Результат интеллектуальной деятельности: РАЗМАЛЫВАЮЩАЯ ГАРНИТУРА

Изобретение относится к размалывающим гарнитурам дисковых мельниц и используется в размалывающих подготовительных цехах, предприятий целлюлозно-бумажной промышленности, на стадии массного размола водных суспензий древесноволокнистой массы высокой концентрации.

Известен аналог предлагаемого решения, представляющий собой размалывающую гарнитуру дисковой мельницы, включающую вращающийся роторный и неподвижный статорный диски, снабженные чередующимися со сквозными межножевыми канавками прямолинейными ножами, режущие кромки которых наклонены к радиусу диска [В.Ф. Пашинский, "Машины для размола волокнистой массы", «Лесная промышленность», М., 1972 г., стр. 81, рис. 32].

Недостатком гарнитуры является малая длина режущих кромок прямолинейных ножей, что связано не с невозможностью осуществления интенсификации процесса размола и со снижением его производительности.

Наиболее близким к предлагаемой гарнитуре по технической сущности известным решением, является размалывающая гарнитура, включающая, вращающийся - роторный и неподвижный - статорный, диски, рабочие поверхности которых, обращенные одна к другой, снабжены чередующимися со сквозными межножевыми канавками круговыми ножевыми выступами, направленными в противоположные стороны, круговые режущие кромки которых выполнены с эксцентриситетом относительно центра диска [RU №2307883С1, МПК D21D 1/30, В02С 7/12, заявлен 3.4.2006 г., опубликован 10.10.2007 г., бюллетень №28].

Достоинством гарнитуры является эффект возрастания угла, между касательной к режущей кромке ножевого выступа и радиусом, проведенным из центра диска в точку касания от входной круговой кромки диска к выходной.

Существенным недостатком гарнитуры является невозможность достижения данного эффекта при любых значениях:

- концентрации массы;

- отношения значения диаметра окружности входа, в кольцевую рабочую;

- зону диска, к значению диаметра окружности выхода из нее;

- угла наклона касательной режущей кромки единичного ножевого выступа к радиусу входной окружной кромки диска, проведенному в точку касания на ней.

Например, при концентрации водной взвеси древесноволокнистой массы (6-15%), на большей части диапазона значений отношения диаметра окружности входа в кольцевую размалывающую зону диска к диаметру окружности выхода из нее и угла наклона касательной режущей кромки единичного ножевого выступа к радиусу r_вх, проведенному из центра диска в точку касания, лежащую на окружности входа в кольцевую размалывающую зону, α_вх=29-30°, данный недостаток препятствует:

- прохождению массы через кольцевую размалывающую полость гарнитуры;

- интенсификации процесса размола;

- повышению производительности и качества процесса размола;

- снижению удельных энергозатрат процесса размола.

Изобретение решает задачу:

- прохождения водной взвеси массы высокой концентрации через кольцевую размалывающую полость;

- повышения интенсификации, качества размола и производительности;

- снижения удельных энергозатрат.

Технический результат заключается в придании наибольших оптимальных значений величинам скоростных, силовых и гидродинамических воздействий в кольцевой размалывающей полости, за один проход через нее.

Для обеспечения указанного технического результата, в размалывающей гарнитуре, включающей вращающийся роторный и неподвижный статорный диски с, обращенными одна к другой, рабочими поверхностями, снабженными, чередующимися со сквозными межножевыми канавками, противоположно направленными круговыми ножевыми выступами, режущие кромки которых эксцентричны относительно центра диска, согласно изобретению, отношение радиуса окружности входа в кольцевую размалывающую зону к радиусу окружности выхода из нее r_вх/R_вых=0,5-0,6, а угол наклона касательной окружной режущей кромки единичного ножевого выступа к радиусу r_вх, проведенному из центра диска в точку касания, лежащую на окружности входа в кольцевую размалывающую зону диска, α_вх=29-30°.

