RU2255809C2 - Способ измельчения и устройство для его осуществления - Google Patents

Abstract

Изобретение предназначено для тонкого измельчения и механической активации сыпучего материала. Измельчение осуществляют посредством ударного воздействия мелющими телами, обусловленного центробежными силами и при относительном взаимном вращении объема с мелющими телами и отражающей поверхности. Вращение осуществляют со скоростями, обусловливающими прижатие мелющих тел к отражающей поверхности, мелющие тела принудительно отрывают от упомянутой поверхности и обеспечивают их перемещение под действием сил инерции до момента превышения их центробежными силами. Устройство характеризуется тем, что боковая поверхность рабочего органа выполнена криволинейной формы, с остроугольной кромкой и с направляющей поверхностью для мелющих тел. Изобретение позволяет повысить эффективность измельчения. 2 с. и 40 з.п. ф-лы, 15 ил.

Description

Область применения заявляемого изобретения

Заявляемое изобретение относится к оборудованию для тонкого измельчения и механической активации сыпучего материала и предназначено преимущественно для получения пресс-порошка или других мелких дисперсных порошков в промышленности строительных материалов, но вместе с тем может быть использовано в химической, пищевой промышленности и в других отраслях, где необходим тонкий помол сырья.

Уровень техники

Широко известны способы и устройства, предназначенные для измельчения и активации сыпучего материала, в основу которых положено воздействие на измельчаемый материал мелющими телами, стенками помольной камеры и частицами самого обрабатываемого материала, при этом указанное воздействие, как правило, имеет комплексный характер, т.е. измельчение происходит посредством ударных, раздавливающих или истирающих нагрузок. Например, в наиболее распространенных аппаратах ударно-истирающего действия - шаровых мельницах - мелющие тела (шары), помещенные внутри вращающегося вокруг собственной оси рабочего барабана, перемещаются вместе с измельчаемым материалом и измельчают его ударами, раздавливанием и истиранием (см. книгу В.И.Молчанов и др. “Активация минералов при измельчении”, стр.163). Основным недостатком измельчения с помощью шаровых мельниц является низкая их эффективность, обусловленная, в первую очередь, тем, что обрабатываемый материал и мелющие тела под действием центробежных нагрузок образуют плотную массу и при высоких скоростях вращения барабана измельчение как таковое прекращается. А низкая скорость вращения предопределяет невысокую производительность устройства и недостаточную тонину помола.

Более эффективным высокоскоростным способом измельчения, позволяющим достичь высоких степеней дисперсности помола, является способ измельчения в планетарных мельницах, где рабочие барабаны вращаются вокруг собственной оси и одновременно перемещаются посредством водила вокруг центральной оси корпуса устройства (см. описание изобретения SU № 1313502, МПК: В 02 С 17/08). Сложное движение рабочих барабанов несколько разуплотняет смесь измельчающего материала и мелющих тел и способствует более интенсивному измельчению и активации материала. Однако планетарные мельницы характеризуются весьма сложной конструкцией и, как следствие, не очень высокой надежностью и долговечностью, сложностью обслуживания.

Известен способ тонкого измельчения и активации материалов в помольной камере (см. патент № 2097135, МПК: В 02 С 19/00, опубл. 27.11.97) путем воздействия комплексными разрушающими нагрузками на обрабатываемый материал мелющими телами и стенками помольной камеры при ее перемещении по эллипсоидной траектории, обусловливающей то, что соотношение воздействия разрушающих нагрузок на обрабатываемый материал в каждой фазе траектории различно. Основным недостатком этого способа является еще более сложная конструктивная проработка устройств, которые могли бы осуществить его реализацию, поскольку такие устройства должны обеспечить движение помольной камеры по эллипсу, а не просто по окружности посредством вращения водила, как это имеет место в планетарных мельницах.

В качестве прототипа заявленного способа принят способ измельчения и активации материалов в шаровой мельнице по патенту RU 2024309, МПК: В 02 С 15/08, опубл. 15.12.1994. В отличие от описанных ранее способов, где имеет место помол всей массы сырья в одном рабочем объеме одновременно, в решении по патенту № 2024309 измельчение осуществляют за счет направленного ударного воздействия мелющих тел на перемещающийся пленочный слой измельчаемого материала, подача которого осуществляется сверху питателем, равномерно разбрасывающим материал на поверхность корпуса. Под действием силы тяжести материал тонким пленочным слоем перемещается вниз вдоль внутренней поверхности корпуса, отражающей ударное воздействие мелющих тел - шаров. Подача обрабатываемого материала тонким слоем позволяет повысить интенсивность измельчения и получить более однородный состав материала. При этом организована непрерывная циркуляция мелющих тел в рабочем объеме, от поверхности удара в полость роторного элемента и снова к поверхности перемещающегося материала, что достигается благодаря организации пространственных зазоров между поверхностью движения материала и вращающимся роторным элементом и выполнением вертикальных ребер на внешней поверхности роторного элемента, способствующих направленности продвижения. Способ реализует виброударный режим движения шаров и характеризуется высокой интенсивностью воздействия на обрабатываемый материал, за счет большого количества мелющих тел и их плотной упаковки в зазорах. Однако при этом элементы устройства, в котором осуществляется данный способ, а именно наружная поверхность роторного элемента и внутренняя поверхность корпуса подвергаются значительному ударному воздействию, практически под прямым углом, что приводит к быстрому износу выступов - ребер ротора, как следствие, нарушаются размеры зазоров, в которых движутся мелющие тела.

