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].

Характерными особенностями гарнитуры [1] является то, что при наложении дисков рабочими поверхностями одна на другую:

- скрещивающиеся режущие кромки ножей ротора и статора наклонены в противоположные стороны и с противоположными эксцентриситетами, относительно совмещенного центра дисков (эксцентриситетами являются перпендикуляры, проведенные из центра дисков к линиям режущих кромок ножей ротора и статора);

- одна из режущих кромок наклонена против направления вращения ротора;

- режущие кромки ножей ротора и статора скрещиваются только в одной точке.

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].

Недостатками гарнитуры [2] являются нулевые значения углов:

- между боковыми стенками ножей и радиусами, проведенными из центра в точки их скрещивания;

- скрещивания режущих кромок ножей.

Как показали результаты эксперимента, отмеченные недостатки приводят 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 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.

Наиболее существенным недостатком известных гарнитур представляется то, что режущие кромки единичных окружных ножевых выступов в кольцевой размалывающей зоне пересекаются только в одной точке. Это снижает:

- вероятность попадания волокнистой большей части волокнистой массы в зону скрещивания кромок;

- интенсивность механического силового воздействия на волокнистую массу;

- интенсивность гидравлического силового воздействия.

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

Технический результат заключается в усилении механического воздействия на волокнистый материал.

Для обеспечения указанного технического результата в размалывающей гарнитуре, включающей соосные роторный и статорный диски с рабочими поверхностями, обращенными одна к другой и снабженными круговыми ножевыми выступами, режущие кромки которых наклонены в одну сторону, эксцентричны относительно центра дисков и скрещиваются на их входной окружной кромке, согласно изобретению режущие кромки ножевых выступов ротора и статора скрещиваются одновременно в двух точках, из которых вторая точка расположена на периферийной окружной кромке.

В отличие от известных гарнитур [1, 2, 3], в предлагаемом решении, при последующем вращении ротора, обеспечивается встречное движение двух точек скрещивания, из которых лежащая на:

- входной окружной кромке, движется по направлению к периферийной окружной кромке;

- периферийной окружной кромке, движется по направлению к центру дисков (к входной окружной кромке).

Главной же особенностью предлагаемого решения является уменьшение (в процессе вращения ротора и встречного движения двух точек скрещивания) площади замкнутой части фронтальной кольцевой размалывающей поверхности, ограниченной окружными режущими кромками единичных ножевых выступов совмещенных дисков ротора и статора часть фронтальной кольцевой размалывающей поверхности, ограниченная окружными режущими кромками единичных ножевых выступов совмещенных дисков ротора и статора.

Уменьшение площади происходит от ее максимального значения (в исходном положении) до нулевого, т.е. до ее схлопывания (в средней части кольцевой размалывающей поверхности).

Это создает существенные предпосылки для повышения:

- вероятности попадания волокнистой массы в зоны этих замкнутых частей и нахождения ее там до момента схлопывания;

- интенсивности механического силового воздействия на волокнистую массу за счет концентрации сдвиговых и ударных напряжений;

- интенсивности гидравлического силового воздействия за счет высокочастотных пульсационных гидродинамических ударных нагрузок на оказавшуюся в замкнутых частях волокнистую массу.

Экспериментально установлено, что данные особенности позволяют существенно интенсифицировать процесс размола.

На чертеже представлена фронтальная проекция замкнутой части кольцевой размалывающей поверхности совмещенных дисков статора и ротора, ограниченной окружными режущими кромками их единичных выступов. Окружной стрелкой показано направление вращения ротора. Волнистыми линиями показаны: обрыв поверхностей дисков статора и ротора; α_C - наклона режущей кромки 4 (АВ_C) статора к радиусу АО окружной режущей кромки 5; α_P - угол наклона режущей кромки 3 (АВ_P) ротора к радиусу АО окружной режущей кромки 5; α_CKP - угол скрещивания режущих кромок 3 (АВ_P) и 4 (АВ_C);

Размалывающая гарнитура для дисковой мельницы включает статорный 1 и роторный 2 соосные диски, рабочие поверхности которых:

- обращены одна к другой;

- снабжены ножевыми выступами (на чертеже условно не изображены).

