ПНЕВМОУДАРНАЯ ВИХРЕВАЯ МЕЛЬНИЦА Российский патент 1998 года по МПК B02C19/06 B02C9/00 

Изобретение относится к оборудованию для измельчения различных сыпучих материалов органического или неорганического состава, например зерен сельскохозяйственных культур, их оболочек, например лузга подсолнечника, сушеных трав, мела, гипса, металлов и др.

Известны струйные мельницы, содержащие камеру с пылеотделителем, бункер, питатель, трубы, эжекторы, осадитель, фильтр, сепаратор, который приводится в действие мотором для разделения фракций (см. Большую Советскую энциклопедию. - М.: Советская энциклопедия, 1974, т. 16, с. 60, рис.7, а также Акунова В. И. Струйные мельницы. - М.: Машиностроение, 1967, с.88, рис. 35 и с. 90, рис.37 и 38). В этих мельницах измельчение осуществляется путем взаимодействия частиц размалываемого продукта со встречными потоками воздуха. При этом происходит сильное динамическое соударение частиц измельчаемого продукта между собой и их измельчение. Обработанные потоком воздуха измельченные частицы сортируются. В результате мелкие частицы выбрасываются в приемные устройства, например циклоны, а крупные частицы возвращаются снова в рабочую зону мельницы, где цикл измельчения повторяется. После такого многократного движения мельница выдает продукт однородного гранулометрического состава.

Основным недостатком описанных мельниц является высокий расход энергии. Это обусловлено значительным потреблением сжатого воздуха, вызванного неопределенностью возможности встречного соударения частиц материала во встречных потоках воздуха.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является струйная мельница, содержащая плоскую цилиндрическую помольную камеру с соплами в виде щелей, оси которых расположены под углом относительно соответствующих радиусов камеры, при этом пересекающиеся со всех сторон друг с другом струи воздуха образуют в центре камеры многоугольник (Акулов В.И. Струйные мельницы. М.: Машиностроение, 1967, с.88, рис.35). В центральной части мельницы размещен центробежный пылеосадитель, образованный двумя коаксиальными трубами большого диаметра, который соединяет цилиндрическую помольную камеру с приспособлением для вывода измельченного продукта, и малой трубы, отводящей вверх отработанный сжатый воздух. Малая и большая трубы расположены с образованием между собой щели.

Для подачи сжатого воздуха в помольную камеру и для загрузки материала мельница снабжена патрубками. В этой мельнице измельчение осуществляется за счет взаимодействия частиц размалываемого продукта со струями воздуха в точках пересечения многоугольника, образованного этими струями. В этих точках частицы материала встречаются, соударяются и за счет этого измельчаются, Кроме того, измельчение осуществляется в вихрях, образованных в полостях разряжения между действующими струями при их обтекании. Основным недостатком описанной струйной мельницы являются сравнительно узкие возможности использования, так как она обеспечивается эффективное измельчение только продуктов с определенными свойствами, например твердых и хрупких, а также высокое энергопотребление, обусловленное необходимостью многократного возращения в рабочую зону размалываемого продукта, связанного со случайным характером соударения частиц в потоках воздуха.

Сущность изобретения заключается в том, что пневмоударная вихревая мельница, содержащая рабочую цилиндрическую камеру, соединенную с патрубками для подачи сжатого воздуха и для загрузки материала, а также с приспособлением для вывода измельченного материала, снабжена неподвижными мелющими телами - пластинами, образующими соосную с рабочей цилиндрической камерой многогранную призматическую поверхность и размещенными по периферии внутренней поверхности этой камеры трехгранными разгрузочными призмами, установленными с зазорами между собой по периферии внутренней поверхности рабочей цилиндрической камеры. При этом патрубок для подачи сжатого воздуха расположен тангенциально к наружной поверхности цилиндрической рабочей камеры перед первой мелющей пластиной.

Пневмоударная вихревая мельница может быть снабжена трехгранными установочными элементами, в зазорах между которыми размещены мелющие пластины.

Пневноударная вихревая мельница может быть снабжена камерой разгрузки недомолотого материала, отделенной от рабочей цилиндрической камеры диафрагмой с осесимметричными кольцевым отверстием регулируемого размера, соединяющими камеру разгрузки недомолотого материала и рабочую цилиндрическую камеру.

