RU2486960C1

RU2486960C1 - Device to control ground material flow properties in grinder feeder

Info

Publication number: RU2486960C1
Application number: RU2012101511/13A
Authority: RU
Inventors: Олег Кузьмич Шершнев
Original assignee: Олег Кузьмич Шершнев
Priority date: 2012-01-18
Filing date: 2012-01-18
Publication date: 2013-07-10

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to grinders of plastics, rubber and minerals. Proposed grinder comprises material pre-grinder arranged in gas transport flow ahead of grinding tools. Proposed device is composed of a module with opposed ultrasound radiators to facilitate uniform distribution of material particles in gas flow.

EFFECT: higher uniformity of material distribution on milling tools.

1 dwg

Description

Изобретение предназначено для использования в промышленности, в частности для управления свойствами потока измельчаемого материала непосредственно перед блоками измельчающих инструментов с целью предварительно разрушить самопроизвольно возникающие конгломераты частиц, повысить равномерность распределения измельчаемого материала на измельчающих инструментах, повысить эффективность процесса измельчения. Цель достигается использованием устройства, содержащего ультразвуковой излучатель, обеспечивающий акустическое воздействие на частицы измельчаемого материала в газовой среде, сопровождаемое разрушением конгломератов частиц за счет их соударений и трибоэлектрическими явлениями, приводящими к появлению одноименных электрических зарядов на поверхности частиц, способствующих их взаимному отталкиванию и снижающих затраты энергии, необходимой для разрушения частиц в мелющем устройстве.The invention is intended for use in industry, in particular, to control the properties of the flow of crushed material immediately in front of the blocks of grinding tools in order to pre-destroy spontaneously occurring conglomerates of particles, to increase the uniformity of distribution of the crushed material on grinding tools, to increase the efficiency of the grinding process. The goal is achieved by using a device containing an ultrasonic emitter, providing an acoustic effect on the particles of the crushed material in a gas medium, accompanied by the destruction of particle conglomerates due to their collisions and triboelectric phenomena, leading to the appearance of the same electric charges on the surface of the particles, contributing to their mutual repulsion and reducing energy costs necessary for the destruction of particles in the grinding device.

Мелющие устройства широко используются в различных областях промышленности [1, 2, 3, 4] и, в частности, при переработке резины [5, 6] для ее повторного использования, что имеет чрезвычайно важное значение для снижения индустриального давления на окружающую среду.Grinding devices are widely used in various industries [1, 2, 3, 4] and, in particular, in the processing of rubber [5, 6] for its reuse, which is extremely important for reducing industrial pressure on the environment.

В настоящее время одним из лучших мелющих устройств для резины можно считать установку ИК «OZOD 2006» [7], представляющую собой систему рабочих агрегатов, объединенных и стационарно установленных на общей станине (чертеж). Однако в процессе предподготовки резиновой крошки и ее транспортировки к мелющему блоку образуются смесь частиц с их конгломератами (флокулами), что препятствует равномерному распределению измельчаемого материала на мелющих инструментах.Currently, one of the best grinding devices for rubber can be considered the installation of the OZOD 2006 IR [7], which is a system of working units combined and permanently installed on a common bed (drawing). However, during the pretreatment of rubber crumb and its transportation to the grinding unit, a mixture of particles with their conglomerates (flocs) is formed, which prevents the uniform distribution of the crushed material on the grinding tools.

Известно, однако, что ультразвуковое воздействие на газовую среду вызывает в ней интенсивные вихревые потоки с высокими градиентами скоростей и градиентами давления [8], способными разрушить самопроизвольно возникающие флокулы [8]. Использование ультразвука позволяет не только разрушить флокулы, но обеспечить интенсивное трение частиц друг об друга и о газовую среду, что приводит к появлению на их поверхностях одноименных зарядов [9]. Эти заряды не только препятствуют сближению частиц и образованию флокул, но и облегчают разрушение самих частиц резины, так как благодаря взаимоотталкиванию создают дополнительные силы, направленные на растяжение и разрушение частиц.It is known, however, that ultrasonic action on the gas medium causes intense vortex flows in it with high velocity and pressure gradients [8], which can destroy spontaneous flocs [8]. The use of ultrasound allows not only to destroy flocs, but to provide intensive friction of particles against each other and on the gas medium, which leads to the appearance of similar charges on their surfaces [9]. These charges not only prevent the approach of particles and the formation of flocs, but also facilitate the destruction of the rubber particles themselves, since due to the repulsion they create additional forces aimed at stretching and destroying the particles.

