Результат интеллектуальной деятельности: ДЕЗИНТЕГРАТОР

Изобретение относится к устройствам для измельчения твердых сыпучих веществ, например кофе, пшеницы, гороха, перца, и может быть использовано в быту, при изготовлении строительных смесей, в пищевой, медицинской промышленности и в сельском хозяйстве.

Известен дезинтегратор для измельчения твердых сыпучих веществ (патент РФ №2109568, 1998 г.), содержащий корпус, торцевые статоры асинхронного двигателя, выполненные в виде дисков, роторы в виде дисков с обращенными друг к другу рабочими поверхностями, установленные на валах между статорами с возможностью встречного вращения, приемный и отводящий каналы, снабжен дополнительными сдвоенными статорами, каждый из которых выполнен с двумя рабочими поверхностями и с общим ярмом, имеющим канал для подачи измельчаемого материала.

Недостатком такого дезинтегратора является наличие массивных роторов-дисков, изготовленных из конструкционной стали, приводящее к большим потерям мощности на вихревые токи в массиве роторов-дисков и на магнитный гистерезис, что приводит к сильному нагреву ротора и, следовательно, к большим потерям энергии и существенному снижению КПД. Кроме этого, отсутствие эффективной системы охлаждения дезинтегратора не позволяет увеличить время его непрерывной работы и, соответственно, повысить интенсификацию процесса измельчения.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является дезинтегратор (патент РФ №2541688, 2015 г.).

Дезинтегратор содержит сборный корпус с крышкой, загрузочный бункер, рабочую камеру, рабочий орган, выполненный в виде двух соосно расположенных дисков с примыкающими друг к другу по торцам рабочими развитыми поверхностями с образованием рабочего зазора, причем один из них имеет возможность вращения, а другой закреплен неподвижно в корпусе, приводной электродвигатель выполнен в виде сдвоенного асинхронного двухстаторного однороторного торцового электродвигателя с полым валом, установленным с возможностью вращения, и соединен с загрузочным бункером. Магнитопроводы статора жестко закреплены в корпусе. Короткозамкнутый ротор соединен с одним из рабочих дисков через полый вал, имеющий технологические отверстия для прохода обрабатываемого вещества в регулируемый зазор между дисками, при этом корпус выполнен сборным с вентиляционными отверстиями для подачи охлаждающих воздушных потоков вовнутрь центральной кольцевой полости машины через верхний несущий щит сборного корпуса, расположенными на внешней торцевой стороне, и вентиляционными отверстиями, расположенными на внутренней части ступицы, соединенными с сетью радиальных вентиляционных каналов, выходящими на внешнюю поверхность дисков роторов к вентиляционным лопаткам, и отверстия, выполненные на внешней цилиндрической поверхности несущих щитов, сопряженные с атмосферой и камерой для сбора готового продукта в нижней части.

В устройстве реализована самовентиляционная система охлаждения тепловыделяющих элементов приводного двигателя. Воздушные потоки, завлекаемые из вентиляционных отверстий, расположенных со стороны верхнего несущего щита, проходят мимо внутренней части верхнего магнитопровода статора, внутренней лобовой части верхней обмотки статора, через отверстия во внутренней части ступицы, сети радиальных вентиляционных каналов, выходящих на внешнюю поверхность дисков роторов к вентиляционным лопаткам, и нагретыми выбрасываются вентиляционными лопатками из полости машины из вентиляционных отверстий, выполненных на внешней (боковой) цилиндрической поверхности несущих щитов. Охлаждение тепловыделяющих элементов приводного двигателя происходит за счет конвективного теплообмена между нагретыми областями двигателя и движущимся относительно них воздухом. Эта система охлаждения улучшает сообщение внутренней центральной полости машины с атмосферой и обеспечивает снижение средней температуры машины, что позволяет увеличить время непрерывной работы.

