РОТОРНАЯ ДРОБИЛКА Российский патент 1997 года по МПК B02C13/16 

Предлагаемая дробилка относится к устройствам для измельчения материалов средней твердости, таких как уголь, известняк, глина и т.п. и может быть использована в строительной, горно-рудной, металлургической, пищевой и других отраслях промышленности.

В настоящее время имеется довольно большое количество типов дробильно-размольного оборудования, однако наиболее эффективными являются дробилки ударного типа роторные и молотковые [1] имеющие наибольшие из известных дробилок производительность и степень измельчения при наименьших металлоемкости и удельном расходе энергии.

Основным элементом дробилок ударного типа является корпус, в котором расположен ротор, состоящий из одного или нескольких дисков с ударными элементами. Ударные элементы могут быть или жестко закреплены на диске (била у роторных дробилок), или шарнирно (молотки у молотковых дробилок и мельниц).

Сравнительными характеристиками любого дробильного оборудования являются удельная мощность N_уд. (квт/т), удельная масса дробилки М_уд.(кг/т) и степень измельчения i d_мах/d_изм, где d_мах максимальный размер (приведенный диаметр) пуска материала на входе в дробилку, d_изм то же на выходе из дробилки.

Наиболее совершенные роторные дробилки ведущих зарубежных фирм имеют следующие технические характеристики, приведенные в таблице [2]
Как видно, максимальная степень измельчения роторных дробилок ведущих зарубежных фирм не превосходит i 50, что является существенным недостатком. Показатели отечественных роторных дробилок не превосходят приведенных зарубежных образцов.

Недостатком всех существующих дробилок ударного типа является невысокая эффективность процесса дробления вследствие относительно низкой степени измельчения материала, недостаточной надежности агрегата и слабости систем пылеулавливания.

По причине недостаточно высокой степени измельчения i, затруднена возможность тонкого измельчения материалов в одном агрегате (т.е. одноступенчато) и требуется многоступенчатое измельчение, что приводит к резкому увеличению затрат энергии и металлоемкости агрегата.

Так, например, в настоящее время для дробления кусков материала (например, глины) с 300 мм до 2-3 мм (т.е. i=100-150), необходимо двухступенчатое дробление: предварительное в щековой или валковой дробилке (с 300 до 45-50 мм) и окончательное в роторной (с 50 до 2-3 мм).

Кроме того, в корпусе любой роторной дробилки при работе создаются сильные вихревые потоки воздуха, выносящие частицы пыли из дробилки, и при слабости системы обеспыливания ухудшаются условия работы обслуживающего персонала.

Известна дробилка [3] в которой для уменьшения запыленности путем ослабления вихревых потоков в корпусе использованы лопасти пропеллерного типа, создающие направленный вниз поток, что действительно уменьшает выброс пыли вверх, через загрузочный патрубок, однако усиливает запыленность со стороны разгрузочного патрубка, так как в данной дробилке отсутствует система отделения воздуха от размолотого материала.

Известна также роторная мельница [4] в корпусе которой находится вертикальный вал с ротором, выполненным в виде набора 3-х дисков с билами, однако данная конструкция не позволяет достичь высокой степени измельчения из-за того, что диски ротора установлены без возможности их встречного вращения, и, следовательно, существенно уменьшаются усилия, действующие на материал при сходе с одного диска на другой. Кроме того, в данной мельнице также не решен вопрос обеспыливания при выходе размолотого продукта из разгрузочного патрубка.

Наиболее близкой к предлагаемой является молотковая дробилка [5] содержащая цилиндрический корпус со стенкой и днищем, в котором на вертикальном валу расположены диски основного ротора с ударными лопастями и соосно с ними с возможностью встречного вращения диски дополнительного ротора, загрузочный и разгрузочный патрубки. Дробилка имеет два независимых привода - для вращения дисков ротора и для встречного вращения дисков дополнительного ротора, что значительно усложняет и утяжеляет конструкцию и делает ее менее надежной.

В данной конструкции сделана попытка повысить эффективность дробления путем увеличения относительной скорости вращения роторов, однако это имеет место только в зазоре между нижним диском дополнительного и верхним диском основного роторов, что недостаточно. Для повышения эффективности процесса дробления в этой дробилке приходится увеличивать количество ярусов дисков основного и дополнительного роторов, что ведет к увеличению габаритов дробилки.

Данная дробилка не обеспечивает потребителю равномерную гранулометрическую характеристику готового продукта, так как в ней отсутствуют какие-либо сортирующие устройства или решетки, и максимальный размер частиц в готовом продукте практически не ограничен, что также снижает эффективность дробления.

Кроме того, при работе дробилки через верхний загрузочный и нижний разгрузочный патрубки будет выбрасываться с воздухом пылевидная фракция измельчаемого материала, что значительно ухудшает санитарные условия работы обслуживающего персонала и приведет к потере продукта.

