating rotating shaft 4 and faces the upper surface of the disk 13. As shown in FIG.

また、前記各ブレード14は、例えば、図19に示すように、所望の長さで、それぞれ同形状に形成されて、前記円板13の上面の外周側に設けられ、また、該各ブレード14の外端は、前記円板13の外端に一致、或いは、若干内側に位置するように設けられる。 Further, for example, as shown in FIG. 19, each blade 14 has a desired length and is formed in the same shape, and is provided on the outer peripheral side of the upper surface of the disk 13. is provided so as to coincide with the outer edge of the disk 13 or be located slightly inside.

そして、円形状に配置された複数の前記ブレード14により、ブレードローターが構成されるようになる。 A plurality of blades 14 arranged in a circle form a blade rotor.

なお、15は、前記ハウジング2内のスラリーが、前記ブレードローター機構部、前記貫通孔2bを介して、前記ハウジング2外に漏れてしまった場合、その漏れたスラリーを回収するためのスラリー排出室を示す。 Reference numeral 15 denotes a slurry discharge chamber for recovering the leaked slurry when the slurry in the housing 2 leaks out of the housing 2 through the blade rotor mechanism and the through hole 2b. indicates

また、前記分級ローター3は、例えば、図20及び図21に示すように、上下に離間し同軸に配置した2枚の同形の円板状の板16a、16bと、該上側の板16aの中心部に設けた、前記貫通孔6に連通する排出口3aとよりなる枠体16と、前記2枚の板16a、16bの互いに対向する面の外周側部分間に、周方向に等間隔で、回転中心より放射状に設けるか、或いは、羽根の長手方向を向く、幅方向に対する中心線が回転中心を向かないように設けた複数の分級羽根17と、前記枠体16内に、前記分級羽根17より内側部分に、円周方向に所望の間隔を存して、回転中心から放射状に配置された、又は、羽根の長手方向を向く、幅方向に対する中心線が回転中心を向かないように配置された複数の整流羽根22とよりなり、各互いに隣接する前記分級羽根17、17間に分級室18が形成される。 As shown in FIGS. 20 and 21, the classifying rotor 3 includes two identical disk-shaped plates 16a and 16b spaced vertically and arranged coaxially, and the center of the upper plate 16a. Between the outer peripheral side portions of the mutually facing surfaces of the two plates 16a and 16b and the frame 16 formed of the discharge port 3a communicating with the through hole 6 provided in the portion, at equal intervals in the circumferential direction, A plurality of classifying blades 17 are provided radially from the center of rotation, or are provided in the longitudinal direction of the blades so that the center line in the width direction does not face the center of rotation; In the inner part, there is a desired interval in the circumferential direction, and it is arranged radially from the center of rotation, or it is arranged so that the center line in the width direction, which faces the longitudinal direction of the blade, does not face the center of rotation A classifying chamber 18 is formed between the classifying blades 17, 17 adjacent to each other.

なお、前記整流羽根22は、主に、分級ローター内の流れを安定化させるためのものであるが、設けない場合もある。 The straightening blades 22 are mainly for stabilizing the flow in the classifying rotor, but they may not be provided in some cases.

前記分級機1においては、前記ハウジング2内に、前記原料タンク9からの原料スラリーを供給ポンプ10により供給口11から供給し、該分級機1内に設けられた高速回転する分級ローター3により、前記原料スラリーが粗粒スラリーと微粒スラリーとに分級され、そして、粗粒スラリーは、前記分級機1のハウジング2の排出口8からハウジング2外に排出されて、また、前記分級ローター3の外周部の開口部から該分級ローター3内に流入した微粒スラリーは、前記分級ローター3に形成された、前記回転軸4の貫通孔6の一端に連通した排出口3aから、前記分級ローター3に固定された回転軸4の貫通孔6を通って、該貫通孔6の他端から前記回収室7に流入し、回収タンクに回収されるようになる。 In the classifier 1, the raw material slurry from the raw material tank 9 is supplied into the housing 2 from the supply port 11 by the supply pump 10, and the high-speed rotating classifying rotor 3 provided in the classifier 1 The raw material slurry is classified into coarse-grained slurry and fine-grained slurry, and the coarse-grained slurry is discharged out of the housing 2 from the discharge port 8 of the housing 2 of the classifier 1. The particulate slurry that has flowed into the classifying rotor 3 from the opening of the part is fixed to the classifying rotor 3 through a discharge port 3a formed in the classifying rotor 3 and communicating with one end of the through hole 6 of the rotating shaft 4. It flows through the through hole 6 of the rotating shaft 4 and flows into the recovery chamber 7 from the other end of the through hole 6 and is recovered in the recovery tank.

また、前記円板13が高速回転することにより、前記ハウジング2内を密閉構造とすることができ、前記天井板2aの内側面と前記ブレード14とは離間しているので、メカニカルシール部のような消耗、摩耗、固着などのトラブルを解消できる。 Further, by rotating the disk 13 at a high speed, the inside of the housing 2 can be made to have a closed structure, and since the inner surface of the ceiling plate 2a and the blade 14 are spaced apart, they are like a mechanical seal. Troubles such as excessive wear, abrasion, and sticking can be eliminated.

例えば、非接触シール部を有する分級機としては、特許文献1がある。 For example, Patent Document 1 discloses a classifier having a non-contact seal portion.

特願2020-83855号Japanese Patent Application No. 2020-83855

前記分級操作において、分級ローター外周部には外周に向かう遠心力による液圧が発生しており、原液を分級ローター内に侵入させるには、その圧力に打ち勝つ液圧を確保するために分級機内を密閉化する必要がある。 In the above-mentioned classifying operation, liquid pressure is generated at the outer periphery of the classifying rotor due to centrifugal force directed toward the outer periphery. Must be sealed.

また、前記ブレードローター機構部の動作は、高速で回転するブレードローターの外周部に機内の液が到達すると同時に外周に向かう遠心力が働き、液をブレードローター内に侵入させない状態を作り、機外への液漏れを防止する操作が行われる。 In addition, when the liquid in the machine reaches the outer periphery of the blade rotor rotating at high speed, centrifugal force acts toward the outer periphery at the same time, creating a state in which the liquid does not enter the blade rotor, thereby preventing the liquid from entering the blade rotor. An operation is performed to prevent leakage to the

すなわちブレードローター機構部は抵抗体として働き、シール効果を発揮する。 That is, the blade rotor mechanism functions as a resistance body and exerts a sealing effect.

そして、ブレードローター機構部と分級ローターの構造上の違いに起因する、発生圧力に関して、ブレードローター機構は既述の通りブレードローターとハウジング2の内壁面間に隙間がある構造から、円板間に羽根を挟み込んだ分級ローターに比較し、液漏れが起こりやすく、発生(抵抗)圧力/理論圧力が低くなる。 Regarding the pressure generated due to the structural difference between the blade rotor mechanism and the classifying rotor, the blade rotor mechanism has a gap between the blade rotor and the inner wall surface of the housing 2 as described above. Liquid leakage is more likely to occur and the generated (resistance) pressure/theoretical pressure is lower than the classifying rotor with impeller blades.

そのため、同径では、ブレードローター機構部に比較し分級ローターの圧力の方が高くなるため、機内の液がブレードローター機構部から漏れ、シール効果を果たさなくなる。それを防ぎ液漏れの無いシール効果を持たせるにはブレードローター径を分級ローター径より大きく設定する必要があると予見された。 Therefore, if the diameter is the same, the pressure of the classifying rotor is higher than that of the blade rotor mechanism, so the liquid in the machine leaks from the blade rotor mechanism, and the sealing effect is lost. It was foreseen that it would be necessary to set the diameter of the blade rotor larger than the diameter of the classifying rotor in order to prevent this and provide a sealing effect without liquid leakage.

