ЦЕНТРОБЕЖНАЯ МЕЛЬНИЦА Российский патент 1995 года по МПК B02C15/08 

Изобретение относится к средствам для измельчения и механической активации твердых веществ, а конкретно к центробежным мельницам.

Известно устройство для механической обработки смеси, в частности твердого вещества и жидкости [1], содержащее неподвижный резервуар, который снабжен, по меньшей мере, отверстием для отвода смеси из резервуара или ввода в него, а также установленный в резервуаре с возможностью вращения полый корпус (ротор). Устройство отличается тем, что полый корпус (ротор) имеет отверстия для ввода или выпуска смеси из него. В резервуаре расположено приспособление для создания циркулирующего в нем потока смеси, проходящего через полый корпус (ротор) в основном и осевом направлениях.

Данное устройство не предназначено для измельчения и механической активации веществ в условиях ударного воздействия шаров. Между тем принцип циркуляции смеси может быть заимствован и использован в центробежной мельнице с шарами.

Известна также центробежная мельница [2], содержащая корпус и ротор, выполненные ступенчатыми в виде усеченных конусов с параллельными образующими на каждой ступени и установленные с возможностью вращения в противоположные стороны, при этом в корпусе выполнены продольные ребра, а в роторе - продольные пазы с шарами, диаметр которых уменьшается, а количество увеличивается в направлении движения материала.

Центробежная мельница работает следующим образом.

Исходное вещество поступает сверху на первую ступень измельчения с меньшими размерами конусов корпуса и ротора и шарами большего диаметра. В процессе работы мельницы шары, взаимодействуя с ребрами корпуса, приводятся в виброударное движение и за счет этого измельчают материал. Под действием центробежных сил материал отжимается к внутренней конусной поверхности корпуса и, перемещаясь вдоль нее вниз, поступает на следующую ступень измельчения с большими размерами конусов корпуса и ротора и шарами меньшего диаметра. При этом, так как количество шаров больше, выше их скорости, процесс измельчения протекает на этой ступени более интенсивно. Измельченный материал выгружается вниз мельницы через кольцевое отверстие между корпусом и ротором.

Недостатком данной мельницы является необходимость в малой высоте ребер корпуса и в большем угле наклона пазов ротора в сторону его вращения. Иначе не исключается заклинивание шара при одновременном его контакте с боковой поверхностью паза и корпусом во впадине между ребрами.

Заклинивание шаров в пусковом режиме работы мельницы может приводить к полной остановке ротора. Иначе проявляется эффект заклинивания в стационарном режиме, когда внезапная и полная остановка ротора вместе со звеньями привода мельницы исключена за счет инерции их вращения как тел с большими маховыми моментами. При этом результаты эпизодических и кратковременных заклиниваний - пиковые ударные нагрузки на шары, корпус, ротор и локальное их разрушение с образованием трещин и очагов выкрашивания материала. Это препятствует выполнению шаров, корпуса и ротора из твердых, износостойких, но хрупких материалов, например из керамики.

Вероятность и соответствующая частота заклинивания шаров существенно возрастает с увеличением диаметров корпуса и ротора относительно диаметра шара, а применение мелких шаров рационально (см., например Малые размольные тела более эффективны. Kleine Mahekorper Sind effektiver//Chem. Ind.- 1991 - 114, N 4 - с.65, - Нем.). Суть в том, что к заклиниванию шаров приводят абсолютные ошибки в размерах ребер и пазов, а эти ошибки растут с увеличением размеров мельницы в целом. Эффект заклинивания развивается при износе шаров, корпуса и ротора. При малой высоте ребер корпуса, что способствует снижению вероятности заклинивания шаров, низкие ударные импульсы шаров, а как следствие - недостаточная эффективность измельчения. Кроме того, ребра обильно покрываются веществом, поскольку ротор отжимает вещество в сторону корпуса. В связи с этим ребра малой высоты находятся под слоем вещества, не контактируя с шарами и не возбуждая их виброударное движение. Ребра корпуса быстро теряют свое функциональное назначение в процессе износа. При большом угле наклона пазов ротора в сторону его вращения, что также способствует снижению вероятности заклинивания шаров, ударные импульсы шаров тоже низкие. Кроме того, шары ударяются преимущественно по вершинам ребер, а во впадинах между ними, куда исходное вещество отжимается ротором, измельчение не происходит.

