КОНИЧЕСКАЯ МЕЛЬНИЦА Российский патент 1998 года по МПК D21D1/22 

Изобретение относится к устройствам для размола волокнистых материалов и твердых гранул и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности и в производстве бездымных порохов различного вида, особенно при утилизации морально устаревших, списанных и снятых с вооружения пироксилиновых порохов.

В связи с конверсией на базах оборонного комплекса скопилось большое количество артиллерийских боеприпасов, подлежащих утилизации. Боеприпасы состоят из инертных и энергонасыщенных элементов. Если утилизация инертных элементов не вызывает больших трудностей, то энергонасыщенные элементы, в частности пороховые заряды, требуют разработки специальной технологии. Одним из эффективных направлений утилизации пороховых зарядов является технология, предусматривающая измельчение порохов в крошку с размерами частиц в пределах 0,1-0,4 мм.

Известны методы измельчения (размола) волокнистых материалов твердых гранул в различных машинах. Размол целлюлозы производится в машинах типа МД или конических мельницах, нитропроизводные целлюлозы измельчаются в голландерах (роллах) и дисковых мельницах ДМК или в виброкавитационных мельницах ВВК, пироксилиновые пороха и твердые отходы при их производстве - на вальцах или мельницах ДМК грубого и тонкого помола.

Все эти машины, кроме мельницы ВВК, обладают общими недостатками: громоздкостью и малой производительностью при больших расходах электроэнергии. Мельницы ВВК очень неудобны в эксплуатации в силу несовершенства механизма регулирования рабочего зазора между статором и ротором.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является коническая мельница, содержащая соосно смонтированные в корпусе разделенный по высоте на секции поперечными перегородками статор и ротор, выполненные в виде усеченных конусов, рабочие поверхности которых имеют ножи и канавки между ними [1].

При эксплуатации таких мельниц на операциях измельчения нитропроизводных целлюлозы и твердых отходов производства пироксилиновых порохов выявились следующие недостатки:
- забиваются канавки в области входа массы в зону измельчения и быстро теряется производительность мельницы по 50-60%;
- наблюдается проскок массы по канавкам ротора;
- имеет место наклеп на ножах от перегородок, ухудшающий качество измельчения массы;
- ограничены исходные размеры зерен до 1-2 мм при измельчении пироксилиновых порохов.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, состоит в устранении вышеуказанных недостатков и создании универсальной мельницы качественно измельчающей как волокнистые, так и твердые материалы. При этом достигается технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей мельницы.

Указанный технический результат достигается тем, что в конической мельнице, содержащей соосно смонтированные в корпусе разделенный по высоте на секции поперечными перегородками статор и ротор, выполненные в виде усеченных конусов, рабочие поверхности которых имеют ножи и канавки между ними, согласно изобретению, ротор разделен по высоте на секции поперечными перегородками, при этом имеет перегородки ротора и статора выполнены с возможностью обеспечения дополнительной турбулизации потока, канавки ротора и статора в смежных секциях смещены друг относительно друга, перекрыты ножами и имеют изменяющиеся в секциях по ходу движения массы ширину от большей к меньшей, а количество - от меньшего к большему, и форму - от прямоугольной до неравнобедренно-трапецеидальной, причем угол между кромками ножей статора и ротора в плоскости развертки составляет 10-60^o.

На фиг. 1 представлена коническая мельница, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1; на фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - схема расположения ножей ротора и статора в плоскости развертки по линии контакта; на фиг. 5 - графики распределения частиц суспендированных волокон нитроцеллюлозы после измельчения; на фиг. 6 - схема возникновения кавитационых областей при движении потока в каналах различной формы.

Коническая мельница (фиг. 1) содержит соосно смонтированные в корпусе 1 статор 2 и ротор 3, выполненные в виде усеченных конусов, рабочие поверхности которых имеют ножи 7, 9 и канавки между ними 6, 8 (фиг. 2, 3). Статор 2 и ротор 3 разделены по высоте на секции 4 поперечными перегородками 5. Канавки 6, 8 статора 2 и ротора 3 в смежных секциях смещены друг относительно друга, перекрыты ножами 6, 8 и имеют изменяющиеся в секциях 4 по ходу движения массы ширину от большей к меньшей, а количество - от меньшего к большему, и форму - от прямоугольной до неравнобедренно-трапецеидальной. Угол между кромками ножей 7 и 8 статора 2 и ротора 3 в плоскости развертки составляет 10-60^o (фиг. 4). Мельница снабжена входным 10 и выходным 11 патрубками (фиг. 1).

Коническая мельница работает следующим образом.