Результаты экспериментальных исследований, проведенных в лаборатории кафедры МАПТ СибГУ им. М.Ф. Решетнева, показали, что, по сравнению с известными решениями, при размоле массы высокой концентрации (6-15%), данные отличительные признаки обеспечивают:

- наиболее возможное значение скорости проникновения исходной массы через входную кромку в кольцевую размалывающую полость, за счет чего втягивание массы идет более интенсивно;

- наибольшие значения скорости выхода массы из рабочей кольцевой полости;

- превышение значения тангенциальной составляющей общего силового воздействия на массу над значением его нормальной составляющей во всех точках круговой режущей кромки ножевых выступов за счет наиболее возможного и наиболее оптимального выявленного в ходе эксперимента значения входного угла;

- достижение ожидаемого технического результата.

В статическом положении размалывающая гарнитура включает вращающийся роторный, и неподвижный, с отверстием для подачи массы, статорный диски, размалывающие кольцевые поверхности которых сопряжены через междисковый зазор, образуя кольцевую размалывающую полость. На фигуре 1 изображена в осях координат X-Y фронтальная проекция рабочей поверхности диска ротора, на которой видны затененные размалывающие поверхности равномерно распределенных круговых ножевых выступов 1, чередующихся с межножевыми канавками 2. Круговой стрелкой показано направление вращения диска ротора. Кольцевая размалывающая поверхность диска ограничена круговыми кромками 5 и 6. Круговая кромка 7 является началом круговой фаски 8, шириной f, заканчивающейся круговой кромкой 5, являющейся началом входа в размалывающую кольцевую полость.

Площади размалывающих поверхностей единичных ножевых выступов 1 затенены и ограничены круговой кромкой:

- режущей 3, с радиусом r₁;

- нережущей 4, с радиусом r₃=r₁+е, где е - ширина канавки 2;

- входной 5 с радиусом г r_вх=r+f=(0,5-0,6)R_вых;

- выходной 6 с радиусом R_вых.

Центры кривизны О¹ всех режущих кромок 3, с радиусом кривизны r₁ и, концентричных им (см. фигуру 1), не режущих 4, с радиусом r₃=r₁+е, расположены на окружности 9 с радиусом r₂=ОО₁. С целью упрощения ось координат X проходит через центр О диска и центр кривизны О¹ единичной круговой режущей кромки 3. При этом в предлагаемом решении имеет место ряд особенностей, существенно влияющих на работу предлагаемой размалывающей гарнитуры. От входа в кольцевую размалывающую зону дисков, до выхода из нее, в точках приложения общего силового воздействия, значение:

- крутящего момента постоянно по величине;

- радиуса, проведенного из центра О диска в эти точки, равномерно увеличивается от минимального входной окружной кромки 5, до максимального - выходной 6;

- общей окружной линейной скорости и ее составляющих в этих точках равномерно увеличивается, от минимального, до максимального;

- общего окружного силового воздействия и его составляющих, приложенных в этих точках, равномерно уменьшается, от максимального, до минимального.

В отличие от известных решений, в конструкции предлагаемой гарнитуры выполняется требование, заключающееся в том, что угол α, образованный касательными круговых режущих кромок 3 ножевых выступов 1 и радиусами, проведенными из центра О диска в точки касания а или b, равномерно возрастает, от наиболее возможного значения α_вх на входной круговой кромке 5 дисков, в точке а, до наиболее возможного значения α_вых на выходной - 6 дисков, в точке b.

Это обусловливает достоинства предлагаемой гарнитуры, заключающиеся в том, что значение:

- нормальной составляющей общего силового воздействия на входе имеет максимальное значение, а на выходе, соответственно - минимальное;

- нормальной составляющей общего силового воздействия на входе имеет максимальное значение, а на выходе, соответственно - минимальное;

- скорости проникновения массы, являющейся горизонтальной составляющей общей окружной скорости, на входе в размалывающую кольцевую полость имеет меньшее, чем на выходе, но наиболее возможное оптимальное значение, а затягивающая составляющая общего силового воздействия имеет, соответственно, большее и наиболее возможное оптимальное значение;

- скорость выброса обработанной массы на выходе из размалывающей кольцевой полости имеет наиболее оптимальное значение, а выбрасывающая составляющая общего силового воздействия имеет, соответственно, хотя и меньшее, но тоже наиболее, оптимальное значение.