しかしながら、どの程度、大きくするかは明らかでなかった。 However, it was not clear to what extent.

そこで、本願発明者は、種々実験検討の結果、ブレードローター機構部から液漏れが発生しないブレードローター径と分級ローター径の関係、運転条件を求めブレードローター機構部の最適化を確立したものである。 Therefore, as a result of various experiments and studies, the inventors of the present application determined the relationship between the diameter of the blade rotor and the diameter of the classifying rotor, and the operating conditions at which liquid leakage does not occur from the blade rotor mechanism, and established the optimization of the blade rotor mechanism. .

前記の目的を達成すべく、本発明の分級機は、分級される粒子を含む原料が供給されるハウジングと、該ハウジング内に設けた、微粒と粗粒とに分級する分級ローターと、前記ハウジングを貫通して設けた、前記分級ローターの回転軸と、該回転軸を回転駆動させる回転手段と、前記分級ローター内に流入した、分級された微粒を、前記ハウジング外に排出する微粒排出手段と、前記分級ローターにより分級されなかった粗粒を、前記ハウジング外に排出する排出口と、前記ハウジングに前記原料を供給する供給手段と、前記ハウジングと前記回転軸とを密閉する密閉手段とよりなり、前記分級ローターは、外周部に開口部を有し、該開口部から内部に流入した流体を外部に排出する排出口を有する回転自在な枠体と、該枠体内の外周側部分に、円周方向に所望の間隔を存して配置された複数の分級羽根とよりなり、前記密閉手段は、前記回転軸に直交して固定した板体と、該板体の面に固定した、円周方向に所望の間隔を存して配置した、前記ハウジングの内側面に近接させた複数のブレードとよりなり、前記複数のブレードが円形状に配置されて形成されたブレードローターの外径dbと、前記分級ローターの外径drとの比(db/dr)が、実験により得られたブレード/分級ローター比(db/dr)と、前記密閉手段からの液漏れ停止時における分級ローター周速との相関関係から、設計上の最大分級ローター周速に対応するブレード/分級ローター比(db/dr)となるように形成されることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the classifier of the present invention comprises a housing to which a raw material containing particles to be classified is supplied, a classifying rotor provided in the housing for classifying fine particles and coarse particles, and the housing a rotating shaft of the classifying rotor provided penetrating through, rotating means for rotationally driving the rotating shaft, and fine particle discharging means for discharging the classified fine particles that have flowed into the classifying rotor to the outside of the housing , a discharge port for discharging coarse particles not classified by the classifying rotor to the outside of the housing; supply means for supplying the raw material to the housing; and sealing means for sealing the housing and the rotating shaft. , the classifying rotor includes a rotatable frame having an opening on the outer periphery and a discharge port for discharging the fluid that has flowed into the inside from the opening; The sealing means comprises a plurality of classifying blades arranged at desired intervals in the circumferential direction, and the sealing means includes a plate fixed perpendicular to the rotating shaft and a circumferential an outer diameter d b of a blade rotor formed by a plurality of blades arranged in a circular shape, comprising a plurality of blades adjacent to the inner surface of the housing and arranged with a desired spacing in the direction; , the ratio (d b /d r ) to the outer diameter d r of the classifying rotor is the blade/classifying rotor ratio (d b /d r ) obtained by experiment, and when the leakage from the sealing means stops Based on the correlation with the peripheral speed of the classifying rotor, it is characterized by being formed so as to have a blade/classifying rotor ratio (d b /d r ) corresponding to the designed maximum classifying rotor peripheral speed.

また、前記設計上の最大分級ローター周速が30m/sの時に、前記ブレード/分級ローター比(db/dr)が、1.204であることを特徴とする。 Further, the blade/classifying rotor ratio (d b /d r ) is 1.204 when the designed maximum classifying rotor peripheral speed is 30 m/s.

また、本発明の分級機の設計方法は、分級される粒子を含む原料が供給されるハウジングと、該ハウジング内に設けた、微粒と粗粒とに分級する分級ローターと、前記ハウジングを貫通して設けた、前記分級ローターの回転軸と、該回転軸を回転駆動させる回転手段と、前記分級ローター内に流入した、分級された微粒を、前記ハウジング外に排出する微粒排出手段と、前記分級ローターにより分級されなかった粗粒を、前記ハウジング外に排出する排出口と、前記ハウジングに前記原料を供給する供給手段と、前記ハウジングと前記回転軸とを密閉する密閉手段とよりなり、前記分級ローターは、外周部に開口部を有し、該開口部から内部に流入した流体を外部に排出する排出口を有する回転自在な枠体と、該枠体内の外周側部分に、円周方向に所望の間隔を存して配置された複数の分級羽根とよりなり、前記密閉手段は、前記回転軸に直交して固定した板体と、該板体の面に固定した、円周方向に所望の間隔を存して配置した、前記ハウジングの内側面に近接させた複数のブレードとよりなる分級機のブレード/分級ローター比(db/dr)と、前記密閉手段からの液漏れ停止時における分級ローター周速との相関関係を求める工程と、該相関関係から、設計上の最大分級ローター周速に対応するブレード/分級ローター比(db/dr)を求める工程と、該求められたブレード/分級ローター比(db/dr)となるように分級機を設計することを特徴とする。 Further, the method of designing the classifier of the present invention comprises: a housing to which a raw material containing particles to be classified is supplied; a classifying rotor provided in the housing for classifying fine particles and coarse particles; rotating shaft of the classifying rotor provided in the above; rotating means for rotationally driving the rotating shaft; fine particle discharging means for discharging the classified fine particles that have flowed into the classifying rotor and are classified to the outside of the housing; a discharge port for discharging coarse particles not classified by the rotor to the outside of the housing; supply means for supplying the raw material to the housing; and sealing means for sealing the housing and the rotating shaft, The rotor includes a rotatable frame body having an opening on the outer periphery and a discharge port for discharging the fluid that has flowed into the interior from the opening to the outside. The sealing means is composed of a plurality of classifying blades arranged at desired intervals. The blade/classifying rotor ratio (d b /d r ) of the classifier consisting of a plurality of blades arranged close to the inner surface of the housing, and the time when liquid leakage from the sealing means stops A step of obtaining a correlation with the classifying rotor peripheral speed in the above, a step of obtaining a blade/classifying rotor ratio (d b /d r ) corresponding to the design maximum classifying rotor peripheral speed from the correlation, and the step of obtaining The classifier is designed such that the blade/classifier rotor ratio (d b /d r ) is equal to that of the classifier.

また、前記枠体内の、前記分級羽根より内側部分に、円周方向に所望の間隔を存して配置された複数の整流羽根を設けたことを特徴とする。 Further, it is characterized in that a plurality of rectifying vanes arranged at desired intervals in the circumferential direction are provided inside the frame inside the classifying vanes.

本発明によれば、非接触シール部を有する分級機であっても、液漏れがないブレードローター機構部を設計することができると共に、分級性能(処理量)が大きく、低回転の分級機を提供することができる。 According to the present invention, even in a classifier having a non-contact seal part, it is possible to design a blade rotor mechanism part that does not leak liquid, and a classifier with high classification performance (throughput) and low rotation speed can be realized. can provide.

