RU2386480C2

RU2386480C2 - Vortex grinder for cascade grinding

Info

Publication number: RU2386480C2
Application number: RU2008115813/03A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Алексеевич Ким (RU); Дмитрий Алексеевич Ким; Николай Александрович Романов (RU); Николай Александрович Романов; Анатолий Иванович Яворский (RU); Анатолий Иванович Яворский
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ВМ"
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2008-04-21
Publication date: 2010-04-20
Also published as: RU2008115813A

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to technical facilities intended for production of dispersed powders, suspensions, emulsions, for fine and hyperfine grinding of materials, and may be used in chemical, food, medical industries, construction and other industries. Vortex grinder for cascade grinding comprises vortex grinding chamber with profiled side surface, solid bottom and diaphragm cover, coaxial spinning chamber arranged above grinding chamber, limited at the bottom with diaphragm cover of vortex chamber, adjacent side surface with nozzle of product discharge at the periphery and upper cover, through which along the centre with adjacency there is an inlet pipe arranged, being submerged with its lower end into grinding chamber, and device for spinning of bearing medium and initial acceleration of particles. To spin bearing medium and initially accelerate particles, a hollow rotor of centrifugal fan is used with solid lower disk, diaphragm upper disk and blades fixed between these disks, installed coaxially inside vortex grinding chamber, under pipe of particles supply, so that height of lower cut of inlet pipe relative to lower disk of rotor allows for adjustment, and outer diametre of rotor makes not more than 0.71 of inner diametre of vortex chamber.

EFFECT: invention makes it possible to reduce energy inputs and wear of grinding surfaces in process of materials grinding.

1 dwg

Description

Изобретение относится к способам и техническим средствам, предназначенным для получения дисперсных порошков, суспензий, эмульсий, для тонкого и сверхтонкого измельчения материалов, и может быть использовано в химическом, пищевом, медицинском производстве, в строительной промышленности и в других отраслях.The invention relates to methods and technical means for producing dispersed powders, suspensions, emulsions, for fine and ultrafine grinding of materials, and can be used in chemical, food, medical, construction, and other industries.

Целью изобретения является снижение затрат энергии и износа мелющих поверхностей при измельчении материалов, не допускающих нагрева.The aim of the invention is to reduce energy costs and wear of grinding surfaces when grinding materials that do not allow heating.

Известны устройства для измельчения в вихревых помольных камерах [Патент РФ №2106199, 1998 г., В02С 13/12], в которых происходит механическое ускорение частиц измельчаемого материала и несущей среды (воздуха) с помощью ротора, вращающегося внутри вихревой камеры. В этих устройствах измельчаемый материал движется в стесненных условиях, что приводит к «самоизмельчению», т.е. механизм измельчения в них соответствует истиранию. В результате измельчаемый материал сильно нагревается, что не позволяет использовать данный механизм для измельчения материалов, не допускающих нагрева или избыточного силового воздействия.Known devices for grinding in vortex grinding chambers [RF Patent No. 2106199, 1998, B02C 13/12], in which there is a mechanical acceleration of particles of the crushed material and the carrier medium (air) using a rotor rotating inside the vortex chamber. In these devices, the crushed material moves in cramped conditions, which leads to "self-grinding", i.e. the grinding mechanism in them corresponds to abrasion. As a result, the material being crushed is very hot, which does not allow the use of this mechanism for grinding materials that do not allow heating or excessive force.

Известно устройство для измельчения - центробежная дробилка [а.с. СССР №99095], содержащее полый ротор с патрубками для ускорения измельчаемого материала перед его соударением с мелющей поверхностью. В этом устройстве не достигают тонкого помола, так как измельчаемый материал быстро выводится из помольного объема.A known device for grinding - centrifugal crusher [and.with. USSR No. 99095], containing a hollow rotor with nozzles for accelerating the crushed material before it collides with the grinding surface. This device does not achieve fine grinding, as the material being ground is quickly removed from the grinding volume.