В основу изобретения положена задача создать центробежную мельницу, в которой снизилась бы вероятность заклинивания шаров, причем последствия заклинивания были бы незначительными при интенсивном виброударном движении и повсеместном воздействии шаров на вещество, и все это, необходимое для надежности и долговечности конструкции, а также для процесса измельчения и механической активации веществ с достаточной эффективностью, достичь путем усовершенствования центробежной мельницы.

Поставленная задача решается тем, что в центробежной мельнице, содержащей выполненные в виде усеченных конусов корпус и ротор с образованными на его боковой поверхности продольными пазами и шары, согласно изобретению конусности корпуса и ротора обратно направлены, ротор выполнен с имеющей днище полостью, боковые поверхности пазов выполнены с поперечными ребрами, а в роторе образованы отверстия, сообщающие его полость с пазами.

Признаки, дополняющие центробежную мельницу, куда входят полость ротора, у которого конусность обратно направлена, и днище, в совокупности с отверстиями обеспечивают циркуляцию шаров через отверстия, полость ротора и пазы в продольном направлении. При этом для возбуждения интенсивного виброударного движения шаров достаточно поперечных ребер на боковых поверхностях пазов ротора, предлагаемых взамен продольных ребер корпуса. Вещество, покрывающее гладкий корпус, подвергается воздействию шаров повсеместно, а размещение в пазах ротора в сочетании с гладким корпусом исключает заклинивание шаров между корпусом и ротором. При этом может быть малым и равным нулю угол наклона пазов ротора в сторону его вращения, что не ограничивает величину ударных импульсов шаров по корпусу. Целесообразно также, чтобы ширина и глубина пазов ротора увеличивалась в направлении снизу вверх. Целесообразно также, чтобы поперечные ребра на противоположных поверхностях каждого паза располагались со смещением в направлении снизу вверх на половину величины шага расположения ребер на одной боковой поверхности. Такое исполнение пазов и поперечных ребер снижает вероятность заклинивания шаров внутри паза, поскольку шары перемещаются вдоль паза преимущественно снизу вверх, следуя из узкого пространства в более широкое. Целесообразно также, чтобы полость ротора сообщалась с каждым пазом посредством двух и более отверстий.

Циркуляцией шаров через несколько отверстий внутри одного паза устраняется стационарность в потоке шаров вдоль паза, что способствует повсеместной обработке вещества. При этом ребра изнашиваются равномерно и продолжительное время сохраняют свое функциональное назначение. Кроме того, дополнительные отверстия, выполненные на различном расстоянии от днища, снижают интенсивность воздушных потоков снизу вверх, которые образуются за счет вращения ротора и могут быть способными к выносу вещества из зазора между корпусом и ротором в полость ротора.

Циркуляция шаров через множество отверстий внутри одного паза и наличие поперечных ребер могут приводить к эпизодическим заклиниваниям шаров в пазах ротора. Однако ударные нагрузки на шары, ротор и корпус в таких случаях низкие, поскольку практически не возникает препятствий к вращению ротора и звеньев привода как тел с большими маховыми моментами. Целесообразно также, чтобы на верхнем торце ротора были бы выполнены радиально расположенные ребра.

Посредством этих ребер встряхивается массив шаров при переходе из пазов в полость ротора. Таким образом предусмотрена очистка шаров от вещества с возвратом частиц вещества в рабочее пространство мельницы. Кроме того, в условиях встряхивания массива шаров, расположенных над ротором, предварительно дробятся крупные частицы исходного вещества.

