УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ЛИСТОВОГО ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2000 года по МПК D21D1/34 

Изобретение относится к устройствам для измельчения листов или полотна волокнистого материала, преимущественно увлажненного, и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности для получения аэровзвеси волокон при производстве бумаги аэродинамическим способом.

Известен разрыватель целлюлозы [1], содержащий смонтированные в корпусе ротор с зубьями, основной нож и дополнительный нож, закрепленные под углом к основному ножу с возможностью регулирования рабочего зазора. На корпусе смонтирована направляющая горловина (загрузочный канал), внутри которой с возможностью регулировки ее ширины установлен отражатель. Разрывание целлюлозы происходит в два этапа: на первом этапе - при взаимодействии зубьев ротора с основным ножом, на втором - при взаимодействии зубьев ротора с дополнительным ножом. Двухэтапное измельчение позволяет получить высокую степень дисперсности исходного материала.

Одним из основных требований, предъявляемых к измельчению целлюлозы при производстве бумаги аэродинамическим способом, особенно при изготовлении санитарно-гигиенической бумаги, является минимальное укорочение волокон. Основным недостатком известного разрывателя [1] является значительное укорочение волокон за счет применения операции резания, что приводит к снижению качества изготавливаемой бумаги. Данный недостаток присущ всем известным устройствам для измельчения волокнистого материала, принцип действия которых основан на резании.

Известен способ получения распушенного целлюлозосодержащего материала путем увлажнения исходного материала до влажности 3-6% и последующего разделения на волокна в дисковом рафинере (дисковой мельнице) при постоянной подаче воздуха в зазор между дисками [2]. Увлажнение исходного целлюлозосодержащего полотна приводит к повышению его пластичности, что облегчает дальнейшее измельчение. Однако и в этом случае происходит значительное укорочение волокон целлюлозы при перетирании полотна в дисковом рафинере.

Известен также способ получения распушенной целлюлозы путем предварительного увлажнения исходного материала до влажности 15-75%, его измельчения и последующего разделения на волокна во взаимодействующих струях сжатого воздуха при скорости истечения воздушных струй 150-1100 м/с [3]. Используя этот способ, можно измельчить полотно целлюлозы без укорочения волокон. Однако его реализация связана с большими энергозатратами.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство, реализующее способ измельчения сухой целлюлозной массы [4]. Данный способ заключается в том, что исходную целлюлозу предварительно измельчают на куски размером 1-5 см, а затем разделяют на волокна в дисковых рафинерах. Устройство, реализующее способ, содержит расположенные один под другим входной канал, предварительный измельчитель, соединительный канал и окончательный измельчитель. Предварительный измельчитель представляет собой мельницу молоткового типа, состоящую из ротора с билами и отбойной плиты. Окончательный измельчитель представляет собой дисковую мельницу с зазором для вывода измельченного материала. Между предварительным и окончательным измельчителями расположена сетка. Весь процесс измельчения происходит в потоке воздуха, который подается в устройство через входной канал.

При использовании этого устройства за счет двухступенчатого измельчения достигается высокая степень дисперсности материала, однако при этом происходит значительное укорочение волокон целлюлозы, так как ее разбивают на куски между билами ротора и отбойной плитой и перетирают в дисковой мельнице.

Задачей заявляемого изобретения является создание устройства, позволяющего измельчать полотно волокнистого материала, преимущественно целлюлозного, без значительного укорочения волокон, что обеспечивает высокое качество изготавливаемой бумаги.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в устройстве для измельчения листового волокнистого материала, содержащем расположенные последовательно один под другим входной канал для подачи измельчаемого материала, предварительный измельчитель, соединительный канал и окончательный измельчитель, причем предварительный измельчитель выполнен в виде установленного в бункере цилиндрического ротора с билами, ось которого ориентирована преимущественно перпендикулярно направлению движения подаваемого листового материала и параллельно плоскости последнего, а к окончательному измельчителю присоединен выходной канал для вывода измельченного материала, согласно изобретению бункер предварительного измельчителя в верхней части имеет дополнительный патрубок для подачи воздуха, плоскость осевого сечения которого расположена тангенциально к цилиндрической поверхности ротора предварительного измельчителя, била ротора выполнены в виде лопаток, расположенных вдоль образующей ротора, плоскость которых ориентирована преимущественно радиально ротору, окончательный измельчитель выполнен в виде центробежного разрывателя, состоящего из корпуса, на внутренней поверхности которого выполнены статорные элементы, и диска с закрепленными на его периферии отбойными элементами, установленного в корпусе с возможностью вращения и с зазором относительно статорных элементов, а в выходном канале установлен центробежный вентилятор, соединенный с окончательным измельчителем через центральное отверстие, выполненное в днище корпуса окончательного измельчителя под его диском, причем проходное сечение этого отверстия перекрывается диском в осевом направлении.