Для аксиальной конструкции магнитопроводов характерным является то, что магнитное сопротивление магнитопроводов в радиальном направлении изменяется (из-за изменяющейся геометрии магнитопровода в радиальном направлении) и магнитный поток в магнитопроводе замыкается по пути с наименьшим магнитным сопротивлением, повышая тем самым намагниченность областей зубцов и ярма, находящихся ближе к внутреннему диаметру магнитопроводов. Это ведет к дополнительному тепловыделению этих наиболее насыщенных участков магнитопроводов с находящимися там обмотками (Игнатов В.А. Вильданов К.Я. Торцовые асинхронные электродвигатели интегрального изготовления. - М. Энергоатомиздат, 1988 - 304 с.: ил, с. 297). При этом потоки поступающего хладогента из вентиляционных отверстий, расположенных со стороны верхнего несущего щита, интенсивнее (по сравнению с остальными тепловыделяющими элементами) охлаждают внутреннюю часть верхнего магнитопровода статора и внутреннюю лобовую часть верхней обмотки статора за счет большего обдува. Это приводит к возникновению разности температур основных частей машины в симметричных точках внутренней области нижнего магнитопровода статора с обмоткой. Дополнительное увеличение разности температур в симметричных точках верхнего и нижнего магнитопроводов статора связано с тем, что верхний магнитопровод статора соприкасается опорной поверхностью с верхним несущим щитом, который дополнительно снижает его температуру (за счет дополнительной охлаждающей способности внешней поверхности), а нижний магнитопровод статора соприкасается опорной поверхностью с нижним несущим щитом, в котором выполнен неподвижный диск дезинтегратора, дополнительно повышающим его температуру из-за тепловыделений, образующихся при помоле.

При этом дополнительный повышенный нагрев зоны внутренней лобовой части нижнего магнитопровода статора с находящейся там обмоткой ведет к ускорению времени старения ее изоляции в этой области и уменьшению срока службы. Это ведет к преждевременному выходу изоляции проводов обмоток из строя и уменьшению эксплуатационной надежности и долговечности работы дезинтегратора.

Заявляемое изобретение решает задачу повышения эффективности системы охлаждения машины и увеличения времени непрерывной работы.

Технический результат заключается в обеспечении инвариантности электромагнитных и электромеханических параметров двух частей двухстаторного двигателя, улучшении рабочих и энергетических характеристик машины при увеличении интенсификации процесса измельчения и повышении эксплуатационной надежности и долговечности агрегата в целом.

Технический результат достигается тем, что дезинтегратор содержит сборный корпус с крышкой, загрузочный бункер, рабочую камеру, рабочий орган, выполненный в виде двух соосно расположенных дисков с примыкающими друг к другу по торцам рабочими развитыми поверхностями с образованием рабочего зазора, причем один из них имеет возможность вращения, а другой закреплен неподвижно в корпусе, приводной электродвигатель, выполненный в виде сдвоенного асинхронного двухстаторного однороторного торцового электродвигателя с полым валом, установленным с возможностью вращения и соединен с загрузочным бункером. Магнитопроводы статора жестко закреплены в корпусе. Короткозамкнутый ротор соединен с одним из рабочих дисков через полый вал, имеющий технологические отверстия для прохода обрабатываемого вещества в регулируемый зазор между дисками, при этом корпус выполнен сборным с вентиляционными отверстиями для подачи охлаждающих воздушных потоков вовнутрь центральной кольцевой полости машины через верхний несущий щит сборного корпуса, расположенными на внешней торцевой стороне и вентиляционными отверстиями, расположенными на внутренней части ступицы, соединенные с сетью радиальных вентиляционных каналов, выходящими на внешнюю поверхность дисков роторов к вентиляционным лопаткам, и вентиляционные отверстия, выполненные на внешней цилиндрической поверхности верхнего и нижнего несущих щитов, сопряженные с атмосферой и камерой для сбора готового продукта в нижней части, при этом внутри нижнего несущего щита сборного корпуса выполнена сеть радиальных вентиляционных каналов, соединяющих крайнюю внешнюю боковую поверхность нижнего несущего щита, сопряженного с атмосферой, с внутренней центральной кольцевой полостью машины, проходящих под опорной поверхностью нижнего магнитопровода статора, продолжающихся осевыми ответвлениями, выходящими во внутреннюю центральную кольцевую полостью машины между внутренней поверхностью нижнего манитопровода статора и нижним радиально упорным подшипником.