Известно устройство для каскадного измельчения - вихревая мельница [Патент РФ №2057588, 1991 г., В02С 19/06; М.Х.Правдина. Вихревая мельница для измельчения хрупких и пластичных материалов // В кн. М.А.Гольдштик Процессы переноса в зернистом слое, 2-е издание, переработанное и дополненное. - Новосибирск, ИТ СОРАН. - 2005. - Приложение 2. - С.315-358]. Согласно изобретению в вихревую камеру, ограниченную боковой поверхностью, глухим дном и диафрагмированной крышкой, через щель в боковой поверхности тангенциально подают струю несущей среды (сжатый воздух). Несущая среда (воздух) затем полностью или частично выходит через отверстие в верхней крышке, а частично может выходить через тангенциальную выходную щель, выполненную в боковой поверхности. Таким образом, внутри вихревой камеры образуется проточный вихрь. В этот вихрь через отверстие в верхней крышке подают измельчаемый материал, который, под действием центробежной силы и вследствие профилирования футерованной боковой поверхности, приобретает скачкообразную, близкую к правильному многоугольнику траекторию вблизи боковой поверхности вихревой камеры. Частицы измельчаемого материала ускоряются несущей средой до скоростей, близких к порогу разрушения. При незначительном превышении пороговой скорости удара частица накапливает повреждения и делится на небольшое количество осколков. Далее процесс ускорения до достижения пороговой скорости, удара и деления повторяется для каждого осколка вплоть до размера, который по условиям классификации выходит из вихревой камеры вместе с несущей средой. Преимущество каскадного измельчения состоит в том, что измельчаемый материал не подвергается избыточному силовому воздействию и нагреванию и его структура при ударе меняется незначительно. В то же время материал испытывает многократные соударения с мелющей поверхностью, что обеспечивает достижение тонкого помола. Это позволяет измельчать термопластичные материалы, волокнистые материалы, лекарственные травы и биологические препараты.A device for cascade grinding is known - a vortex mill [RF Patent No. 2057588, 1991, V02C 19/06; M.Kh. Pravdina. Vortex mill for grinding brittle and plastic materials // In the book. M.A. Goldshtik Transfer processes in a granular layer, 2nd edition, revised and supplemented. - Novosibirsk, IT SORAN. - 2005. - Appendix 2. - P.315-358]. According to the invention, a stream of a carrier medium (compressed air) is tangentially fed through a slit in the side surface into a vortex chamber bounded by a lateral surface, a blind bottom and a diaphragmed cover. The carrier medium (air) then fully or partially exits through an opening in the top cover, and partially can exit through a tangential exit slit made in the side surface. Thus, a flow vortex is formed inside the vortex chamber. In this vortex, a crushed material is fed through an opening in the upper lid, which, under the action of centrifugal force and due to the profiling of the lined side surface, acquires a step-like path close to the regular polygon near the side surface of the vortex chamber. Particles of the crushed material are accelerated by the carrier medium to speeds close to the fracture threshold. If the threshold impact velocity is slightly exceeded, the particle accumulates damage and is divided into a small number of fragments. Further, the process of acceleration to a threshold speed, impact and division is repeated for each fragment up to a size that, according to the classification conditions, leaves the vortex chamber together with the carrier medium. The advantage of cascade grinding is that the material being ground is not subjected to excessive force and heat and its structure changes slightly upon impact. At the same time, the material experiences multiple collisions with the grinding surface, which ensures the achievement of fine grinding. This allows you to grind thermoplastic materials, fibrous materials, medicinal herbs and biological products.