При таком выполнении устройства операция резания или перетирания измельчаемого материала заменятся на операцию разрыва, при которой укорочения волокон практически не происходит. Для этого била ротора предварительного измельчителя выполнены в виде лопаток, которые не режут измельчаемое полотно, а отрывают от него отдельные элементы. Лопатки могут быть расположены в шахматном порядке, что исключает отрыв от полотна длинных полос. В окончательном измельчителе дробление элементов материала на волокнистые лепестки происходит за счет соударения их с диском, отбойными элементами диска и статорными элементами корпуса, что также исключает как операцию резания, так и операцию перетирания. Для облегчения разрыва измельчаемый волокнистый материал может быть предварительно увлажнен.

Выполнение в верхней части бункера предварительного измельчителя патрубка для подачи воздуха, плоскость осевого сечения которого расположена тангенциально к цилиндрической поверхности ротора, обеспечивает поджим измельчаемого полотна к вращающемуся валу ротора, препятствуя отклонению полотна в сторону вращения последнего, что обеспечивает лучшие условия отрыва отдельных элементов от полотна целлюлозы.

Для обеспечения наиболее оптимальной траектории подачи измельчаемого полотна на лопатки ротора предварительного измельчителя между входным каналом и ротором может быть установлено направляющее устройство, выполненное, например, в виде прижимных валиков, расположенных вдоль образующей ротора и на минимально возможном от него расстоянии.

Для того, чтобы обеспечить равномерность потока воздуха, переносящего элементы измельчаемого полотна из предварительного измельчителя по соединительному каналу в окончательный измельчитель, часть бункера предварительного измельчителя, примыкающая к патрубку для подачи воздуха, может быть выполнена в форме кривоосного канала, огибающего с одной стороны ротор, причем сечение этого канала повторяет форму входного сечения упомянутого патрубка, а зазор между противоположной частью бункера и лопатками ротора с другой его стороны выполнен минимально возможным.

Соединительный канал может быть выполнен в виде диффузорно-конфузорного. В этом случае обеспечивается преобразование плоского воздушного потока в осесимметричный поток круглого сечения, поступающий далее в окончательный измельчитель, выполненный в виде центробежного разрывателя. Преобразование воздушного потока происходит без завихрений, если образующие соединительного канала в плоскости симметрии, параллельной длинной стороне прямоугольника выходного сечения бункера, являются прямыми линиями.

Наиболее предпочтительным для обеспечения вывода полученной аэровзвеси волокон является выполнение центробежного вентилятора в виде диска с расположенными на его поверхности лопатками. Устройство можно упростить, если диск окончательного измельчителя и диск центробежного вентилятора установить на одном валу, проходящем через центральное отверстие, соединяющее окончательный измельчитель с вентилятором.

Выходной канал, в котором установлен центробежный вентилятор, может быть выполнен в виде улитки с тангенциальным выходом. В этом случае, благодаря действию центробежных сил, обеспечивается свободный вывод полученной аэровзвеси волокон с наименьшей вероятностью их слипания, которое могло бы возникнуть при столкновении волокон.

Сущность заявляемого изобретения поясняется графическими материалами - фиг. 1 и 2, на которых в двух проекциях изображена конструкция устройства.

Устройство содержит предварительный измельчитель, размещенный в бункере 1, ширина которого выбирается не менее ширины измельчаемого полотна целлюлозы 2, подаваемого в бункер 1 через загрузочное отверстие 3 с помощью прижимных валиков 4. В бункере 1 непосредственно под прижимными валиками 4 установлен цилиндрический ротор 5, при этом оси вращения валиков 4 и ротора 5 сориентированы параллельно плоскости измельчаемого полотна 3 и перпендикулярно направлению его перемещения. На роторе 5 вдоль его образующей установлены двойные ряды прямоугольных лопаток 6. Лопатки в каждом двойном ряду устанавливаются в шахматном порядке. Размеры отдельных лопаток 6 и наименьшее расстояние между рядами по окружности ротора 5 определяются заданными размерами элементов, на которые измельчается полотно 2 на первой ступени измельчения. Валики 4 и ротор 5 снабжены приводами (на фиг. 1 и 2 не показаны), обеспечивающими их вращение. Расстояние между ротором 5 и валиками 6, должно быть минимальным и определяется возможностью конструктивного исполнения, обеспечивающего их независимое вращение.

