Результат интеллектуальной деятельности: РАЗМАЛЫВАЮЩАЯ ГАРНИТУРА ДЛЯ ДИСКОВОЙ МЕЛЬНИЦЫ

Изобретение относится к размалывающей гарнитуре для дисковой мельницы и может применяться при размоле различных волокнистых материалов.

Известна размалывающая гарнитура дисковой мельницы, включающая роторный и статорный диски, рабочая поверхность которых разделена на радиальные кольцевые секторы, снабженные прямолинейными ножами, параллельными одной из радиальных образующих единичного сектора и чередующимися со сквозными межножевыми канавками [1].

Характерной особенностью гарнитуры [1] является то, что при наложении дисков рабочими поверхностями одна на другую скрещивающиеся линии режущих кромок ножей ротора и статора наклонены:

- против направления их вращения (направление вращения статора считается относительным, при условно принятой неподвижности ротора);

- в противоположные стороны, с эксцентриситетами, расположенными также противоположно относительно совмещенного центра дисков (эксцентриситетами являются перпендикуляры, проведенные из центра дисков к линиям режущих кромок ножей ротора и статора).

Указанные особенности интенсифицируют транспортирование волокнистой суспензии рабочими стенками ножей ротора и статора в прокачивающем режиме.

Однако экспериментальные и практические результаты показывают, что для данных особенностей гарнитуры [1] характерен ряд существенных недостатков:

- сокращается время прохождения массы через межножевую полость, причиной чего является превалирование радиальной составляющей суммарного вектора продвижения массы;

- уменьшается количество волокнистой массы, проходящей через межножевой зазор за один цикл, причиной чего является малая величина окружной составляющей суммарного вектора продвижения массы;

- уменьшается вероятность попадания волокнистой массы в зону скрещивания режущих кромок ножей ротора и статора, т.к. при вращении первого и неподвижности второго точки скрещивания движутся от центра сопряженных дисков к периферийной окружной кромке (также как и волокнистая суспензия) со скоростью, превышающей скорость движения суспензии.

Экспериментально установлено, что отмеченные особенности способствуют образованию скопления обезвоженной высококонсистентной волокнистой массы в периферийной части межножевой размалывающей полости. Это приводит к

- рубке волокон;

- укорачиванию природной длины волокон;

- быстрому повышению температуры в межножевой полости;

- повышению удельных энергозатрат.

Известна размалывающая гарнитура для дисковой мельницы, включающая два закрепленных на несущих основаниях, сопряженных ножевых кольцевых диска ротора и статора с равномерно распределенными на их рабочих поверхностях прямолинейными ножами, выполненными в форме радиальных секторов, а режущим кромкам ножей придана форма секторных фасок с радиальными боковыми сторонами [2].

Недостатком известной гарнитуры являются нулевые значения углов между боковыми стенками ножей и радиусами, проведенными из центра в точки их перекрещивания. Как показали результаты эксперимента, отмеченный недостаток приводит к

- низкой транспортирующей способности рабочих боковых стенок ножей;

- преобладанию максимальных нормальных и нулевых касательных составляющих окружного усилия и, соответственно, максимальных нормальных ударных и минимальных сдвиговых силовых воздействий на волокнистые наслойки в месте их контакта с рабочими элементами ножей.

Экспериментально установлено, что отмеченные особенности также приводят к

- рубке волокон;

- укорачиванию их природной длины;

- быстрому повышению температуры в межножевой полости;

- повышению удельных энергозатрат.

Наиболее близким по технической сущности решением является размалывающая гарнитура, включающая роторный и статорный диски, рабочие поверхности которых, обращенные одна к другой, снабжены криволинейными ножевыми выступами, направленными, соответственно, в противоположные стороны, а их режущие кромки выполнены с эксцентриситетом относительно центра диска и круговыми [3].

Характерные особенности и недостатки данной гарнитуры идентичны особенностям и недостаткам гарнитуры [1], что (как отмечалось выше) способствует:

- образованию скопления обезвоженной высококонсистентной волокнистой массы в периферийной части межножевой размалывающей полости;

- рубке волокон;

- укорачиванию природной длины волокон;

- быстрому повышению температуры в межножевой полости;

- повышению удельных энергозатрат.

Изобретение решает задачу интенсификации, повышения эффективности, качества и снижения удельных энергозатрат процесса размола.

Технический результат заключается в усилении механического воздействия на волокнистый материал с превалированием касательных напряжений.

Для обеспечения указанного технического результата в размалывающей гарнитуре, включающей соосные роторный и статорный диски, рабочие поверхности которых обращены одна к другой и снабжены криволинейными ножевыми выступами, режущие кромки которых выполнены с эксцентриситетом относительно центра диска и круговыми, а боковые стороны наклонены в одном направлении, согласно изобретению угол наклона режущих кромок ножей статора на входной окружной кромке дисков больше угла наклона режущих кромок ножей ротора на 7…10°.

В отличие от известных гарнитур [2, 3] в предлагаемом решении за счет большего угла наклона режущих кромок ножей статора точки их скрещивания с режущими кромками ножей вращающегося ротора движутся от периферийной окружной кромки к центру сопряженных дисков, т.е. навстречу волокнистой суспензии. Это существенно повышает вероятность попадания волокнистой массы в зоны точек скрещивания.