本発明の分級機を設計するために用いる分級機の説明用縦断側面図である。It is an explanatory longitudinal side view of a classifier used for designing the classifier of the present invention. 本発明の分級機を設計するために用いる他の分級機の説明用縦断側面図である。FIG. 3 is an explanatory longitudinal side view of another classifier used for designing the classifier of the present invention; 本発明の分級機を設計するために用いる更に他の分級機のブレードローター(溝型)の説明用平面図である。FIG. 11 is an explanatory plan view of still another classifier blade rotor (groove type) used to design the classifier of the present invention; 本発明の分級機を設計するために用いる更に他の分級機のブレードローター(溝型)の説明用縦断側面図である。FIG. 10 is an explanatory vertical cross-sectional side view of a blade rotor (groove type) of still another classifier used to design the classifier of the present invention; 分級機のブレードローター機構部からの液漏れを阻止するイメージ図である。FIG. 4 is an image diagram of preventing liquid leakage from the blade rotor mechanism of the classifier. 分級機の説明に関する寸法、記号、単位を示す図である。It is a figure which shows the dimension, a symbol, and a unit regarding description of a classifier. 実験より求めた係数値を表わす図である。FIG. 4 is a diagram showing coefficient values obtained from experiments; 実験より求めた、液漏れが停止した時のブレード/分級ローター比(db/dr)と分級ローター周速との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the blade/classifying rotor ratio (d b /d r ) and the classifying rotor circumferential speed when liquid leakage is stopped, which is obtained by experiment. 従来のメカニカルシール部を有する分級機の説明用縦断側面図である。It is an explanatory vertical side view of a classifier having a conventional mechanical seal. 比較実験における原液粒度分布を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a stock solution particle size distribution in a comparative experiment; 分級機の説明に関する寸法、記号、単位を示す図である。It is a figure which shows the dimension, a symbol, and a unit regarding description of a classifier. 比較実験における微粒子分布を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing fine particle distribution in a comparative experiment; 実験により求めた分級ローター周速と機内圧力(分級ローター実測圧力)との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the peripheral speed of the classifying rotor obtained by experiment and the internal pressure (measured pressure of the classifying rotor). 実験により求めたブレードローター周速と、ブレードローター実測圧力との関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the blade rotor peripheral speed obtained by experiment and the blade rotor measured pressure. 、ブレード/分級ローター比(db/dr)をパラメータとして分級ローター周速と差圧との関係を示す図である。, and the relationship between the peripheral speed of the classifying rotor and the differential pressure with the blade/classifying rotor ratio (d b /d r ) as a parameter. 実験条件を示す図である。It is a figure which shows an experimental condition. ブレードローター機構部を有する従来の分級機の構成概略図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a conventional classifier having a blade rotor mechanism; ブレードローター機構部を有する従来の分級機の説明用縦断側面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional side view for explaining a conventional classifier having a blade rotor mechanism; 図18のA-A線断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 18; 図18のB-B線断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 18; 分級機の、整流羽根を省略した分級ローターの説明用縦断側面図である。FIG. 2 is an explanatory vertical cross-sectional view of a classifying rotor of the classifier, omitting straightening blades.

本発明を実施するための形態の実施例を以下に示す。 An example of the mode for carrying out the present invention is shown below.

なお、背景技術で説明した部分と同じ部分には、同じ符号を付け、説明を省略する。 The same reference numerals are given to the same parts as the parts explained in the background art, and the explanation is omitted.

(3.本発明の説明) (3. Description of the present invention)

本発明者は、ブレードローターの径(db)と分級ローターの径(dr)とをそれぞれ変えて、分級機を運転し、液漏れが止まる条件を実験等により調べたところ、ブレードローター径(db)と分級ローター径(dr)とのブレード/分級ローター比(db/dr)が一定であれば、ブレードローター径と分級ローター径とを変化させても、同じ分級ローター周速のところで、液漏れしないことを見出した。 The present inventor operated the classifier while changing the diameter (d b ) of the blade rotor and the diameter (d r ) of the classifying rotor, and investigated the conditions under which liquid leakage stopped by experiments, etc., and found that the diameter of the blade rotor If the blade/classifying rotor ratio (d b /d r ) of (d b ) and classifying rotor diameter (d r ) is constant, even if the blade rotor diameter and classifying rotor diameter are changed, the same classifying rotor circumference It was found that the liquid does not leak at high speed.

また、ブレード/分級ローター比(db/dr)が減少するに従い、液漏れさせないためには、分級ローター周速を上昇させる必要があることが分かった。 It was also found that as the blade/classifying rotor ratio (d b /d r ) decreases, the peripheral speed of the classifying rotor needs to be increased in order to prevent liquid leakage.

また、ブレード/分級ローター比(db/dr)を一定とした場合、分級ローター周速を上昇させる程、液漏れが起こりにくいことが分かった。 It was also found that, when the blade/classifying rotor ratio (d b /d r ) is constant, the more the peripheral speed of the classifying rotor is increased, the less liquid leakage occurs.

また、分級性能(処理量)は、分級粒子径が一定において、後述する数6に示すように、分級ローター周速の2乗に比例することから、分級ローター周速が高い程、処理量が高くなることが分かった。 In addition, the classification performance (throughput) is proportional to the square of the classification rotor peripheral speed, as shown in Equation 6 below, when the classifying particle diameter is constant. found to be higher.

そこで、開発(設計)しようとする分級機において、ブレード/分級ローター比(db/dr)と、液漏れ停止時における分級ローター周速との相関関係を実験等により導き出し、該相関関係をもとに、これから開発する分級機の設計上の最大分級ローター周速における、液漏れしない最適なブレードローター径(db)と分級ローター径(dr)との比(db/dr)を導き出し、この値を用いることにより、最適な分級機を開発できることを見出した。 Therefore, in the classifier to be developed (designed), the correlation between the blade/classifying rotor ratio (d b /d r ) and the peripheral speed of the classifying rotor when the liquid leakage stops is derived through experiments, etc., and the correlation is calculated. Originally, the ratio (d b /d r ) of the optimum blade rotor diameter (d b ) that does not leak and the classifier rotor diameter (d r ) at the maximum classification rotor peripheral speed in the design of the classifier to be developed from now on and found that the optimum classifier can be developed by using this value.

以下、具体的に説明する。 A specific description will be given below.

図1は、開発しようとする分級機の最適条件を求めるために用いるブレードローター機構部を有する最適条件設定用分級機19を示し、該分級機19は、従来の分級機1と基本的構成が同じであるが、ハウジング(機内)2の圧力を計測するための圧力計20を設けている。 FIG. 1 shows an optimum condition setting classifier 19 having a blade rotor mechanism used for obtaining the optimum conditions of the classifier to be developed. Similarly, a pressure gauge 20 for measuring the pressure in the housing (inside the machine) 2 is provided.

なお、前記図1の分級機19は、分級ローター3上部にブレードローター機構部の円板13を固定した例であるが、例えば、図2に示すように、分級ローター3上部と離間してブレードローター機構部を設けても、前記分級機19と同じ効果を有する。 The classifier 19 in FIG. 1 is an example in which the disk 13 of the blade rotor mechanism is fixed to the upper part of the classifying rotor 3. For example, as shown in FIG. Even if a rotor mechanism is provided, it has the same effect as the classifier 19 described above.

また、図3及び図4に示すように、円板13の上面に、半径方向に延びる溝21を複数形成し、該溝21間の残された凸状部分をブレード14としたブレードローター機構部であっても、前記分級機19と同じ効果を有する。 Further, as shown in FIGS. 3 and 4, a plurality of grooves 21 extending in the radial direction are formed on the upper surface of the disk 13, and the remaining convex portions between the grooves 21 are the blades 14 of the blade rotor mechanism. However, it has the same effect as the classifier 19 described above.

また、本実施例の分級機19は、原液を下部から投入した例を示すが、原液を上部から投入する分級機であっても、該分級機19と同じ効果を有する。 Further, the classifier 19 of the present embodiment shows an example in which the stock solution is introduced from the bottom.

