ЦЕНТРОБЕЖНАЯ МЕЛЬНИЦА Российский патент 1998 года по МПК B02C17/08 

Изобретение относится к измельчению, а именно к мельницам для измельчения различных материалов.

Известна гироскопическая мельница (см. Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности.- М.: Химия, 1968, с.243), состоящая из барабана, на цапфах которого находятся ролики, опирающиеся на опорную шайбу; с цапфами барабана связано водило, сидящее на приводном валу.

Недостатком данной мельницы является нерациональная форма камеры, что существенно снижает производительность мельницы.

Наиболее близким к заявленному устройству является лабораторная мельница (см. А.С. СССР N 573190, кл. B 02 C 17/14, B 02 C 19/16, 1977, БИ N35), содержащая корпус со сферической камерой измельчения, закрепленный на приводном валу, установленный в подшипниках опорной рамы и связанный муфтой с двигателем. Опорная рама несет невращающуюся коническую шестерню и опирается амортизаторами на стойку. Корпус со сферической камерой снабжен крышками, одна из них выполнена с осью, на которой с помощью подшипников установлена коническая шестерня, снабженная дебалансом, и сцеплена с вышеуказанной шестерней. В камере измельчения размещен мелющий шар.

Недостатком данной мельницы является низкая производительность за счет непрогнозируемости траектории движения мелющего тела.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности измельчения. Технический результат заключается в создании устройства с рациональной траекторией движения тела.

Этот технический результат достигается тем, что известная центробежная мельница, содержащая опорную платформу, корпус, камеру измельчения с мелющим телом и привод вертикального вращения камеры, снабжена жестко закрепленными на опорной платформе стойками, на которых в подшипниках установлен корпус, при этом опорная платформа установлена на расположенных по кольцу опорах с возможностью дополнительного ее вращения относительно вертикальной оси, проходящей через центр корпуса. Стойки могут быть выполнены равно или разновеликими по высоте. Камера измельчения может быть выполнена сферической или эллипсоидальной формы. Мелющее тело может иметь форму камеры и занимать 30 - 50% от ее объема.

Эффективность измельчения такой конструкции мельницы достигается за счет сообщения корпусу мельницы вращения относительно двух пересекающихся в его центре осей, а также за счет выполнения корпуса сферической или эллипсоидальной формы.

Сущность устройства поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид мельницы, на фиг.2 - вид мельницы в разрезе по А-А, на фиг.3 (а,б,в,г,д, е) представлены схемы формы корпуса с равно- и разновеликими стойками и соответственно формы мелющего тела; на фиг. 4 - схемы измельчения величины и направления вектора мгновенной угловой скорости в зависимости от измельчения количественного соотношения относительной и переносной угловых скоростей, а также угла наклона вектора относительной угловой скорости.

Центробежная мельница (фиг.1, 2) содержит корпус 1 сферической и эллипсоидальной формы с камерой в его внутреннем объеме. Корпус 1 установлен в подшипниках 2 на стойки 3, жестко закрепленные на платформе 4, опирающейся на опорные ролики 5 и имеющей привод вертикального вращения 6, колеса 7, закрепленные на наружной поверхности корпуса 1, и шестерни 8, установленные на валу привода горизонтального вращения 9, образуют цилиндрическую зубчатую передачу внешнего зацепления. Участок корпуса 1 между колесами 7, имеющий отверстия 10 для выгрузки измельченного материала, охватывает стенка бункера 11 (на фиг. 2 бункер условно обозначен пунктиром) с выпускными отверстиями 12. Бункер 11 закреплен на платформе 4. Загрузочный питатель 13 установлен в центральное отверстие 14 приводного вала, расположенного в узле сопряжения корпуса 1 со стойками 3. В камере 1 расположено мелющее тело 15 в виде шара или эллипсоида. Форма камеры 1 определяет форму мелющего тела 15, т.к. равномерное обкатывание им большей площади ее внутренней поверхности возможно только при их подобии, причем мелющее тело 15 занимает (30-50%) от объема камеры 1.

Различные формы и размеры камеры 1 и мелющего тела 15, схемы их опирания (фиг. 3 а-в; г-е), а также направления оси относительного вращения (фиг.4 а-в, г-е), создают большую вариантность как траекторий и скоростей обкатывания мелющим телом и материалом внутренней поверхности камеры, так и силового воздействия мелющего тела на материал измельчения. Это позволяет обеспечивать оптимизацию процесса измельчения на различных его стадиях.

Центробежная мельница (фиг.1,2) работает следующим образом.

Измельчаемый материал по загрузочному питателю 13 через отверстие 14 подают в камеру 1. Включают привод горизонтального вращения и посредством колеса 7 и шестерни 8 приводят корпус 1 во вращение относительно оси, проходящей через узлы сопряжения корпуса 1 со стойками 3. Затем включают привод вертикального вращения 6 и приводят в платформу 4 со стойками 3, а, следовательно, и корпус 1 во вращение вокруг вертикальной оси. Таким образом, при работе обоих приводов 6 и 9 происходит вращение корпуса 1 относительно двух пересекающихся осей, из которых одна является вертикальной и обеспечивается приводом 6 с переносной угловой скоростью ω_пер , а вторая проходит через узлы сопряжения корпуса 1 со стойками 3 и обеспечивается приводом 9 с относительной угловой скоростью ω_отн . При этом корпус 1 имеет неподвижный центр, совпадающий с точкой пересечения указанных осей вращения (фиг.1-3). Кроме того, в рассматриваемый момент корпус 1 вращается также вокруг мгновенной оси вращения, направленной вдоль вектора мгновенной угловой скорости (фиг. 4), равного

С течением времени мгновенная ось вращения меняет в пространстве свое положение, описывая коническую поверхность, вершина которой находится в центре корпуса 1.