На фиг.1 изображена центробежная мельница, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Центробежная мельница содержит корпус 1 и ротор 2, выполненные в виде усеченных обратных конусов. Ротор 2 имеет полость 3 с днищем 4 и смонтирован на валу 5. Со стороны внешней боковой поверхности ротора 2 в нем выполнены продольные пазы 6 с шарами 7. Боковые поверхности пазов 6 ортогональны к поверхности корпуса и снабжены поперечными ребрами 8, а внутри пазов 6 выполнены в роторе два кольцевых ряда отверстий 9 и 10, сообщающих пазы с полостью 3. На верхнем торце ротора 2 выполнены радиально расположенные ребра 11, а между ребрами 11 и крышкой 12 предусмотрено кольцевое пространство 15. Мельница имеет входной 13 и разгрузочный 14 патрубки.

Центробежная мельница работает следующим образом.

Исходное вещество поступает сверху через патрубок 13 в кольцевое пространство 15, далее - в зазор между ротором 2 и корпусом 1, где оно скользит вниз по корпусу 1 и готовый продукт удаляется через патрубок 14. При вращении ротора 2 шары 7, которые в данный момент времени заполняют пазы 6 ротора 2, перемещаются снизу вверх по спирали. Взаимодействуя при этом с ребрами 8, шары 7 приводятся в вибpоударное движение между стенками пазов 6 и корпусом 1. Вещество, покрывающее гладкий корпус 1, подвергается воздействию шаров 7 повсеместно, а размещение шаров 7 в пазах 6 ротора 2 в сочетании с гладким корпусом 1 исключает заклинивание шаров 7 между корпусом 1 и ротором 2. Возможны только эпизодические заклинивания шаров 7 внутри пазов 6. Однако ударные нагрузки на шары 7, ротор 2 и корпус 1 в таких случаях низкие, поскольку практически не возникает препятствий к вращению ротора 2 и звеньев привода как тел с большими маховыми моментами.

На вероятность заклинивания шаров 7 внутри пазов 6 не влияет угол наклона пазов 6 в сторону вращения ротора 2. Этот угол может быть малым и в конкретном варианте осуществления изобретения он равен нулю, что не ограничивает величины ударных импульсов шаров 7 по корпусу 1.

Вероятность заклинивания шаров 7 внутри паза 6 снижается за счет увеличения ширины и глубины паза 6 в направлении снизу вверх, а также за счет смещения поперечных ребер 8 в том же направлении на половину шага, (см.фиг. 1). Происходит это потому, что шары 7, перемещаясь вдоль паза 6 преимущественно снизу вверх, следуют из узкого пространства в более широкое. Только при отдельных ударах о ребра 8 шары 7 могут отскакивать вниз на небольшие расстояния. При выходе из пазов 6 в пространство 15 шары 7 сосредотачиваются в кольцевой массив, размеры которого сохраняются за счет вращения его вокруг оси ротора 2 несмотря на некоторое отставание от ротора 2 из-за сил трения шаров 7 по поверхности крышки 12. Вращению кольцевого массива шаров 7 в пространстве 15 способствует инерция шаров 7, непрерывно поступающих сюда из пазов 6, и радиальные ребра 11 на торце ротора 2. Ребра 11 вместе с тем встряхивают кольцевой массив шаров 7, очищая их от мелких частиц вещества, которые под действием центробежных сил возвращаются в сторону корпуса 1 и падают в пазы 6 или в зазор между корпусом 1 и ротором 2. Вследствие вибраций шаров 7 от действия ребер 11 предварительно измельчаются крупные частицы исходного вещества, поступающие вовнутрь кольцевого массива шаров 7 через входной патрубок 13. По мере поступления в кольцевой массив, образованный в пространстве 15, новых шаров 7 вытесненные из него лишние шары сваливаются под собственным весом в полость 3 ротора 2 и в режиме качения по внутренней поверхности ротора 2 перемещаются по спирали сверху вниз. Если на пути такого качения конкретного шара 7 встречается одно из отверстий 9 верхнего ряда, то шар через это отверстие вновь попадает в паз 6 ротора 2. При этом он вклинивается в поток других шаров 7, совершающих движение по пазу 6 вверх, и нарушает стационарность потока. В другом случае, когда на пути качения по внутренней поверхности ротора 2 шар 7 не встречается с отверстием 9 верхнего ряда, то происходит возврат шара 7 в паз 6 через отверстие 10 нижнего ряда.

