Результат интеллектуальной деятельности: Размалывающая гарнитура для дисковой мельницы

Изобретение относится к размалывающей гарнитуре для дисковой мельницы и может применяться при размоле различных волокнистых материалов в виде волокнистых суспензий с концентрацией 1-2%.

Известна размалывающая гарнитура для дисковой мельницы, включающая два, закрепленных на несущих основаниях, сопряженных ножевых кольцевых диска, соответственно, статора и ротора, снабженных прямолинейными ножами, выполненными в форме усеченных, равномерно распределенных, радиальных секторов [1].

Недостатком известной гарнитуры является то, что распределенное удельное давление на волокнистый материал концентрируется на радиальной линии сопряжения заостренных режущих кромок ножей и поэтому достаточно велико. Это обусловливает превалирование рубящего воздействия на волокна, оказавшиеся между режущими кромками, что ведет к укорочению их природной длины. Кроме того, малая величина междискового зазора не обеспечивает, в момент сопряжения заостренных режущих кромок, захват ими достаточного количества материала и его дальнейшее принудительное протаскивание с одновременным сложным механическим воздействием в виде сжатия и сдвига, возникающих при последующем повороте подвижных ножей ротора относительно неподвижных ножей статора.

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

Недостатком известной гарнитуры является необоснованно широкий диапазон углов наклона фасок к ножевым размалывающим плоскостям дисков статора и ротора. Экспериментально установлено, что наиболее эффективный и качественный размол отмечается в режимах, обеспечиваемых только при оптимальных значениях углов, что существенно сужает заявленный диапазон.

Наиболее близким по технической сущности решением является размалывающая гарнитура для дисковой мельницы, включающая два, закрепленных на несущих основаниях, сопряженных ножевых кольцевых диска статора и ротора, снабженных прямолинейными ножами, выполненными в форме усеченных, равномерно распределенных, радиальных секторов, режущим кромкам которых придана форма фасок с радиальными боковыми сторонами, угол наклона к ножевой плоскости роторных фасок равен 7…10°, статорных - 15…18°, а ширина фасок в любом, произвольно взятом, поперечном сечении ножа составляет 0,5 его ширины [3].

Недостатками гарнитуры [3] являются:

- малые фаски и удельное давление во входной части межножевого зазора за счет необоснованно завышенной ширины последнего, что не обеспечивает затягивание более консистентной волокнистой массы и требуемое воздействию на нее;

- большие фаски и удельное давление в периферийной части межножевого зазора за счет необоснованно заниженной ширины последнего, поскольку в эту часть поступает прошедшая всю зону размола и, следовательно, менее консистентная волокнистая масса, не требующая таких интенсивных затягивающего и силового воздействий.

Изобретение решает задачу интенсификации, повышения эффективности, качества и снижения энергозатрат на процесс размола.

Технический результат заключается в обеспечении оптимального режима механического воздействия на волокнистый материал.

Для обеспечения указанного технического результата, в размалывающей гарнитуре для дисковой мельницы, включающей два, закрепленных на несущих основаниях, сопряженных ножевых кольцевых диска статора и ротора, снабженных прямолинейными радиальными ножами, выполненными в форме усеченных, равномерно распределенных, радиальных секторов, чередующихся с межножевыми радиальными канавками, режущим кромкам ножей придана форма фасок, угол наклона которых к размалывающей ножевой плоскости у ротора равен 7…10°, а у статора - 15…18, согласно изобретению ширина боковых сторон фасок на периферии диска равна 0,1-0,2 ширины ножа, а на входе равна 0,8-1 ширины ножа.

Прежде всего, следует отметить, что величина нормального удельного усилия, передающегося через сжатую волокнистую наслойку, от размалывающей поверхности вращающегося ротора к, сопряженной с ней, размалывающей поверхности неподвижного статора, постоянна по всей длине ножа. Из этого следует, что:

- большие значения ширины фасок ножей (0,8-1,0 ширины ножа) в локальных местах входного межножевого зазора приводят к снижению ширины этого зазора, локальной площади размалывающей поверхности и, как следствие этого, к увеличению удельных давлений при одной и той же величине нормального удельного усилия, чем обеспечивается надежное затягивание, поступающей именно в этом месте, наиболее консистентной волокнистой массы и, соответственно, необходимое силовое воздействие на нее;

- малые значения ширины фасок ножей (0,1-0,2 ширины ножа) в локальных местах выходного межножевого зазора приводят к увеличению ширины этого зазора и, как следствие этого, к снижению удельных давлений, что вполне согласуется с тем, что в это место поступает прошедшая всю зону размола и, следовательно, менее консистентная волокнистая масса, уже не требующая таких высоких значений затягивающего и силового воздействий.

Данные замечания подтверждены экспериментом, в результате которого было установлено, что, в процессе пропускания древесно-волокнистых суспензий, с концентрацией, соответственно, 1…2%, через межножевую размалывающую полость гарнитуры, при ширине фасок на периферии диска, равной 0,1-0,2, а на входе - 0,8-1,0 ширины ножа, отмечается:

- наиболее эффективный и качественный размол;

- интенсификация силового воздействия на волокнистый материал в процессе его протягивания через зазор по всей длине ножа.