Необходимость соблюдения условия обеспечения минимальной скорости движения шаров в осевом направлении, исключение импульсных нагрузок, приводящих к резонансным явлениям, все это говорит о сложностях реализации способа.

В качестве прототипа заявленного устройства принята шаровая мельница (см. патент на изобретение RU № 2024309, МПК: В 02 С 15/08, опубл. 15.12.1994), предназначенная для осуществления вышеописанного способа.

Шаровая мельница содержит вертикальный корпус, концентрично с зазором установленный в корпусе вращающийся сепаратор, выполненный в виде закрепленных на валу дисков и размещенных между ними втулок с внутренней полостью и ребрами на внешней боковой поверхности. Внутренняя полость каждой втулки заполнена мелющими телами - шарами, которые совершают непрерывную циркуляцию из полости втулки по зазорам, организованным между элементами сепаратора, между внешней боковой поверхностью втулки и внутренней поверхностью корпуса, вдоль которой осуществляется подача и продвижение обрабатываемого материала, и обратно в полость.

Мелющие шары под действием сил тяжести опускаются из полости втулки вниз, затем под действием центробежных сил выталкиваются в зазор между наружной поверхностью вращающейся втулки и внутренней поверхностью корпуса, где мелющие шары совершают колебательные движения, обусловленные вращением посаженных на вал дисков и втулок. При этом они ударяют о внутреннюю поверхность корпуса, оказывая разрушающее воздействие на тонкий слой движущегося вдоль нее материала.

В решении по патенту RU № 2024309 отсутствует недостаток, имеющий место в вышеописанных аналогах, т.е. измельчаемый материал и мелющие тела отделены друг от друга и, кроме того, повышается интенсивность измельчения за счет воздействия мелющих тел на материал, перемещающийся в виде пленочного слоя вдоль стенки корпуса. Однако устройство шаровой мельницы характеризуется невысокой надежностью и долговечностью работы его элементов, т.к. для него необходимо условие соблюдения точности размеров зазоров, в которых движутся мелющие тела, а именно от 1 до 1.7 диаметра шара. Во время виброударного режима работы устройства оказываются ударные разрушающие воздействия на рабочие поверхности зазоров, что со временем приводит к увеличению их размеров и, следовательно, требует полной замены элементов устройства.

Сущность заявляемого решения

Заявляемым изобретением решается задача повышения эффективности измельчения за счет увеличения воздействующих на материал нагрузок посредством увеличения скоростей вращения с одновременным упрощением конструкции устройства и повышения его долговечности и надежности работы.

Поставленная задача решена тем, что в способе измельчения материала посредством ударного, обусловленного центробежными силами воздействия мелющих тел на тонкий слой материала, перемещающегося вдоль поверхности, отражающей упомянутое воздействие, включающем непрерывную циркуляцию мелющих тел внутри объема, боковая поверхность которого образована, по меньшей мере, двумя совершающими относительное взаимное вращение поверхностями, одна из которых является поверхностью рабочего органа, другая - поверхностью перемещения материала, согласно заявляемому изобретению вращение осуществляют со скоростями, обусловливающими прижатие мелющих тел центробежными силами к поверхности перемещения материала после соударения с ней, принудительно отрывают мелющие тела от упомянутой поверхности и обеспечивают их перемещение под действием сил инерции по криволинейной траектории, направленной к центру вращения, до момента превышения центробежными силами инерционных сил.

Поставленная задача решена также тем, что в устройстве для измельчения, содержащем цилиндрический корпус с размещенными в верхней его части элементами загрузки и распределения материала вдоль внутренней цилиндрической поверхности корпуса и расположенным снизу корпуса патрубком отвода измельченного материала, и концентрично с зазором установленный в корпусе рабочий орган с боковой поверхностью, образующей совместно с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, по меньшей мере, один рабочий объем, заполненный мелющими телами, при этом корпус и рабочий орган выполнены с возможностью относительного взаимного вращения, согласно заявляемому изобретению боковая поверхность рабочего органа в зоне образования рабочего объема выполнена криволинейной формы, с остроугольной кромкой, свободно примыкающей к внутренней цилиндрической поверхности корпуса и направленной острием по направлению относительного движения рабочего органа, и с направляющей поверхностью, обеспечивающей перемещение мелющих тел после зацепления остроугольной кромкой в направлении центра вращения.

В заявляемом способе измельчения материала повышение интенсивности процесса измельчения осуществляется за счет увеличения скоростей вращения рабочих органов устройства. Такое увеличение позволяет увеличить нагрузки, усилить ударные воздействия, оказываемые на обрабатываемый материал, следовательно, ускорить процесс измельчения. Однако увеличение скоростей вращения вызывает увеличение центробежных сил, прижимающих мелющие тела вместе с материалом к стенкам корпуса устройства, что приводит к прекращению процесса измельчения как такового.