Известно также явление акустической коагуляции частиц аэрозоля, физический механизм которой до конца не ясен. Коагуляция аэрозолей широко используется для улавливания пыли и дымов в системах очистки воздуха [10, 11, 12], однако в случае применения ультразвука для разрушения флокул это явление нежелательно и может быть подавлено за счет применения источников ультразвука качающейся частоты.The phenomenon of acoustic coagulation of aerosol particles is also known, the physical mechanism of which is not completely understood. Aerosol coagulation is widely used to trap dust and smoke in air purification systems [10, 11, 12], however, if ultrasound is used to destroy flocs, this phenomenon is undesirable and can be suppressed through the use of oscillating frequency ultrasound sources.

Воздействие ультразвука на вещество, приводящее к необратимым изменениям в этом веществе, широко используется в промышленности. Механизмы воздействия различны для разных сред. В газах, в частности, основным действующим началом являются разномасштабные акустические течения, существенно ускоряющие процессы тепломассообмена. Причем эффективность ультразвукового массообмена значительно выше обычного гидродинамического, т.к. масштабы вихревых микропотоков в акустическом поле значительно меньше масштабов течений при перемешивании распространенными перемешивающими устройствами, а градиенты скоростей и давлений значительно выше.The effect of ultrasound on a substance, leading to irreversible changes in this substance, is widely used in industry. The mechanisms of action are different for different environments. In gases, in particular, the main active principle is multiscale acoustic flows, which significantly accelerate the processes of heat and mass transfer. Moreover, the efficiency of ultrasonic mass transfer is much higher than the usual hydrodynamic, because the scales of vortex microflows in an acoustic field are much smaller than the scales of flows during mixing by common mixing devices, and the gradients of velocities and pressures are much higher.

С разработкой новых мощных и экономичных пьезокерамических ультразвуковых преобразователей появилась возможность использовать и «газовые» ультразвуковые технологии, без создания высокоскоростных потоков в газовых свистках или сиренах [13, 14].With the development of new powerful and economical piezoceramic ultrasonic transducers, it became possible to use “gas” ultrasonic technologies, without creating high-speed flows in gas whistles or sirens [13, 14].

Настоящее изобретение направлено на достижение равномерности в распределении измельчаемого продукта перед мелющими инструментами воздействием ультразвука качающейся частоты, снижения энергозатрат и повышения производительности мелющего оборудования за счет более рационального использования мелющих инструментов и дополнительных усилий, приложенных к частицам измельчаемого вещества при сообщении им электрического заряда, снижающего, дополнительно, вероятность коагуляции частиц и затраты энергии на их повторное измельчение.The present invention is aimed at achieving uniformity in the distribution of the product being ground before grinding instruments by the influence of ultrasound of oscillating frequency, reducing energy consumption and increasing the productivity of grinding equipment due to more rational use of grinding tools and additional efforts applied to the particles of the ground substance when communicating with them an electric charge, which reduces, in addition , the probability of coagulation of particles and energy costs for their regrind.

Существует множество загрузочных питателей различной конструкции, в том числе и аэродинамические транспортеры для сыпучих материалов [15, 16, 17, 18], однако их применение не направлено на равномерное распределение измельчаемого материала на режущих инструментах и предварительную дезагрегацию возникших при транспортировке газовым потоком флокул. Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является техническое решение по патенту на полезную модель RU №84360 [18], однако и в нем предполагается лишь механическое грубое предизмельчение измельчаемого объекта. Такое устройство по определению не может обеспечить равномерность в распределении измельчаемого продукта перед мелющими инструментами, снижение энергозатрат и повышение производительности мелющего оборудования и дополнительных усилий, приложенных к частицам измельчаемого вещества, а также снижение вероятности коагуляции частиц.There are many loading feeders of various designs, including aerodynamic conveyors for bulk materials [15, 16, 17, 18], but their application is not aimed at uniform distribution of the crushed material on cutting tools and the preliminary disaggregation of flocs arising during transportation by gas flow. The closest method of the same purpose to the claimed invention by the combination of essential features is the technical solution according to the patent for utility model RU No. 844360 [18], however, it also assumes only mechanical coarse pre-grinding of the crushed object. Such a device, by definition, cannot provide uniformity in the distribution of the crushed product in front of the grinding tools, reducing energy consumption and increasing the productivity of grinding equipment and the additional forces applied to the particles of the crushed material, as well as reducing the likelihood of coagulation of particles.

