ЦЕНТРОБЕЖНАЯ МЕЛЬНИЦА Российский патент 1998 года по МПК B02C15/06 

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

Известна центробежная мельница [1], 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 разрушается при этом исходного продукта, находящегося в зоне контакта с футеровкой корпуса.

Недостатками аналога являются высокий абразивный износ рабочий органов мельницы при скоростях вращения ротора, необходимых для эффективного процесса измельчения исходного продукта в мельнице, а также недостаточная степень измельчения продукта при пониженных скоростях вращения ротора из-за необходимости использования в мельнице мелющих тел увеличенной массы. Последнее приводит к увеличению габаритов мелющих тел, а значит и уменьшению кривизны их рабочей поверхности. При этом известно, что чем меньше кривизна рабочей поверхности мелющих тел, тем ниже степень измельчения конечного продукта.

Наиболее близким техническим решением, направленным на устранение недостатков аналога, является известная центробежная мельница [2], содержащая вертикальный цилиндрический корпус с загрузочным и выгрузочным патрубком, особенно установленный в корпусе ротор, оснащенный сепаратором с мелющими телами в виде шаров. Мельница снабжена нажимным устройством, оказывающим дополнительное силовое усилие на мелющие шары для интенсификации процесса измельчения. Нажимное устройство выполнено в виде дисков, закрепленных на роторе с конусообразными по периферии кольцевыми канавками, перемещающихся в осевом направлении секций футеровки корпуса и устройства гидравлического типа для перемещения этих секций. Внутри каждой секции футеровки выполнены конусообразные кольцевые канавки, обращенные навстречу кольцевым канавкам на дисках. Между вышеуказанными канавками размещены мелющие тела, разделенные между собой шарикосодержащим сепаратором. Дополнительное силовое усилие на мелющие тела при измельчении в данном устройстве достигается за счет осевого перемещения под нагрузкой секций футеровки корпуса.

Недостатками прототипа являются сложность конструкции мельницы и невозможность обеспечения одновременно равномерной силовой нагрузки на все мелющие тела в рабочей камере. Это существенно снижает эффективность и долговечность работы данной мельницы.

Задача технического решения - повышение эффективности и долговечности работы центробежной мельницы.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известной центробежной мельнице, содержащей вертикальный цилиндрический корпус с загрузочным и выгрузочным патрубками, соосно установленный в корпусе ротор и размещенные в последнем мелющие тела и воздействующее на них нажимное устройство, ротор в мельнице выполнен из пакета плоских дисков, установленных неподвижно на валу ротора перпендикулярно его оси и разделенных между собой, например, втулками, размещенных на валу ротора, при этом в кольцевых канавках, образованных плоскостями противолежащих плоских дисков и вала ротора, размещено нажимное устройство, выполненное в виде множества плоских секторов с усеченной вершиной, размещенных по всей длине кольцевых канавок с возможностью радиального перемещения, а между плоскими секторами и внутренней поверхностью корпуса в кольцевых канавках по всей их длине установлено подвижно множество невзаимосвязанных между собой мелющих тел, выполненных в форме тел вращения - в форме втулок, колец или цилиндров, причем оси вращения мелющих тел сориентированы в кольцевых канавках параллельно оси вращения ротора.