Волокнистый или твердый гранулированный материал в виде водной суспензии поступает по входному патрубку 10 в загрузочную полость мельницы, захватывается ротором 3 и проходит зигзагообразный путь, перемещаясь вдоль поверхности контакта ножей 7 и 9 статора 2 и ротора 3 и попадая под их воздействие. Такому движению измельченной массы способствуют перегородки 5, установленные как на статоре 2, так и на роторе 3. При этом материал измельчается и через выходной патрубок 11 выводится из мельницы. Центробежные силы, возникающие при вращении ротора, направляют массу из канавок 6 ротора 3 в канавки 8 статора 2, многократно перекрывая их ножами 7 и 9, что сопровождается возникновением кавитационных эффектов вследствие зарождения в суспензии импульсов сжатия и разряжения. Импульсы разряжения при этом способствуют обратному переходу массы из канавок 8 статора 2 в канавки 6 ротора 3. Таким образом, измельчение материала в конической мельнице происходит в результате механического воздействия на частицы ножами ротора и статора за счет ножничного эффекта в сочетании с пребыванием частичек в кавитационных областях.

Перегородки 5, выполненные с возможностью обеспечения дополнительной турбулизации потока, создают его прорывное движение, что благоприятно сказывается на однородности частиц после измельчения, т.е. возникает нормальное (гауссовское) распределение частиц по размерам с узким пиком графика 1 (фиг. 5). График 2 показывает распределение частиц, возникающее в конической мельнице-прототипе. Заштрихована область проскока крупных частиц по каналам ротора.

Разная ширина канавок 6 и 8 в секциях 4 по ходу движения массы создает необходимые условия захвата массы с широким диапазоном исходных размеров частиц измельченной массы и более рациональное обустройство размерной цепочки статора 2 и ротора 3 с точки зрения достижения большей производительности при меньших размерах мельницы.

Изменение формы канавок 6 и 8 в секциях 4 статора 2 и ротора 3 от прямоугольного до неравнобедренно-трапецеидального сечения обеспечивает меньший эрозионный износ ножей 7 и 9, поскольку острые углы на пути потока при прямоугольном сечении канавок 6 и 8 создают более концентрированную зону кавитации, а при тупых углах в канавках, имеющих неравнобедренно-трапецеидальную форму, возникает рассредоточенная кавитационная область, способствующая сохранению рабочего состояния ножей на более длительный период (фиг. 6).

Производительность конической мельницы при прочих равных условиях зависит от числа перекрытия канавок ножами, т.е. от числа ножничных воздействий на частицу. По мере приближения расположения ножей статора и ротора относительно друг друга как к параллельному (угол более 60^o), так и перпендикулярному (угол менее 10^o) направлениям в одинаковой мере (зеркальное расположение) уменьшается ножничный эффект, что ведет к уменьшению производительности мельницы. Оптимальные условия измельчения материала обеспечивается при угле наклона ножей 9 статора 2 и ножей 7 ротора 3 в направлении движения массы, равном 10-60^o.

Коническая мельница предназначена для размола волокнистых материалов и твердых гранул и может быть использована в целлюлозно-бумажной промышленности и в производстве бездымных порохов. Коническая мельница содержит соосно смонтированные в корпусе статор и ротор, разделенные по высоте на секции и выполненные в виде усеченных конусов. Разделение на секции осуществлено при помощи перегородок. Перегородки выполнены с возможностью обеспечения дополнительной турбулизации потока. Канавки ротора и статора в смежных секциях смещены друг относительно друга, перекрыты ножами, имеют изменяющиеся в секциях по ходу движения массы ширину от большей к меньшей, количество - от меньшего к большему, и форму - от прямоугольной до неравнобедренно-трапецеидальной, угол между кромками ножей статора и ротора в плоскости развертки составляет 10 - 60^o. 6 ил.

Коническая мельница, содержащая соосно смонтированные в корпусе разделенный по высоте на секции поперечными перегородками статор и ротор, выполненные в виде усеченных конусов, рабочие поверхности которых имеют ножи и канавки между ними, отличающаяся тем, что ротор разделен по высоте на секции поперечными перегородками, при этом перегородки ротора и статора выполнены с возможностью обеспечения дополнительной турбулизации потока, канавки ротора и статора в смежных секциях смещены относительно друг друга, перекрыты ножами и имеют изменяющиеся в секциях по ходу движения массы ширину от большей к меньшей, а количество - от меньшего к большему, и форму - от прямоугольной до неравнобедренно-трапецеидальной, причем угол между кромками ножей статора и ротора в плоскости развертки составляет 10 - 60^o.