ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬ Российский патент 2001 года по МПК B02C19/22 

Изобретение относится к полимерному машиностроению и может быть использовано в конструкциях измельчителей с несколькими валами, применяемых для переработки отходов производства из пластмасс, химических и натуральных волокон, и утилизации изношенных изделий, преимущественно из эластомеров типа вулканизированной резины, например автомобильных шин с отделенным металлическим кордом, с целью получения мелкозернистого и монодисперсного порошка.

Известно устройство для переработки органических материалов, содержащее последовательно расположенные по ходу перемещения материала блок загрузки и предварительного уплотнения низкого давления и блок уплотнения среднего давления, сопряженный с блоком высокого давления [1].

Блок загрузки и предварительного сжатия состоит из трех находящихся во взаимном зацеплении шнеков: центрального и двух боковых, при этом оси валов расположены в одной горизонтальной плоскости параллельно друг другу. Из блока среднего давления материал выдавливается в блок высокого давления посредством двух поршней, откуда в текучем состоянии поступает на транспортер и далее подается на измельчение в другое устройство. Таким образом, известное устройство не обеспечивает непосредственное получение порошка из перерабатываемого материала.

Известно устройство для измельчения материалов, содержащее корпус с размещенными в нем ведущим и двумя ведомыми рабочими органами, выполненными в виде установленных на валах дисков с закрепленными по их периферии замкнутыми пружинами, образующими тороидальные поверхности и имеющими одинаковый шаг свивки. Валы ведомых рабочих органов расположены симметрично относительно продольной оси ведущего вала и параллельно между собой [2].

В известном устройстве возможно измельчение только хрупких материалов, причем для достижения высокой степени измельчения требуется дополнительная переработка материала. Выполнение рабочих элементов в виде пружин не позволяет измельчать резину и другие эластомеры, что сужает область применения устройства.

Известен двухвальный измельчитель для переработки эластомеров, содержащий корпус, внутри которого выполнена полость, образованная пересечением двух цилиндрических расточек, образующих неподвижную режущую кромку, взаимосвязанную с подвижными режущими кромками рабочих элементов, закрепленных на валах, установленных в расточках [3].

Для работы этого измельчителя, кроме механической энергии для вращения валов, необходим подвод тепловой энергии к обрабатываемому материалу, что, безусловно, усложняет конструкцию и повышает энергозатраты.

Наиболее близким к прелагаемому изобретению по технической сущности является измельчитель, содержащий корпус с загрузочным и выходным отверстиями, две - первую и вторую расточки, выполненные внутри корпуса и пересекающиеся вдоль образующих, неподвижную режущую кромку, расположенную вдоль линии пересечения расточек, и два вала с рабочими элементами, размещенными на участках загрузки, измельчения и выгрузки, при этом валы установлены в расточках с возможностью, по крайней мере на участке измельчения, совместного воздействия на измельчаемый материал рабочего элемента каждого вала и указанной неподвижной режущей кромки [4].

Известное устройство, принятое в качестве прототипа, при выполнении определенных условий обеспечивает измельчение полимерных материалов, в том числе эластомеров, с достаточной степенью дисперсности. Однако этот результат может быть достигнут за счет выполнения участка измельчения достаточно протяженным, чтобы иметь возможность для размещения на валах рабочих элементов, состоящих из большого количества многоугольных дисков. При этом в процессе измельчения, в связи с изменением насыпной плотности материала по ходу потока нагрузка по длине рабочего элемента распределяется неравномерно и часть дисков, работая с повышенной нагрузкой, интенсивно изнашивается, что делает необходимыми частые остановки измельчителя для замены всех дисков, хотя часть из них практически может не иметь следов износа.

Известно, что производительность роторных измельчителей по выходу целевой фракции, при прочих равных условиях, зависит от числа силовых воздействий на материал со стороны рабочего элемента в процессе измельчения. В известном измельчителе для повышения производительности по выходу целевой фракции необходимо увеличивать количество дисков рабочих элементов на участке измельчения, длина которого растет и, следовательно, усугубляются перечисленные выше недостатки. В связи с вышеизложенным, можно сделать вывод о том, что указанные недостатки ухудшают эксплуатационные характеристики и технико-экономические показатели устройства-прототипа.