Выполнение ротора в предложенной мельнице вышеуказанным образом по сравнению с прототипом существенно упрощает ее конструкцию, обеспечивая при этом необходимое силовое усилие мелющих тел на измельчаемый продукт даже при невысоких скоростях вращения ротора (до 150 - 500 об/мин) и малой массе мелющих тел. Независимое друга от друга воздействие нажимных секторов на мелющие тела в отличие от прототипа позволяет при работе заявленной мельницы обеспечивать одновременно одинаковое усилие на все мелющие тела, даже при наличии некоторого несовпадения осей корпуса и ротора, что на практике фактически неизбежно. Это существенно повышает эффективность работы предложенной мельницы, исключая при этом недоизмельчение или переизмельчение исходного продукта и в целом значительно увеличивает долговечность работы предложенного устройства. Улучшению эффективности и долговечности работы мельницы не в малой мере способствуют также простота конструкции заявленного устройства и воздействие гироскопического эффекта на мелющие тела при работе данного устройства, вращающихся со скоростью до 10000 об/мин и выше. Гироскопический эффект при этом обеспечивает самоориентировку мелющих тел в рабочей камере, при этом оси вращения мелющих тел при качении их по футеровке корпуса мельницы остаются постоянно параллельными оси вращения ротора. Наличие же множества нажимных секторов в роторе позволяет равномерно распределить мелющие тела в кольцевых канавках при работе мельницы, что улучшает процесс измельчения исходного продукта в рабочей камере и уменьшает абразивный износ мелющих тел при контакте друг с другом. Следует также отметить, что при значительной простоте конструкции заявленного устройства в нем по сравнению с аналогом существенно снижен абразивный износ рабочих органов, в 5 - 10 раз и более увеличена степень измельчения исходного продукта. Это достигнуто за счет значительного уменьшения скорости вращения ротора, улучшения условий качения, самоориентировки и равномерного рассредоточения мелющих тел (т. е. возможности применения мелющих тел малых диаметров) без снижения эффективности работы предложенной мельницы.

На фиг. 1 показан продольный разрез А-А мельницы; на фиг. 2 - поперечный разрез B-B мельницы; на фиг. 3 - детализированный фрагмент поперечного сечения мельницы (аналогично разрезу на фиг.2); на фиг.4 - вид Д поперечного разреза мельницы (фиг.3); на фиг. 5 - продольный разрез C-C мельницы с мелющими телами в форме шаров; на фиг. 6 - продольный разрез C-C мельницы с мелющими телами в форме цилиндров.

Мельница содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 футерованной внутренней поверхностью. В корпусе 1 соосно расположен ротор, выполненный из пакета плоских дисков 2, установленных неподвижно на валу 3 ротора перпендикулярно его оси и разделенных между собой, например, втулками 4, размещенных на валу ротора. При этом в кольцевых канавках 5, образованных плоскостями противолежащих дисков и валом ротора, размещено нажимное устройство. Нажимное устройство выполнено в виде множества плоских секторов 6 с усеченной вершиной, размещенных по всей длине кольцевых канавок с возможностью радиального перемещения их в сторону футеровки корпуса. Радиальное перемещение нажимных секторов 6 осуществлено, например, за счет жесткого закрепления в дисках 2 с помощью верхней и нижней крышек 7 и 8 ротора соответственно, радиальных направляющих пластин 9 и выполнения в нажимных секторах 6 радиальных щелевых отверстий, через которые проходят пластины 9. Между нажимными секторами 6 и футеровкой корпуса 1 в кольцевых канавках 5 по всей их длине установлено подвижно множество невзаимосвязанных между собой мелющих тел 10, выполненных в форме тел вращения, например, в виде цельных цилиндров, колец, цилиндрических втулок и шаров, причем оси вращения мелющих тел 10 сориентированы в кольцевых канавках 5 параллельно оси вращения ротора. Нажимные секторы 6 установлены в кольцевых канавках с определенным радиальным зазором 11, обеспечивающим равномерное "разбрасывание" мелющих тел по всей окружности кольцевых канавок. Радиальное перемещение нажимных секторов 6 в кольцевых канавках 5 обеспечивается зазорами 12 и 13 с радиальными направляющими пластинами 9, где зазор 12 регулирует максимальное радиальное перемещение нажимных секторов 6, а зазор 13 - свободную установку ротора в корпусе 1 при монтаже - демонтаже мельницы. Мельница имеет загрузочный патрубок 14 и выгрузочный патрубок 15.

Мельница работает следующим образом.