そして、開発しようとする分級機の最適条件を探すために、前記分級機19を用いて、ブレードローター径(db)を一定(0.054m)とし、分級ローター径(dr)を実験1では、0.038m、実験2では、0.043m、実験3では、0.044m、実験4では、0.45mとして、水で満たした分級機内に微量の水を供給し続け、前記ブレードローター機構部又は分級ローター側から分級機外に水が漏れるようにし、そして、分級ローターの回転数を上昇させながら、前記圧力計20により、機内圧力を測定し、目視により、ブレードローター機構部から外部への水漏れが停止した時の分級ローター周速を求めた。なお、分級ローターの回転数を上げていく際、最初は、ブレードローター機構部のみから水漏れが生ずるが、所望の回転数から、ブレードローター機構部からの水漏れが停止し、分級ローター側から水が外部に排出されるようになる。 Then, in order to find the optimum conditions for the classifier to be developed, the classifier 19 was used, the blade rotor diameter (d b ) was set constant (0.054 m), and the classification rotor diameter (d r ) was adjusted to Experiment 1 , 0.038 m, 0.043 m in experiment 2, 0.044 m in experiment 3, and 0.45 m in experiment 4. Water leaks out of the classifier from the part or the classifying rotor side, and while increasing the number of revolutions of the classifying rotor, measure the pressure inside the machine with the pressure gauge 20, and visually check from the blade rotor mechanism to the outside. The peripheral speed of the classifying rotor was obtained when the water leakage stopped. When the rotation speed of the classifying rotor is increased, at first, water leakage occurs only from the blade rotor mechanism. Water will be discharged outside.

即ち、実験1~4では、ブレード/分級ローター比(db/dr)を変化させた場合の実験を示す。 That is, experiments 1 to 4 show experiments in which the blade/classifying rotor ratio (d b /d r ) was varied.

また、前記実験2におけるブレード/分級ローター比(db/dr)と同じ比(1.256)となるように、実験5では、ブレードローター径を0.086m、分級ローター径を0.0685mとし、実験6では、ブレードローター径を0.100m、分級ローター径を0.0796mとして、前記と同様に、水を供給し、分級ローターの回転数を上昇させながら、前記圧力計20により、機内圧力を測定し、目視により、ブレードローター機構部から外部への水漏れが停止した時の分級ローター周速を求めた。 In addition, in Experiment 5, the blade rotor diameter was 0.086 m and the classification rotor diameter was 0.0685 m so that the blade / classifying rotor ratio (d b /d r ) in Experiment 2 was the same ratio (1.256). In Experiment 6, the diameter of the blade rotor was set to 0.100 m, and the diameter of the classifying rotor was set to 0.0796 m. The pressure was measured, and the peripheral speed of the classifying rotor when water leakage from the blade rotor mechanism to the outside stopped was determined by visual inspection.

即ち、実験2、実験5,実験6では、ブレード/分級ローター比(db/dr)を一定にして、ブレードローター径と分級ローター径を変化させた場合の実験を示す。 That is, Experiments 2, 5, and 6 show experiments in which the blade/classifying rotor ratio (d b /d r ) was kept constant, and the blade rotor diameter and the classifying rotor diameter were varied.

なお、図5は、ブレードローター機構部からの液漏れ無しのイメージ図である。 In addition, FIG. 5 is an image diagram of no liquid leakage from the blade rotor mechanism.

なお、前記分級機19の最大分級ローター周速は30m/s、許容圧力は、0.5MPaであり、この範囲で分級操作を行う。 The classifier 19 has a maximum classification rotor peripheral speed of 30 m/s and an allowable pressure of 0.5 MPa, and the classification operation is performed within these ranges.

また、後述するように、ブレードローターからの圧力と分級ローターからの圧力との差圧は、分級ローターで発生する圧力が機内圧力を支配することから、分級ローターの実測圧力は、機内圧力と同じになると定義し、ブレードローターの実測圧力から、実験1~6の機内圧力を差し引いた値とした。なお、機内圧力は前記圧力計20により求めた。 In addition, as will be described later, the difference between the pressure from the blade rotor and the pressure from the classifying rotor is the pressure generated in the classifying rotor that governs the pressure inside the machine. It was defined as a value obtained by subtracting the internal pressure of Experiments 1 to 6 from the measured pressure of the blade rotor. The pressure inside the machine was determined by the pressure gauge 20 described above.

なお、数1は、理論圧力を示す式であり、前記差圧は、後述する(5.1.)(5.2.)(5.3.)ように、実験から求められた分級ローター実測圧力実験式(数2)を、実験から求められたブレードローター実測圧力実験式(数3)から差し引いた数4(=数3-数2)から求めた。 In addition, Equation 1 is a formula showing the theoretical pressure, and the differential pressure is obtained from experiments as described later in (5.1.), (5.2.), and (5.3.). The pressure empirical formula (Equation 2) was obtained from the equation 4 (=Equation 3-Equation 2) obtained by subtracting from the blade rotor measured pressure empirical equation (Equation 3) obtained from the experiment.

Figure 2023081038000002
Figure 2023081038000002

Figure 2023081038000003
Figure 2023081038000003

Figure 2023081038000004
Figure 2023081038000004

Figure 2023081038000005
Figure 2023081038000005

なお、記号、単位等は、図6で示し、図7は、後述するように、実験により求められた分級ローター実測圧力実験数(数2)と、ブレードローター実測圧力実験式(数3)の係数値を示す。 Note that symbols, units, etc. are shown in FIG. indicates the coefficient value.

また、Sは、n・πdで表される。 Also, S is represented by n·πd.

また、前記ブレードローター実測圧力は、水で満たした分級機内に微量の水を供給し続け、所定のブレードローター径のブレードローターを単独で回転数を上昇させながら供給圧力を測定し、供給圧力をブレードローター実測圧力と定義し、これにより、ブレードローター周速とブレードローター実測圧力の関係を求めた。なお、供給された水はブレードローター機構部から漏らすようにした。 In addition, the measured pressure of the blade rotor is obtained by continuously supplying a small amount of water into the classifier filled with water, and measuring the supply pressure while increasing the rotation speed of the blade rotor of a predetermined blade rotor diameter alone. The blade rotor measured pressure was defined as the relationship between the blade rotor peripheral speed and the blade rotor measured pressure. The supplied water was made to leak from the blade rotor mechanism.

即ち、実験7、実験8,実験9では、それぞれブレードローター径を0.054m、0.086m、0.100mとして、ブレードローターを単体で回転数を上昇させながら、前記圧力計20により、機内圧力を測定し、機内圧力をブレードローター実測圧力として、ブレードローター周速との関係を求めた。 That is, in Experiment 7, Experiment 8, and Experiment 9, the blade rotor diameter was set to 0.054 m, 0.086 m, and 0.100 m, respectively, and the blade rotor alone was increased in rotation speed. was measured, and the relationship with the peripheral speed of the blade rotor was obtained using the in-machine pressure as the actually measured pressure of the blade rotor.

なお、前記実験1~実験9における諸条件を表1に示す。 Table 1 shows various conditions in Experiments 1 to 9.

Figure 2023081038000006
Figure 2023081038000006

また、実験条件は、実験1から実験9は微量の水流量が、原液供給量Q=2.78E-07m3/sで行い、回転数は、16.6~250s-1で行った。 Experiments 1 to 9 were conducted under the conditions of a very small amount of water flow rate, a stock solution supply rate Q of 2.78E-07 m 3 /s, and a rotational speed of 16.6 to 250 s -1 .

そして、前記実験1~6の結果を表2に示す。 Table 2 shows the results of Experiments 1 to 6.

Figure 2023081038000007
Figure 2023081038000007

その結果、実験2、5、6から、ブレード/分級ローター比(db/dr)が一定なら、同じ分級ローター周速で液漏れが停止することが分かった。 As a result, from Experiments 2, 5 and 6, it was found that if the blade/classifying rotor ratio (d b /d r ) is constant, liquid leakage stops at the same classifying rotor peripheral speed.

