POLSKA RZECZPOSPOLITA LUDOWA •: •B? URZAD PATENTOWY PRL OPIS PATENTOWY PATENTU TYMCZASOWEGO Patent tymczasowy dodatkowy U.U |Jc4.XL.ilLiU. III Zgloszono: 18.10.1971 (P. 151080) Zgloszenie ogloszono 30.05.1973 Opis patentowy opublikowano: 28. 02. 1975 74159 KI. 50c,17/40 MKP R02e 23/00 .CZYTELNIA U' . ^du F.!l-l,*fi,A.--oo hi - H- - Twórcy wynalazku: Emilian Barwacz, Jerzy Lukawski Uprawniony z patentu tymczasowego: Instytut Przemyslu Wiazacych Materialów Budowlanych, Opole (Polska) Sposób rozdrabniania materialów oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób rozdrabnia¬ nia, to znaczy kruszenia i/lub mielenia na sucho lub na mokro, materialów, zwlaszcza surowców i produktów przemyslu materialów budowlanych i przemyslu chemicznego oraz urzadzenie do sto¬ sowania tego sposobu.Rozdrabnianie, przy masowej produkcji materia¬ lów na drodze przeróbki mechanicznej, ma na celu uzyskanie ziarn o zadanych wymiarach geomet¬ rycznych, przy czym w zaleznosci od róznorodnych wlasnosci wytrzymalosciowych poszczególnych ma¬ terialów stosuje sie rózne sposoby ich rozdrabnia¬ nia, dzialajac na ziarna wejsciowe silami statycz¬ nymi i/lub dynamicznymi, zwlaszcza silami sciska¬ jacymi i scinajacymi.W znanych sposobach rozdrabniania stosowanych w przemyslach mineralnym, chemicznym i innych, a realizowanych za pomoca róznych urzadzen, wy¬ korzystuje sie zjawiska zgniotu i scinania silami statycznymi lub dynamicznymi pochodzacymi od udarowego dzialania elementów roboczych, przy czym w tych ostatnich przypadkach sily dzialaja zwykle na blizej nieokreslonej drodze. W prak¬ tyce przemyslowej szereg rozwiazan konstrukcyj¬ nych urzadzen rozdrabniajacych, takich jak kru¬ szarki i mlyny, pracuje glównie na zasadzie wyko^ rzystywania sil sciskajacych, scinajacych lub ich kombinacji, jednak bez wiekszej mozliwosci usta¬ lania wzajemnego stosunku tych sil, co powoduje ich losowy udzial ilosciowy i jakosciowy w samym procesie rozdrabniania.Znane sposoby rozdrabniania materialów polega¬ ja na tym, ze odpowiednio skierowana struge lub 5 strugi materialów, skladajace sie z przypadkowego Z3stawu granulometrycznego ziarn o wymiarach w zakresie od zera do kilkuset milimetrów wpro¬ wadza sie do wnetrza urzadzenia w celu dzialania na nie elementami roboczymi urzadzenia i/lub ziar- 10 nami rozdrabnianego materialu, jednak w sposób wielokrotnie przypadkowy, przy czym dzialanie to sprowadza sie we wszystkich znanych sposobach do wykorzystywania sil sciskajacych, scinajacych i zginajacych. Te znane sposoby realizowane sa 15 w urzadzeniach takich jak kruszarki szczekowe i walcowe, kolognioty oraz mlyny pierscieniowe i odrzutowe, jednostrumieniowe, w których wyste¬ puje przewaga sil sciskajacych, kruszarki wirniko¬ we, zwlaszcza mlotkowe i walcowe, zebate oraz 20 kruszarki stozkowe, w których wykorzystuje sie przewage sil scinajacych, mlyny kulowe, rurowe, mlyny pretowe, palczaste i odrzutowe, dwustru- mieniowe lub typu Aerofal, w których wykorzy¬ stuje sie sily sciskajace i scinajace o losowym ich 25 udziale.We wszystkich wyzej wymienionych urzadzeniach i im podobnych udzial poszczególnych rodzajów sil w procesie rozdrabniania nie jest scisle okreslo¬ ny, w tym równiez w odniesieniu do sil zginaja- 30 