Цель предлагаемого изобретения повышение эффективности процесса дробления путем повышения степени измельчения материала надежности агрегата и создания оригинальной и компактной системы отделения воздуха от готового материала.

Поставленная цель достигается тем, что в роторной дробилке, содержащей цилиндрический корпус со стенкой и днищем, в котором на вертикальном валу жестко закреплены диски основного ротора, соосно с которыми и с возможностью встречного вращения установлены диски дополнительного ротора с ударными лопастями пропеллерного типа, загрузочный и разгрузочные патрубки, причем диски дополнительного ротора, по меньшей мере один, расположены между дисками основного ротора и попарно связаны с последними дифференциалами, конические зубчатые колеса которых закреплены на дисках, а планетные шестерни (сателлиты) на горизонтальных осях, жестко укрепленных в стенке корпуса, нижняя часть которой снабжена перфорацией, при этом лопасти верхнего диска связаны между собой кольцевыми накладками с установленными на последних под углом 45-60^o к плоскости диска ударными штырями, а нижний диск снабжен поддоном с отбойниками и радиальными лопатками, высота которых равна высоте перфорированной части стенки корпуса, причем отбойники расположены с внутренней стороны стенки корпуса и жестко связаны с лопастями нижнего диска, а радиальные лопатки на периферии поддона с наружной стороны стенки корпуса, которая связана в нижней части с днищем радиальными кницами, а кольцевая воздушная полость над кницами, ограниченная наружной стенкой корпуса и верхней частью загрузочного патрубка, по периферии закрыта фильтрующей тканью, натянутой в виде цилиндрической обечайки между загрузочным патрубком и днищем.

На фиг. 1 изображена предлагаемая роторная дробилка, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А -А на фиг.1.

Дробилка содержит цилиндрический корпус, состоящий из цилиндрической стенки 1 и днища 2, связанных между собой несколькими кницами 3. В корпусе на вертикальном валу 4 жестко (например, на шпонках) закреплены диски 5 и 6 основного ротора с ударными лопастями (билами) 7 пропеллерного типа. Между дисками 5 и 6 основного ротора на валу 4 свободно установлен диск 8 с ударными лопастями пропеллерного типа 9, образующий дополнительный ротор. Диски 5 и 8 связаны между собой дифференциалом, конические зубчатые колеса которого 10 и 11 закреплены на этих дисках, а расположенные между ними планетные шестерни (сателлиты) 12 сидят на горизонтальных осях 13, жестко укрепленных в стенке корпуса 1, при этом колесо 10 является ведущим, а колесо 11 ведомым. Диск 8 дополнительного ротора свободно сидит на валу 4, например, с помощью радиально-упорного подшипника 14 и, будучи не связанным с валом 4, имеет возможность встречного вращения относительно дисков 5 и 6. Лопасти 7 верхнего диска 5 связаны между собой кольцевыми накладками 15 с приваренными к последним в местах пересечения с лопастями ударными штырями 16, наклоненными под углом 45-60^o к плоскости диска. Нижний диск 6 основного ротора имеет поддон 17 с отбойниками 18 и радиальными лопатками 19, расположенными соответственно с внутренней и наружной стороны стенки корпуса с зазором относительно нее 1-5 мм, в зависимости от требуемой тонины помола, высота которых равна высоте перфорированной нижней части стенки корпуса 1. Диаметр отверстий перфорации в зависимости от требуемого гранулометрического состава готового продукта составляет 1-5 мм. Отбойники 18 поддона 17 жестко связаны с концами лопастей 7 диска 6.

На валу 1 находится шкив 20, а сам вал вращается в подшипниках 21, закрепленных в днище 2 корпуса. В верхней части корпуса установлен конусообразный загрузочный патрубок 22, между ним и днищем натянута в виде цилиндрической обечайки фильтрующая ткань 23. Разгрузочные патрубки 24 снабжены шиберными затворами 25. Готовый продукт выгружается в одну из герметических емкостей 26, не входящих в состав дробилки.

Роторная дробилка работает следующим образом. Через шкив 20 вал 4 приводится во вращение. Вместе с валом приводится во вращение с той же скоростью и в том же направлении жестко связанные с ним диски 5 и 6 основного ротора с лопастями 7. Одновременно с той же скоростью, но в противоположном направлении начинает вращаться диск 8 с лопастями 9 дополнительного ротора, благодаря тому, что вращающий момент передается от вала 4 через конические зубчатое колесо 10 и планетную шестерню 12 коническому колесу 11 и соответственно жестко связанному с последним и свободно сидящему на валу 4 диску 8. Таким образом, скорость вращения диска 8 относительно дисков 5 и 6 равна 2n_в, где n скорость вращения вала 4.