В связи с тем, что одновременной циркуляцией шаров 7 через отверстия 9 и 10 нарушается стационарность их потоков вдоль пазов 6, то происходят удары шаров 7 по вершинам, а также по впадинам между ребрами 8. При этом частицы вещества, способные в условиях центробежных сил удерживаться во впадинах между ребрами 8 за счет адгезии, подвергаются измельчению и механической активации или по меньшей мере, впадины между ребрами 8 при действии шаров 7 очищаются от вещества. Повсеместные взаимодействия шаров 7 с ребрами 8, кроме того, способствуют их равномерному износу и повышению долговечности.

При множестве отверстий 9 и 10, выполненных на различном расстоянии от днища 4, снижается интенсивность воздушных потоков, которые создаются в пространстве между ротором 2 и корпусом 1 за счет вращения ротора. Дополнительное снижение интенсивности указанных потоков обеспечивается кольцевым массивом шаров 7 в пространстве 15. В результате исключен вынос частиц вещества из зазора между ротором 2 и корпусом 1 через пространство 15 в полость 3 ротора 2, где измельчение вещества не предусмотрено.

Предлагаемое изобретение может применяться в технологических линиях, связанных с процессами измельчения и механической активации твердых материалов, в автоматизированных комплексах по рудоподготовке, в подготовке измельченных веществ для экспресс-анализов, для получения веществ с новыми свойствами.

Использование: измельчение материалов и может применяться в технологических линиях, связанных с процессами измельчения и механической активации твердых веществ, в автоматизированных комплексах по рудоподготовке, в подготовке измельченных веществ для экспресс-анализов и т. п. Сущность изобретения: мельница содержит неподвижный корпус 1 и ротор 2, выполненные в виде усеченных конусов. На боковой поверхности ротора образованы продольные пазы 6 с шарами 7. Конусности корпуса и ротора обратно направлены, ротор выполнен с имеющей днище 4 полостью 3, а боковые поверхности пазов 6 выполнены с поперечными ребрами 8. В роторе образованы отверстия 9 и 10, сообщающие его с пазами 6, поэтому шары 7 циркулируют через рабочее пространство и полость ротора,. Пазы 6 ротора 2 уширены в направлении движения шаров 7, что способствует очистке шаров от вещества при выходе из рабочего пространства и предотвращению заклинивания шаров. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ЦЕНТРОБЕЖНАЯ МЕЛЬНИЦА, содержащая выполненные в виде усеченных конусов корпус и ротор с образованными на его боковой поверхности продольными пазами и шары, отличающаяся тем, что конусности корпуса и ротора обратно направлены, ротор выполнен с имеющей днище полостью, боковые поверхности пазов выполнены с поперечными ребрами, а в роторе образованы отверстия, сообщающие его полость с пазами. 2. Мельница по п.1, отличающаяся тем, что ширина и глубина пазов ротора увеличиваются в направлении снизу вверх. 3. Мельница по п.1, отличающаяся тем, что поперечные ребра на противоположных поверхностях каждого паза расположены со смещением в направлении снизу вверх на половину величины шага расположения ребер на одной боковой поверхности. 4. Мельница по п.1, отличающаяся тем, что полость ротора сообщена с каждым пазом посредством двух и более отверстий. 5. Мельница по п.1, отличающаяся тем, что на верхнем торце ротора выполнены радиально расположенные ребра.