cych. Sposób uzyskiwania wyzej wymienionych sil 7415974159 3 4 rozdrabniajacych w przykladowo wybranych urza¬ dzeniach okresla dotychczas znane sposoby roz¬ drabniania materialów. Tak na przyklad w kru¬ szarkach szczekowych i niektórych walcowych spo¬ sób rozdrabniania polega na ruchu posuwisto- -zwrotnym i/lub posuwistym elementów rozdrab¬ niajacych. W kruszarkach wirnikowych, zwlaszcza mlotkowych, sposób rozdrabniania polega na wpro¬ wadzeniu elementów rozdrabniajacych w ruch obro¬ towy, pirzy wykorzystaniu skladowej sily dynamicz¬ nej elementów roboczych, stycznej do toru ich ruchu.W mlynach palczastych sposób rozdrabniania przebiega jak wyzej z dodatkowym wykorzysta¬ niem energii kinetycznej ziarn materialu. W kru¬ szarkach stozkowych i walcowych oraz w mlynach pierscieniowych sposób rozdrabniania polega na wykorzystaniu ruchu obrotowego co najmniej jed¬ nego elementu roboczego przy wykorzystaniu glów¬ nie sil statycznych. W pozostalych urzadzeniach sposób rozdrobnienia polega na wykorzystaniu energii kinetycznej elementów roboczych i/lub ziarn materialu, wyniklej z ich sil grawitacyjnych i zadanych warunków poczatkowych ruchu.Niedostatkiem tych znanych sposobów rozdrab¬ niania materialów jest niska, a czasem nawet bar¬ dzo niska, sprawnosc eneregtyczna, wynikajaca przede wszystkim z przypadkowosci dzialania ele¬ mentów roboczych na poszczególne ziarna, sklada¬ jace sie na struge materialu. W wyniku tej przy¬ padkowosci znaczne ilosci energii kinetycznej za¬ miast rozdrabniac material zamieniaja sie w ener¬ gie cieplna, powoduja malo produktywne lub zu¬ pelnie bezproduktywne ruchy elementów roboczych i/lub ziarn materialu, a nawet w czesci powoduja niszczenie wzajemne elementów roboczych urza¬ dzenia. Niedostatek ten jest konsekwencja znacz¬ nych róznic wielkosci, ksztaltu, drogi i polozenia poszczególnych ziarn materialu w procesie rozdrab¬ niania w tych urzadzeniach, w zestawieniu z do¬ branymi na podstawie praktyki, ale stalymi wy¬ miarami i ksztaltem elementów roboczych, poru¬ szajacych sie w niektórych rozwiazaniach po do¬ wolnych, a w innych po wymuszonych, torach.Wlasnie te zupelnie losowe zetkniecia róznych ziarn materialu miedzy soba i róznych ziarn z elemen¬ tami urzadzenia, przy braku lub ograniczonej mozli¬ wosci ingerencji konstruktora, wzglednie uzytkow¬ nika, na dobór wielkosci i charakteru sil oraz wza¬ jemnego polozenia ziairn materialu i elementów ro¬ boczych sa przyczyna znacznych strat energii.Ponad to znany sposób rozdrabniania materialów twardych, drobnoziarnistych polegajacy na tym, ze material przeznaczony do rozdrabniania jest poda¬ wany miedzy walce z szybkoscia liniowa, zblizona do szybkosci obwodowej walców, pionowym stru¬ mieniem plaskim o szerokosci równej dlugosci ro¬ boczej szczeliny miedzy walcami i grubosci rzedu najwiekszej srednicy ziarna kruszonego materialu, w ilosci odpowiadajacej zdolnosci przelotowej ze¬ stawu walców, wykorzystuje ruch obrotowy wal¬ ców, przy czym sily rozdrabniajace pochodza od statycznego dzialania walców na struge materialu.Sposób ten, jak okreslono w opisie, eliminuje, pow¬ szechnie wystepujace przy innych sposobach roz¬ drabniania, zjawisko poslizgu i tarcia.Niedostatkiem sposobu opisanego jest trudnosc przy realizacji w praktyce koniecznych zalozen teo¬ retycznych, a mianowicie trudnosc wprowadzenia miedzy walce materialu bez poslizgu i bez tarcia. 