Известное устройство, в котором осуществлен способ каскадного измельчения [Патент РФ №2057588, 1991 г., В02С 19/06], содержит вихревую помольную камеру с профилированной боковой поверхностью, с глухим дном и диафрагмированной крышкой, соосную раскручивающую камеру, расположенную над помольной камерой, ограниченную снизу диафрагмированной крышкой вихревой камеры, примыкающей к ней боковой поверхностью с тангенциальным патрубком выхода продукта и верхней крышкой, через которую по центру с примыканием проходит труба ввода, нижним концом погруженная в помольную камеру ниже уровня отверстия в диафрагмированной крышке. Для закрутки несущей среды и первоначального разгона частиц используется струя расширяющегося сжатого газа, которая вводится через тангенциальный патрубок в боковой поверхности вихревой камеры. Измельчаемый материал вводится через трубу ввода и, вовлекаясь во вращение, втягивается во входную струю и в ней получают первоначальное ускорение. Это приводит к повышенному износу области встречи боковой поверхности камеры с входной струей.A known device in which the cascade grinding method is implemented [RF Patent No. 2057588, 1991, V02C 19/06], comprises a vortex grinding chamber with a profiled side surface, with a blank bottom and a diaphragmed lid, a coaxial spin chamber located above the grinding chamber, bounded below by the diaphragmed cover of the vortex chamber, adjacent to it with a lateral surface with a tangential outlet pipe of the product and an upper cover through which the inlet pipe runs centrally with the abutment, the lower end is immersed Single in the grinding chamber below the level of the hole in the diaphragm the lid. To swirl the carrier medium and initially disperse the particles, a jet of expanding compressed gas is used, which is introduced through the tangential nozzle in the side surface of the vortex chamber. The crushed material is introduced through the input pipe and, being involved in the rotation, is pulled into the input stream and initial acceleration is obtained in it. This leads to increased wear of the meeting area of the side surface of the chamber with the inlet stream.

Недостатком известного устройства для осуществления каскадного измельчения является высокий уровень затрат энергии, характерный для всех газодинамических измельчителей (струйных мельниц), в которых измельчаемый материал получает ускорение только в струе газа за счет отставания частиц от потока. Недостатком этого устройства является также повышенный локальный износ в области падения входной струи несущей среды на боковую поверхность вихревой камеры, что приводит к уменьшению срока службы футеровки боковой поверхности вихревой камеры.A disadvantage of the known device for the implementation of cascade grinding is the high level of energy consumption characteristic of all gas-dynamic grinders (jet mills), in which the crushed material receives acceleration only in the gas stream due to the lag of particles from the stream. The disadvantage of this device is also the increased local wear in the area of incidence of the input jet of the carrier medium on the side surface of the vortex chamber, which reduces the service life of the lining of the side surface of the vortex chamber.

Задачей настоящего изобретения является снижение затрат энергии при осуществлении каскадного измельчения, а также продление срока службы футеровки боковой поверхности вихревой камеры.The objective of the present invention is to reduce energy costs during the implementation of cascade grinding, as well as extending the service life of the lining of the side surface of the vortex chamber.

Для выполнения поставленных задач предлагается закрутку несущей среды и первоначальное ускорение частиц осуществлять в полом роторе центробежного вентилятора. Частицы, ускоренные механически, за счет взаимодействия с ротором, выбрасываются из него на периферию вихревой камеры. Известно, что расход энергии на механическое ускорение частиц более чем в 10 раз ниже, чем при газодинамическом ускорении за счет трения при отставании частицы от газового потока. Кроме того, выход несущей среды с материалом из ротора происходит равномерно по всей окружности камеры, поэтому износ боковой поверхности камеры также происходит равномерно, что продляет общий срок службы футеровки.To fulfill the tasks it is proposed to swirl the carrier medium and initial acceleration of particles in the hollow rotor of the centrifugal fan. Particles accelerated mechanically due to interaction with the rotor are ejected from it to the periphery of the vortex chamber. It is known that the energy consumption for mechanical particle acceleration is more than 10 times lower than in gas-dynamic acceleration due to friction when the particle lags behind the gas flow. In addition, the exit of the carrier medium with the material from the rotor occurs uniformly around the entire circumference of the chamber, therefore, the wear of the side surface of the chamber also occurs uniformly, which extends the overall service life of the lining.

Поставленные задачи решаются тем, что в устройстве, содержащем вихревую помольную камеру с профилированной боковой поверхностью, с глухим дном и диафрагмированной крышкой, соосную раскручивающую камеру, расположенную над помольной камерой, ограниченную снизу диафрагмированной крышкой вихревой камеры, примыкающей к ней боковой поверхностью с патрубком выхода продукта и верхней крышкой, через которую по центру с примыканием проходит труба ввода, нижним концом погруженная в помольную камеру ниже уровня отверстия в диафрагмированной крышке, для закрутки несущей среды и первоначального разгона частиц используется полый вращающийся ротор центробежного вентилятора, с глухим нижним диском, диафрагмированным верхним диском и лопатками, закрепленными между этими дисками, расположенный соосно внутри вихревой помольной камеры, под трубой ввода частиц.The tasks are solved in that in a device containing a vortex grinding chamber with a profiled side surface, with a blank bottom and a diaphragmed lid, a coaxial untwisting chamber located above the grinding chamber, bounded below by a diaphragmed vortex chamber cover adjacent to it with a side surface with a product outlet and the upper cover, through which the inlet pipe passes through the center with the abutment, the lower end immersed in the grinding chamber below the level of the hole in the diaphragm shke, for swirling the carrier medium and the initial acceleration of the particles used hollow rotating rotor of the centrifugal fan, with a blind bottom plate, diaphragm the upper disk and blades fixed between the disks disposed coaxially within the vortex grinding chamber, a pipe entering particles.