При этом в предлагаемой дробилке используется только один привод, что упрощает конструкцию и повышает ее надежность.

Кусковой материал, подлежащий дроблению, через конический загрузочный патрубок 22 поступает на лопасти 7 верхнего диска 5 основного ротора. Под ударами вращающихся лопастей 7 куски дробятся, проходят вниз между дисками 5 и 8, где встречаются с ударными лопастями 9 диска 8 дополнительного ротора.

Благодаря тому, что диски 5 и 8 вращаются в разные стороны и относительная скорость их вращения равна 2n_в, (где n_в скорость вращения вала 4), то материал при встрече с лопастями 9 испытывает по крайней мере в 2 раза больше нагрузки, чем на лопастях 7 диска 5, что приводит к значительному повышению эффективности процесса дробления. То же самое происходит и при встрече материала с лопастями 7 нижнего диска 6, после схода материала лопастей 9. Пройдя таким образом несколько ярусов лопастей, соседние пары которых вращаются в противоположных направлениях, материал ссыпается на поддон 17, отбрасывается к периферии и попадает на нижнюю перфорированную часть стенки 1, где с помощью отбойников 18 осуществляется окончательный подмол материала путем протирания и продавливания его сквозь отверстия перфорации. Протертый откалиброванный, измельченный материал радиальными лопатками 19 отбрасывается в разгрузочный патрубок 24 и далее в сборную емкость 26. При этом целесообразно готовый продукт отводить по очереди (по мере наполнения) в одну из емкостей 26 путем открывания и закрывания шибера 25.

Лопасти всех дисков выполнены пропеллерного типа, причем лопасти дисков основного и дополнительного роторов наклонены в противоположные стороны и таким образом, чтобы при их вращении создавался поток воздуха, направленный сверху вниз, то есть от загрузочного патрубка к разгрузочному. Запыленный поток воздуха входит в кольцевую полость над кницами 3, где создается избыточное давление, и проходит сквозь фильтр 23, при этом частицы пылеобразного материала остаются на внутренней поверхности ткани, а чистый воздух выходит в атмосферу. Благодаря наличию постоянной естественной вибрации корпуса при работе дробилки, осевшие на ткани 23 частицы пыли материала стряхиваются с нее, и через зазоры между кницами 3 попадают на лопатки 19 и далее с основной массой материала направляются в сборную емкость 26. Таким образом, в системе обеспыливания исключен механизм встряхивания фильтра с приводом, что повышает надежность дробилки.

Большие куски поступившего в дробилку материала, которые не могут провалиться вниз между лопастями 7 верхнего диска 5, центробежными силами отбрасываются на ударные штыри 16, которые осуществляют таким образом предварительное измельчение крупных кусков (в данном случае кусков размером до 300-350 мм).

В процессе дробления внутри корпуса дробилки, как отмечалось выше, создается поток воздуха, направленный сверху вниз вдоль оси вала 4. Поэтому в предлагаемой дробилке практически полностью отсутствует пыление при работе, так как в верхней части дробилки, то есть в загрузочном патрубке 22, создается разрежение и частицы пыли не могут выбрасываться через него, а на выходе воздух полностью очищается от пыли, благодаря компактной и оригинальной системе обеспыливания с фильтрующей тканью 23.

Таким образом, предлагаемая дробилка по сравнению с прототипом позволяет существенно повысить эффективность процесса дробления за счет установки между дисками основного и дополнительного роторов дифференциала и, соответственно, повышения как минимум вдвое, относительных скоростей вращения соседних дисков и ударных нагрузок на материал при перемещении материала с лопастей одного диска на другой.

Предлагаемая дробилка по сравнению с прототипом практически является экологически чистой, благодаря оригинальной и компактной системе очистки воздуха от пыли, что обусловлено использованием в ней естественной вибрации аппарата для встряхивания фильтрующей ткани, так как обычно для встряхивания рукавных фильтров в процессе осаждения пыли используются индивидуальные приводы. Последнее существенно снижает металлоемкость и повышает надежность предлагаемой дробилки. Кроме того, компактность и надежность предлагаемой дробилки объясняется тем, что некоторые элементы конструкции выполняют двойную роль. Так, например, кольцевые накладки 15 на лопастях верхнего диска не только повышают жесткость и прочность верхнего яруса лопастей, но и служат опорой для ударных штырей 16, постановка которых позволяет повысить степень измельчения материала за счет увеличения по сравнению с прототипом размеров кусков, подаваемых на дробление. Отбойники 18 не только выполняют свое основное назначение прокладывание сквозь перфорацию стенки материала, то есть осуществление последней ступени дробления, но и, благодаря жесткой связи их с лопастями 7 нижнего диска 6, повышают жесткость и прочность нижнего яруса лопастей.