また、ブレード/分級ローター比(db/dr)が大きくなる程、液漏れを防ぐには、分級ローター周速を低減できることが分かった。 It was also found that the higher the blade/classifier rotor ratio (d b /d r ), the lower the classifier rotor peripheral speed in order to prevent liquid leakage.

従って、前記実験1~6より、ブレード/分級ローター比(db/dr)と、液漏れ停止時の分級ローター周速との関係は、図8に示すように、比(db/dr)が大きくなるほど、液漏れ停止時の分級ローター周速が低くなる関係線Mを導き出せ、該関係線Mより上部領域Bにおいては、液漏れがなく、下部領域Cにおいては、液漏れが起こることが分かった。 Therefore, from the above experiments 1 to 6, the relationship between the blade/classifying rotor ratio (d b /d r ) and the classifying rotor peripheral speed when the liquid leakage stopped is as shown in FIG. A relationship line M can be derived in which the classifier rotor peripheral speed at the time of stoppage of liquid leakage decreases as r ) increases. I found out.

なお、比(db/dr)が低い領域においては、液漏れを防止するためには、比(db/dr)が減少するに従い、急激に、分級ローター周速を上昇させる必要がある。 In the region where the ratio (d b /d r ) is low, in order to prevent liquid leakage, it is necessary to rapidly increase the peripheral speed of the classifying rotor as the ratio (d b /d r ) decreases. be.

また、分級ローターは、高速回転させる必要があり、機械的な負担が大きいため、できるだけ回転数が小さい方が好ましい。 Further, the classifying rotor must be rotated at a high speed, which imposes a large mechanical burden on the classifier.

そして、例えば、ブレード/分級ローター比(db/dr)を大きくしても、液漏れを防止できるが、比(db/dr)を大きくするに従い、液漏れ防止に必要とする分級ローター周速は低下できるが、後述する数6から、処理量は低下してしまう。 For example, even if the blade/classifying rotor ratio (d b / d r ) is increased, liquid leakage can be prevented . Although the rotor peripheral speed can be lowered, the processing amount is lowered from Equation 6 described later.

従って、前記分級機19の分級性能(処理量)を最大にできる分級ローター周速30m/sにおける、前記関係線Mに対応する比(db/dr)は、1.204となるが、該比(db/dr)を1.204より大きくした場合、前記1.204の運転時と同等の分級性能(処理量)を得るためには、同じ分級ローター周速(30m/s)に設定する必要があり、この場合、ブレードローター径を一定にした場合、分級ローター径は小さくなるため、分級ローターの回転数を上昇させる必要があり、機械的な負担が大きい。 Therefore, the ratio (d b /d r ) corresponding to the relationship line M at a classifying rotor peripheral speed of 30 m/s that can maximize the classifying performance (throughput) of the classifier 19 is 1.204. When the ratio (d b /d r ) is greater than 1.204, in order to obtain the same classification performance (throughput) as in the operation of 1.204, the same classification rotor peripheral speed (30 m/s) In this case, if the diameter of the blade rotor is constant, the classifying rotor diameter will be small, so the number of revolutions of the classifying rotor must be increased, which imposes a heavy mechanical load.

即ち、数6に示すように、分級ローター径が小さくなると分級ローター周速Srが低下するので、分級性能(処理量)を維持させるためには、周速の保持のために回転数を上昇させなければならない。 That is, as shown in Equation 6, when the diameter of the classifying rotor becomes small, the peripheral speed Sr of the classifying rotor decreases. There must be.

なお、表3は、シミュレーションにより、分級ローター周速30m/sにおけるブレード/分級ローター比(db/dr)の分級性能への影響を表わしたもので、ブレード/分級ローター比(db/dr)を大きくした場合に、分級性能は一定であるが、分級ローターの回転数が増えていることが分かる。 Table 3 shows the influence of the blade / classifying rotor ratio (d b /d r ) on the classification performance at a classification rotor peripheral speed of 30 m/s by simulation. It can be seen that when d r ) is increased, the classifying performance is constant, but the rotation speed of the classifying rotor increases.

Figure 2023081038000008
Figure 2023081038000008

また、分級ローター周速30m/sにおいて、ブレード/分級ローター比(db/dr)を一定にした場合、ブレードローター径を大きくした場合、分級性能は一定であるが、分級ローターの回転数を小さくできる。但し、ブレードローター径は、分級機の大きさから限界がある。 In addition, when the blade/classifying rotor ratio (d b /d r ) is constant at a classification rotor peripheral speed of 30 m/s, the classification performance is constant when the blade rotor diameter is increased, but the classification rotor rotation speed can be made smaller. However, the blade rotor diameter is limited due to the size of the classifier.

また、表3より、分級ローター周速が30m/sの時が、一番処理量が多い事が分かる。 Also, from Table 3, it can be seen that the processing amount is the largest when the peripheral speed of the classifying rotor is 30 m/s.

以上より、できるだけ分級ローター回転数を低くして機械的な負担がなくし、そして、分級性能(処理量)を最大限上げられ、さらに、液漏れが生じない分級機を設計するためには、分級機19の最大分級ローター周速における、液漏れ停止時を表わす前記関係線Mに対応するブレード/分級ローター比(db/dr)を求めれば最適の分級機を設計できるようになる。 From the above, in order to design a classifier that minimizes the classifying rotor rotation speed as much as possible to eliminate the mechanical burden, maximizes the classifying performance (throughput), and does not cause liquid leakage, it is necessary to classify By determining the blade/classifying rotor ratio (d b /d r ) corresponding to the relationship line M, which represents the time when liquid leakage stops, at the maximum classifying rotor peripheral speed of the classifier 19, an optimum classifier can be designed.

そして、上記実験例においては、分級機19の最大分級ローター周速が30m/sであるので、この30m/sにおける、ブレード/分級ローター比(db/dr)は1.204が最適の値となる。 In the above experimental example, the maximum classification rotor peripheral speed of the classifier 19 is 30 m/ s . value.

なお、この時の機内圧力は、後述する図13から0.387MPaが求められ、装置の仕様(0.5MPa)範囲内にあることが確認できた。 It should be noted that the internal pressure at this time was found to be 0.387 MPa from FIG.

本発明によれば、ブレード/分級ローター比(db/dr)と、液漏れ停止時における分級ローター周速との相関関係を実験等により導き出し、該相関関係をもとに、これから開発する分級機に必要とされる分級ローター周速から、液漏れしない最適なブレードローター径(db)と分級ローター径(dr)との比(db/dr)を導き出し、この値を用いることにより、低いローター回転数で液漏れしない分級機を提供することができるようになる。 According to the present invention, the correlation between the blade/classifying rotor ratio (d b /d r ) and the peripheral speed of the classifying rotor when the liquid leakage stops is derived through experiments, etc., and based on the correlation, future development From the classification rotor peripheral speed required for the classifier, derive the optimum blade rotor diameter (d b ) and classification rotor diameter (d r ) ratio (d b /d r ) that does not leak, and use this value. As a result, it is possible to provide a classifier that does not leak even at a low rotor speed.

(4.軸封にメカニカルシールを用いた分級機との比較) (4. Comparison with a classifier using a mechanical seal for shaft sealing)

メカニカルシール23を用いた分級機と、本発明に基づき開発した開発機の非接触のシール部を有する分級機との分級性能比較を行った。 Classification performance was compared between a classifier using the mechanical seal 23 and a classifier having a non-contact seal portion developed based on the present invention.

図9は、メカニカルシールを用いた分級機24を示し、図10に示す粒子径のシリカを水で5wt%に分散して原料スリラーを製作して用いた。なお、該原料スリラーの粒度分は表4に示す。 FIG. 9 shows a classifier 24 using a mechanical seal. Silica having the particle size shown in FIG. 10 was dispersed in water to 5 wt % to prepare and use a raw material slurry. Table 4 shows the particle size of the raw material slurry.