В заявляемом способе измельчения мы можем использовать так называемые “закритические” скорости вращения рабочих органов устройства за счет принципиально новой организации работы мелющих тел. Мелющие тела не только принудительно отрывают от поверхности перемещения материала, к которой их прижимают центробежные силы, но и направляют к центру вращения, используя при этом инерционные силы, участвующие в процессе. Организация движения мелющих тел осуществляется до момента, когда силы центробежные начнут превышать силы инерции.

Из уровня техники известны примеры, когда осуществляют принудительную циркуляцию мелющих тел, например, за счет перемешивания лопастями или дисками вращающегося ротора в аттриторах (см. книгу В.И.Молчанов и др. “Активация минералов при измельчении”, стр. 164). Однако такое перемещение не предусматривает направленного движения, оно хаотично, кроме того, вся масса сырья перемещается вместе с мелющими телами.

В заявляемом способе и устройстве обрабатываемый материал перемещается тонким слоем вдоль внутренней поверхности стенки корпуса под действием собственной силы тяжести и центробежных сил. В отличие от прототипа принудительная циркуляция мелющих тел организована принципиально другим образом. Отрыв мелющих тел от поверхности перемещения материала обеспечивают посредством кромки рабочего органа, свободно перемещающейся вдоль упомянутой поверхности навстречу ее относительного движения, а перемещение мелющих тел под действием сил инерции организуют за счет выполнения боковой поверхности рабочего органа. В заявляемом решении рабочий орган устройства не только участвует в организации рабочего объема, как в прототипе, но и обеспечивает принудительный отрыв мелющих тел и организует их перемещение по заданной траектории.

Кромку рабочего органа выполняют в виде остроугольного по отношению к поверхности перемещения материала и направленного своим острым углом навстречу ее относительного вращения и внутрь рабочего объема выступа. Во время вращения кромка или выступ рабочего органа набегает на мелющее тело, подцепляет его, при этом острый угол кромки обеспечивает минимальное сопротивление удару, и направляет далее по инерции вдоль криволинейной боковой поверхности, являющейся продолжением упомянутого остроугольного выступа, в сторону центра вращения до момента отрыва за счет центробежных сил. Рабочая поверхность рабочего органа подвергается минимальному износу, что способствует надежности и долговечности работы устройства. При этом устройство имеет достаточно простую организацию, использующую принцип обыкновенного роторного аппарата.

Таким образом и заявляемый способ измельчения, и заявляемое устройство направлены на решение одних задач, что позволяет сделать вывод, что они соответствуют критерию “единство изобретения”.

Целесообразно остроугольный выступ выполнить под углом к внутренней поверхности стенки корпуса, составляющим от 10 до 30 градусов, что обеспечивает минимальное сопротивление при набеге на мелющее тело и его отрыве.

Предпочтительно с целью повышения износоустойчивости оснастить остроугольную кромку (выступ) ножом, обеспечив при этом его жесткое закрепление.

Наиболее предпочтительной при установке рабочего органа в корпусе является величина зазора между его периферийной поверхностью и внутренней поверхностью стенки корпуса в размере 0,1-2 мм. Зазор менее 0,1 мм может быть недостаточным для свободного вращения рабочего органа относительно корпуса, а зазор более 2 мм может оказать отрицательное воздействие на зацепление мелющих тел и их траекторию движения, а также увеличит несанкционированный проход необработанного материала к выходному патрубку.

Возможно осуществление вращения рабочего органа внутри неподвижной поверхности перемещения материала, что является предпочтительным, при этом внутренний рабочий орган, так называемый ротор, вращается внутри неподвижного цилиндрического корпуса. Однако, исходя из поставленных задач, возможно осуществление вращения поверхности, вдоль которой перемещается материал, - поверхности корпуса относительно неподвижного рабочего органа или с целью увеличения скорости помола одновременного встречнонаправленного вращения рабочего органа и поверхности перемещения материала.

Одним из конкретных вариантов проработки заявляемого устройства является случай, при котором боковая поверхность рабочего органа образует, по меньшей мере, одну открытую к стенке корпуса и заполненную мелющими телами внутреннюю полость с криволинейной внутренней боковой поверхностью, при этом краевая часть упомянутой полости, перемещающаяся навстречу относительного движения стенки корпуса, выполнена остроугольной по отношению к стенке корпуса.

При этом внутренняя полость ротора выполняет не только роль помольной камеры, как, например, во многих известных решениях, но и является элементом, организующим траекторию движения мелющих тел и усилие их воздействия на измельчающий материал, т.е. является направляющей для мелющих тел. Причем стенка корпуса обеспечивает противодействие удару, т.е. эффективность измельчения в этом случае максимальная. При движении мелющего тела по касательной к поверхности стенки дополнительно к удару имеет место, сдвигающее и истирающее его воздействие на частицы обрабатываемого материала. В таких внутренних полостях мелющие тела, обычно шары, осуществляют движение, схожее с работой мелющих тел в планетарных мельницах. Однако в отличие от последних для этого не требуется сложной организации перемещения помольных камер, как в планетарных мельницах - барабанов.

Наиболее целесообразным является выполнение внутреннего рабочего органа устройства с тремя внутренними полостями, равномерно распределенными по его периметру.