Также бункер 1 имеет патрубок 7 прямоугольного сечения для подачи в бункер 1 воздуха, при этом плоскость осевого сечения патрубка 7 ориентирована тангенциально к цилиндрической поверхности ротора 5 с лопатками 6. Часть бункера 1, примыкающая к патрубку 7, имеет форму кривоосного канала 8, огибающего с одной стороны (на фиг. 1 - слева) ротор 5. В этой части бункера 1 сечение кривоосного канала 8 повторяет форму входного сечения патрубка 7. Зазор между внешним срезом лопаток 6 ротора 5 и внутренней стенкой противоположной части бункера 1 должно быть минимальным и определяется возможностью конструктивного исполнения.

Устройство также содержит диффузорно-конфузорный канал 9, соединяющий бункер 1 с центробежным разрывателем 10, осуществляющим вторую ступень окончательного измельчения полотна целлюлозы. Диффузорно-конфузорный канал 9 обеспечивает переход плоского воздушного потока, выходящего из бункера 1, в осесимметричный поток круглого сечения, поступающий в центробежный разрыватель 10. Методы расчета формы канала 9, обеспечивающего согласование входного и выходного потоков воздуха, известны [5].

Вторая ступень измельчения полотна целлюлозы осуществляется в центробежном разрывателе 10, в корпусе которого на валу 11 установлен диск 12 с ножами 13, а на внутренней поверхности выполнены статорные элементы в виде лопаток 14. В днище разрывателя 10 под диском 12 выполнено отверстие 15, соединяющее разрыватель 10 с центробежным вентилятором 16. Диаметр диска 12 выбран существенно больше диаметра отверстия 15, таким образом, что диск 12 перекрывает отверстие 15 в осевом направлении. Указанные размеры и расположение диска 12 препятствует прямому переносу элементов волокнистого материала из разрывателя 10 в центробежный вентилятор 16.

Вентилятор 16 содержит установленный на валу 11 диск 17 с прямоугольными лопатками 18, которые при вращении диска 17 создают вентиляторный эффект, осуществляя подсос воздушного потока и вынос измельченного волокнистого материала из разрывателя 10 через отверстие 15, кольцеобразную полость 19 и тангенциальный выходной патрубок 20.

Заявляемое устройство работает следующим образом. Измельчаемый материал - полотно целлюлозы 2, которое для достижения более качественного измельчения предварительно увлажняют, через загрузочное отверстие 3 валиками 4 подается на вращающийся ротор 5 с лопатками 6. При пересечении полотном 2 траектории вращающихся лопаток 6 от него отрываются элементы материала, размеры которых определяются шириной лопаток 6, линейной скоростью перемещения полотна 2, количеством рядов лопаток 6 и угловой скоростью вращения ротора 5. Шахматный порядок расположения лопаток 6 исключает отрыв от полотна 2 длинных полос, равных ширине подаваемого полотна 2. Оторванные элементы материала отбрасываются лопатками 6 в поток воздуха, поступающий в бункер 1 через патрубок 7. Также этот поток воздуха обеспечивает поджим полотна 2 к вращающемуся валу 5 и препятствует отклонению полотна 2 в сторону вращения последнего.

Полученные на первом этапе измельчения элементы целлюлозного материала потоком воздуха, поступающего через патрубок 7, переносятся из бункера 1 в диффузорно-конфузорный канал 9 и далее в центробежный разрыватель 10.

Поступающие в разрыватель 10 элементы материала попадают на вращающийся диск 12 с ножами 13. Вращающимся диском 12 элементы полотна отбрасываются на статорные лопатки 14. Дробление элементов материала на волокнистые лепестки происходит за счет их соударения с диском 12, ножами 13 и статорными лопатками 14, которое происходит в вихревом потоке, создаваемом диском 12.

При вращении диска 17 с лопатками 18 центробежного вентилятора 16 создается осевой поток воздуха вдоль вала 11, направленный из разрывателя 10 в вентилятор 16 через отверстие 15. Волокнистые лепестки целлюлозы, находящиеся во взвешенном состоянии перемешивания под диском 12, испытывают одновременное воздействие центробежных сил, направленных радиально в сторону боковых стенок измельчителя 10, и силы аэродинамического давления потока воздуха, направленной вдоль вала 11 через отверстие 15. Режим работы устройства подбирают таким образом, чтобы для достаточно мелких волокнистых лепестков, средний диаметр которых составляет 1,5-3 мм, сила аэродинамического давления потока воздуха превышала центробежную силу. В результате такие волокнистые лепестки засасываются через отверстие 15 вентилятором 16, а оставшиеся, более крупные, продолжают измельчаться в мельнице 10. Далее из вентилятора 16 центробежным потоком воздуха, создаваемым вращением диска 17 с установленными на нем лопатками 18, волокнистые лепестки по кольцеобразной полости 19 через тангенциальный выходной патрубок 20 в виде аэровзвеси поступают на следующую технологическую операцию.