Обеспечение инвариантности электромагнитных и электромеханических параметров двух частей двухстаторного двигателя и улучшение рабочих и энергетических характеристик машины происходит за счет повышения эффективности системы охлаждения машины, а именно: более равномерного охлаждения обоих частей двигателя с последующим выравниванием температур в симметричных точках каждой из них. При работающем приводном электродвигателе охлаждающие воздушные потоки попадают в кольцевую полость двумя параллельными путями. Одни проходят через вентиляционные отверстия, выполненные в верхнем несущем щите, и интенсивно охлаждают внутреннюю часть верхнего магнитопровода статора, внутреннюю лобовую часть верхней обмотки статора. Вторые заходят через сеть радиальных вентиляционных каналов, выполненных внутри нижнего несущего щита под опорной поверхностью нижнего магнитопровода статора, заканчивающихся осевыми ответвлениями, интенсивно охлаждают опорную поверхность нижнего магнитопровода статора, внутреннюю часть нижнего магнитопровода статора, внутреннюю лобовую часть нижней обмотки статора. Встречные потоки складываются в ступице и через сеть радиальных вентиляционных каналов, выходящих на внешнюю поверхность дисков роторов нагретыми выбрасываются вентиляционными лопатками через вентиляционные отверстия за пределы корпуса машины.

Дополнительное охлаждение наиболее напряженной в тепловом отношении зоны внутренней лобовой части нижнего магнитопровода статора с находящейся там обмоткой ведет к уменьшению перегрева изоляции проводов и, как следствие, к увеличению срока ее службы с возможностью увеличения времени непрерывной работы дезинтегратора и соответственно к интенсификации процесса измельчения. Увеличение срока службы изоляции проводов ведет к увеличению эксплуатационной надежности и долговечности работы дезинтегратора в целом.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан общий вид дезинтегратора и его продольный разрез.

На фиг. 2 показан поперечный разрез с верхнего торца вала.

Устройство содержит сборный корпус, который состоит из жестко связанных между собой нижнего несущего щита 1 и верхнего несущего щита 2, образующих кольцевую полость 3 для приводного двигателя посредством болтового соединения 4. Нижний несущий щит 1 закреплен в основании 5 посредством резьбового соединения 6 через резиновую прокладку 7 и образует камеру 8 для приема готового измельченного продукта. Основание 5 имеет резиновые опоры 9. Рабочий орган состоит из неподвижного диска с развитой поверхностью 10, которая изготовлена в нижней части нижнего несущего щита 1 и подвижного диска 11, развитая поверхность которых выполнена по аналогии с рабочими дисками известных дезинтеграторов. Между развитой поверхностью 10 и подвижным диском 11 имеется зазор 12, в котором непосредственно и происходит измельчение продукта. Подвижный диск 11 жестко соединен с полым валом 13 посредством резьбового соединения 14. Для предотвращения самораскручивания между подвижным диском 11 и полым валом 13 стоит пружинная шайба 15. В нижней части полого вала 13 расположены технологические отверстия 16 для подачи измельчаемого продукта в зазор 12 между развитой поверхностью 10 и подвижным диском 11. Для загрузки измельчаемого продукта сверху предусмотрен люк 17 в загрузочном бункере 18 с направляющими 19, закрепленный в корпусе верхнего несущего щита 2 при помощи выступа в форме кольцевого диска 20.

Приводом дезинтегратора служит сдвоенный асинхронный двухстаторный однороторный торцовый (аксиальный) электродвигатель, который состоит из нижнего магнитопровода статора 21 и верхнего магнитопровода статора 22, жестко закрепленных соответственно в нижнем несущем щите 1 и верхнем несущем щите 2 с m-фазными обмотками возбуждения 23, 24.

Ротор электрической машины состоит из магниторопровода 25 с короткозамкнутыми обмотками 26, 27 и со ступицей 28, жестко закрепленных на полом валу 13, которые сопряжены между собой с гарантированным натягом при помощи шпоночного соединения (шпоночное соединение не указано). Магниторопровод ротора 25 со ступицей 28 жестко закреплены между собой и образуют кольцевой диск ротора. На полом валу 13 выполнен бурт 29 в форме кольцевого диска таким образом, что при монтаже диска ротора между нижним магнитопроводом статора 21, верхним магнитопроводом статора 22 и магниторопроводом ротора 25 имеются равные воздушные зазоры 30. На внешней стороне магнитопровода ротора 25 выполнены вентиляционные лопатки 31. Полый вал 13 базируется при помощи нижнего радиально упорного подшипника 32 и верхнего радиально упорного подшипника 33, внутренние кольца которых упираются в его выступы, а внешние кольца фиксируются в нижнем несущем щите 1 и верхнем несущем щите 2. Для защиты от попадания пылеобразных частиц измельчаемого материала в нижний радиально упорный подшипник 32 и верхний радиально упорный подшипник 33 предусмотрены резиновые армированные манжеты 34, 35.