Боковая поверхность внутренней полости рабочего органа в зависимости от поставленных задач может иметь различную проработку. В одних случаях она может быть выполнена в виде цилиндрической поверхности, плавносопряженной с одной или несколькими плоскостями. В других наиболее предпочтительным является выполнение боковой поверхности внутренней полости рабочего органа посредством сопряжения нескольких цилиндрических поверхностей различного радиуса, плавно переходящих друг в друга. Такое решение позволяет не только придать мелющему телу энергию удара, но и направить его после соударения с поверхностью перемещения материала навстречу остроугольной кромке полости. При этом дополнительно имеют место сдвигающие и истирающие воздействия на обрабатываемый материал.

В случаях исполнения боковой поверхности внутренней полости, являющейся рабочей поверхностью помольной камеры, в виде цилиндрической поверхности ее ось расположена вертикально и параллельно оси вращения рабочего органа.

С целью придания мелющим телам определенной направленности движения, обеспечения их подъема вверх и равномерности распределения по высоте помольной камеры, боковая поверхность внутренней полости может быть выполнена с наклонной осью симметрии, например в виде конической поверхности с ориентацией конусности вершиной вверх.

Для предотвращения скопления мелющих тел в нижней части помольной камеры и придания мелющим телам дополнительной направленности движения вверх целесообразно выполнить на боковой поверхности внутренней полости ротора углубленные канавки. Канавки могут быть выполнены с треугольным профилем, с полукруглым профилем, горизонтально расположены, однако предпочтительным является выполнение канавок с наклоном или по винтовой линии, что обеспечивает подъем вверх и организацию послойного движения мелющих тел, их равномерное распределение по высоте помольной камеры.

Конструкция устройства предполагает также многовариантность проработки боковой стенки рабочего органа, при этом обязательным условием является конгруэнтность внутренней поверхности корпуса и периферийной или наружной боковой поверхности рабочего органа. Наиболее простым случаем исполнения наружной боковой стенки рабочего органа является выполнение ее с цилиндрической поверхностью относительно оси его вращения.

Однако с целью придания устройству возможности регулирования зазора между наружной стенкой рабочего органа и внутренней поверхностью стенки корпуса, по мере износа, неизбежного во время работы, целесообразно выполнить сопряженные упомянутые поверхности конусообразными относительно оси вращения.

Сопряженные стенки рабочего органа и корпуса могут быть выполнены с ориентацией конусности вершиной в сторону патрубка подачи материала, что способствует продвижению измельчаемого материала.

Выполнение сопряженных стенок рабочего органа и корпуса с ориентацией конусности вершиной в сторону выходного патрубка применяют с целью увеличения времени помола и, следовательно, для более тонкого измельчения материала.

Рабочий орган или ротор может быть выполнен как цельным, так и составным из нескольких связанных между собой дисков, имеющих различную боковую поверхность, что обеспечивает возможность регулирования скорости вертикального прохода материала вдоль рабочей зоны. Например, в одном из конкретных случаев исполнения ротор может быть выполнен из двух дисков, при этом боковые поверхности дисков выполняют конусообразными, а диски соединяют между собой поверхностями с большими диаметрами.

Между дисками рабочего органа или ротора могут быть установлены дискообразные пластины, рассекающие по высоте объем его внутренней полости на отдельные камеры, в которых размещают мелющие тела с различными характеристиками, например шары различного диаметра, с уменьшением размера от верхней камеры к нижней. Такое решение позволяет обеспечить дискретность помола, получить материал более тонкого помола.

Дискообразные пластины в зоне внутренних полостей целесообразно выполнить перфорированными, что позволяет организовать продвижение материала и изношенных мелющих тел из верхней камеры в нижележащую, при этом отверстия перфорации выполняют также с уменьшением размеров от верхних дисков к нижним.

В случае исполнения ротора составным помольные камеры могут быть смещены относительно друг друга по высоте рабочего органа с образованием щелей перекрытия, размер которых не превышает половины диаметра мелющего тела, размещенного в верхней камере. Через щели перекрытия пересыпается материал из верхних камер в нижние, а также изношенные или поломанные мелющие тела, которые также размещают в помольных камерах с уменьшением размера от верхней камеры к нижней.

В случаях исполнения многокамерного рабочего органа для удобства обслуживания устройства и проведения замены мелющих тел его предпочтительно оснастить крышками, выполненными на боковой поверхности корпуса в части, соответствующей расположению камер рабочего органа.

С целью упорядочения движения мелющих тел рабочий орган может быть снабжен верхним и нижним ограничительными дисками, ограничивающими рабочий объем внутренних полостей сверху и снизу.

Каждая помольная камера может быть снабжена крышкой и днищем, закрепленными при помощи пят на верхнем и нижнем дисках соответственно. Возможность вращения и радиального перемещения указанных элементов способствует дополнительному измельчению материала и позволяет придать мелющим телам дополнительную кинетическую энергию удара.

Нижний диск, ограничивающий рабочий объем помольной камеры снизу, целесообразно выполнить с канавками и кольцевыми проточками, что направлено на придание мелющим телам направленности движения вверх и равномерности их распределения по высоте рабочей камеры. В случае отсутствия нижнего ограничительного диска подобные канавки или проточки могут быть выполнены на нижней части корпуса, ограничивающей рабочие объемы помольных камер снизу.

