Результат интеллектуальной деятельности: ТРУБНАЯ МЕЛЬНИЦА НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Изобретение относится к технике измельчения твердых материалов и может найти применение в строительной, химической, металлургической промышленностях, а также в сельскохозяйственном производстве.

Известна трубная мельница (а.с. СССР 1349780, кл. B02C 17/04, 1987), содержащая загрузочную, разгрузочную цапфы, привод и барабан, выполненный из соединенных между собой тетраэдальных или октаэдральных элементов, образуя винтовую колонну.

Недостатком известного устройства является недостаточная частота взаимодействия частиц измельчаемого материала друг с другом и мелющими телами, обуславливающая низкую интенсивность смешивания и взаимодействия частиц материала и ограниченные технологические возможности.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является трубная винтовая мельница, содержащая загрузочную, разгрузочную цапфы, привод и барабан (патент РФ №2362627, кл. B02C 17/04, опубл. 27.07.2009, бюл. №21), смонтированый из секций, выполненных из восьми, десяти, двенадцати и т.д. четного числа равносторонних треугольников, соединенных между собой двумя боковыми сторонам, при этом секции соединены друг с другом свободными третьими сторонами треугольников с образованием винтового барабана, по периметру которого расположены направленные навстречу друг другу четыре, пять, шесть и более ломанных правых и левых винтовых линий и снабженного внутренними четырьмя, пяти, шести и более винтовыми канавками, направленными навстречу друг другу с одинаковым шагом.

Недостатком известного устройства является недостаточное изменение ориентации результирующих векторов перемещений измельчаемых материалов и мелющих тел, что обуславливает низкую интенсивность взаимодействия частиц материала и ограниченные технологические возможности в процессе транспортирования от загрузки к выгрузке.

Недостатком известного устройства является также сложность сборки (изготовления) такого барабана из большого количества пластин в виде равносторонних треугольников, что приводит к образованию ломанных, а не плавных винтовых линий по периметру барабана, что также ограничивает производительность и технологические возможности устройства.

Недостатком известного устройства является также отсутствие возможности механизировать и автоматизировать процесс сборки барабанов из-за того, что он смонтирован из отдельных секций, а секции смонтированы из большого количества отдельных пластин в виде равносторонних треугольников в каждой из секций.

Техническим решением задачи является упрощение сборки (изготовления) барабана, увеличение ориентации результирующих векторов перемещений измельчаемых материалов и мелющих тел, увеличение частоты движения и соударений частиц измельчаемых материалов друг с другом с мелющими телами и со стенками барабана, расширение технологических возможностей, повышение производительности.

Техническое решение достигается тем, что в предлагаемой трубной мельнице непрерывного действия, содержащей барабан, загрузочную, разгрузочную цапфы и привод, барабан выполнен из четного количества, не менее четырех, полос постоянной ширины прямоугольной формы, скрученных в продольном направлении относительно собственной оси 0₁-0₁ и изогнутых по винтовой линии на цилиндрической оправке в поперечном направлении, при этом полосы согнуты попеременно в противоположные стороны по зонам ослабленного сечения-надрезам, выполненным с разных противоположных сторон полос под углом 60° друг к другу и к продольным кромкам полос с различным сочетанием углов наклона стенок-скосов зон ослабленного сечения-надрезов (α, β, ω, γ, δ, ω), а затем края стенок-скосов зон ослабленного сечения-надрезов соединят друг с другом с образованием по длине полосы равносторонних треугольников, расположенных попеременно в противоположные стороны, при этом полосы соединены одна с другой по продольным кромкам с образованием по внутреннему периметру четырех и более криволинейных ломанных винтовых поверхностей и криволинейных ломанных винтовых канавок основного направления, а также четырех и более криволинейных ломанных винтовых поверхностей и криволинейных ломанных винтовых канавок противоположного направления.