Figure 2023081038000009
Figure 2023081038000009

実験方法は、前記シリカスラリーを使用した分級実験を、メカニカルシールを用いた分級機と、開発機で行い、分級性能が同等になることの確認を行った。 As an experimental method, a classifying experiment using the silica slurry was conducted with a classifier using a mechanical seal and a developed machine, and it was confirmed that the classifying performance was the same.

原液は5.56E-07m3/sで供給し、粗粒は定量ポンプで2.78E-07m3/sで引き抜き、残りは微粒で2.78E-07m3/sで回収した。なお、分級ローター周速は、Sr=7.96m/sとした。 The undiluted solution was supplied at 5.56E-07m 3 /s, the coarse particles were drawn out with a metering pump at 2.78E-07m 3 /s, and the remaining fine particles were collected at 2.78E-07m 3 /s. The peripheral speed of the classifying rotor was Sr=7.96 m/s.

そして、開発機における水運転で得られた結果とシリカスラリーによる運転結果を比較し、運転結果の評価を行った。 Then, we compared the results obtained in water operation with the developed machine and the results obtained with silica slurry, and evaluated the operation results.

その結果を、表4に表わす。なお、記号、単位、条件等は、図11に示す。 The results are shown in Table 4. Symbols, units, conditions, etc. are shown in FIG.

該表4から、軸封にメカニカルシールを使用する分級機と開発機の分級性能にほとんど差は無かった。 From Table 4, there was almost no difference in classification performance between the classifier using a mechanical seal for shaft sealing and the developed machine.

また、前記粒度分布を有する原液(シリカスラリー)を使用し、図12に示すように、メカニカルシールを用いた分級機と開発機における微粒粒度分布はほぼ同じになった。 Moreover, as shown in FIG. 12, the fine particle size distribution of the developed machine and the classifier using the mechanical seal were almost the same, using the undiluted solution (silica slurry) having the above particle size distribution.

また、開発機のブレードローター機構方式は、従来機のメカニカルシール方式と同様に分級運転時は軸封部からの液漏れは無く、このシール方式はメカニカルシールに取って代わると確認できた。 In addition, the blade rotor mechanism method of the developed machine does not leak from the shaft seal during classification operation, just like the mechanical seal method of the conventional machine, and it was confirmed that this seal method will replace the mechanical seal.

また、開発機で実験1の水運転と本実験のシリカスラリー運転の比較で、機内圧力は液の密度比に比例しており、シリカスラリーの方が水に比較し1.03倍程度高くなった(シリカ5%水スラリー密度ρs : 1028kg/m3 )。 Also, in a comparison of water operation in Experiment 1 and silica slurry operation in this experiment, the internal pressure of the developed machine is proportional to the density ratio of the liquid, and silica slurry is about 1.03 times higher than water. (Silica 5% water slurry density ρs: 1028 kg/m 3 ).

また、液漏れ停止時の分級ローター周速は水運転時とシリカスラリー運転時でほぼ同じであった。 In addition, the peripheral speed of the classifying rotor when the liquid leakage stopped was almost the same between the water operation and the silica slurry operation.

以上から、水運転で得られた結果をスラリー運転に同様に適用できると判断された。 From the above, it was determined that the results obtained in water operation were equally applicable to slurry operation.

なお、前記表4における、理論分級粒子径計算式は、分級羽根の断面積を差し引いた分級断面積A=0.7πdrTとして、数5を用いた。そして、該数5において、Qfに微粒回収量2.78E-07m3/sを代入して計算した。

Figure 2023081038000010
The theoretical classification particle size calculation formula in Table 4 uses Equation 5 with the classification cross-sectional area A=0.7πd r T obtained by subtracting the cross-sectional area of the classifying blade. Then, in Equation 5, calculation was performed by substituting the fine particle recovery amount of 2.78E-07 m 3 /s for Q f .
Figure 2023081038000010

(5.各種、実験条件等の説明) (5. Description of various types, experimental conditions, etc.)

(5.1.分級ローター周速Srと機内圧力Pa(分級ロータ実測圧力Pr)の関係に関して) (5.1. Regarding the relationship between the classifying rotor peripheral speed Sr and the internal pressure Pa (measured classifying rotor pressure Pr))

前記実験1~6におけるブレードローター径と分級ローター径の条件において、それぞれ原液供給口から機内に水を定量供給しながら、同軸上に固定されたブレードローターと分級ローターの回転を徐々に上昇し、前記圧力計を用いて、この間で求められる分級ローター周速と機内圧力の関係を求めた。 Under the conditions of the blade rotor diameter and classifying rotor diameter in Experiments 1 to 6, while supplying a constant amount of water into the machine from the stock solution supply port, the rotation of the coaxially fixed blade rotor and classifying rotor was gradually increased, Using the pressure gauge, the relationship between the peripheral speed of the classifying rotor and the in-machine pressure was obtained.

なお、機内圧力は分級ローター実測圧力に支配され、同じ圧力とした。そして、供給された水は粗粒排出口と微粒排出口から機外に排出され、それぞれの排出量を等量に分けるために、粗粒排出口から排出される水は定量ポンプを使用し、残りの水は微粒排出口から排出した。 The pressure inside the machine is governed by the measured pressure of the classifying rotor, so the same pressure was used. Then, the supplied water is discharged from the coarse particle discharge port and the fine particle discharge port to the outside of the machine. The rest of the water was discharged through the fines outlet.

その結果の分級ローター周速と機内圧力(分級ロータ実測圧力)の関係は、図13に示す相関関係となることが分かった。 As a result, it was found that the relationship between the peripheral speed of the classifying rotor and the in-machine pressure (measured pressure of the classifying rotor) was the correlation shown in FIG.

そして、数2から、前記数におけるブレードローター数kb=6.46E-7、乗数α= 1.88であった。 From Equation 2, the blade rotor number kb=6.46E-7 and the multiplier α=1.88.

そして、該図13における相関関係から、分級ローター周速と機内圧力の関係を示す式として、数2、図7が求められた。 Then, from the correlation in FIG. 13, Equation 2 and FIG. 7 were obtained as equations showing the relationship between the peripheral speed of the classifying rotor and the in-machine pressure.

そして、該数2から分級ローター周速が同じであれば、分級ローター径が変わっても同じ機内圧力を示すことが分かった。 From Equation 2, it was found that if the peripheral speed of the classifying rotor is the same, the internal pressure is the same even if the diameter of the classifying rotor is changed.

なお、機内圧力に関して分級ローター周速の上昇に伴い、機内圧力が上昇し、開発分級機の最大周速30m/s において0.387MPaまで上昇することが分かった。そして、装置の許容圧力の0.5MPa以下であることが確認できた。 As for the pressure inside the machine, it was found that as the peripheral speed of the classifying rotor increased, the pressure inside the machine rose to 0.387 MPa at the maximum peripheral speed of the developed classifier of 30 m/s. Then, it was confirmed that the allowable pressure of the apparatus was 0.5 MPa or less.

(5.2.ブレードローター周速Sbとブレードローター実測圧力Pbの関係に関して) (5.2. Regarding the relationship between the blade rotor peripheral speed S b and the blade rotor measured pressure P b )

ブレードローター機構部で発生するブレードローター実測圧力を見るため、原液供給口から機内に水を定量供給しながらブレードローターを単独で取付け、前記実験7~9におけるブレードローター径の条件において、それぞれのブレードローターにおいてブレードローター周速を徐々に上昇し、この時の圧力をブレードローター実測圧力として求めた。 In order to see the measured pressure of the blade rotor generated in the blade rotor mechanism, the blade rotor was attached independently while supplying a constant amount of water from the raw solution supply port into the machine, and under the conditions of the blade rotor diameter in Experiments 7 to 9, each blade In the rotor, the peripheral speed of the blade rotor was gradually increased, and the pressure at this time was obtained as the actually measured pressure of the blade rotor.

