ЦЕНТРОБЕЖНАЯ МЕЛЬНИЦА Российский патент 1994 года по МПК B02C15/08 

Изобретение относится к устройствам для измельчения твердых материалов и может найти применение в строительной, химической и горной промышленностях.

Известна барабанная мельница, содержащая цилиндрический корпус, наполненный мелющими телами в виде шаров, загрузочный и разгрузочный патрубки. Процесс измельчения исходного продукта в ней осуществляется за счет его перетирания движущимися (перекатывающимися и падающими) шарами при вращении корпуса.

Недостатком аналога является низкая эффективность измельчения продукта вследствие малой динамики движения мелющих тел, развиваемой в этом устройстве. Увеличить динамику движения мелющих тел в данной мельнице нельзя, т. к. при повышении скорости вращения корпуса шары, находящиеся в нем, прижимаются к последнему, отчего процесс измельчения в рабочей камере устройства практически прекращается.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является центробежная мельница, содержащая вертикальный цилиндрический корпус с загрузочным и выгрузочным патрубками, соосно установленный в корпусе ротор с сепаратором и размещенные в последнем мелющие тела в форме шаров. Процесс измельчения в данной мельнице осуществляется за счет движения мелющих тел по футеровке корпуса и разрушения при этом исходного продукта, находящегося в зоне контакта мелющих тел с корпусом.

Недостатком прототипа является низкая долговечность и эффективность его работы вследствие повышенных удельных силовых нагрузок на мелющие тела, выполненные в форме шаров, в зонах контакта с корпусом и сепаратором ротора и малой площади зоны измельчения. Кроме того, в данной мельнице недостаточно развита динамика движения мелющих тел в рабочей камере, что также снижает долговечность и эффективность работы мельницы.

Цель изобретения - увеличения долговечности работы и повышение эффективности измельчения устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в мельнице, содержащей вертикальный цилиндрический корпус с загрузочным и выгрузочным патрубками, соосно установленный в корпусе ротор с сепаратором и размещенные в последнем мелющие тела, сепаратор выполнен с глухими радиальными каналами, а мелющие тела размещены в каналах и выполнены в виде цилиндров, оси которых параллельны оси ротора, при этом мелющие тела выполнены со смещенным центром тяжести относительно их осей.

Выполнение рабочих тел в виде цилиндров и установка их в радиальных каналах сепаратора ротора параллельно его оси позволяют в несколько раз снизить удельное давление мелющих тел в наиболее изнашиваемой области конструкции мельницы при ее работе, а именно: в области контакта мелющих тел с боковыми стенками радиальных каналов. Это достигается тем, что цилиндрические мелющие тела контактируют с боковыми стенками радиальных каналов по линии, в то время как этот контакт мелющих шаров в прототипе является точечным. Если сравнить точечный контакт с контактом по линии, то удельные нагрузки на боковые стенки радиальных каналов при равных диаметрах мелющих тел в указанной интенсивно изнашиваемой зоне в предложенной конструкции в 2-5 раз будут меньше, нежели в прототипе. Это резко снижает износ конструкции и существенно повышает долговечность работы предложенной мельницы. Кроме того, размещение мелющих цилиндров параллельно оси ротора обеспечивает равномерный износ поверхности мелющих тел, в то время как износ мелющих тел - шаров в прототипе носит хаотический характер. Это приводит к преждевременной выбраковке мелющих тел в прототипе раньше допустимого их износа. В целом срок службы предложенной мельницы по данным экспериментальных исследований по сравнению с прототипом повышается на 20-35% и более.