При одновременном вращении корпуса 1 вокруг двух пересекающихся осей инерционная масса мелющего тела 15 вследствие развиваемой в ней центробежной силы начинает обкатывать внутреннюю поверхность камеры 1, производя измельчение материала, засыпанного предварительно или в процессе работы мельницы при вращении корпуса 1 только относительно оси, проходящей через узлы его опирания на стойки 3, в камеру 1 через отверстие 14.

Разгрузка измельченного материала производится через отверстия 10 при вращении корпуса относительно горизонтальной оси. При этом измельченный материал ссыпается по стенке бункера 11 через выходные отверстия 12 в накопитель или на ленточный конвейер (условно не показаны).

Возможна периодическая разгрузка мельницы.

Центробежная мельница может также работать в режиме самоизмельчения.

Скорость вращения мелющего тела 15, развиваемая им центробежная сила и, следовательно, величина отклонения его от исходного положения при обкатывании внутренней поверхности камеры 1 будут зависеть от мгновенной угловой скорости вращения корпуса.

В соответствии с динамическим расчетом инерционная сила, развиваемая мелющим телом 15, направлена под определенным углом к радиусу корпуса. Тангенциальная составляющая этой инерционной силы будет создавать сдвигающие усилия в измельченном материале, а радиальная составляющая - сминающие. Указанные силы слагаются по правилу Параллелограмма и их результирующая определяет в целом силовое воздействие мелющего тела 15 на материал в рассматриваемый момент.

При фиксированных значениях относительной и переносной угловых скоростей корпуса 1 траектории движения всех инерционных масс: материала и мелющего тела 15 за один полных оборот(цикл) корпуса будет постепенно меняться по мере измельчения материала.

Совместное рассмотрение динамического и кинематического расчетов раздельно для материала и мелющего тела позволяет определить как величину и амплитуду центробежных сил, развиваемых определенными массами материала и мелющего тела, так и положение их во внутреннем объеме камеры в рассматриваемый момент, т.е. траектории их движения, а, следовательно, и их взаимодействия.

Изменяя соотношение относительной и переносной угловых скоростей корпуса (фиг. 4), будет изменяться по величине и направлению его мгновения угловая скорость, а следовательно, и величина и амплитуда инерционных сил, развиваемых материалом и мелющим телом. Таким образом, будет обеспечиваться изменение траекторий движения масс материала и мелющего тела, а, следовательно, и схемы их взаимодействия, что значительно повысит равномерность размельчения всего объема материала.

Измельчение траекторий и центробежных сил по величине, амплитуде и направлению в пространстве у материала и мелющего тела обеспечивается варьированием следующих факторов:
1. Формой камеры: сферическая (фиг.1,2,3 а,г) или эллипсоидальная (фиг.3 б,в,д,е);
2. Формой мелющего тела (фиг.3 а,б);
3. Габаритными размерами камеры.

4. Схемой опирания эллипсоидального корпуса: по меньшему (фиг.3 б,д) или по большему (фиг.3 в,е) диаметру.

5. Углом пересечения между осями вращения корпуса (фиг.3 а,г; б, д; в,е; фиг. 4 а-в; г-е);
6. Геометрическими параметрами кусков материала и мелющего тела, а также плотностью их материала.

7. Величиной и соотношением относительной и переносной угловых скоростей вращения корпуса (фиг.4).

В случае избытка массы мелющего тела 15 снизить ее до необходимой величины возможно за счет выполнения в нем полости (фиг.3 г,д,е).

Использование предложенной конструкции мельницы позволит по сравнению с прототипом обеспечить: минимальный вес конструкции корпуса, что снижает развиваемые им центробежные силы, и, следовательно, улучшает условия его работы; увеличивает жесткость корпуса, повышая надежность работы мельницы, а заданная траектория движения мелющего тела увеличивает эффективность измельчения материала.

Центробежная мельница содержит опорную платформу, корпус, камеру измельчения с мелющим телом, привод вертикального вращения камеры, при этом корпус установлен в подшипниках на стойках, а опорная платформа установлена на расположенных по кольцу опорах с возможностью дополнительного ее вращения относительно вертикальной оси, проходящей через центр корпуса. Стойки могут быть равно или разновеликими по высоте, камера измельчения может быть выполнена сферической или эллипсоидной формы, а мелющие тела могут иметь форму камеры и занимать 30-50% от ее объема. Изобретение позволяет повысить эффективность измельчения. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Центробежная мельница, содержащая опорную платформу, корпус, камеру измельчения с мелющим телом и привод вертикального вращения камеры, отличающаяся тем, что мельница снабжена жестко закрепленными на опорной платформе стойками, на которых в подшипниках установлен корпус, при этом опорная платформа установлена на расположенных по кольцу опорах с возможностью дополнительного ее вращения относительно вертикальной оси проходящей через центр корпуса. 2. Мельница по п. 1, отличающаяся тем, что стойки выполнены равно или разновеликими по высоте. 3. Мельница по любому из пп. 1-2, отличающаяся тем, что камера измельчения выполнена сферической или эллипсоидной формы. 4. Мельница по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что мелющие тела имеют форму камеры и занимают 30-50% от ее объема.