Для того чтобы управлять количеством воздуха, всасываемого ротором, высота нижнего среза трубы ввода относительно нижнего диска ротора допускает регулирование.In order to control the amount of air absorbed by the rotor, the height of the lower cut of the input pipe relative to the lower disk of the rotor allows regulation.

Для того чтобы измельчаемые частицы беспрепятственно перемещались по оптимальной скачкообразной многоугольной траектории, а именно по траектории, близкой к вписанному в боковую поверхность квадрату [Правдина М.Х. Вихревая мельница для измельчения хрупких и пластичных материалов // В кн. М.А.Гольдштик Процессы переноса в зернистом слое, 2-е издание, переработанное и дополненное. - Новосибирск, ИТ СОРАН. - 2005. - Приложение 2. - С.315-358], внешний диаметр ротора составляет не более чем 0,71 внутреннего диаметра вихревой камеры. (Действительно, если вписать в окружность квадрат, а затем вписать в этот квадрат окружность, то диаметры двух окружностей относятся как 1:0,71.) Это условие является существенным, так как при его нарушении в большую сторону меняется механизм измельчения частиц. Чем более стесненные условия создаются для материала при увеличении диаметра ротора, тем ближе условия измельчения к истиранию, сопровождаемому интенсивным нагревом материала. С другой стороны, при уменьшении диаметра ротора, ускорение частиц становится менее эффективным.In order for the crushed particles to move unhindered along an optimal spasmodic polygonal path, namely, a path close to a square inscribed on the side surface [Pravdina M.Kh. Vortex mill for grinding brittle and plastic materials // In the book. M.A. Goldshtik Transfer processes in a granular layer, 2nd edition, revised and supplemented. - Novosibirsk, IT SORAN. - 2005. - Appendix 2. - P.315-358], the outer diameter of the rotor is not more than 0.71 of the inner diameter of the vortex chamber. (Indeed, if you inscribe a square into a circle, and then inscribe a circle into this square, then the diameters of the two circles are referred to as 1: 0.71.) This condition is essential, since if it is violated, the particle grinding mechanism changes upwards. The more constrained conditions are created for the material with increasing rotor diameter, the closer the grinding conditions to abrasion, accompanied by intense heating of the material. On the other hand, as the diameter of the rotor decreases, particle acceleration becomes less efficient.

На чертеже представлен общий вид вихревого измельчителя со схемой движения несущей среды и измельчаемого материала.The drawing shows a General view of the vortex grinder with a diagram of the motion of the carrier medium and the crushed material.