Указанный результат достигается тем, что измельчитель содержит установленное в газотранспортном потоке перед блоком мелющих инструментов устройство предварительного разрушения измельчаемого материала. Устройство (см. чертеж) выполнено в виде ультразвукового модуля (1), представляющего собой совокупность оппозитно расположенных в потоке измельчаемого материала (2) перед мелющими инструментами (3) излучателей ультразвука [19], между которыми создается ультразвуковое поле с высокой плотностью энергии. Модуль может устанавливаться в любые аэродинамические транспортеры - питатели сыпучих материалов с помощью стандартных инженерных решений для равномерного распределения частиц материала в газовом потоке.The specified result is achieved by the fact that the grinder contains a device for preliminary destruction of the crushed material installed in the gas transport stream in front of the block of grinding tools. The device (see drawing) is made in the form of an ultrasound module (1), which is a set of oppositely mounted ultrasound emitters [3] oppositely located in the flow of crushed material (2) in front of grinding tools (3), between which an ultrasonic field with a high energy density is created. The module can be installed in any aerodynamic conveyors - feeders of bulk materials using standard engineering solutions for uniform distribution of material particles in the gas stream.

При действии устройства поток измельчаемого материала (2) попадает в ультразвуковое поле ультразвукового модуля (1), где между оппозитно расположенными излучателями ультразвука формируется акустическое поле с высокой плотностью энергии и конфигурацией, обеспечивающей повышение производительности мелющего оборудования за счет равномерности распределения потока измельчаемых частиц перед мелющими инструментами, появления дополнительных усилий, приложенных к частицам измельчаемого вещества, обуславливающих снижение вероятности их коагуляции.Under the action of the device, the flow of the crushed material (2) enters the ultrasonic field of the ultrasonic module (1), where an acoustic field with a high energy density and a configuration that increases the productivity of the grinding equipment due to the uniform distribution of the flow of crushed particles in front of the grinding tools is formed between the opposed ultrasound emitters , the appearance of additional efforts applied to the particles of the ground substance, causing a decrease in their probability to agulyatsii.

Использование ультразвуковых модулей в процессе эксплуатации мелющих устройств способствует равномерному распределению измельчаемого сырья на мелющих инструментах, разрушению конгломератов частиц за счет их соударений и проявлению трибоэлектрических эффектов, приводящих к появлению одноименных электрических зарядов на поверхности частиц, обеспечивающих их взаимное отталкивание и снижающих затраты энергии, необходимой для разрушения частиц в мелющем устройстве.The use of ultrasonic modules during the operation of grinding devices contributes to the uniform distribution of crushed raw materials on grinding tools, the destruction of particle conglomerates due to their collisions and the manifestation of triboelectric effects, leading to the appearance of the same electric charges on the surface of the particles, ensuring their mutual repulsion and reducing the energy required for destruction of particles in the grinding device.

Таким образом, совокупность отличительных признаков описываемого устройства обеспечивает достижение указанной цели.Thus, the set of distinctive features of the described device ensures the achievement of this goal.

В результате проведенного анализа уровня техники по эксплуатации измельчителей различного назначения источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения, не обнаружен, следовательно заявленное изобретение соответствует условию "новизна".As a result of the analysis of the prior art for the operation of choppers for various purposes, a source characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention was not found, therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty."