С целью повышения интенсивности измельчения и предотвращения хаотичности движения мелющих тел, задания им определенной направленности движения, в объеме внутренней полости ротора может быть установлено отражающее тело.

Для обеспечения долговечности работы устройства внутренняя поверхность стенки корпуса может быть футерована броневым кольцом. При этом броневое кольцо предпочтительно выполнить с конусной рабочей поверхностью, расположенной со стороны внутренней полости рабочего органа, что позволит осуществлять регулировку радиального зазора между корпусом и рабочим органом за счет осевого перемещения кольца.

Для предотвращения “зависания” материала в патрубок подвода материала может быть установлено шнековое подающее устройство.

С целью обеспечения равномерности загрузки материала и его распределения диаметральная поверхность ротора со стороны патрубка подачи материала может быть снабжена распределительными лопастями, установленными соосно с ротором.

В отдельных случаях исполнения устройства целесообразно выполнить стенку корпуса полой. Полость стенки корпуса может быть заполнена охлаждающей субстанцией. Для снижения уровня шума при работе устройства и для виброизоляции полость стенки корпуса может быть заполнена шумоизолирующим материалом, например высоковязкой жидкостью. В других случаях может быть предусмотрена подача в полость стенки корпуса теплоносителя, что выполняют с целью предотвращения налипания материала на внутреннюю поверхность корпуса.

Перечень фигур чертежей

Устройство поясняется следующими чертежами, на которых представлено:

на фиг.1 - общий вид устройства с организацией взаимного вращения корпуса и ротора, схематичное изображение;

на фиг.2 - вид сверху на устройство фиг.1 со снятой крышкой корпуса;

на фиг.3 - общий вид устройства с вращающимся ротором внутри неподвижного корпуса;

на фиг.4 - сечение с фиг.3, показано перемещение мелющих тел внутри рабочего объема помольной камеры;

на фиг.5 - фрагмент с фиг.3, показаны случаи выполнения проточек на боковой поверхности рабочего органа;

на фиг.6 - случаи исполнения сопряженных поверхностей корпуса и рабочего органа: на фиг.6а - в виде цилиндрических поверхностей, на фиг.6б - в виде конических с ориентацией конусности в сторону загрузочного патрубка, на фиг.6в - в виде конической с ориентацией конусности в сторону разгрузочного патрубка, на фиг.6г - в виде составного из двух связанных дисков с различной направленностью;

на фиг.7 показаны возможности исполнения боковой поверхности внутренней полости рабочего органа: на фиг.7а - выполнение с конической поверхностью, на фиг.7б - выполнение канавок на боковой поверхности;

на фиг.8 - пример исполнения составного рабочего органа, показано возможное разделение по высоте одной помольной камеры на несколько;

на фиг.9 показан случай устройства со смещением помольных камер по высоте;

на фиг.10 показаны возможности оснащения рабочего органа ограничительными дисками: на фиг.10а показано размещение крышки и днища помольной камеры; на фиг.10б - примеры выполнения канавок на нижнем ограничительном диске с двухконусной ориентацией; на фиг.10в - проточки с конусной направленностью внутрь камеры; на фиг.10г - проточки с конусной направленностью к стенке корпуса;

на фиг.11 показана установка в рабочем объеме помольной камеры отражающего тела;

на фиг.12 показан пример футеровки внутренней поверхности стенки корпуса;

на фиг.13 показана установка в загрузочную воронку шнекового подающего механизма;

на фиг.14 - пример выполнения стенки корпуса полой, при этом организована подача в нее теплоносителя;

на фиг.15 показан пример заполнения полости стенки корпуса шумоизолирующим материалом;

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Заявляемый способ измельчения и активации материала был реализован посредством заявляемого устройства.

Пример 1. Устройство для измельчения (см.фиг.1, 2) содержит цилиндрический корпус 1 и концентрично с зазором установленный в корпусе 1 рабочий орган 2, осуществляющие относительное взаимное вращение от двигателей 3 и 4. Между боковой поверхностью 5 рабочего органа 2 и внутренней поверхностью 6 стенки корпуса 1 образованы два рабочих объема 7, заполненных мелющими телами - шары 8. Боковая поверхность 5 рабочего органа 2 образует две остроугольные по отношению к внутренней поверхности стенки корпуса 1 кромки 9, направленные внутрь рабочих объемов с мелющими телами 7.

Устройство работает следующим образом.

При включении двигателей 3 и 4 корпус 1 и рабочий орган 2 начинают взаимное вращение. Материал, поступающий на измельчение, подается сверху корпуса 1 (на чертеже не показано) и равномерно распределяется тонким слоем вдоль внутренней поверхности 6 корпуса 1. Под действием центробежных сил и силы тяжести материал перемещается вдоль поверхности 6, подвергаясь при этом ударным воздействиям мелющих шаров 8, которые после удара прижимаются центробежными силами к поверхности 6 перемещения материала. Остроугольные кромки 9 рабочего органа 2 свободно перемещаются вдоль внутренней поверхности 6 корпуса 1 навстречу ее относительного движения. Кромка 9 набегает на шар 8, подцепляет его и направляет далее по инерции вдоль криволинейной боковой поверхности 5, являющейся продолжением остроугольной кромки 9 рабочего органа 2. Указанная часть боковой поверхности 5 является направляющей для перемещения мелющих шаров 8 в сторону центра вращения до момента отрыва последних за счет центробежных сил.