Вихревой измельчитель содержит вихревую камеру, ограниченную дном 1, диафрагмированной крышкой 2 и боковой поверхностью 3, футерованной износостойкими вставками 4, примыкающую к ней раскручивающую камеру, ограниченную диафрагмированной крышкой 2, боковой поверхностью 5 с тангенциальным выходным патрубком 6, крышкой 7, соосный с камерой полый ротор, со сплошным нижним диском 8, диафрагмированным верхним диском 9 и лопатками 10, закрепленными между этими дисками, и трубу ввода 11, расположенную по оси устройства. Полый ротор соединен с электродвигателем 12.The vortex shredder contains a vortex chamber bounded by the bottom 1, a diaphragmed lid 2 and a side surface 3 lined with wear-resistant inserts 4, an unwinding chamber adjacent to it, bounded by a diaphragm lid 2, a side surface 5 with a tangential outlet pipe 6, a lid 7, coaxial with the chamber hollow a rotor, with a continuous lower disk 8, a diaphragmed upper disk 9 and blades 10 fixed between these disks, and an input pipe 11 located along the axis of the device. The hollow rotor is connected to the electric motor 12.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Полый ротор приводится во вращение с помощью электродвигателя 12. При вращении ротора в области отверстия в его верхнем диске 9 образуется зона разрежения. В эту область через трубу ввода 11 всасывается воздух (несущая среда) из внешнего пространства. В эту же область по трубе ввода 11 подается измельчаемый материал. Закрученный поток воздуха с измельчаемым материалом выходит из ротора на периферию вихревой камеры, где взаимодействует с ее футерованной боковой поверхностью 4. При этом частицы материала движутся по многоугольным траекториям, определяемым геометрией футеровки. Если скорость вращения ротора достаточна для преодоления частицами пороговой скорости измельчения при ударе, происходит деление частиц. Получающиеся осколки смешиваются с поступающей из ротора средой, ускоряются ею и снова участвуют во взаимодействии с футеровкой. Воздух и мелкие частицы выходят из вихревой камеры через диафрагмированную верхнюю крышку 2 в раскручивающую камеру и далее через тангенциальный патрубок 6 выводятся на какое-либо осаждающее устройство. Диафрагмированная верхняя крышка вихревой камеры в данном случае служит классификатором, при этом размер удаляемых из камеры частиц определяется диаметром отверстия в ней. При увеличении зазора между нижним торцом трубы ввода 11 и сплошным нижним диском 8 ротора вентилятора увеличивается расход воздуха, который служит для транспорта измельчаемого материала и отвода избыточного тепла из помольной камеры.The hollow rotor is driven by an electric motor 12. When the rotor rotates in the region of the hole in its upper disk 9, a rarefaction zone is formed. Into this region, through the inlet pipe 11, air (carrier medium) is sucked from the external space. In the same area through the input pipe 11 is fed crushed material. A swirling flow of air with the material to be ground leaves the rotor to the periphery of the vortex chamber, where it interacts with its lined side surface 4. In this case, the particles of material move along polygonal paths determined by the geometry of the lining. If the rotational speed of the rotor is sufficient to overcome the particles of the threshold grinding speed upon impact, the particles are divided. The resulting fragments are mixed with the medium coming from the rotor, accelerated by it, and again participate in the interaction with the lining. Air and small particles exit the vortex chamber through the diaphragmed top cover 2 into the untwisting chamber and then through the tangential nozzle 6 are output to any precipitating device. The diaphragmed top cover of the vortex chamber in this case serves as a classifier, while the size of particles removed from the chamber is determined by the diameter of the hole in it. With an increase in the gap between the lower end of the input pipe 11 and the continuous lower disk 8 of the fan rotor, the air flow increases, which serves to transport the material to be ground and to remove excess heat from the grinding chamber.

Результаты испытаний опытного образца вихревого измельчителя, в котором осуществлялся заявленный способ измельчения при помоле сахара, соли и сухих лекарственных трав, приведены в таблице. При этом температура материала в процессе измельчения не превышала 40-50°С.The test results of the prototype vortex grinder, which was carried out the claimed method of grinding when grinding sugar, salt and dried medicinal herbs, are shown in the table. In this case, the temperature of the material during grinding did not exceed 40-50 ° C.

Claims

A cascade grinding vortex mill, comprising a vortex grinding chamber with a profiled side surface, a blank bottom and a diaphragmed lid, a coaxial unwinding chamber located above the grinding chamber, bounded below by a diaphragmed vortex chamber lid adjacent to it with a side surface with a peripheral product outlet pipe and the top lid, through which the inlet pipe passes through the center with the abutment, is immersed in the grinding chamber with the lower end, and the device for twisting medium and the initial acceleration of particles, characterized in that for the swirling of the carrier medium and the initial acceleration of particles, a hollow rotor of a centrifugal fan with a blind lower disk, a diaphragmed upper disk and vanes fixed between these disks is used, located coaxially inside the vortex grinding chamber, under the input pipe particles, so that the height of the lower cut of the input pipe relative to the lower disk of the rotor allows regulation, and the outer diameter of the rotor is not more than 0.71 of the inner diameter and swirl chamber.