ブレードローター実測圧力は、前記圧力計20で計測した。 The measured blade rotor pressure was measured by the pressure gauge 20 .

その結果のブレードローター周速とブレードローター実測圧力の関は、図14に示す相関関係であることが分かった。 As a result, it was found that the relationship between the blade rotor peripheral speed and the blade rotor measured pressure is the correlation shown in FIG. 14 .


そして、前記図14における相関関係から、ブレードローター周速と機内圧力の関係を示す式として、数3、図7が求められた。
.
From the correlation in FIG. 14, Equation 3 and FIG. 7 were obtained as equations showing the relationship between the blade rotor peripheral speed and the internal pressure.

そして、数3から、前記数(式)におけるブレードローター数kb=4.65E-7、乗数α=1.88であった。 From Equation 3, the blade rotor number kb=4.65E-7 and the multiplier α=1.88 in the above equation (formula).

そして、ブレードローター径が変わっても、ブレードローター周速が同じであれば、同じ圧力を示した。 Even if the diameter of the blade rotor was changed, the pressure was the same as long as the peripheral speed of the blade rotor was the same.

なお、理論値がブレードローター周速の2乗に比例するのに対し、ブレードローター実測圧力はブレードローター周速の1.88乗となった。 While the theoretical value is proportional to the square of the blade rotor peripheral speed, the measured pressure of the blade rotor was 1.88 power of the blade rotor peripheral speed.

(5.3.db/dr値におけるローター周速と差圧 (ブレードローター圧力 - 機内圧力) の関係について) (5.3. Relationship between rotor peripheral speed and differential pressure (blade rotor pressure - machine pressure) at d b /d r value)

差圧は同軸上で回転するブレードローター実測圧力と機内圧力(分級ロータ実測圧力)間の圧力差であるため、最適値と求められたdb/dr値 1.204とdb/dr値を変えた場合で分級ローター周速を30m/s まで上昇した時の分級ローター周速と差圧の関係を数4から求め図15に示した。 Since the differential pressure is the pressure difference between the measured pressure of the blade rotor rotating on the same axis and the internal pressure (measured pressure of the classifying rotor), the optimal value and the obtained d b /d r value of 1.204 and d b /d r FIG. 15 shows the relationship between the classifying rotor peripheral speed and the differential pressure when the classifying rotor peripheral speed is increased to 30 m/s by changing the values.

なお、数4は数3-数2から求めた。 Note that Equation 4 was obtained from Equations 3-2.

また、差圧は、微小で圧力計の測定限界を超えるため数4で計算した。 Also, the differential pressure is so small that it exceeds the measurement limit of the pressure gauge, so it was calculated using Equation 4.

その結果、差圧は微小値と分かった。 As a result, the differential pressure was found to be a very small value.

また、図15から、db/dr値が一定で分級ローター周速を上昇するほど、差圧は上昇し、ブレードローター機構からの液漏れは起こりにくくなった。 Further, from FIG. 15, the differential pressure increased as the classifying rotor peripheral speed was increased while the d b /d r value was constant, and liquid leakage from the blade rotor mechanism was less likely to occur.

また、db/dr値が大きくなる程、同一周速における差圧は大きくなり、液の漏れが起こりにくくなる。 Also, the larger the d b /d r value, the larger the differential pressure at the same peripheral speed, and the less likely the liquid will leak.

また、前記表2からブレードローターから液漏れが停止する時の必要とされる分級ローター周速において、db/dr値が小さい程、ブレードローター機構部からの液漏れが止まるのに必要とする差圧は大きくなり、その差圧を作るために分級ローター周速は高くする必要がある。 Also, from Table 2 above, the smaller the value of d b /d r at the classifying rotor peripheral speed required to stop liquid leakage from the blade rotor, the more it is necessary to stop liquid leakage from the blade rotor mechanism. Therefore, the classifying rotor peripheral speed must be increased in order to create the differential pressure.

また、db/dr値が一定であれば、ローター径が変わっても液漏れが停止する時の必要とされる分級ローター周速は一定でその時の差圧、機内圧力も一定である。 Also, if the d b /d r value is constant, the peripheral speed of the classifying rotor required to stop liquid leakage is constant even if the rotor diameter changes, and the differential pressure and internal pressure at that time are also constant.

(5.4.ブレード/分級ローター径 比(db/dr)値の分級性能への影響に関して) (5.4. Influence of blade/classifying rotor diameter ratio (d b /d r ) value on classification performance)

遠心分級機で得られる分級粒子径はストークス式から計算される。そして、開発分級機において、分級ローターによりこの分級操作が行われ、ストークス式から分級性能が計算できる。そして、供給量微粒回収量と分級粒子との関係は前記数5に示される。そして、数5のQfは微粒回収量で示されている。 The classified particle size obtained by the centrifugal classifier is calculated from the Stokes formula. In the developed classifier, this classifying operation is performed by a classifying rotor, and the classifying performance can be calculated from the Stokes equation. The relation between the supplied amount of collected fine particles and the classified particles is shown in Equation 5 above. Q f in Equation 5 is indicated by the amount of collected fine particles.

また、数5を、微粒回収量Qfでまとめた式として数6が示される。 Further, Equation 6 is shown as an equation in which Equation 5 is summarized by the fine particle recovery amount Qf .

Figure 2023081038000011
Figure 2023081038000011

そして、上記数(式)により分級ローター周速、分級粒子径が一定の条件でdb/dr変化した場合の 原液供給量への影響を見るためのシミュレーション計算を行い、結果を前記表3にまとめられる。 Then, according to the above formula (formula), a simulation calculation was performed to see the effect on the stock solution supply amount when the peripheral speed of the classifying rotor and the classifying particle size were changed under constant conditions. summarized in

なお、諸条件は、図16に示される。 Various conditions are shown in FIG.

上記のシミュレーション計算結果から、db/dr値の変化に対し、分級ローター周速を一定にすれば、分級性能の分級粒子径、原液供給量は同じとなった。 From the above simulation calculation results, if the peripheral speed of the classifying rotor is kept constant with respect to changes in the d b /d r value, the classified particle size and the feed amount of the stock solution in the classifying performance remain the same.

しかし、開発分級機は高速で分級ローターを回転する必要があり、分級ローター周速を一定にしたとしても、機械的な負荷が大きいことから、出来るだけ回転数は低減できる運転が望ましい。 However, the developed classifier needs to rotate the classifying rotor at high speed, and even if the peripheral speed of the classifying rotor is kept constant, the mechanical load is large.

そこで、上記シミュレーション計算からdb/dr値が小さい程分級ローター回転数は低下できることからdb/dr値の低い1.204が望ましいと判断される。 Therefore, from the above simulation calculation , the smaller the d b /d r value, the lower the classifying rotor rotation speed.

また、db/dr値を一定で分級ローター径を大きくしたとしても、分級ローター周速を一定にすれば分級性能は同じとなり、分級ローター回転数は低減できるが、そのdb/dr値が一定の中でも一番回転数の低いdb/d値が1.204が望ましいと判断される。 Further, even if the d b /d r value is constant and the diameter of the classifying rotor is increased, if the peripheral speed of the classifying rotor is kept constant, the classification performance will be the same and the number of revolutions of the classifying rotor can be reduced . It is determined that d b /d value of 1.204, which is the lowest rotational speed among constant values, is desirable.

本発明によれば、非接触シール部を有する分級機であっても、液漏れがないブレードローター機構部を設計することができると共に、分級性能(処理量)が高い、低回転の分級機を提供することができる。 According to the present invention, even in a classifier having a non-contact seal, it is possible to design a blade rotor mechanism that does not leak liquid, and to provide a low-rotation classifier with high classification performance (throughput). can provide.