Таким образом, использование заявляемого изобретения позволяет измельчать волокнистый материал без укорочения его волокон, что в значительной степени определяет качество изготавливаемой бумаги.

Источники информации
1. А.с. СССР N 297735, D 21 D 1/38, опубл. 11.03.71, БИ N 10.

2. Пат. США N 3475791, кл. 119-156. 3, 1969 г.

3. А.с. СССР N 690104, D 21 D 1/01, опубл. 05.10.79, БИ N 37.

4. Пат. США N 3596840, B 02 C 7/06, опубл. 03.08.71.

5. И. E. Идельчик. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. - М.: Машиностроение, 1975, с. 171.

Изобретение относится к оборудованию для производства бумаги аэродинамическим способом. Устройство содержит расположенные один под другим предварительный измельчитель, выполненный в виде ротора с лопатками, размещенными на его поверхности в шахматном порядке, конфузорно-диффузорный соединительный канал, центробежный разрыватель и выходной канал, в котором установлен центробежный вентилятор, соединенный с разрывателем через центральное отверстие, перекрываемое диском разрывателя в осевом направлении. Бункер предварительного измельчителя имеет патрубок для подачи воздуха, плоскость осевого сечения которого тангенциальна к поверхности ротора. Часть бункера, примыкающая к патрубку, выполнена в форме кривоосного канала, огибающего с одной стороны ротор. Сечение канала повторяет форму входного сечения патрубка. При работе устройства материал измельчается путем разрывания практически без укорочения волокон, что обеспечивает высокое качество изготавливаемой бумаги. Для облегчения разрыва материал может быть предварительно увлажнен. 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для измельчения листового волокнистого материала, содержащее расположенные последовательно один под другим входной канал для подачи измельчаемого материала, предварительный измельчитель, соединительный канал и окончательный измельчитель, причем предварительный измельчитель выполнен в виде установленного в бункере цилиндрического ротора с билами, ось которого ориентирована преимущественно перпендикулярно направлению движения подаваемого листового материала и параллельно плоскости последнего, а к окончательному измельчителю присоединен выходной канал для вывода измельченного материала, отличающееся тем, что бункер предварительного измельчителя в верхней части имеет дополнительный патрубок для подачи воздуха, плоскость осевого сечения которого расположена тангенциально к цилиндрической поверхности ротора предварительного измельчителя, била ротора выполнены в виде лопаток, расположенных вдоль образующей ротора, плоскость которых ориентирована преимущественно радиально ротору, окончательный измельчитель выполнен в виде центробежного разрывателя, состоящего из корпуса, на внутренней поверхности которого выполнены статорные элементы, и диска с закрепленными на его периферии отбойными элементами, установленного в корпусе с возможностью вращения и с зазором относительно статорных элементов, а в выходном канале установлен центробежный вентилятор, соединенный с окончательным измельчителем через центральное отверстие, выполненное в днище корпуса окончательного измельчителя под его диском, причем проходное сечение этого отверстия перекрывается диском в осевом направлении. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что между входным каналом и ротором предварительного измельчителя дополнительно установлено направляющее устройство для подачи измельчаемого материала к ротору. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что направляющее устройство выполнено в виде прижимных валиков, расположенных вдоль образующей ротора предварительного измельчителя. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что прижимные валики установлены на минимально возможном расстоянии от ротора предварительного измельчителя. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что часть бункера предварительного измельчителя, примыкающая к патрубку для подачи воздуха, выполнена в форме кривоосного канала, огибающего с одной стороны ротор и сечение которого повторяет форму входного сечения упомянутого патрубка, а зазор между противоположной частью бункера и лопатками ротора с другой его стороны выполнен минимально возможным. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что лопатки ротора предварительного измельчителя установлены в шахматном порядке. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соединительный канал выполнен в виде диффузорно-конфузорного, обеспечивающего преобразование плоского воздушного потока в осесимметричный поток круглого сечения, поступающий в окончательный измельчитель. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что образующие соединительного канала в плоскости симметрии, параллельной длинной стороне прямоугольника выходного сечения бункера, являются прямыми линиями. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что центробежный вентилятор выполнен в виде диска с радиально расположенными на его поверхности лопатками. 10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диск окончательного измельчителя и диск центробежного вентилятора установлены на одном валу, проходящем через упомянутое центральное отверстие, соединяющее окончательный измельчитель с вентилятором. 11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выходной канал, в котором установлен центробежный вентилятор, выполнен в виде улитки с тангенциальным выходом.