Новизна заключается в том, что барабан выполнен из четного количества, не менее четырех, полос постоянной ширины прямоугольной формы, скрученных в продольном направлении относительно собственной оси 0₁-0₁ и изогнутых по винтовой линии на цилиндрической оправке в поперечном направлении, при этом полосы согнуты попеременно в противоположные стороны по зонам ослабленного сечения-надрезам, выполненным с разных противоположных сторон полос под углом 60° друг к другу и к продольным кромкам полос с различным сочетанием углов наклона стенок-скосов надрезов зон ослабленного сечения-надрезов (α, β, ω, γ, δ, ω), а затем края надрезов соединят друг с другом с образованием по длине полосы равносторонних треугольников расположенных попеременно в противоположные стороны, при этом полосы соединены одна с другой по продольным кромкам с образованием по внутреннему периметру четырех и более криволинейных ломанных винтовых поверхностей и криволинейных ломанных винтовых канавок основного направления, а также четырех и более криволинейных ломанных винтовых поверхностей криволинейных ломанных винтовых канавок противоположного направления, что расширяет диапазон результирующих векторов перемещений мелющих тел и частиц измельчаемого материала. Таким образом, двоякая кривизна поверхности барабана обеспечивает усиление технологического и транспортного эффекта благодаря наличию разнонаправленных векторов движения частиц измельчаемых материалов и мелющих тел на всем протяжении длины барабана.

Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что элементы ломанной криволинейной винтовой поверхности барабана разно наклонены не только друг к другу, но и к оси симметрии барабана, поэтому мелющие тела и измельчаемый материал получают дополнительное движение от наклоненных друг к другу элементов ломанных криволинейных винтовых поверхностей барабана, и так как количество криволинейных ломанных винтовых канавок основного направления равно количеству ломанных винтовых канавок противоположного направления то увеличивается интенсивность взаимодействия рабочих тел и обрабатываемых деталей, повышается производительность и расширяются технологические возможности.

Новизна предложения заключается в том, что такое конструктивное оформление трубной мельницы непрерывного действия с закрепленной внутри цилиндрической пружиной с плоским сечением витков позволяет не только создать противопотоки движения мелющих тел и измельчаемых материалов, но и обеспечить продольное их перемещение от загрузки к выгрузке при горизонтальном расположении барабана, и обеспечить интенсивное их взаимодействие между собой и с стенками барабана, что расширяет технологические возможности.

Новизна заключается также в том, что смонтированная внутри по всей длине барабана цилиндрическая пружина с плоским сечением витков снабжена устройством для изменения шага витков цилиндрической пружины путем ее растяжения или сжатия, что позволяет влиять на характер движения измельчаемых материалов при изменении производительности мельницы, что обеспечивает регулирование интенсивности взаимодействия мелющих тел и измельчаемых материалов, увеличивает производительность, расширяет технологические возможности.

Новизна заключается также в том, что скручивание каждой полосы в продольном и в поперечном направлениях обеспечивает дополнительное искривление поверхности барабана, благодаря чему увеличивается разность между углами наклона векторов перемещений измельчаемых материалов и мелющих тел в соседних участках поверхности барабана, при этом частицы измельчаемых материалов движутся по сложным траекториям, увеличивая частоту столкновений или иным образом интенсифицируя процесс измельчения, что увеличивает производительность и расширяет технологические возможности.

Кроме того, новизна обусловлена тем, что элементы, из которых собран барабан, смонтированы под некоторыми углами друг к другу, поэтому интенсивность измельчения возрастает, так как эти элементы, работая как полки, захватывают порции измельчаемого материала и мелющих тел, направляют их навстречу друг другу, нарушая, таким образом, стационарность их движения.

Новизна усматривается в том, что площадь и форма поперечного сечения барабана изменяются в каждом поперечном сечении барабана от загрузки к выгрузке, что интенсифицирует процесс измельчения, увеличивает энергоемкость взаимодействия частиц измельчаемого материала друг с другом и мелющими телами, расширяет технологические возможности.

Новизна заключается также в том, что поперечное проходное сечение барабана имеет форму многоугольника, площадь которого по длине винтового барабана многократно меняется от загрузки к выгрузке, обеспечивая периодическое поджатие масс измельчаемого материала, что увеличивает интенсивность измельчения и энергоемкость соударений, расширяет технологические возможности.