Кромка 9 выполнена под острым углом 15 градусов по отношению к поверхности перемещения материала 6, что обеспечивает минимальное сопротивление удару шара 8 при набеге на него кромки.

Пример 2. Устройство состоит (см. фиг.3) из неподвижного вертикального цилиндрического корпуса 1 и ротора 2, концентрично установленного внутри корпуса 1 на валу электродвигателя 4.

Боковая поверхность 5 ротора 2 образует три открытых к внутренней поверхности 6 стенки корпуса 1 полостей 7, так называемых помольных камер, внутри которых размещены мелющие шары 8. Краевая часть каждой помольной камеры 7, направленная навстречу относительного вращения стенки корпуса 1, выполнена с образованием остроугольной кромки 9, направленной внутрь рабочего объема камеры. С целью повышения долговечности работы и износоустойчивости каждая кромка 9 оснащена жестко закрепленным на ней ножом.

Для загрузки материала устройство снабжено расположенной сверху корпуса 1 загрузочной воронкой 10. Для удаления из устройства измельченного материала снизу корпуса 1 выполнен патрубок 11 выгрузки.

Наружная боковая поверхность 5 ротора 2 выполнена цилиндрической, при этом ротор установлен с зазором по отношению к внутренней поверхности 6 корпуса 0,2 мм, обеспечивающим свободное взаимное вращение и перемещение материала.

Устройство работает следующим образом. Включают двигатель 4, который обеспечивает вращение ротора 2. В загрузочную воронку 10 подается обрабатываемый материал, который под действием центробежных сил распределяется вдоль внутренней поверхности 6 корпуса 1. При вращении ротора 2 в направлении А мелющие шары 8 в помольных камерах 7 за счет центробежных сил разбрасываются по периферии рабочего объема камеры и контактируют с внутренней поверхностью 6 неподвижного корпуса 1, при этом ударное воздействие шаров 8 приходится на перемещающийся вдоль поверхности 6 материал, который измельчается.

В положении К (см. фиг.4) остроугольная кромка 9 камеры 7 надвигается на шарик 8, и он под действием сил инерции начинает двигаться вдоль внутренней боковой поверхности камеры 7 в положение Л. При дальнейшем движении шарика по инерции из положения Л в положение М за счет противодействия центробежных сил он теряет силу инерции. При полном преобразовании инерционных сил в центробежную силу происходит отрыв шарика от поверхности помольной камеры, и шарик 6 совершает удар по внутренней поверхности корпуса, вдоль которой движется материал, обеспечивая тем самым его разрушение, измельчение.

Исходя из расчетов по теории удара, предпочтительным является проработка конфигурации боковой внутренней поверхности помольной камеры аналогично показанной на фиг 4. Выполнение остроугольной кромки 9 камеры под углом, близким к 15 градусам, позволяет максимально исключить силы сопротивления и придать шару 8 наибольшую начальную скорость движения вдоль криволинейной поверхности с радиусом R1. Дальнейшая проработка боковой поверхности помольной камеры 7 предполагает плавный переход к цилиндрическим поверхностям большего радиуса. При этом в положении, соответствующем положению М, в котором центробежные силы начинают превышать инерционные и происходит удар, краевую часть помольной камеры 7, противоположную остроугольной, выполняют также по цилиндрической поверхности, обеспечивая угол, на 10-15 градусов больше прямого с направлением угла навстречу остроугольной противолежащей кромке 9. При такой проработке конфигурации боковой рабочей поверхности помольной камеры 7 мелющий шар 8 получает дополнительную энергию для движения навстречу остроугольной кромке 9, во время которого осуществляется дополнительно истирающее воздействие на обрабатываемый материал.

На фиг.3 показан пример выполнения элементов устройства с цилиндрическими сопряженными поверхностями 5 ротора и 6 - корпуса, при этом на наружной боковой поверхности ротора 2 выполнены резьбовидные проточки 12, благодаря которым улучшается продвижение материала в направлении к патрубку 11 выгрузки. Проточки 12 могут быть выполнены (см.фиг.5) с треугольным профилем, полукруглым или другим в зависимости от решаемых задач.

Наружная или периферийная часть поверхности 5 ротора (т.е. не в местах образования полостей 7) и ответная ей внутренняя поверхность б корпуса в зависимости от конкретных поставленных перед разработчиками задач могут быть выполнены в виде конусных поверхностей с ориентацией конусности вверх в направлении загрузочной воронки 10 или вниз в направлении патрубка 11 выгрузки (см. фиг.6).

Различные случаи проработки внутренней поверхности полостей 7 показаны на фиг.7. Предпочтительным является выполнение ее в виде конусной поверхности, что обеспечивает направленность движения мелющих шаров 8 вверх, предотвращения их скопления в нижней части камеры 7. Снабжение боковой рабочей поверхности помольной камеры проточками 13 позволяет организовать послойное движение мелющих шаров 8, их равномерное распределение по высоте, следовательно, более полное рациональное использование рабочего объема помольных камер 7.