Пневмоударная вихревая мельница может быть снабжена регулятором величины загрузочного зазора, выполненным в виде цилиндрической направляющей, установленной концентрично патрубку для загрузки материала c возможностью вертикального перемещения патрубка для загрузки материала вдоль нее. Кроме этого патрубок для подачи сжатого воздуха, имеющий круглое или многоугольное поперечное сечение, может быть скошен в направлении входа в рабочую камеру с образованием воздушного сопла, при этом патрубок снабжен регулятором ширины щели воздушного сопла, выполненным в виде подвижной пластины, установленной с возможностью перемещения вдоль оси патрубка для подачи сжатого воздуха, а конец пластины у выхода из патрубка скошен параллельно углу скоса воздушного патрубка.

В пневматической вихревой мельнице углы между гранями призматической образованной мелющими пластинами поверхности равны 150-175^o.

Кроме того, в пневмоударной вихревой мельнице мелющие пластины и разгрузочные призмы размещены в секторах, составляющих по дуге цилиндрической камеры соответственно 200-220^o и 140-125^o.

Технический результат состоит в расширении возможностей использования мельницы, а также в повышении эффективности измельчения при существенном, а несколько раз снижении удельного расхода энергии на измельчение продукта, так как наряду со взаимным соударением частиц измельчаемого материала между собой, происходит их динамическое скоростное соударение с поверхностью мелющих пластин, что сопровождается повышением давления соударения и, следовательно, ускоряет процесс измельчения при снижении расхода воздуха.

Эта особенность процесса измельчения на пневмоударной вихревой мельнице позволяет измельчать практически любые сыпучие материалы органического или неорганического состава, которые в мельнице-прототипе размолоть невозможно.

Так, например, в предлагаемой мельнице можно измельчить даже лузгу подсолнечника, упругие свойства и анизотропия которых исключает ее размол на известных мельницах, в том числе на мельнице-прототипе. Предлагаемая мельница способна измельчать даже резину или бумагу.

Повышение эффективности измельчения достигается вследствие снижения расхода энергии, связанного с меньшим расходованием сжатого воздуха, так как в предлагаемой мельнице энергия высоко скоростного потока воздуха приводит главным образом к соударению измельчаемых частиц с твердыми мелющими пластинами, что приводит к их немедленному и полному разрушению. Расход воздуха на предлагаемой мельнице составляет 1,2-1,6 кг на один килограмм продукта. На струйных мельницах, в том числе на мельнице-прототипе расход сжатого воздуха достигает 10-13 кг/кг.

На фиг. 1 изображен продольный разрез пневматической вихревой мельницы; на фиг.2- вертикальный разрез мельницы; на фиг.3 - общий вид мельницы сверху.

Пневматическая вихревая мельница (фиг.1) содержит рабочую цилиндрическую камеру 1, по периферии внутренней поверхности которой размещены неподвижные мелющие пластины 2, образующие многогранную призматическую поверхность. Сектор, в котором расположены мелющие пластины 2 составляет по дуге рабочей цилиндрической камеры 1 от 200 до 220^o. Углы между гранями призматической поверхности, образованной мелющими пластинами 2 равны 150-175^o. При этом мелющие пластины 2 размещены в зазорах между трехгранными установочными элементами, например между трехгранными установочными призмами 3.

Далее по периферии внутренней поверхности цилиндрической камеры 1 с определенными зазорами друг от друга размещены трехгранные разгрузочные призмы 4. Сектор, в котором размещены разгрузочные призмы 4, может составлять по дуге рабочей цилиндрической камеры 1 от 120 до 140^o. Сумма дуг секторов, в которых размещаются мелющие и разгрузочные элементы, составляет 340^o.

Перед первой мелющей пластиной 2, т.е. перед началом зоны установки мелющих пластин, установлен патрубок 5 для подачи сжатого воздуха в мельницу. Патрубок 5 размещен тангенциально к наружной поверхности цилиндрической рабочей камеры 1. Этот патрубок скошен под углом 10-15^o в направлении выхода из него с образованием воздушного сопла 6.

Поперечное сечение патрубка 5 может быть выполнено круглым или многоугольным трех- или четырехгранным и на выходе образует щель-сопло 6. Регулирование расхода воздуха, следовательно, производительности мельницы, может осуществляться путем введения регулятора ширины воздушного сопла, выполненного в виде скошенной на конце подвижной пластины 7. Подвижная пластина 7 установлена с возможностью продольного перемещения вдоль оси патрубка 5 посредством винтового или другого механизма 8. Окончательное положение пластины 7 фиксируется винтовым прижимом 9. Конец подвижной пластины 7 у выхода патрубка 5 для подачи сжатого воздуха скошен параллельно поверхности скошенной части патрубка 5. Положение пластины 7 и соответственно расход воздуха определяются свойствами размалываемого материала и заданной производительностью мельницы.