Дифференциал между дисками основного и дополнительного роторов не только обеспечивает вращение соседних дисков во встречных направлениях, но и является дополнительной опорой для вала 4. Кроме того, надежность предлагаемой дробилки существенно выше прототипа, так как в ней ротора вращаются от одного привода (в прототипе каждый ротор имеет свой привод).

Роторная дробилка согласно приведенному выше описанию была разработана и изготовлена на предприятии "Интерм" и в настоящее время находится в опытной эксплуатации. Ниже приведены технические характеристики этой дробилки.

Размер ротора D x l, мм 410 х 300
Производительность Q, т/час 2,0
Мощность привода N, квт 7,5
Размер кусков на входе, выходе из дробилки, мм 300/2,5
Масса дробилки M, кг 350
Количество дисков с ударными лопастями, шт 3
Скорость вращения дисков, n_в, об/мин 1000
Относительная скорость вращения соседних дисков, n_отн., об/мин - 2000
Диаметр отверстий перфорации, d_п, мм 5
Высота перфорированной части стенки корпуса h_п, мм 50
Таким образом, степень измельчения предлагаемой дробилкой составляет i 300/2,5 120 при удельной мощности N_уд 7,5/2,0 3,75 квт/т и удельной массе M_уд 350/2,0 175 Кг/т.

Дробилка AP-S 0403 фирмы Hazemag/ см. таблицу в описании выше/ имеет степень измельчения i 200/45 4,5.

Следовательно, для того, чтобы измельчить материал до такой же степени /т. е. до i 120/, как и в предлагаемой дробилке, необходимо, как минимум, пропустить его через 3 последовательно установленные дробилки AP-S 0403, при этом удельная мощность линии из 3-х дробилок AP-S 0403 составит 5,5•3/4 4,1 квт/т, а удельная масса M_уд. 950•3/4 710 Кг/т.

Дробилка HPM фирмы BHS имеет степень измельчения i 22/5 4,85, т.е. для достижения i 120, как у предлагаемой дробилки, необходимо также, как минимум, 3 дробилки HPM, при этом удельная мощность линии из 3-х дробилок HPM составит 55•3 /30 5,5 квт/т, а удельная масса M_уд. 3200 x 3/30 320 кг/т. Таким образом, ни одна из существующих дробилок не может обеспечить в одном корпусе измельчение с такими же параметрами, как у предлагаемой дробилки.

Приведенные к одной и той же степени измельчения значение удельной массы у существующих дробилок в 2-3 раза хуже, чем у предлагаемой.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса дробления материала. В предлагаемой дробилке диски основного и дополнительного роторов попарно связаны между собой дифференциалами, позволяющими обеспечить встречное вращение соседних дисков с удвоением относительных скоростей вращения при использовании только одного общего привода. Предложена компактная система обеспыливания потока с использованием только одного общего привода. Предложена компактная система обеспыливания потока с использованием естественной вибрации корпуса дробилки (без индивидуального привода для встряхивания фильтрующей ткани). Для подмола крупных кусков использована накладка с ударными штырями на лопастях верхнего диска. Для обеспечения требуемой тонины помола корпус в нижней части снабжен перфорацией, а ротор - набором отбойников и радиальных лопаток на вращающемся поддоне. 2 ил., 1 табл.

1. Роторная дробилка, содержашая цилиндрический корпус со стенкой и днищем, в котором на вертикальном валу жестко закреплены диски основного ротора, соосно с которыми и с возможностью встречного вращения установлены диски дополнительного ротора с ударными лопастями пропеллерного типа, загрузочный и разгрузочный патрубки, отличающаяся тем, что диски дополнительного ротора, по меньшей мере один, расположены между дисками основного ротора и попарно связаны с последними дифференциалами, конические зубчатые колеса которых закреплены на дисках, а планетарные шестерни на горизонтальных осях, жестко укрепленных в стенке корпуса, нижняя часть которой имеет перфорацию, при этом лопасти верхнего диска связаны между собой кольцевыми накладками с установленными на последних под углом 45 60^o к плоскости диска ударными штырями, а нижний диск снабжен поддоном с отбойниками и радиальными лопатками, высота которых равна высоте перфорированной части стенки корпуса, причем отбойники расположены с внутренней стороны стенки корпуса и жестко связаны с лопастями нижнего диска, радиальные лопатки на периферии поддона с наружной стороны стенки корпуса, которая связана в нижней части с днищем радиальными кницами, а кольцевая воздушная полость над кницами, ограниченная стенкой корпуса и верхней частью загрузочного патрубка, по периферии закрыта фильтрующей тканью, натянутой в виде цилиндрической обечайки между загрузочным патрубком и днищем.