В устройстве реализована самовентиляционная система охлаждения тепловыделяющих элементов приводного аксиального двигателя, включающая сеть вентиляционных отверстий 36, 37, выполненных на верхнем несущем щите 2, вентиляционных отверстий 38, выполненных на внешней цилиндрической поверхности нижнего несущего щита 1 и верхнего несущего щита 2 корпуса машины, а во внутренней части ступицы 28 - отверстий 39, соединенных с сетью радиальных вентиляционных каналов 40, выходящих на внешнюю поверхность дисков роторов к вентиляционным лопаткам 31. Внутри нижнего несущего щита 1 выполнена сеть радиальных вентиляционных каналов 41, соединяющих крайнюю внешнюю боковую поверхность нижнего несущего щита 1, сопряженного с атмосферой, с внутренней центральной кольцевой полостью машины 3, проходящих под опорной поверхностью нижнего магнитопровода статора 21, продолжающихся осевыми ответвлениями 42, выходящими во внутреннюю центральную кольцевую полостью машины 3 между внутренней поверхностью нижнего магнитопровода статора 21 и нижним радиально упорным подшипником 32.

Для подвода охлаждающего воздуха в кольцевую полость 3 служат вентиляционные отверстия 37 и сеть радиальных вентиляционных каналов 41, а для выброса нагретых воздушных масс предназначены вентиляционные отверстия 36, 38.

При подключении двигателя необходимо учитывать направление вращения ротора: оно должно совпадать с направлением закручивания резьбового соединения 14 между подвижным диском 11 и полым валом 13, то есть резьбовое соединение 14 является самозатягивающемся.

Работает дезинтегратор следующим образом. В результате подключения с m-фазных обмоток возбуждения 23, 24 нижнего магнитопровода статора 21 и верхнего магнитопровода статора 22 к сети создается двустороннее вращающееся магнитное поле, воздействующее на проводники короткозамкнутой обмотки ротора 26, 27, вследствие чего ротор с подвижным диском 11 приводится во вращение.

Измельчаемый продукт засыпается в загрузочный бункер 18 и по направляющим 19 ссыпается в полый вал 13, где под действием сил тяжести попадает в нижнюю часть к технологическим отверстиям 16. Под воздействием центробежной силы измельчаемый продукт попадает через технологические отверстия 16 в зазор 12 между развитой поверхностью 10 и подвижным дисками 11, и происходит помол.

Готовый продукт под действием центробежной силы ссыпается в камеру 8 для приема готового измельченного продукта основания 5, откуда после прекращения помола извлекается при снятом нижнем несущем щите 1.

При работающем приводном электродвигателе охлаждающие воздушные потоки попадают в кольцевую полость 3 двумя параллельными путями: через вентиляционные отверстия 37 и сеть радиальных вентиляционных каналов 41, что позволяет выровнять температуру в симметричных точках каждого из двух частей двухстаторного приводного двигателя. Воздушный поток, проходящий через вентиляционные отверстия 37, выполненные в верхнем несущем щите 2, охлаждает внутреннюю часть верхнего магнитопровода статора 22, внутреннюю лобовую часть верхней обмотки статора 24, а поток, проходящий через сеть радиальных вентиляционных каналов 41, выполненных внутри нижнего несущего щита 1, проходящих под опорной поверхностью нижнего магнитопровода статора 21, заканчивающихся осевыми ответвлениями 42, охлаждает опорную поверхность нижнего магнитопровода статора 21 с его внутренней частью, внутреннюю лобовую часть нижней обмотки статора 23. Эти потоки поступают в ступицу 39 с разных сторон, а затем через сеть радиальных вентиляционных каналов 40, выходящих на внешнюю поверхность дисков роторов нагретыми выбрасываются вентиляционными лопатками 31 через вентиляционные отверстия 36, 38 за пределы корпуса машины.