Пример 3. Устройство измельчения (см. фиг.8) содержит цилиндрический корпус 1 и рабочий орган 2, выполненный в виде составного элемента из нескольких дисков 14, разделенных дискообразными перфорированными пластинами 15. Пластины 15 разделяют рабочий объем помольной камеры 7 по высоте на три отдельных камеры, в каждой из которых размещены мелющие шары 8 различного диаметра. В верхней камере 7 величина диаметра шаров 8 максимальная. В нижерасположенных величина диаметров мелющих тел уменьшается от камеры к камере. Дискообразные пластины 15 имеют отверстия 16 перфорации, выполненные также с уменьшением размеров. На стенке корпуса 1 в части его, соответствующей расположению камер 7, выполнена крышка 17, позволяющая извлекать или добавлять мелющие тела, производить ремонт и обслуживание. Устройство работает следующим образом.

Во время работы измельчаемый материал поступает сначала в верхнюю камеру, подвергается ударным и истирающим воздействиям шаров 8 наибольшего диаметра. По мере измельчения материал через отверстия 16 перфорации пересыпается в нижерасположенную камеру 7 и далее аналогично до патрубка выгрузки. Поломанные и изношенные мелющие шары 8 также через отверстия 16 просыпаются в нижние помольные камеры 7, что позволяет продлить их срок службы.

При составном роторном элементе помольные камеры 7 могут быть смещены относительно друг друга по высоте ротора 2 (см. фиг.9) В этом случае отверстия перфорации не выполняют, а образуют между камерами 7 по высоте щели перекрытия 18, уменьшая их размер по высоте ротора 2. Работает устройство аналогичным образом.

Устройства, приведенные в примере 3, позволяют более полно использовать объем помольных камер, осуществить более тонкий помол, получить материал более однородного состава. Кроме того, возможна организация дискретности помола в зависимости от поставленных задач.

Claims (42)

1. Способ измельчения материала посредством ударного обусловленного центробежными силами воздействия мелющих тел на тонкий слой материала, перемещающегося вдоль поверхности, отражающей упомянутое воздействие, включающий непрерывную циркуляцию мелющих тел внутри рабочего объема, боковая поверхность которого образована, по меньшей мере, двумя совершающими относительное взаимное вращение поверхностями, одна из которых является поверхностью рабочего органа, другая - поверхностью перемещения материала, отличающийся тем, что вращение осуществляют со скоростями, обусловливающими прижатие мелющих тел центробежными силами к поверхности перемещения материала после соударения с ней, принудительно отрывают мелющие тела от упомянутой поверхности и обеспечивают их перемещение под действием сил инерции по криволинейной траектории, направленной к центру вращения, до момента превышения центробежными силами инерционных сил.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отрывают мелющие тела от поверхности перемещения материала посредством кромки рабочего органа, перемещающейся вдоль упомянутой поверхности навстречу ее относительного движения, при этом перемещение мелющих тел под действием сил инерции обеспечивают за счет криволинейной формы боковой поверхности рабочего органа.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что кромку рабочего органа выполняют в виде остроугольного по отношению к поверхности перемещения материала и направленного своим острым углом навстречу ее относительного вращения и внутрь рабочего объема выступа, при этом боковую поверхность рабочего органа, являющуюся продолжением упомянутого остроугольного выступа, выполняют по криволинейной траектории, направленной в сторону центра вращения.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют вращение рабочего органа при неподвижной поверхности перемещения материала.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что вращают поверхность перемещения материала относительно неподвижного рабочего органа.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют одновременное встречно направленное вращение рабочего органа и поверхности перемещения материала.

7. Устройство для измельчения, содержащее корпус с размещенными в верхней его части элементами загрузки и распределения материала вдоль внутренней поверхности корпуса и расположенным снизу корпуса патрубком отвода измельченного материала и концентрично с зазором установленный в корпусе рабочий орган с боковой поверхностью, образующей совместно с внутренней поверхностью корпуса, по меньшей мере, один рабочий объем, заполненный мелющими телами, при этом корпус и рабочий орган выполнены с возможностью относительного взаимного вращения, отличающееся тем, что боковая поверхность рабочего органа в зоне образования рабочего объема выполнена криволинейной формы с остроугольной кромкой, свободно примыкающей к внутренней поверхности корпуса и направленной острием по направлению относительного движения рабочего органа и с направляющей поверхностью, обеспечивающей перемещение мелющих тел после зацепления остроугольной кромкой в направлении центра вращения, при этом внутренняя поверхность корпуса выполнена цилиндрической или конусной формы.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что кромка рабочего органа выполнена под углом к внутренней поверхности стенки корпуса, составляющим от 10 до 20 градусов.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что остроугольная кромка оснащена жестко закрепленным на ней ножом.

10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что направляющая поверхность для перемещения мелющих тел выполнена в виде криволинейной поверхности, являющейся продолжением острого угла кромки рабочего органа.

