Результат интеллектуальной деятельности: РАЗМАЛЫВАЮЩАЯ ГАРНИТУРА

Изобретение относится к размалывающим гарнитурам дисковых мельниц и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности на стадии вторичного размола волокна, полученного из макулатуры или тряпья, при изготовлении бумаги и картона.

Известна размалывающая гарнитура, включающая роторный и статорный диски, рабочие поверхности которых, обращенные одна к другой, снабжены криволинейными ножевыми выступами, направленными, соответственно, в противоположные стороны, при этом режущие кромки ножевых выступов роторного и статорного дисков выполнены с эксцентриситетом относительно их центров и круговыми (RU, №2307883, МПК D21D 1/30, В02С 7/12, заявлено 03.04.2006 г., бюллетень №28, опубликовано 10.10. 2007 г.).

Наиболее близким по технической сущности известным решением является размалывающая гарнитура, включающая соосные роторный и статорные диски, рабочие поверхности которых обращены одна к другой и снабжены криволинейными ножевыми выступами, режущие кромки которых выполнены с эксцентриситетом относительно центра диска и наклонены в одном направлении таким образом, что на входной окружной кромке дисков угол наклона режущих кромок ножей статора больше угла наклона режущих кромок ножей ротора на 7°…10° (RU, №2523990, МПК D21D 1/30, В02С 7/12, заявлено 05.07.2013 г., бюллетень №21, опубликовано 27.07.2014 г.).

Недостатками данных решений являются два обстоятельства, заключающиеся в том, что угол наклона режущих кромок:

- увеличивается от центра диска к периферии;

- не ограничен оптимальным диапазоном значений.

Первое обстоятельство приводит к тому, что втягивание волокнистой суспензии в кольцевую размалывающую полость происходит медленнее, так как здесь режущие кромки имеют наименьший угол наклона к радиусу. При приближении же к периферийной окружности диска волокнистая суспензия под действием увеличивающейся центробежной силы существенно ускоряется за счет увеличивающегося угла наклона к радиусу. Сила же, разрушающая волокна при движении их от центра к периферии диска, уменьшается. Поэтому самое интенсивное измельчение частиц режущими кромками происходит около центра.

Второе обстоятельство заключается в том, что при значениях угла наклона, находящихся вне оптимального диапазона, имеет место превалирование доли нормальной составляющей окружного усилия над тангенциальной. За счет этого увеличивается резка, рубка, укорачивание волокон. В итоге готовый продукт имеет низкие прочностные характеристики и низкое качество, хотя изначально задача заключалась в сохранении длины волокна.

Присутствие этих двух обстоятельств не только противоречит условиям соблюдения требований технологического регламента проведения вторичного размола волокна (полученного из макулатуры или тряпья, при изготовлении бумаги и картона с высоким качеством готового продукта), но и является прямо противоположным им.

Факты укорочения исходной длины волокна (за счет резки, рубки) и низкие прочностные и качественные характеристики готового продукта были установлены экспериментально.

Изобретение решает задачи сохранения природной длины волокна за счет интенсификации фибриллирующего и расчесывающего силового воздействия, повышения прочностных характеристик, качества готового продукта, производительности и снижения удельных энергозатрат.

Технический результат заключается в увеличении времени и длины пути прохождения суспензией волокнистого материала кольцевой размалывающей зоны за счет обеспечения постоянства угла наклона режущих кромок к радиусу и за счет использования оптимального диапазона значений угла наклона.

Для достижения технического результата в размалывающей гарнитуре, включающей соосные роторный и статорные диски, рабочие поверхности которых обращены одна к другой и снабжены криволинейными ножевыми выступами, режущие кромки которых выполнены с эксцентриситетом относительно центра диска и наклонены в одном направлении таким образом, что на входной окружной кромке дисков угол наклона режущих кромок ножей статора больше угла наклона режущих кромок ножей ротора на 7°…10°, согласно изобретению, угол наклона режущей кромки в любой ее точке постоянен и находится в оптимальном диапазоне 68°…88°.

Диапазон был определен экспериментальным путем. Выбор угла наклона зависит от рода сырья, из которого было получено волокно, подлежащее вторичному размолу, и от средней длины этого волокна.

При угле наклона α<68° первичному (грубому) размолу подлежит только необработанная длинноволокнистая масса (например, из лиственных пород), на которую оказывается механическое воздействие с преобладанием резки, рубки и укорочения исходной длины волокон.

При угле:

- α=68° размолу подлежит предварительно обработанная средневолокнистая (3,5…2,5 мм) масса (например, из лиственных пород), на которую оказывается механическое воздействие с преобладанием фибрилляции волокон и сохранения их исходной длины;

- 68°<α<88° размолу подлежит предварительно обработанная коротковолокнистая (2,5…1,5 мм) масса (например, из хвойных пород), на которую оказывается механическое воздействие с преобладанием фибрилляции и расчесывания волокон, с сохранением их исходной длины;

- α=88° размолу подлежит предварительно обработанная коротковолокнистая (1,5…1,0 мм) масса (например, из хвойных пород), на которую оказывается механическое воздействие с преобладанием расчесывания волокон с сохранением их исходной длины.

На фигуре 1 в осях координат Х-Y:

- изображена фронтальная проекция рабочей кольцевой поверхности 1 диска ротора и ограниченной тонкой линией разрыва части, сопряженной с ней рабочей кольцевой поверхности 2 диска статора;

- на поверхности 1 диска ротора выделен выносной элемент I.