5 Material musialby byc absolutnie, granulometrycznie jednorodny i spadac pomiedzy walce zupelnie bez¬ kolizyjnie, aby srodek ciezkosci kazdego ziarna tra¬ fial w os symetrii szczeliny miedzy walcami. Za¬ równo pierwszy jak i drugi postulat sa w warun¬ kach przemyslowych nie do zrealizowania.Celem wynalazku jest usuniecie tych niedostat¬ ków i zwiekszenie sprawnosci energetycznej w pro¬ cesie rozdrabniania materialów oraz zywotnosci urzadzenia.Zadanie techniczne wynikajace z postawionego celu wynalazku polega na powiazaniu kinematycz¬ nym strugi, lub strug, nadawy i elementów robo¬ czych urzadzenia, umozliwiajacym pelniejsze wy¬ korzystanie energii poprzez zmniejszenie strat wy¬ nikajacych z bezwladnosci mas i oporów tarcia.Sposób wedlug wynalazku rozdrabniania, to zna¬ czy kruszenia i/lub mielenia na sucho lub na mo¬ kro, materialów, zwlaszcza surowców i produktów przemyslu materialów budowlanych i przemyslu chemicznego, polega na regulowaniu warunków rozdrabniania przez koordynacje wielkosci i cha¬ rakteru sil dzialajacych na material, przez koordy¬ nacje grubosci warstwy materialu zaleznie od za¬ danej drobnosci produktu i przez koordynacje szyb¬ kosci przeplywu strugi materialu przez strefe roz¬ drabniania, przy czym czynnosc rozdrabniania ziarn materialu wykonywana jest przez elementy robo¬ cze, ustawiajace sie najodpowiedniej do wielkosci, ksztaltu i polozenia rozdrabnianego w danym mo¬ mencie ziarna pod wplywem dzialania odsrodko¬ wej sily bezwladnosci mas tych elementów.Praktyczny przyklad urzadzenia do stosowania sposobu wedlug wynalazku pokazany jest na ry¬ sunku, którego fig. 1 przedstawia przekrój piono¬ wy przez urzadzenie w plaszczyznie prostopadlej do osi wirników, fig. 2 szczegól przekroju pionowego w wiekszej skali dla pokazania elementów robo¬ czych, fig. 3 szczegól przekroju przez elementy robocze w plaszczyznie osi wirników i fig. 4 odmia¬ ne rozwiazania pokazanego na fig. 2.Urzadzenie do stosowania sposobu wedlug wyna¬ lazku rozdrabniania materialów sklada sie z obudo¬ wy 1, kilku, na przyklad dwóch wirników 2 oraz napedu 3 wirników 2, przy czym waly 4 wirników 2 sa w znany sposób zamocowane w obudowie 1, a z walami 4 polaczone sa sztywno konstrukcje nosne 5, wewnatrz których przy pomocy elementów zlacznych 6 zamocowane sa przy zachowaniu jed¬ nego, dwóch lub trzech stopni swobody elementy robocze 7, tworzace wspólnie elastyczna powierz¬ chnie zewnetrzna wirników 2, a, dla osiagniecia lepszej sprezystosci tego ukladu, elementy robocze 7 podparte sa od strony osi wirników 2 elementa¬ mi podatnymi i/lub sprezystymi 8, ograniczajacymi, zgodnie z potrzebami zywotnosci elementów zlacz¬ nych 6, wielkosc ruchów elementów roboczych 7.Ponadto w urzadzeniu wedlug wynalazku moze wystepowac kierownica zasilania 9 oraz kierownica lub kierownice odbioru 10 materialu, majace szcze- 15 20 25 30 35 40 45 50 55 605 74159 6 Innym wariantem rozwiazania konstrukcyjnego gólne. znaczenie przy wiekszej niz dwa ilosci wir¬ ników 2. urzadzenia wedlug wynalazku jest skojarzenie wir¬ nika lub wirników 2 o elastycznej powierzchni ro¬ boczej dzieki zastosowaniu elementów roboczych 7, z walcem lub walcami obracajacymi sie wspólbiez¬ nie do kierunku ruchu strugi materialu.Jeszcze inna odmiana rozwiazania konstrukcyj¬ nego urzadzenia wedlug wynalazku jest, w przy¬ padku rozdrabniania materialów o wiekszej podat¬ nosci na scinanie niz na zgniatanie, zmiana prze¬ kroju poprzecznego przez elementy robocze 7, tak aby przy zblizaniu sie ku sobie kolejno wspólpra¬ cujacych par tych elementów 7 otrzymywac wiecej skladowych sil scinajacych.Dopuszcza sie takze — jezeli dla konkretnego ma¬ terialu okaze sie to korzystne — zróznicowanie predkosci obwodowych powierzchni roboczych wir¬ nika lub wirników i ewentualnie walca lub walców, wspólpracujacych co najmniej z jednym wirnikiem.Urzadzenie wedlug wynalazku dziala w ten spo¬ sób, ze elementy robocze 7 wirnika lub wirników 2 bez udzialu strugi materialu przy ustawieniu dla wytwarzania drobnych i bardzo drobnych ziarn, wspólpracuja stykowo z elementami roboczymi 7 drugiego i/lub kolejnych wirników, wzglednie z od¬ powiednio uksztaltowana powierzchnia robocza walca, albo bezstykowo przy dopuszczeniu otrzy¬ mywania ziam o wiejkszych wymiarach.Przy okreslonej liniowej szybkosci wlotu strugi nadawy w strefe rozdrabniania i okreslonych brze¬ gowych wartosciach szybkosci obwodowych po¬ wierzchni roboczych elementów roboczych 7, wzglednie powierzchni walca lub walców wydatek rozdrabniania jest funkcja wielkosci promieniowe¬ go przesuniecia sie elementów roboczych 7 w stre¬ fie rozdrabniania oraz parametrów fizyko-chemicz¬ nych strugi materialu.Przedstawiony wynalazkiem sposób i urzadzenie stwarzaja warunki ustalania wymaganego stosunku ilosciowego sil scinajacych do sil sciskajacych, po¬ przez zmiane srednich wielkosci szybkosci obwodo¬ wych powierzchni roboczych elementów roboczych 7 wzajemnie wspólpracujacych wirników i/lub wir¬ nika 2 z powierzchnia robocza walca obrotowego w strefie rozdrabniania, albo przy zachowaniu rów¬ nych srednich wielkosci tych szybkosci, poprzez zmiane wielkosci promieni wodzacych tych po¬ wierzchni wzgledem i wzdluz osi obrotu wirników, mierzonych na elementach roboczych w polozeniu odpowiadajacym ich ukladowi podczas pelnych obrotów wirników poza strefa rozdrabniania.W sposobie wedlug wynalazku odpowiedni dobór stopni swobody ruchu elementów roboczych o ogra¬ niczonej amplitudzie ich drgan, umozliwia uzyski¬ wanie róznych wielkosci stref rozdrabniania w cza¬ sie i przestrzeni. Ponadto w sposobie wedlug wy¬ nalazku ustalenie potrzebnych wielkosci sil roz¬ drabniajacych, w zaleznosci od mielnosci materialu i grubosci warstwy nadawy, dokonywane jest jedy¬ nie przez zmiane ilosci obrotów wirników z ele¬ mentami roboczymi, mierzonych w okreslonej jed¬ nostce czasu.Urzadzenie wedlug wynalazku przy stalej od¬ leglosci osi wirników i/lub wirnika z walcem lub walcami jest niewrazliwe w czasie pracy na- wy¬ stepowanie w nadawie wtracen metalicznych i/lub bardzo twardych materialów. Zachowuje ono przy tym zdolnosc maksymalnego wykorzystania powsta¬ lych w nim sil rozdrabniajacych. Fakt ten wynika* z rozwiazania konstrukcyjnego, umozliwiajacego przesuw elementów roboczych w ramach przyjetej ilosci stopni swobody ich ruchu w strefie rozdrab¬ niania.Wymienione