Щели, образованные зазорами между разгрузочными призмами 4, и приспособление для сбора и вывода измельченного материала 10 из рабочего пространства мельницы выполнены в виде коллектора, занимающего по дуге около 120-140^o поверхности цилиндрической камеры 1. На этом участке цилиндрическая поверхность рабочей камеры удалена для обеспечения возможности вывода из нее измельченного продукта.

Камера разгрузки недомолотого продукта фиг.2 отделена от пространства рабочей цилиндрической камеры 1 диафрагмой 11 с осесимметричным кольцевым отверстием регулируемого размера, соединяющими камеру разгрузки недомолотого материала и рабочую цилиндрическую камеру 1. в расточке диафрагмы 11 установлена сменная шайба 12. Внутреннее отверстие шайбы 12 образует кольцевой зазор с патрубком 13 для загрузки измельчаемого материала, выполненным в виде цилиндрической загрузочной горловины. Величина вышеуказанного зазора определяет соотношение между количеством измельченного продукта, выводимого через приспособление 10, и недомолотого продукта и может изменяться с помощью набора сменных шайб 12, имеющих различные диаметры отверстия. Вышеуказанное соотношение может быть изменено.

Патрубок 13 для загрузки материала закреплен в корпусе 14 соосно с ним. При этом корпус 14 герметично соединен с рабочей цилиндрической камерой 1 через диафрагму 11. Непосредственно в корпусе 14 установлен регулятор величины загрузочного зазора, выполненный в виде цилиндрической направляющей 15, по которой может соосно перемещаться для регулировки загрузочного зазора 16 патрубок загрузочный 13. В центре дна рабочей цилиндрической камеры 1 размещен направляющий потока материала центратор 17. Торцевые поверхности рабочей цилиндрической камеры для их защиты от износа покрываются с помощью плазменного или детонационного порошкового напыления слоем 18 не менее 0,2 мм окиси алюминия.

К корпусу 14 (фиг.3.) тангенциально присоединен патрубок 19 для вывода из мельницы недостаточно размолотого продукта. Подача сжатого воздуха в патрубок 5 выполнена с помощью трубки 20, соединенной с патрубком 5. При этом поперечное сечение трубки 20 превышает рабочее сечение сопла 6 в 5-6 раз.

Пневмоударная вихревая мельница работает следующим образом. Продукт, подлежащий размолу, с помощью питателя подается сверху в патрубок 13 для загрузки материала и за счет гравитации и частично за счет происходящего в этой зоне разряжения поступает, направляемый цетратором 17, в рабочее пространство мельницы, а именно в рабочую цилиндрическую камеру 1. Через трубку 20, патрубок 5 и через сопло 6 сжатый воздух при давлении от 0.4 до 0,7 МН/м² (4-7 атм. ) врывается в рабочее пространство камеры при скорости около 300 м/с. Круговое вращение воздуха в цилиндрической камере образует вихревое вращательное движение размалываемого продукта, разгоняемого воздушным потоком. При этом частицы продукта за счет высокой круговой скорости приобретают центробежное ускорение, что приводит к их динамическому соударению с мелющими телами, а частично и между собой. Это приводит к разрушению и измельчению частиц, которые двигаясь далее по окружности выбрасываются с помощью сжатого воздуха в зазоры между разгрузочными призмами 4 и через приспособление 10 выводятся из мельницы. Более крупные частицы за счет центростремительных сил приближаются к центру рабочего пространства мельницы и потоком воздуха движутся через концентрическое отверстие в диафрагме и шайбе 12 в корпус 14 и затем в патрубок 19. Гранулометрический состав в предлагаемой мельнице может изменяться и регулироваться. Прежде всего он определяется гранулометрическим составом исходного продукта, то есть с уменьшением исходных частиц происходит уменьшение и частиц размолотого продукта. Этот размер можно регулировать также давлением и количеством сжатого воздуха, поступающего в мельницу. Последнее достигается за счет изменения ширины воздушн. сопла 6. Изменение гранулометрического состава может достигаться и за счет регулирования величины загрузочного зазора 16, который имеет влияние на концентрацию продукто-воздушной смеси, следовательно, на гранулометрический состав.

Изменением концентрического зазора между сменными шайбами 12 и загрузочным патрубком 13 достигается изменение соотношения количества недомолотого продукта, выводимого в патрубок 19, и измельченного продукта, выводимого в приспособление 10. В зависимости от заданных требований к гранулометрическому составу конечного продукта количество недомолотого продукта может изменяться от 3 до 5%, что установлено опытным путем.