На фиг. 1 изображена фронтальная, а на фиг. 2 - горизонтальная проекции ножевых размалывающих кольцевых дисков статора и ротора гарнитуры для дисковой мельницы. Рабочие плоскости ножей затенены, поверхности фасок режущих кромок более светлые. Окружной стрелкой показано направление вращения диска ротора. На фиг. 3 изображен поперечный разрез А-А диска статора (ротора). На фиг. 4 изображен выносной элемент I, представляющий в увеличенном масштабе вид со стороны внутренней окружной кромки диска статора (ротора) на единичный нож. Ширина фаски обозначена буквой а. Угол наклона фаски к ножевой поверхности обозначен буквой δ.

Размалывающая гарнитура для дисковой мельницы включает два, закрепленных на несущих основаниях, сопряженных ножевых кольцевых диска 1 статора и ротора. Диски 1 снабжены прямолинейными радиальными ножами 2, выполненными в форме усеченных, равномерно распределенных, радиальных секторов. Режущим кромкам ножей 2 придана форма фасок 3.

Ширина фасок 3 на периферии диска равна а=0,1-0,2 ширины ножа, а на входе а=0,8-1,0 ширины ножа (фиг. 1 и 4). В результате, боковые стороны фасок не радиальные, т.е. не пересекаются в центре 4 дисков, а пересекаются за периферийной окружной кромкой 7, в плоскости размалывающей поверхности ножей. Радиальные ножи 2 чередуются с радиальными межножевыми канавками 5 (фиг. 1, 4). Диск 1 ограничен входной 6 и периферийной 7 окружными кромками. Угол наклона δ роторных фасок 3 к размалывающей ножевой плоскости равен 7…10°, статорных - 15…18° (фиг. 4). Ширина единичной межножевой канавки на входе обозначена через b, на выходе - через В (фиг. 1).

Размалывающая гарнитура для дисковой мельницы работает следующим образом. Волокнистая суспензия непрерывно поступает под давлением через входную окружную кромку 6 в межножевые канавки 5 и, под суммарным воздействием центробежной и напорной сил, движется вдоль канавок 5 к периферийной окружной кромке 7. В процессе продвижения часть волокнистой суспензии, под действием нормальной составляющей окружного усилия, поднимается по набегающей стенке канавки 5 и попадает в зону сопряжения неподвижных статорных и набегающих роторных фасок 3.

Результаты эксперимента показали, что в диапазонах угла наклона δ фасок 3, соответственно, роторных, равных 7…10°, а статорных - 15…18°, к размалывающей ножевой плоскости, при их сближении и последующем сопряжении с рабочими поверхностями ножей 2 ротора и статора, создаются необходимые предпосылки для проникновения сгустков волокон в межножевой зазор. В данном случае, значения сил сцепления сгустков волокон с поверхностями сближающихся фасок 3 ротора и статора и межволоконные силы связи в близлежащих слоях меньше значений нормальных составляющих окружного усилия, действующих в указанных поверхностях, в любой точке их сопряжения с волокнистым материалом. За счет этого, в известном решении [3], при сближении фасок 3, обеспечивается гарантированный захват ими достаточного количества волокнистого материала, а при дальнейшем вращении подвижных ножей 2 ротора относительно неподвижных – статора - материал принудительно протягивается через межножевой зазор. В кратковременный момент сближения фасок 3 ножей 2 ротора и статора нависшие на них волокнистые наслойки подвергаются ударному механическому и гидродинамическому силовому воздействию. При дальнейшем протягивании через межножевой зазор предлагаемого устройства материал, образующий наслойки, при продвижении от входа к периферии, в отличие от известных решений [1, 2 и 3], подвергается наиболее оптимальному воздействию равномерно убывающих сил сжатия и равномерно возрастающих сил сдвига, соответственно степени уменьшения размера составляющих его частиц. Это происходит из-за нерадиальности боковых сторон фасок ножей, поскольку, в отличие от известных решений [1, 2 и 3], в предлагаемом решении ширина фасок на периферии диска равна 0,1-0,2, а на входе - 0,8-1,0 ширины ножа.

За счет этого площадь сопряжения размалывающих поверхностей ножей на:

- периферии максимальна, а удельное давление минимально;

- входе минимальна, а удельное давление максимально.

Прошедший обработку волокнистый полуфабрикат направляется на следующую стадию технологического процесса.

В результате анализа сил, действующих по линии сопряжения фасок 3 и по площади сопряжения размалывающих поверхностей ножей 2 ротора и статора, отмечается:

- максимум величины сил сжатия и минимум сил сдвига на входе в размалывающую полость;

- равномерное убывание сил сжатия и возрастание сил сдвига соответственно степени уменьшения размера составляющих материал частиц, в процессе движения его от входа к периферии;

- минимум сил сжатия и максимум сил сдвига на выходе из размалывающей полости.

В результате эксперимента отмечено усиление фибриллирующего эффекта.

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

- интенсифицировать процесс размола за счет обеспечения захвата плоскостями фасок ножей, при их сопряжении, наибольшего количества волокнистого материала;

- повысить эффективность и качество процесса размола за счет наиболее оптимального, одновременного воздействия сил сжатия, значение которых равномерно убывает и сил сдвига, значение которых равномерно возрастает, соответственно степени уменьшения размера составляющих его частиц в направлении от входа к периферии;

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

Источники информации

1. SU №2227826, МПК D21D 1/30, В02C 7/13, заявлено 16.07.2003 г, бюллетень №12, опубликовано 27.04.2004 г.

2. RU №2314379, МПК D21D 1/30, В02C 7/13, заявлено 19.06.2006 г, бюллетень №1, опубликовано 10.01.2008 г.

3. RU №2442654, МПК D21D 1/30, В02C 7/12, заявлено 28.06.2010 г, бюллетень №5, опубликовано 20.02.2012 г.