powiazania kinematyczne zezwalaja na rozszerzenie przydatnosci technologicznej urza¬ dzenia w zakresach zmian cech fizyko-chemicznych nadawy i otrzymywanego materialuv wyjsciowego.Rozwiazanie wedlug wynalazku umozliwia uzyska¬ nie lzejszej i bardziej zwartej konstrukcji i zabu¬ dowy urzadzenia, lub zespolu urzadzen, przy rów¬ noczesnej prostocie rozwiazania konstrukcyjnego i latwej jego technicznej realizacji.Niezalezne podwieszenie elementów roboczych na wirniku pozwala przy stalych obrotach wirnika na wywolywanie stalych wielkosci sil rozdrabniaja¬ cych, natomiast nadwyzki oporów rozdrabniania strugi ziarn nadawy i wtracen lub zanieczyszczen powoduja promieniowe cofanie sie poszczególnych elementów roboczych w strefie rozdrabniania, w ra¬ mach luzów miedzy otworem i elementem zlacz--" nym. Równoczesnie w przypadku cofania sie ele¬ mentu roboczego, zwlaszcza w kierunku promieniom wym, wzrastaja w przewidziany sposób opory tego ruchu na skutek dzialania elementów podatnych i/lub sprezystych, czego efektem jest lagodne i cia¬ gle przenoszenie sil przez element roboczy w stre¬ fie rozdrabniania przy równoczesnym eliminowaniu nadmiernych obciazen elementu zlacznego. Po wyj¬ sciu ze strefy rozdrabniania, na polozenie elementu roboczego przestaja wplywac opory rozdrabniania, a odsrodkowe sily bezwladnosci mas zmuszaja go do powrotu w polozenie poczatkowe. Cykl taki jest powtarzalny dla kazdej mozliwej do skojarzenia strefy rozdrabniania na obwodzie wirnika, co daje mozliwosc kojarzenia wspólpracy jednego wirnika z wieksza iloscia wirników i/lub walców obroto¬ wych.Wspólpraca wirnika z innymi wirnikami i/lub walcami moze byc tak dobrana, aby dzialajace od elementów roboczych, sily rozdrabniajace, skladaly sie glównie z sil sciskajacych, albo.z sil sciskaja¬ cych i scinajacych. Dobór ten mozliwy jest poprzez wyrównywanie szybkosci obwodowych powierzchni roboczych elementów roboczych wspólpracujacych wirników i/lub wirnika z powierzchnia lub po^ wierzcbniami roboczymi walców, czyli przez ich wspólprace bez zamierzonych poslizgów, co pozwala na wykorzystywanie przede wszystkim sil sciska¬ jacych — lub róznicowanie tych szybkosci, pozwa¬ lajace na regulacje w odpowiednim zakresie ilos¬ ciowego udzialu sil sciskajacych i scinajacych.Dobór ilosciowego udzialu sil sciskajacych i sci¬ najacych mozliwy jest takze, przy równych sred¬ nich szybkosciach obwodowych powierzchni robo¬ czych wirników i/lub walców, poprzez odpowiednie uksztaltowanie samych wspólpracujacych powierz¬ chni elementów roboczych. Ksztaltowanie takie po¬ lega na cyklicznej, naprzemianleglej zmianie wiel- 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 607 74159 8 kosci promieni wodzacych tych powierzchni wzgle¬ dem i wzdluz osi obrotów wirników, mierzonych na elementach roboczych w polozeniu odpowiadajacym ich ukladowi podczas pelnych obrotów wirników (poza strefa rozdrabniania. Powierzchnie te moga tworzyc ksztalt falisty, przestrzenny i/lub prze¬ strzenny uklad plaszczyzn. Wybór najkorzystniej¬ szego przypadku kojarzenia skladowych sil rozdrab¬ niajacych zalezny jest od dokladnosci doswiadczal¬ nego wyznaczenia mielnosci okreslonego materialu, stanowiacego nadawe w danym procesie rozdrab¬ niania. PL