С другой стороны, выполнение мелющих тел в виде цилиндров со смещенным центром тяжести относительно их оси обеспечивает создание в рабочей камере предложенной мельницы переменной по величине силовой нагрузки мелющих тел на измельчаемый продукт. В результате измельчаемый продукт помимо обычного разрушения раздавливанием и сминанием, в отличие от прототипа, подвергается дополнительному высокоэффективному усталостному разрушению, которое, как известно, возникает при многократно изменяющемся силовом воздействии на твердые тела и реализуется в предложенной мельнице. Кроме того, наличие эксцентриситета центра тяжести мелющих тел относительно оси их вращения существенно улучшает процесс качения мелющих тел без проскальзывания во внутренней поверхности футерованного корпуса, по сравнению с прототипом. Наличие эксцентриситета центра тяжести существенно увеличивает момент инерции вращения мелющего тела при качении, т.е. улучшает динамику его движения, тем самым существенно снижая проскальзывание мелющего тела относительно корпуса. В результате при улучшении процесса качения мелющих тел в рабочей камере в предложенной мельнице возрастает доля наиболее эффективного (т. е. менее энергоемкого) процесса разрушения исходного продукта методом раздавливания при прокатывании по продукту рабочих тел. При раздавливании же материала с преобладанием одноосного сжатия, как известно, материал разрушается с наименьшими энергетическими затратами. При работе мельницы-прототипа из-за ухудшения условий динамики качения мелющих тел в ее рабочей камере доля процесса разрушения исходного продукта раздавливанием значительно снижена. Это существенно снижает эффективность работы мельницы из-за повышенной энергоемкости процессов измельчения, реализуемых в устройстве-прототипе. При этом срок службы предложенного устройства по данным эксперимента увеличивается в 1,2-1,35 раза и более.

Следует отметить и тот факт, что улучшение условий качения мелющих тел по корпусу в предложенной мельнице существенно снижает истирание (т.е. износ) как мелющих тел, так и футерованной поверхности корпуса. Это существенно (на 20-30% и более) повышает срок службы (т.е. долговечность работы) предложенного устройства.

На фиг. 1 показан продольный разрез мельницы; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - узел I на фиг.1.

Мельница содержит цилиндрический корпус 1 с футерованной внутренней поверхностью, в котором соосно расположен на валу 2 вертикальный цилиндрический ротор с сепаратором, выполненный в виде пакета дисков 3-7, закрепленных на валу 2, и снабженный мелющими телами в виде цилиндров 8. Мельница имеет загрузочный патрубок 9 и выгрузочный патрубок 10. Цилиндры 8 в сепараторе ротора размещены в глухих радиальных каналах 11, выполненных со стороны наружной цилиндрической поверхности ротора, т.е. боковой поверхности цилиндрических дисков 3-7. При этом глухие радиальные каналы 11 сепаратора в мельнице выполнены в виде кольцевых канавок на боковой цилиндрической поверхности ротора, перекрытых по всей длине ротора продольными радиальными пластинами 12, скрепленными с ротором. Оси цилиндров 8 в сепараторе сориентированы параллельно оси ротора, а сами мелющие тела - цилиндры 8 выполнены со смещенным центром тяжести О относительно их оси (фиг.3), например, путем изготовления данных цилиндров из нескольких материалов разной плотности.

Работает мельница следующим образом.

При вращении ротора на валу 2 мелющие тела - цилиндры 8 под действием центробежных сил движутся из сепаратора к периферии корпуса 1. Коснувшись футерованной поверхности корпуса 1, цилиндры 8 с силой прижимаются к последней и начинают перемещаться по ее поверхности вместе с ротором, не выходя за пределы радиальных каналов 8. После запуска мельницы внутрь корпуса 1 по загрузочному патрубку 9 непрерывно подается текучий исходный продукт, например сыпучий, порошкообразный или в виде грубодисперсной пульпы. Двигаясь в пространстве, ограниченном внутренней поверхностью корпуса 1 и цилиндрической поверхностью ротора (т.е. цилиндрическими поверхностями и дисков 3-7), от загрузочного патрубка 9 к выгрузочному патрубку 10, исходный продукт измельчается. Процесс измельчения осуществляется за счет разрушения твердых частиц исходного продукта при контакте рабочих цилиндров 8 с внутренней футерованной поверхностью корпуса 1, когда частицы оказываются в зоне этого контакта. При этом, с одной стороны, твердые частицы раздавливаются за счет одноосного сжатия цилиндрами 8 при прокатывании их по внутренней футерованной поверхности корпуса 1 и "сминаются" за счет некоторого "проскальзывания" данных цилиндров по поверхности корпуса, с другой. Измельченный продукт отводится из корпуса 1 мельницы по выгрузочному патрубку 10. При вращении ротора мелющие цилиндры 8 приводятся в движение за счет непрерывного толкания их продольными радиальными пластинами 12. Зона контакта мелющих тел с пластинами 12 при работе аналогичных конструкций мельниц подвергается наиболее интенсивному износу этих контактирующих деталей вследствие наличия непрерывного трения скольжения между ними. Однако в предложенной конструкции мельницы зона контакта мелющих тел с боковыми стенками радиальных каналов сепаратора ротора (в заявленном устройстве эту функцию выполняют продольные радиальные пластины 12) осуществляется по линии, в то время как указанная зона контакта в известных мельницах является точечной. Отсюда при одинаковых диаметрах мелющих тел предложенная форма мелющих тел в виде цилиндров и соответствующая их ориентировка относительно оси ротора позволяют существенно, в 2-5 раз, снизить удельные нагрузки мелющих тел на сепаратор ротора, по сравнению с прототипом, за счет многократного увеличения площади контакта мелющих тел с сепаратором ротора. Кроме того, форма мелющих тел в виде цилиндров и их определенная ориентация в сепараторе ротора исключают хаотический неуправляемый износ рабочих тел, который имеет место в прототипе, снабженном мелющими телами в форме шаров. Заявленные отличительные признаки позволяют повысить долговечность работы мельницы на 20-35% и более по сравнению с прототипом.