11. Устройство по п.7, отличающееся тем, что величина зазора, с которым установлен в корпусе рабочий орган, расположена в пределах от 0,1 до 2 мм.

12. Устройство по п.7, отличающееся тем, что рабочий орган выполнен с возможностью вращения внутри неподвижного корпуса.

13. Устройство по п.7, отличающееся тем, что корпус выполнен с возможностью вращения относительно неподвижного рабочего органа.

14. Устройство по п.7, отличающееся тем, что корпус и рабочий орган выполнены с возможностью встречного вращательного движения.

15. Устройство по п.7, отличающееся тем, что боковая поверхность рабочего органа образует, по меньшей мере, одну открытую к стенке корпуса и заполненную мелющими телами внутреннюю полость с криволинейной внутренней боковой поверхностью, при этом краевая часть упомянутой полости, перемещающаяся навстречу относительного движения стенки корпуса, выполнена остроугольной по отношению к стенке корпуса.

16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что рабочий орган выполнен с тремя внутренними полостями, равномерно распределенными по его периметру.

17. Устройство по п.15, отличающееся тем, что боковая поверхность внутренней полости рабочего органа образована плавно сопряженными между собой участками в виде цилиндрических поверхностей и плоскостей.

18. Устройство по п.15, отличающееся тем, что боковая поверхность внутренней полости рабочего органа образована несколькими цилиндрическими поверхностями различного радиуса, плавно переходящими друг в друга.

19. Устройство по п.15, отличающееся тем, что боковая поверхность внутренней полости рабочего органа выполнена в виде конической поверхности.

20. Устройство по п.15, отличающееся тем, что боковая поверхность внутренней полости рабочего органа выполнена с углубленными канавками.

21. Устройство по п.7, отличающееся тем, что наружная боковая стенка рабочего органа на части периметра между рабочими объемами выполнена цилиндрической.

22. Устройство по п.7, отличающееся тем, что наружная боковая стенка рабочего органа на части периметра между рабочими объемами выполнена конусообразной, при этом сопряженная с ней внутренняя поверхность стенки корпуса выполнена ответной формы.

23. Устройство по п.22, отличающееся тем, что сопряженные стенки рабочего органа и корпуса выполнены с ориентацией конусности вершиной в сторону патрубка подачи материала.

24. Устройство по п.22, отличающееся тем, что сопряженные стенки рабочего органа и корпуса выполнены с ориентацией конусности вершиной в сторону выходного патрубка.

25. Устройство по п.15, отличающееся тем, что рабочий орган выполнен составным из связанных между собой дисков.

26. Устройство по п.25, отличающееся тем, что между дисками рабочего органа установлены дискообразные пластины, рассекающие по высоте объем его внутренней полости на отдельные помольные камеры, при этом каждая камера заполнена мелющими телами разного размера, с его уменьшением от верхней камеры к нижней.

27. Устройство по п.26, отличающееся тем, что дискообразные пластины в зоне внутренних полостей выполнены перфорированными с уменьшением размера перфорации сверху вниз.

28. Устройство по п.26, отличающееся тем, что помольные камеры смещены относительно друг друга по высоте рабочего органа с образованием щелей перекрытия, размер которых не превышает половины диаметра мелющего тела, размещенного в верхней камере.

29. Устройство по п.26, отличающееся тем, что оно снабжено крышками, выполненными на боковой поверхности корпуса в части, соответствующей расположению помольных камер рабочего органа.

30. Устройство по п.15, отличающееся тем, что рабочий орган снабжен верхним и нижним ограничительными дисками, ограничивающими рабочий объем внутренних полостей сверху и снизу.

31. Устройство по п.26, отличающееся тем, что каждая помольная камера снабжена крышкой и днищем, закрепленными на ограничительных дисках с возможностью вращения и радиального перемещения.

32. Устройство по п.30, отличающееся тем, что нижний ограничительный диск выполнен с канавками и кольцевыми проточками.

33. Устройство по п.21 или 22, отличающееся тем, что наружная боковая поверхность рабочего органа выполнена с резьбовидными проточками.

34. Устройство по п.7, отличающееся тем, что оно снабжено отражающим телом, установленным внутри рабочего объема.

35. Устройство по п.7, отличающееся тем, что внутренняя поверхность стенки корпуса футерована броневым кольцом.

36. Устройство по п.35, отличающееся тем, что броневое кольцо выполнено с конусной рабочей поверхностью, расположенной со стороны внутренней полости рабочего органа и возможностью осевого перемещения.

37. Устройство по п.7, отличающееся тем, что в патрубок подвода материала установлено шнековое подающее устройство.

38. Устройство по п.7, отличающееся тем, что диаметральная поверхность рабочего органа со стороны патрубка подвода материала снабжена распределительными лопастями, установленными соосно с рабочим органом.

39. Устройство по п.7, отличающееся тем, что стенка корпуса выполнена полой.

40. Устройство по п.39, отличающееся тем, что стенка корпуса выполнена с возможностью подачи в ее полость теплоносителя.

41. Устройство по п.39, отличающееся тем, что полость стенки корпуса заполнена охлаждающей субстанцией.

42. Устройство по п.39, отличающееся тем, что полость стенки корпуса заполнена шумоизолирующим материалом.

Images