Дополнительный поиск известных решений показал, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку подобрана совокупность акустических, гидродинамических, трибоэлектрических эффектов, обладающая синергетическим эффектом, обеспечивающая высококачественную ультразвуковую предобработку измельчаемого сырья, приводящего к равномерному распределения измельчаемого материала на мелющих инструментах, разрушению конгломератов частиц, их взаимному отталкиванию и снижению затраты энергии, необходимой для разрушения частиц в мелющем устройстве. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".An additional search for known solutions showed that the claimed invention does not follow explicitly from the prior art for a specialist, since a combination of acoustic, hydrodynamic, triboelectric effects is selected, which has a synergistic effect, provides high-quality ultrasonic pretreatment of the crushed raw materials, leading to a uniform distribution of the crushed material on grinding tools , the destruction of conglomerates of particles, their mutual repulsion and cost reduction energy necessary for the destruction of particles in the grinding device. Therefore, the claimed invention meets the condition of "inventive step".

Таким образом, изложенные выше сведения свидетельствуют о том, что заявленное изобретение, предназначенное для управления свойствами потока измельчаемого материала непосредственно перед блоками измельчающих инструментов, обладает заявленными выше свойствами. Для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в изложенной формуле изобретения, нет препятствий его осуществления на практике с использованием современных инженерных средств. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".Thus, the above information indicates that the claimed invention, intended to control the properties of the flow of the crushed material immediately in front of the blocks of grinding tools, has the properties stated above. For the claimed device in the form as it is described in the stated claims, there are no obstacles to its implementation in practice using modern engineering means. Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".

ЛитератураLiterature

1. Палагин В.В. Мельница для тонкодисперсного размола. Патент РФ №2120336, 1998 г.1. Palagin V.V. Fine grinding mill. RF patent No. 2120336, 1998

2. Шардаков А.А., Великих В.Ф. Измельчитель пластмассовых отходов. Патент на полезную модель № 60881, 2006 г.2. Shardakov A.A., Great V.F. Plastic waste shredder. Utility Model Patent No. 60881, 2006

3. Новиков П.К., Сафонов А.А. Устройство для измельчения зерна. Патент на полезную модель № 85102, 2009.3. Novikov P.K., Safonov A.A. Device for grinding grain. Utility Model Patent No. 85102, 2009.

4. Клищенко В.П., Романцов В.Н., Халяпин А.Е., Полянцев A.M. Способ механического измельчения резины и устройство для его осуществления. Патент на изобретение № 2239555, 2002 г.4. Klishenko V.P., Romantsov V.N., Khalyapin A.E., Polyantsev A.M. A method of mechanical grinding of rubber and a device for its implementation. Patent for invention No. 2239555, 2002

5. Приходько В.А., Брехов Г.В., Галактионов В.Е., Гаранин Л.П., Зубков В.М., Останкович Л.А. Установка для выделения резины из автомобильных шин. Патент на изобретение № 2147988, 1995 г.5. Prikhodko V. A., Brekhov G. V., Galaktionov V. E., Garanin L. P., Zubkov V. M., Ostankovich L. A. Installation for isolating rubber from car tires. Patent for invention No. 2147988, 1995

6. Великоднев В.Я., Андронюк С.В. Способ измельчения полимерных материалов. Патент на изобретение № 2134166, 1999 г.6. Velikodnev V.Ya., Andronyuk S.V. The method of grinding polymer materials. Patent for invention No. 2134166, 1999

7. Balabekov M., Balabekov S., Jovanovic D. Comminution of granulated material. Patent Application WO/2002/005963, 2002.7. Balabekov M., Balabekov S., Jovanovic D. Comminution of granulated material. Patent Application WO / 2002/005963, 2002.

8. «Ультразвук» Маленькая энциклопедия. Главн. редак. И.П.Голямина. Изд. «Советская энциклопедия» Москва, 1989 г., 399 стр.8. "Ultrasound" A small encyclopedia. Main ed. I.P. Golyamin. Ed. “Soviet Encyclopedia” Moscow, 1989, 399 pp.

9. Горлов М.И., Емельянов А.В., Плебанович В.И. Электростатические заряды в электронике. Минск, 2006.9. Gorlov M.I., Emelyanov A.V., Plebanovich V.I. Electrostatic charges in electronics. Minsk, 2006.