Выполнение мелющих цилиндров 8 со смещенным центром тяжести О (фиг.3) при работе предложенного устройства обеспечивает создание переменной нагрузки мелющих тел на измельчаемый продукт в рабочей камере, существенно улучшает динамику, т.е. условия качения мелющих цилиндров 8 по внутренней футерованной поверхности корпуса 1. Так, создание переменной нагрузки мелющих цилиндров 8 в рабочей камере предложенного устройства обеспечивает возникновение в ней дополнительного эффективного усталостного разрушения материалов. Наличие эксцентриситета центра тяжести О позволяет также увеличить момент инерции при вращении мелющих цилиндров и тем самым уменьшить их проскальзывание относительно корпуса 1 при качении по нему. Такое улучшение условий качения мелющих тел в предложенном устройстве позволяет существенно повысить долю процесса измельчения исходного продукта методом раздавливания, т. е. долю его разрушения при одноосном сжатии, и снизить долю более энергоемкого процесса разрушения сминанием, которое преобладает в общем процессе измельчения в мельнице-прототипе. Наличие усталостного разрушения и увеличение роли измельчения методом разрушения материала при одноосном сжатии позволяют повысить эффективность предложенной мельницы на 25-40% по сравнению с прототипом.

Наконец, улучшение динамики движения мелющих тел, т.е. улучшение условий качения за счет смещения центра тяжести мелющих цилиндров 8 относительно их оси, позволяет значительно снизить трение скольжения мелющих тел о футерованную поверхность корпуса 1. В результате существенно, на 20-35%, увеличивается срок службы предложенной мельницы за счет значительного уменьшения износа как мелющих тел, так и футеровки корпуса без снижения (наоборот, с повышением) эффективности работы данного устройства.

Предложенная мельница обеспечивает многократное, в 5-20 раз и более, увеличение дисперсности готового продукта и имеет на 40-70% повышенную производительность за счет значительного увеличения площади зоны измельчения в рабочей камере. Последнее достигается за счет того, что зоны измельчения в предложенной мельнице при наличии мелющих цилиндров имеют форму кольцеобразных полос значительной ширины, а в прототипе эти зоны измельчения мелющими шарами формируются в виде кольцеобразных линий сравнительно малой ширины. Это существенно расширяет область применения предложенной мельницы как при сухом, так и при мокром измельчении.

Использование: измельчение твердых материалов. Сущность изобретения: в корпусе 1 соосно установлен ротор с сепаратором с глухими радиальными каналами, в которых размещены мелющие тела в виде цилиндров 8, оси которых параллельны оси ротора. Мелющие тела выполнены со смещенным центром тяжести относительно их осей. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. ЦЕНТРОБЕЖНАЯ МЕЛЬНИЦА, содержащая вертикальный цилиндрический корпус с загрузочным и выгрузочным патрубками, соосно установленный в корпусе ротор с сепаратором и размещенные в последнем мелющие тела, отличающаяся тем, что, с целью увеличения долговечности и эффективности работы мельницы, сепаратор выполнен с глухими радиальными каналами, а мелющие тела размещены в каналах и выполнены в виде цилиндров, оси которых параллельны оси ротора. 2. Мельница по п.1, отличающаяся тем, что, с целью повышения долговечности мельницы и эффективности измельчения, мелющие тела выполнены со смещенным центром тяжести относительно их осей.