В качестве примера приводится работа пневмоударной вихревой мельницы с производительностью 1500 кг/час. В качестве измельчаемого материала использована лузга подсолнечника. Исходный размер частиц лузги: длина 10-15 мм, толщина 0,5-1,0 мм, плотность насыпная 0,15 т/м³. Диаметр рабочей камеры 1 составляет 750, ее высота - 90 мм. По периферии расположены 13 мелющих пластин из отбеленного чугуна. Воздушное сопло 6 имеет сечение около 6 см², что при давлении сжатого воздуха 0,6 МН/м² требует воздуха до 25 Нм³/мин. Тогда расход воздуха для измельчения 1 кг продукта составляет около 1,2 кг воздуха. При такой настройке мельницы гранулометрический состав измельченной лузги следующий: 5-15 мкм - 50%, 15-50 мкм - 35%. Выводится 5% продукта, измельченного недостаточно, т.е. свыше 0,5 мм.

Основным преимуществом предлагаемой мельницы является возможность измельчения универсальных по свойствам продуктов при повышении эффективности за счет снижения энергопотребления.

Использование: измельчение сыпучих продуктов органического или неорганического состава с любыми прочностными и упругими свойствами при низком расходе энергии. Сущность изобретения: по периферии внутренней поверхности рабочей цилиндрической камеры размещены неподвижные мелющие пластины, образующие соосную с рабочей цилиндрической камерой многогранную призматическую поверхность, и установленные с зазорами между собой трехгранные разгрузочные призмы. Перед первой мелющей пластиной тангенциально к наружной поверхности рабочей цилиндрической камерой размещен патрубок для подачи сжатого воздуха. В результате сложного движения воздушно-материальной смеси ее частицы за счет круговой скорости приобретают центробежное ускорение, что приводит к динамическому высокоскоростному соударению частиц с мелющими телами и частично между собой. Измельченные частицы выводятся из мельницы через щели, образованные зазорами между разгрузочными призмами, и приспособление для вывода измельченного материала. Частицы, не прошедшие полного цикла измельчения, выводятся через дополнительное устройство и кольцевую щель в диафрагме, разделяющей рабочую цилиндрическую камеру и дополнительное устройство. Все основные рабочие устройства мельницы выполнены регулируемыми для выбора оптимальных результатов измельчения. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Пневмоударная вихревая мельница, содержащая рабочую цилиндрическую камеру, соединенную с патрубками для подачи сжатого воздуха и для загрузки материала, а также с приспособлением для вывода измельченного материала, отличающаяся тем, что она снабжена неподвижными мелющими пластинами, образующими соосную с рабочей цилиндрической камерой многогранную призматическую поверхность, и размещенными по периферии внутренней поверхности этой камеры трехгранными разгрузочными призмами, установленными с зазорами между собой по периферии внутренней поверхности рабочей цилиндрической камеры, при этом патрубок для подачи сжатого воздуха расположен тангенциально к наружной поверхности рабочей цилиндрической камеры перед первой мелющей пластиной. 2. Мельница по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена трехгранными установочными элементами, в зазорах между которыми размещены мелющие пластины. 3. Мельница по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена камерой разгрузки недомолотого материала, отделенной от рабочей цилиндрической камеры диафрагмой с осесимметричным кольцевым отверстием регулируемого размера, соединяющим камеру разгрузки недомолотого материала с рабочей цилиндрической камерой. 4. Мельница по п.1, отличающаяся тем, что патрубок для подачи сжатого воздуха, имеющий круглое или многоугольное поперечное сечение, скошен по направлению входа в рабочую камеру с образованием воздушного сопла, при этом патрубок снабжен регулятором ширины щели воздушного сопла, выполненным в виде подвижной пластины, установленной с возможностью двигаться вдоль оси патрубка, а конец пластины у выхода скошен параллельно углу скоса воздушного патрубка. 5. Мельница по п.1 или 3, отличающаяся тем, что она снабжена регулятором величины разгрузочного зазора, выполненным в виде цилиндрической направляющей, установленной соосно с патрубком для загрузки материала, с возможностью вертикального перемещения патрубка вдоль нее. 6. Мельница по п.1, отличающаяся тем, что углы между гранями призматической поверхности, образованной мелющими пластинами, составляют 150 - 175^o. 7. Мельница по п.1, или 2, или 6, отличающаяся тем, что мелющие пластины и разгрузочные призмы размещены в секторах, составляющих по дуге рабочей цилиндрической камеры соответственно 200 220^o и 140 120^o.