При вращении ротора на валу 3 под действием центробежных сил нажимные секторы 6 движутся в кольцевых канавках 5 в радиальном направлении и с силой прижимаются к мелющим телам 10, например, к шарам или цилиндрам. Последние в свою очередь прижимаются к внутренней футеровке корпуса 1. Мелющие тела при этом начинают катиться по футеровке корпуса 1 со скоростью до 10000 об/мин и более, не выходя за пределы кольцевых канавок 5. При перекатывании мелющие тела под действием центробежных сил дополнительно прижимаются к футеровке корпуса 1. Нажимные секторы 6, взаимодействуя поочередно и независимо друг от друга с мелющими телами 10, равномерно распределяют мелющие тела по окружности кольцевых канавок 5.

Возникающий при высоких скоростях вращения мелющих тел 10 гироскопический эффект обеспечивает поддержание ориентации оси вращения данных тел при перемешивании их по кольцевым канавкам 5 строго параллельно оси вращения ротора. Такие особенности размещения мелющих тел 10 в рабочей камере практически исключают истиранию мелющих тел 10 друг о друга при работе мельницы. После запуска мельницы во внутрь корпуса 1 по загрузочному патрубку 14 непрерывно подается текучий исходный продукт, например, в виде грубодисперсной пульпы, сыпучий или порошкообразный. Двигаясь в пространстве, ограниченном внутренней поверхностью корпуса 1 и образующей поверхностью ротора, от загрузочного патрубка 14 к выгрузочному патрубку 15, исходный продукт измельчается. Процесс измельчения осуществляется за счет разрушения твердых частиц исходного продукта в зоне контакта мелющих тел 10 с внутренней поверхностью корпуса 1. При этом твердые частицы преимущественно раздавливаются за счет их одноосного сжатия мелющими телами и частично снимаются при проскальзывании мелющих тел по поверхности корпуса. Готовый измельченный продукт выводится из рабочей камеры корпуса 1 по выгрузочному патрубку 15.

Конструктивные отличия по сравнению с прототипом обеспечивают предложенной мельнице следующие преимущества:
мелющие тела 10 самоориентируются и равномерно распределяются в рабочей камере мельницы. В результате мелющие тела 10 обеспечивают в рабочей камере равномерную нагрузку на измельчаемый продукт, исключая недоизмельчение и переизмельчение материала, даже при некоторой несоосности корпуса 1 и ротора мельницы. Наличие этой несоосности на практике неизбежно;
установка в предложенной мельнице мелющих тел в форме цельных цилиндров, втулок или колец с цилиндрической наружной боковой поверхностью вместо шаров обеспечивает многократное в 100 раз и более увеличение количества единовременно протекающих актов разрушения измельченного материала за счет обеспечения контакта мелющих тел 10 с футеровкой корпуса 1 по линии вместо точечного контакта. Это позволяет в 2 - 5 раз и более повысить производительность предложенной мельницы и получить продукт, существенно однородный по фракционному составу;
использование мелющих тел 10 в форме втулок или колец существенно повышает перемешивание исходного продукта в рабочей камере мельницы. Это достигается за счет создания в рабочей камере мельницы вихревых потоков текучего материала в случае прохождения последнего через полость вышеуказанных втулок или колец, вращающихся со скоростью до 10000 об/мин и более. Данные вихревые потоки, с одной стороны, обеспечивают более равномерное распределение измельченного материала в рабочей камере, исключающее недоизмельчение или переизмельчение материала, с другой производят самоизмельчение материала в данных вихревых потоках. В конечном итоге выполнение мелющих тел 10 в форме втулок или колец существенно повышает эффективность работы мельницы и уменьшает их металлоемкостью В отличие от втулок мелющих тел, выполненные в форме колец, обеспечивают более полный контакт с исходным продуктом в рабочей камере на единицу длины, образующей наружную поверхность данных мелющих тел. Последнее существенно улучшает процесс измельчения в предложенной мельнице;
предложенная конструкция мельницы предельно проста, имеет малую металлоемкость в 8 - 10 раз меньше известной, используемой для аналогичных целей, технологична в изготовлении и обеспечивает при этом сверхтонкий помол (до 3 - 5 мкм и менее) таких материалов, как крупнодисперсные порошки металлокерамических вольфрамокобальтовых сплавов типа ВК-6 и ВК-8, ВК-11 и др., а также корунд, полевой шпат, кварц, ферритовый порошок, доломит, глина, различные шлаки доменных печей и теплоэлектростанций и многие другие материалы с производительностью до 1 - 2 т/ч.;
существенно расширена рабочая зона измельчения исходного продукта. Помимо измельчения материала в зоне контакта мелющих тел 10 с футеровкой корпуса 1 исходный продукт также интенсивно измельчается в зоне контакта мелющих тел 10 с нажимными секторами 6 и зоне контакта мелющих тел 10 между собой.