При заданных значениях r_вх/R_вых, r, r_вх, R_вых, α_вх, r, выполнение данного требования связано с решением задачи нахождения для круговых режущих кромок 3 значений:

- координат их центра кривизны О₁,

- r₁ (радиусом кривизны режущей кромки 3 ножевого выступа 1);

- не режущей 4, с радиусом кривизны r₃=r₁+е в;

- r₂ (радиусом, проведенным из центра О диска в точку О¹, являющуюся центром кривизны режущей кромки 3).

В динамическом положении предлагаемая размалывающая гарнитура работает следующим образом. Крутящий момент от привода передается ведомому концу приводного вала и, посаженному на его противоположном ведущем конце, роторному диску. Древесноволокнистая водная взвесь, с концентрацией (6-15)%, подается через круговую кромку 7 (входного отверстия подачи) в диске статора, фаску 8, окружную кромку 5 входа в размалывающую полость, образованную, сопряженными через регулируемый междисковый зазор, рабочими поверхностями дисков ротора и статора, где распределяется по межножевым канавкам 2.

Значения скорости проникновения массы через входную круговую кромку 5, и затягивающей составляющей общего силового воздействия в размалывающую полость, меньше, чем на выходе, но наибольшие из возможных.

Как видно из фигуры 1, активной частью ножевых выступов 1, непосредственно воздействующей на массу в кольцевой размалывающей полости, являются набегающие на нее их выпуклые боковые поверхности, за счет чего масса:

- сначала прижимается к ножевым выступам 1 с режущей кромкой 3 и, под воздействием сил трения, закручивается вместе с ними;

- затем, под действием развивающихся центробежной и тангенциальной сил, при превышении их значений значения силы трения, масса устремляется в сторону выходной окружной кромки 6.

За один проход через кольцевую размалывающую полость и по межножевым канавкам 2, основная часть массы несколько раз попадает в междисковый зазор, в зону скрещивания режущих кромок 3 и рабочих поверхностей круговых выступов 1, где, под их силовым воздействием, подвергается более интенсивному, по сравнению с известными устройствами, размолу в виде:

- разрезания пучков волокон режущими кромками 3 ножевых выступов 1, что приводит к укорачиванию и расщеплению единичных волокон;

- раздавливания пучков волокон размалывающими плоскостями ножевых выступов 1, в результате чего происходит расчес волокон и фибриллирование их поверхности.

Характер размола зависит также от величины:

- межножевого зазора;

- удельного давления между размалывающими плоскостями ножевых выступов 1;

- кривизны режущих кромок 3;

- окружной скорости диска ротора;

- температуры массы.

При этом, величина:

- скорости выброса обработанной массы, на выходе из размалывающей кольцевой полости через выходную окружную кромку 6, имеет максимальное и наиболее оптимальное значение;

- выбрасывающей составляющей общего силового воздействия имеет минимальное и наиболее оптимальное значение.

Прошедший стадию массного размола древесноволокнистый полуфабрикат направляется на следующую стадию технологического процесса.

По сравнению с известными решениями, использование предлагаемой размалывающей гарнитуры, за счет увеличения количества и оптимального соотношения силовых и гидродинамических воздействий на волокнистый полуфабрикат за время одного прохода через межножевую размалывающую кольцевую полость, позволит обеспечить следующие технико-экономические преимущества:

- интенсифицировать процесс принудительного транспортирования и одновременного размола массы высокой концентрации (6-15%);

- повысить производительность;

- повысить качество обработки волокнистого полуфабриката;

- снизить удельные энергозатраты.