Новизна обусловлена тем, что барабан снабжен четырьмя и более винтовыми ломанными линиями равного шага, направленными навстречу друг к другу по периметру барабана, и соответственно четырьмя и более криволинейными ломанными винтовыми канавками внутри барабана направленными тоже навстречу друг другу, что обеспечивает создание направленных навстречу друг другу потоков измельчаемых материалов с максимальной энергоемкость соударений частиц друг к другу и со стенками барабана под разными углами, увеличивает частоту взаимодействия частиц измельчаемых материалов друг с другом, с мелющими телами и со стенками барабана, увеличивает производительность и расширяет технологические возможности.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 изображена трубная мельница непрерывного действия, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-A на фиг. 1; фиг. 3 - барабан мельницы, общий вид, вид спереди; на фиг. 4 - вид А на фиг. 3; фиг. 5 - вид полосы, из которой изготовлен барабана с ослабленными сечениями в плане; на фиг. 6 - разрез Б-Б на фиг. 5; на фиг. 7 - вид полосы после скручивания в вертикальной плоскости относительно ее продольной оси 0₁-0₁; на фиг. 8 - вид полосы после изгиба на оправке, изогнутой по винтовой линии в поперечном направлении и согнутой по надрезам, со скошенными стенками; на фиг. 9 - сечение В-В на фиг. 8.

Трубная мельница непрерывного действия (фиг. 1, фиг. 2) состоит из барабана 1, загрузочной 2 и разгрузочной 3 цапф. Для обеспечения дополнительного продольного перемещения в противоположном направлении частиц мелющих тел и измельчаемых материалов внутри барабана 1 смонтирована цилиндрическая пружина с плоским сечением витков 4, которая оборудована устройством для изменения шага витков цилиндрической пружины 4 путем растяжения или сжатия (на рисунках не показано). Регулировка величины шага витков цилиндрической пружины 4 может производиться также в процессе работы мельницы. Трубная мельница непрерывного действия снабжена устройством для создания уклона к горизонту для ускоренного перемещения измельчаемых материалов от загрузки к выгрузке, который на чертежах не показан.

В зависимости от характеристик измельчаемого материала, требуемого времени измельчения устанавливается такой шаг пружины, который отвечает оптимальным условиям измельчения. Например, если требуется малое время обработки, то уменьшается шаг пружины 4 и, таким образом, изменяется поток частиц измельчаемых материалов в обратном направлении, а значит соответственно изменяется их скорость перемещения от загрузки к выгрузке. При измельчении, требующего длительное время пребывания в барабане 1, шаг витков пружины 4 увеличивают и, таким образом, изменяется поток частиц измельчаемого материала в обратном направлении, а значит соответственно изменяется их скорость перемещения от загрузке к выгрузке. В нужном положении пружину 4 фиксируют известными приспособлениями (на чертеже не показаны).

Барабан 1, например (фиг. 3, фиг. 4), изготовлен из четырех полос постоянной ширины прямоугольной формы 5, 6, 7, 8 с образованием по периметру по наружному диаметру барабана 1 четырех винтовых линий основного направления, например, 9-10-11-12-13-14 и четырех ломанных винтовых линий противоположного направления, например, 15-16-12-17-18-19.

На всех полосах 5, 6, 7, 8 (фиг. 5, фиг. 6) под углом 60° к продольным кромкам 20 и 21 выполнены попеременно с противоположных сторон зоны ослабленного сечения-надрезы 22 и 23 со скошенными стенками (фиг. 6), расположенными попарно под углом один к другому посредством фрезерования, обработкой давлением и т.п., с образованием равносторонних треугольников 24.