Экспериментально установлено, что данная особенность позволяет существенно интенсифицировать процесс размола.

В частности, при разности углов наклона:

- меньшей 7°, отмечается усиление рубки волокон, что связано с уменьшением касательной с увеличением нормальных составляющих окружной скорости и, как следствие этого, со снижением прочностных характеристик получаемого в результате размола полуфабриката;

- находящейся в пределах 7…10°, отмечается гарантированный захват скрещивающимися режущими кромками ножей ротора и статора пучков волокон и усиление эффекта фибрилляции волокон, что связано с оптимальным соотношением касательных и нормальных составляющих окружной скорости и, как следствие этого, с сохранением природной длины волокон, а также с повышением прочностных характеристик размалываемого полуфабриката;

- большей 10°, отмечается снижение возможности захвата пучков волокон, скопление их в области периферийной кромки и, как результат этого, усиление рубящего эффекта и снижение прочностных характеристик полуфабриката.

На чертеже представлен фрагмент фронтальной проекции совмещенных размалывающих кольцевых поверхностей соосных дисков статора и ротора, включающий режущие кромки их единичных окружных ножей, где α_C - угол наклона режущей кромки 4 (AB_C) статора к радиусу АО окружной режущей кромки 5; α_P - угол наклона режущей кромки 3 (AB_P) ротора к радиусу АО окружной режущей кромки 5; α_CKP - угол скрещивания режущих кромок 3 (AB_P) и 4 (AB_C). Окружной стрелкой показано направление вращения ротора. Волнистыми линиями показан обрыв поверхностей дисков статора и ротора.

Размалывающая гарнитура включает два закрепленных на несущих основаниях, сопряженных ножевых кольцевых соосных диска статора 1 и ротора 2 с режущими кромками 3 ротора и 4 статора их единичных прямолинейных ножей (на чертеже условно не изображены).

Диски 1 и 2 ограничены периферийной 5 и входной 6 окружными кромками.

Касательные к кромкам 3 и 4 в точке А:

- пересекаются с входной окружной кромкой 6 и осью ординат;

- наклонены относительно совмещенного центра О в сторону, противоположную направлению вращения диска 2 ротора, под углами соответственно α_C и α_P.

В отличие от известных гарнитур [2, 3] в предлагаемом решении угол α_C>α_P, причем α_CKP=α_C-α_P=7…10°.

Размалывающая гарнитура работает следующим образом. Диску 1 ротора придается вращение в направлении, противоположном наклону режущих кромок 3 и 4.

В процессе вращения диска 2 ротора волокнистая суспензия под напором непрерывно проникает через входную окружную кромку 6 в межножевые канавки совмещенных дисков 1 и 2.

Характер продвижения суспензии через кольцевую размалывающую полость имеет особенности, заключающиеся в том, что (в отличие от известных устройств [1, 2 и 3]) в процессе работы предлагаемой гарнитуры:

- окружная составляющая суммарного вектора продвижения массы через размалывающую полость уменьшается, а радиальная - увеличивается;

- время одного прохода массы через размалывающую полость увеличивается;

- силовое воздействие на массу увеличивается;

- при сближении режущих кромок 3 и 4 обеспечивается гарантированный захват ими достаточного количества волокнистого материала а, при дальнейшем вращении кромок 3 (ротора) относительно неподвижных 4 (статора) материал принудительно протягивается через межножевой зазор;

- в кратковременный момент сближения кромок 3 и 4 нависшие на них волокнистые наслойки подвергаются, помимо ударного механического силового воздействия, усиленному гидродинамическому;

- в месте сопряжения режущих кромок 3 и 4 и нависших на них волокнистых наслоек отмечается наличие сдвиговых силовых воздействий.

При дальнейшем протягивании через межножевой зазор материал, образующий наслойки, дополнительно подвергается совместной деформации сжатия и сдвига.

Прошедший обработку волокнистый полуфабрикат направляется на следующую стадию технологического процесса.

В результате анализа сил, действующих в местах сопряжения режущих кромок 3 и 4, установлено превалирование касательных напряжений и усиление фибриллирующего эффекта.

По сравнению с известными решениями [1, 2 и 3] использование заявляемой размалывающей гарнитуры позволит

- интенсифицировать процесс размола за счет обеспечения захвата большего количества волокнистого материала при сопряжении режущих кромок 3 и 4;

- повысить эффективность и качество процесса размола за счет превалирования касательных напряжений и фибриллирующего эффекта;

- снизить энергозатраты за счет наиболее полного использования механического и гидродинамического силового воздействия на волокнистый материал за один проход через рабочую кольцевую межножевую полость.

Источники информации

1. SU, №2227825, МПК D21d 1/30, В02с 7/12, заявлено 15.07.2003 г., бюллетень №12, опубликовано 27.04.2004 г.

2. RU, №2314379, МПК D21d 1/30, В02с 7/13, заявлено 19.06.2006 г., бюллетень №1, опубликовано 10.01.2008 г.

3. RU, №2307883, МПК D21d 1/30, В02с 7/12, заявлено 03.04.2006 г., бюллетень №28, опубликовано 10.10.2007 г.