1 分級機
2 ハウジング
2a 天井板
2b 貫通孔
3 分級ローター
3a 排出口
4 回転軸
5 回転手段
6 貫通孔
7 回収室
8 排出口
9 原料タンク
10 供給ポンプ
11 供給口
12 支持部
13 円板
14 ブレード
15 スラリー排出室
16 枠体
16a 板
16b 板
17 分級羽根
18 分級室
19 分級機
20 圧力計
21 溝
22 整流羽根
23 メカニカルシール
24 分級機
1 classifier 2 housing 2a ceiling plate 2b through hole 3 classifying rotor 3a discharge port 4 rotating shaft 5 rotating means 6 through hole 7 recovery chamber 8 discharge port 9 raw material tank 10 supply pump 11 supply port 12 support portion 13 disk 14 blade 15 Slurry discharge chamber 16 Frame 16a Plate 16b Plate 17 Classifying blade 18 Classifying chamber 19 Classifier 20 Pressure gauge 21 Groove 22 Rectifying blade 23 Mechanical seal 24 Classifier

Claims (5)

分級される粒子を含む原料が供給されるハウジングと、
該ハウジング内に設けた、微粒と粗粒とに分級する分級ローターと、
前記ハウジングを貫通して設けた、前記分級ローターの回転軸と、
該回転軸を回転駆動させる回転手段と、
前記分級ローター内に流入した、分級された微粒を、前記ハウジング外に排出する微粒排出手段と、
前記分級ローターにより分級されなかった粗粒を、前記ハウジング外に排出する排出口と、
前記ハウジングに前記原料を供給する供給手段と、
前記ハウジングと前記回転軸とを密閉する密閉手段とよりなり、
前記分級ローターは、外周部に開口部を有し、該開口部から内部に流入した流体を外部に排出する排出口を有する回転自在な枠体と、
該枠体内の外周側部分に、円周方向に所望の間隔を存して配置された複数の分級羽根とよりなり、
前記密閉手段は、前記回転軸に直交して固定した板体と、該板体の面に固定した、円周方向に所望の間隔を存して配置した、前記ハウジングの内側面に近接させた複数のブレードとよりなり、
前記複数のブレードが円形状に配置されて形成されたブレードローターの外径dbと、前記分級ローターの外径drとの比(db/dr)が、実験により得られたブレード/分級ローター比(db/dr)と、前記密閉手段からの液漏れ停止時における分級ローター周速との相関関係から、設計上の最大分級ローター周速に対応するブレード/分級ローター比(db/dr)となるように形成されることを特徴とする分級機。
a housing supplied with a raw material containing particles to be classified;
a classifying rotor provided in the housing for classifying fine particles and coarse particles;
a rotating shaft of the classifying rotor provided through the housing;
a rotating means for rotating the rotating shaft;
fine particle discharging means for discharging the classified fine particles, which have flowed into the classifying rotor, to the outside of the housing;
a discharge port for discharging coarse particles that have not been classified by the classifying rotor to the outside of the housing;
supply means for supplying the raw material to the housing;
A sealing means for sealing the housing and the rotating shaft,
The classifying rotor has an opening on its outer periphery, and a rotatable frame body having a discharge port for discharging the fluid that has flowed into the inside from the opening to the outside;
A plurality of classifying blades arranged at desired intervals in the circumferential direction on the outer peripheral side of the frame,
The sealing means includes a plate fixed perpendicularly to the rotating shaft, and an inner surface of the housing fixed to the surface of the plate and arranged at a desired interval in the circumferential direction. consists of multiple blades and
The ratio (d b /d r ) between the outer diameter d b of the blade rotor formed by arranging the plurality of blades in a circular shape and the outer diameter d r of the classifying rotor is obtained by experiments. From the correlation between the classifying rotor ratio (d b /d r ) and the classifying rotor peripheral speed when the liquid leakage from the sealing means stops, the blade / classifying rotor ratio (d b /d r ).
前記枠体内の、前記分級羽根より内側部分に、円周方向に所望の間隔を存して配置された複数の整流羽根を設けたことを特徴とする請求項1に記載の分級機。 2. The classifier according to claim 1, wherein a plurality of rectifying blades arranged at desired intervals in the circumferential direction are provided inside said frame inside said classifying blades. 前記設計上の最大分級ローター周速が30m/sの時に、前記ブレード/分級ローター比(db/dr)が、1.204であることを特徴とする請求項1又は2に記載の分級機。 3. The classifier according to claim 1 or 2, wherein the blade/classifier rotor ratio (d b /d r ) is 1.204 when the designed maximum classifier rotor peripheral speed is 30 m/s. machine. 分級される粒子を含む原料が供給されるハウジングと、
該ハウジング内に設けた、微粒と粗粒とに分級する分級ローターと、
前記ハウジングを貫通して設けた、前記分級ローターの回転軸と、
該回転軸を回転駆動させる回転手段と、
前記分級ローター内に流入した、分級された微粒を、前記ハウジング外に排出する微粒排出手段と、
前記分級ローターにより分級されなかった粗粒を、前記ハウジング外に排出する排出口と、
前記ハウジングに前記原料を供給する供給手段と、
前記ハウジングと前記回転軸とを密閉する密閉手段とよりなり、
前記分級ローターは、外周部に開口部を有し、該開口部から内部に流入した流体を外部に排出する排出口を有する回転自在な枠体と、
該枠体内の外周側部分に、円周方向に所望の間隔を存して配置された複数の分級羽根とよりなり、
前記密閉手段は、前記回転軸に直交して固定した板体と、該板体の面に固定した、円周方向に所望の間隔を存して配置した、前記ハウジングの内側面に近接させた複数のブレードとよりなる分級機の
ブレード/分級ローター比(db/dr)と、前記密閉手段からの液漏れ停止時における分級ローター周速との相関関係を求める工程と、
該相関関係から、設計上の最大分級ローター周速に対応するブレード/分級ローター比(db/dr)を求める工程と、
該求められたブレード/分級ローター比(db/dr)となるように分級機を設計することを特徴とする分級機の設計方法。
a housing supplied with a raw material containing particles to be classified;
a classifying rotor provided in the housing for classifying fine particles and coarse particles;
a rotating shaft of the classifying rotor provided through the housing;
a rotating means for rotating the rotating shaft;
fine particle discharging means for discharging the classified fine particles, which have flowed into the classifying rotor, to the outside of the housing;
a discharge port for discharging coarse particles that have not been classified by the classifying rotor to the outside of the housing;
supply means for supplying the raw material to the housing;
A sealing means for sealing the housing and the rotating shaft,
The classifying rotor has an opening on its outer periphery, and a rotatable frame body having a discharge port for discharging the fluid that has flowed into the inside from the opening to the outside;
A plurality of classifying blades arranged at desired intervals in the circumferential direction on the outer peripheral side of the frame,
The sealing means includes a plate fixed perpendicularly to the rotating shaft, and an inner surface of the housing fixed to the surface of the plate and arranged at a desired interval in the circumferential direction. A step of obtaining a correlation between a blade/classifying rotor ratio (d b /d r ) of a classifier comprising a plurality of blades and a peripheral speed of the classifying rotor when liquid leakage from the sealing means stops;
determining the blade/classifier rotor ratio (d b /d r ) corresponding to the maximum designed classifier rotor peripheral speed from the correlation;
A method for designing a classifier, characterized by designing the classifier so as to achieve the determined blade/classifying rotor ratio (d b /d r ).
前記枠体内の、前記分級羽根より内側部分に、円周方向に所望の間隔を存して配置された複数の整流羽根を設けたことを特徴とする請求項4に記載の分級機の設計方法。 5. The method for designing a classifier according to claim 4, wherein a plurality of rectifying blades arranged at desired intervals in the circumferential direction are provided inside said frame inside said classifying blades. .
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