Безусловно, это существенно повышает производительность, а значит, и эффективность работы предложенной мельницы;
обеспечивается возможность достижения увеличенных в 2 - 10 раз и более центробежных сил, развиваемых ротором и передаваемых через нажимные секторы 6 и мелющим телам 10 при невысоких скоростях вращения ротора (150 - 400 об/мин), а также малых размерах и небольшой массе мелющих тел. Это на порядок и более повышает степень измельчения исходного продукта, а сравнительно невысокие скорости движения рабочих органов мельницы способствуют существенному снижению их абразивного износа.

Перечисленные преимущества обеспечивают существенное повышение эффективности и долговечности работы предложенной мельницы. Производительность мельницы при этом повышается на 40 - 60% и более. Использование нажимных секторов 6 для перекатывания мелющих тел 10 позволяет обеспечить их достижение в основном с трением качения, что существенно в 4 - 5 раз снижает износ рабочих органов мельницы. Последнее было установлено стендовыми исследованиями заявленной мельницы при измельчении таких материалов как металлокерамические порошки твердых сплавов типа ВК, электрокорунд и кварц.

Отличия предложенной мельницы существенно расширяют область ее применения. Она может найти широкое применение в химической, радиотехнической, электронной, горной, строительной и других отраслях промышленности.

Центробежная мельница предназначена для измельчения твердых материалов. В вертикальном цилиндрическом корпусе центробежной мельницы соосно расположен ротор, выполненный из пакета плоских дисков 2, установленных неподвижно на валу ротора 3 и разделенных втулками 4. В кольцевых канавках 5 размещено нажимное устройство в виде множества секторов 6 с усеченной вершиной, имеющей возможность радиального перемещения. Между нажимными секторами 6 и футеровкой корпуса 1 в кольцевых канавках 5 по всей длине установлено неподвижно множество невзаимосвязанных между собой мелющих тел 10, которые могут быть выполнены в форме цилиндров, втулок или колец, 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Центробежная мельница, содержащая вертикальный цилиндрический корпус с загрузочным и выгрузочным патрубками, соосно установленный в корпусе ротор и размещенные в последнем мелющие тела и воздействующее на них нажимное устройство, отличающаяся тем, что ротор в мельнице выполнен из пакета плоских дисков, установленных неподвижно на валу ротора, перпендикулярно его оси и разделенных между собой, например, втулками, размещенными на валу ротора, при этом в кольцевых канавках, образованных плоскостями противолежащих плоских дисков и валом ротора, размещено нажимное устройство, выполненное в виде множества плоских секторов с усеченной вершиной, размещенных по всей длине кольцевых канавок с возможностью радиального перемещения, а между плоскими секторами и внутренней поверхностью корпуса в кольцевых канавках по всей их длине установлено подвижно множество невзаимосвязанных между собой мелющих тел, выполненных в форме тел вращения, причем оси вращения мелющих тел сориентированы в кольцевых канавках параллельно оси вращения ротора. 2. Мельница по п.1, отличающаяся тем, что мелющие тела выполнены в форме цилиндров. 3. Мельница по п.1, отличающаяся тем, что мелющие тела выполнены в форме втулок. 4. Мельница по п.1, отличающаяся тем, что мелющие тела выполнены в форме колец.