10. Селиванов Ю.Т., Першин В.Ф. Расчет и проектирование циркуляционных смесителей сыпучих материалов без внутренних перемешивающих устройств. Монография. - M.: Изд-во "Машиностроение-1", 2004. - 120 с.10. Selivanov Yu.T., Pershin V.F. Calculation and design of circulation mixers for bulk materials without internal mixing devices. Monograph. - M .: Publishing House "Engineering-1", 2004. - 120 p.

11. Фукс Н.А. Физическая химия. Высокодисперсные аэрозоли. M.: ВИНИТИ 1969, 81 с.11. Fuchs N.A. Physical chemistry. Fine aerosols. M .: VINITI 1969, 81 p.

12. Грин X., Лейн В. Аэрозоли - пыли, дымы и туманы. M., «Химия», 1969, 214 с.12. Green X., Lane V. Aerosols - dust, fumes and mists. M., “Chemistry”, 1969, 214 p.

13. Хмелев В.Н., А.В.Шалунов, К.В.Шалунова, "Экспериментальное определение оптимальных режимов акустического воздействия для коагуляции мелкодисперсного аэрозоля". Измерение, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях, Бийск, Издательство БТИ АлтГТУ, 2011, с.183-187.13. Khmelev VN, A.V. Shalunov, K.V. Shalunova, "Experimental determination of the optimal modes of acoustic exposure for coagulation of fine aerosol." Measurement, automation and modeling in industry and scientific research, Biysk, Publishing house BTI AltGTU, 2011, p.183-187.

14. «Ультразвук» Маленькая энциклопедия. Главн. редак. И.П.Голямина. Изд. «Советская энциклопедия» Москва, 1989 г., 399 с.14. "Ultrasound" A small encyclopedia. Main ed. I.P. Golyamin. Ed. “Soviet Encyclopedia” Moscow, 1989, 399 pp.

15. Сычугов Н.П., Подоплелов С.А., Сайтов В.Е. Аэродинамический транспортер для сыпучих материалов. Патент РФ №2205146, 2003 г.15. Sychugov N.P., Podoplelov S.A., Sites V.E. Aerodynamic conveyor for bulk materials. RF patent No. 2205146, 2003

16. Сайтов В.Е. Аэродинамический транспортер для сыпучих материалов. Патент РФ №2205784, 2003 г.16. Sites V.E. Aerodynamic conveyor for bulk materials. RF patent No. 2205784, 2003

17. Хмыров В.Д., Труфанов Б.С., Куденков В.Б. Питатель-разрушитель навоза глубокой подстилки. Патент РФ на полезную модель №84360, 2009 г.17. Khmyrov V.D., Trufanov B.S., Kudenkov V.B. Feeder-destroyer of manure of deep litter. RF patent for utility model No. 84,360, 2009

18. Хмыров В.Д., Труфанов Б.С., Горелов А.А., Куденко В.Б. Питатель-разрушитель навоза глубокой подстилки. Патент РФ на полезную модель №91795, 2010 г.18. Khmyrov V.D., Trufanov B.S., Gorelov A.A., Kudenko V.B. Feeder-destroyer of manure of deep litter. RF patent for utility model No. 91795, 2010

19. Хмелев В.П., Шалунов А.В, Галахов А.Н., Ромашкин А.А. Разработка ультразвукового оборудования для разрушения пен и исследование его функциональных возможностей. Измерение, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях, Бийск: Издательство БТИ АлтГТУ, 2011, с.178-183.19. Khmelev V.P., Shalunov A.V., Galakhov A.N., Romashkin A.A. The development of ultrasonic equipment for the destruction of foams and the study of its functionality. Measurement, Automation, and Modeling in Industry and Scientific Research, Biysk: Publishing House BTI AltGTU, 2011, p.178-183.

Claims

A shredder containing a device for preliminary destruction of the material to be ground installed in the gas transport stream in front of the grinding tool block, the device being made in the form of a module with oppositely arranged ultrasound emitters and contributes to the uniform distribution of material particles in the gas stream.