Геометрия и величины углов α, β, ω, γ, δ, ω скосов зон ослабленного сечения-надрезов 22, 23 (фиг. 5, фиг. 6) и их взаимное расположение определяют углы наклона равносторонних треугольников 24 друг к другу по периметру барабана 1. Полосы 5, 6, 7, 8 скручены в вертикальной плоскости (фиг. 7) в продольном направлении относительно собственной оси симметрии полосы 0₁-0₁, а затем изогнуты по винтовым линиям на цилиндрической оправке 25 в поперечном направлении (фиг. 9) и согнуты по надрезам 22 и 23 со скошенными стенками в поперечно-продольном направлении, расположенными попарно под углом один к другому с обеих сторон полос, как, например, полоса 5 на фиг. 5, фиг. 6, фиг. 7, фиг. 8. На фиг. 8 показана одна из полос, например 5, скрученная в вертикальной плоскости вдоль своей продольной оси 0₁-0₁ с боковыми кромками 20 и 21. Предварительно скрученную в вертикальной плоскости относительно продольной оси 0₁-0₁ полосу, например 6, помещают на оправку 25 (фиг. 8, фиг. 9) и изгибают так, чтобы кромки 20 и 21 разместились по винтовым линиям и в поперечном направлении. После изгиба в поперечном направлении каждая из полос 5, 6, 7, 8 повернута относительно продольной оси 0₁-0₁ барабана 1 так, что их кромки образуют и в поперечном направлении полос винтовые линии с одинаковым шагом для всех полос. После этого полосу снимают с оправки 25 либо фиксируют на оправке 25. Аналогичным образом обрабатывают остальные полосы, например, 6, 7 и 8. После сгиба полосы, например полосы 5 (фиг. 6, фиг. 7, фиг. 8, фиг. 9), надрезы сваривают, в результате образуются ребра жесткости. Полосы 5, 6, 7,8 после сгиба соединяют одна с другой по продольным кромкам 20 и 21. Такое соединение полос, например четырех полос 5, 6, 7, 8, становится возможным, так как после сгиба полос 5, 6, 7, 8 по прямым линиям сгиба 22 и 23 (фиг. 7, фиг. 8) попеременно друг к другу в противоположные стороны (фиг. 3) на полосе образуются грани в виде равносторонних треугольников 24, расположенных на полосе попеременно в противоположные стороны с образованием по продольным кромкам полос 5, 6, 7, 8, точнее по периметру наружного диаметра барабана 1, ломанных винтовых линий основного направления, например на фиг. 3 четырех ломанных винтовых линий основного направления, одна из которых на фиг. 3 показана утолщенными линиями 9-10-11-12-13-14 с шагом S₁, и четырех ломанных винтовых линий противоположного направления, одна из которых на фиг. 3 показана утолщенной линией 15-16-12-17-18-19 с шагом S₂. При этом шаг винтовых линий основного направления S₁ и противоположного S₂ равны. В такой конструкции по длине барабана 1 каждое поперечное сечение-проходное сечение отличается от предыдущего, при этом меняется и площадь проходного сечения, что нарушает стационарность движения частиц измельчаемого материала, увеличивает интенсивность их взаимодействия, расширяет технологические возможности. В такой конструкции барабана 1 образованы по внутреннему периметру криволинейные ломанные винтовые канавки основного направления шагом S₁ и криволинейные ломанные винтовые канавки противоположного направления с шагом S₂. Эти канавки не только способствуют перемещению частиц измельчаемых, но и обеспечивают интенсивное их взаимодействия, расширяют технологические возможности.

Мельница работает следующим образом. Барабан 1 заполняется шарами или другой дробящей средой и измельчаемым материалом или одним измельчаемым материалом. При вращении барабана 1 плоские элементы-равносторонние треугольники, смонтированные по периметру барабана 1 разнонаклоненными к оси вращения барабана и друг к другу, работая как ковши (полки), захватывают различные по объему смеси мелющих тел и материала или смеси частиц различной крупности материала, поднимают их по направлению вращения винтового барабана несколько выше угла естественного откоса, а затем направляют эти порции смеси материала и мелющих тел в направлениях перпендикулярных этим полкам (ковшам), под некоторым углом не только к оси вращения барабана, но и к другим по массе потокам масс измельчаемого материала, движущихся внутри барабана под другими углами и с другими скоростями. Длина траектории движения (амплитуда) масс измельчаемых материалов и мелющих тел в значительной степени зависит от диаметра барабана, от углов наклона плоских элементов друг к другу и к оси вращения. Частота движения и соударений масс материала и мелющих тел определяется не только частотой вращения барабана, но и количеством плоских элементов по периметру винтового барабана. Поэтому в предлагаемой конструкции мельницы обеспечивается повышение частотных характеристик в десятки раз, расширяются технологические возможности. Так как по длине барабана от загрузки к выгрузке меняется многократно форма и размеры поперечного сечения, имеющего форму многоугольника, то обеспечивается многократное периодическое поджатие масс измельчаемого материала, что увеличивает интенсивность смешивания, энергоемкость соударений, расширяет технологические возможности.

Технико-экономическое преимущества возникают за счет увеличения частоты взаимодействия мелющих тел и частиц измельчаемого материала не только друг с другом, но и со стенками винтового барабана, что повышает интенсивность смешивания, увеличивает энергоемкость взаимодействия мелющих тел и материала, повышает производительность и расширяет технологические возможности.

Технико-экономическое преимущества возникают также за счет того, что предлагаемое изобретение предусматривает скручивание полос не только в продольном, но в поперечном направлении, исключая тем самым необходимость местного подогрева, пластического деформирования, подгонки и тому подобное и обеспечивая возможность изготовления барабана с применением механизации и автоматизации.