На фигуре 2 в осях координат X-Y изображен выносной элемент I с раскладкой окружных усилий и на тангенциальные , и нормальные , , составляющие в точках А и В пересечения режущей кромки 3 ножевого выступа 4 с входной 5 и выходной 6 окружными кромками рабочей кольцевой поверхности 1 диска ротора (на рабочей поверхности 2 диска статора раскладка окружных усилий условно не показана).

На фигурах 1 и 2 нанесены общие обозначения:

r - радиус входной окружной кромки 5 дисков;

R - радиус выходной окружной кромки 6 дисков;

окружной стрелкой показано направление вращения диска ротора;

затенена единичная межножевая канавка 7.

На фигуре 2 нанесены обозначения конструктивных элементов:

α - угол наклонения радиуса r (проведенного из центра О диска 1 ротора в точку А пересечения режущей кромки 3 единичного ножевого выступа 4 с входной окружной кромкой 5 диска) к касательной режущей кромки 3 в точке А (угол наклона радиуса на диске статора условно не показан);

β - угол наклона радиуса R (проведенного из центра О диска ротора в точку В пересечения режущей кромки 3 единичного ножевого выступа 4 с выходной окружной кромкой 6 диска ротора) к касательной режущей кромки 3 в точке В;

t - шаг между режущими кромками 3 ножевых выступов 4;

S - толщина ножевых выступов 4;

р - ширина межножевых канавок 7.

Размалывающая гарнитура включает роторный и статорный диски, на рабочих поверхностях 1 и 2 которых равномерно распределены криволинейные ножевые выступы 4 и межножевые канавки 7.

В отличие от известных решений в предлагаемом решении угол наклона α_X (радиуса r_X к касательной ) режущей кромки 3 в любой ее точке А_X, от входной окружной кромки 5, до выходной 6, постоянен и находится в диапазоне 68°…88°, т.е. α_X=68°…88° (обозначения α_X, r_X, и А_X на фигурах 1 и 2 условно не показаны).

За счет этого с учетом раскладки окружных усилий и на входной 5 и выходной 6 окружных кромках (см. фиг. 2, выносной элемент I) для точек А и В можно считать справедливыми следующие равенства:

После подстановки равенства 2 в равенство 1 получим

Разделив левые и правые части равенства 3 на левые и правые части равенства 2, получим

Из равенства 4 следует, что, в отличие от известных решений, в предлагаемом решении касательные составляющие значительно превышают нормальные составляющие окружных усилий , развивающихся в точках А (В), расположенных на входной 5 и выходной 6 окружных кромках.

С учетом постоянства величины угла наклона α_X (касательных режущих кромок 3 ножевых выступов 4 к радиусу r_X), это значит, что на полуфабрикат (находящийся в области скрещивания режущих кромок 3 ножевых выступов 4, сопряженных рабочих ножевых поверхностей 7 и 2 дисков ротора и статора) оказывается преимущественно сдвиговое воздействие, создающее весомые предпосылки для фибриллирующего и расчесывающего эффектов.

Размалывающая гарнитура работает следующим образом. В рабочем положении крутящий момент передается от ведомого вала привода посаженной на него ступице диска ротора. Вторичный волокнистый материал, в виде суспензии, под давлением, поступает через входную окружную кромку 5 диска статора в размалывающую полость (на фиг. 1 и 2 условно не показана), где распределяется по межножевым канавкам 7 и (под действием перепада давления на входе и выходе центробежной силы) устремляется от входной окружной кромки 5, через кольцевую размалывающую полость в сторону выходной окружной кромки 6.

При этом, в отличие от известных решений, в предлагаемом решении волокнистый материал в течение одного прохода:

- не ускоряется, т.е. втягивается в кольцевую размалывающую полость с той же скоростью, что и на периферии за счет постоянства угла наклона касательной к радиусу;

- проходит через кольцевую размалывающую полость более длинный путь за увеличенное время (см. на фиг. 1, 2 затененную межножевую канавку 7);

- неоднократно попадает в межножевой зазор, где подвергается более мягкому воздействию (с превышением значения доли касательной составляющей окружного усилия над значением доли нормальной составляющей ) за счет того, что угол наклона режущей кромки в любой ее точке постоянен и находится в оптимальном диапазоне 68°…88°;

- в процессе прохождения кольцевой размалывающей полости неоднократно подвергается удельному давлению в зоне скрещивания ножевых выступов ротора и статора.

Прошедший обработку волокнистый полуфабрикат направляется на следующую стадию технологического процесса.

Использование предлагаемой размалывающей гарнитуры позволит повысить качество размола за счет сохранения природной длины волокна.

Сохранение природной длины волокна обеспечивается путем:

- увеличения абсолютной протяженности режущих кромок криволинейных ножевых выступов, что повышает время прохождения волокнистым полуфабрикатом кольцевой размалывающей зоны и, как следствие этого, интенсифицирует силовое воздействие на волокнистый полуфабрикат за один проход зоны сопряжения режущих кромок и увеличивает производительность;

- обеспечения превышения доли касательной составляющей окружного усилия над долей нормальной составляющей, что создает предпосылки для снижения удельного давления в зоне скрещивания режущих кромок ножевых выступов ротора и статора с одновременным снижением удельных энергозатрат;

- создания условий для преобладания доли фибриллирующего и расчесывающего эффектов над режущим и рубящим.