Ножевые выступы имеют окружные режущие кромки 3 ротора и 4 статора. Совмещенные диски 1 и 2 ограничены периферийной 5 и входной 6 окружными кромками.

Касательные к окружным режущим кромкам 3 и 4:

- эксцентричны относительно их центра O;

- скрещиваются друг с другом, с вертикальной осью симметрии и с входной окружной кромкой 6 в точке А;

- наклонены в одну сторону относительно центра О.

В отличие от известных гарнитур [1-3], в предлагаемом решении, в исходном положении, окружные режущие кромки 3 и 4 единичных ножевых выступов совмещенных дисков статора 1 и ротора 2:

- скрещиваются одновременно в двух точках А и В, из которых точка В расположена на периферийной окружной кромке 5;

- образуют замкнутую часть фронтальной кольцевой размалывающей поверхности.

Размалывающая гарнитура работает следующим образом. Диску 2 ротора придается вращение в направлении, противоположном наклону режущих кромок 3 и 4. В процессе вращения диска 2 ротора волокнистая суспензия, под напором, непрерывно проходит через входную окружную кромку 6 в межножевые канавки совмещенных дисков 1 и 2 и, перемещаясь по ним, под действием перепадов давления и центробежной силы, проникает в замкнутые части фронтальной кольцевой размалывающей поверхности, ограниченные окружными режущими кромками 3 и 4 единичных ножевых выступов совмещенных дисков 1 и 2 ротора и статора.

В процессе вращения диска 1 ротора и встречного движения двух точек А и В, замкнутые части, уменьшаются от максимального значения (в исходном положении) до нулевого, т.е. до их схлопывания (в средней части кольцевой размалывающей поверхности). Это повышает интенсивность механического и гидравлического силового воздействия на волокнистую массу за счет сконцентрованных сдвиговых и ударных напряжений, а также за счет высокочастотных пульсационных гидродинамических нагрузок.

Характерными функциональными особенностями заявляемой размалывающей гарнитуры является то, что активные боковые стенки ножевых выступов с режущими кромками:

- 3 статора работают в удерживающем режиме (т.е. транспортируют прилегающий к ним материал по направлению к центру O);

- 4 ротора работают в прокачивающем режиме (т.е. транспортируют прилегающий к ним материал по направлению к периферийной окружной кромке 5).

Соответственно, характерными особенностями продвижения суспензии через кольцевую размалывающую полость является то, что (в отличие от известных устройств [1-3]):

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

- время одного прохода массы через размалывающую полость увеличивается за счет ее частичного торможения в местах прилегания к активным боковым стенкам ножевых выступов диска статора;

- силовое воздействие на массу, как отмечалось выше, увеличивается;

- при сближении режущих кромок 3 и 4 обеспечивается гарантированный захват ими достаточного количества волокнистого материала, а при дальнейшем вращении кромок 4 (ротора) относительно неподвижных - 3 (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 воздействию;

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

При последующем протягивании через межножевой зазор высококонцентрированный материал, образующий наслойки (нависшие на режущих кромках 3 и 4 ножевых выступов дисков 1 ротора и 2 статора), дополнительно подвергается совместной деформации сжатия и сдвига.

Прошедший обработку волокнистый полуфабрикат направляется на следующую стадию технологического процесса.

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

По сравнению с известными решениями [1-3], использование заявляемой размалывающей гарнитуры позволит:

- интенсифицировать процесс размола за счет обеспечения захвата большего количества волокнистого материала при двойном скрещивании 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, B02c 7/12, заявлено 15.07.2003 г, бюл. №12, опубл. 27.04.2004 г.

2. RU, №2314379, МПК D21d 1/30, B02c 7/13, заявлено 19.06.2006 г, бюл. №1, опубл. 10.01.2008 г.

3. RU, №2307883, МПК D21d 1/30, B02c 7/12, заявлено 03.04.2006 г, бюл. №28, опубл. 10.10.2007 г.