Предлагаемое изобретение решает задачу создания измельчителя с высокими технико-экономическими показателями, обеспечивающего получение тонкозернистых монодисперсных порошков из различных полимерных материалов, в том числе эластомеров.

Технический результат, который достигается при осуществлении изобретения, заключается в увеличении производительности измельчителя по выходу целевой фракции при одновременном увеличении времени его работы без замены рабочих элементов.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в измельчителе, содержащем корпус с загрузочным и выходным отверстиями, две - первую и вторую расточки, выполненные внутри корпуса и пересекающиеся вдоль образующих, неподвижную режущую кромку, расположенную вдоль линии пересечения расточек, и два вала с рабочими элементами, размещенными на участках загрузки, измельчения и выгрузки, при этом валы установлены в расточках с возможностью, по крайней мере на участке измельчения, совместного воздействия на измельчаемый материал рабочего элемента каждого вала и указанной неподвижной режущей кромки, новым является то, что внутри корпуса дополнительно выполнена, по меньшей мере одна, третья расточка для вала, пересекающаяся вдоль образующих с первой и второй расточками, образуя две неподвижные режущие кромки, каждая из которых расположена вдоль линии пересечения с соответствующей расточкой, при этом оси валов, установленных в первой, второй и третьей расточках, расположены на равных расстояниях друг от друга, так что рабочий элемент каждого вала, по крайней мере на участке измельчения, воздействует на измельчаемый материал совместно с рабочими элементами двух других валов и двумя неподвижными режущими кромками, примыкающими к расточке соответствующего вала, причем, по крайней мере на участке измельчения, рабочие элементы на валах выполнены многоугольными с числом вершин, кратным трем, а валы установлены с возможностью их однонаправленного вращения.

Кроме того, в корпусе выполнена четвертая расточка, расположенная диаметрально противоположно третьей расточке и пересекающаяся вдоль образующих с первой и второй расточками, образуя две неподвижные режущие кромки, каждая из которых расположена вдоль линии пересечения с соответствующей расточкой, при этом оси валов, установленных в первой, второй и четвертой расточках, расположены на равных расстояниях друг от друга, так что рабочий элемент вала, установленного в четвертой расточке, воздействует на измельчаемый материал, по крайней мере на участке измельчения, совместно с рабочими элементами двух других валов, размещенных соответственно в первой и второй расточках, и двумя неподвижными режущими кромками, примыкающими к четвертой расточке.

Кроме того, рабочие элементы на валах, по крайней мере на участке измельчения, выполнены в виде набора плоских дисков треугольной формы, боковые стороны которых имеют вид выпуклых дуг, а режущие кромки на их периферии расположены вдоль вала по винтовой линии, образованной за счет углового смещения вершин соседних дисков относительно друг друга, при этом диски размещены на валах в плоскостях, перпендикулярных осям валов таким образом, что расположенные в одной плоскости диски на всех валах установлены в одинаковом положении.

Кроме того, расточки в корпусе выполнены цилиндрическими.

Кроме того, расточки в корпусе выполнены конусными, сужающимися в направлении выходного отверстия, при этом рабочие элементы выполнены конусообразными, сужающимися в направлении выходного отверстия, а режущие кромки рабочих элементов расположены по конической винтовой линии.

Кроме того, на участках загрузки и выгрузки валы снабжены шнеками.

Действительно, выполнение заявленного измельчителя с тремя рабочими элементами и тремя неподвижными режущими кромками многократно увеличивает не только количество, но и частоту циклов силовых воздействий на материал за счет одновременного взаимодействия в процессе измельчения всех трех рабочих элементов между собой и каждого из них с двумя режущими кромками и с поверхностью соответствующей расточки, при этом рабочие элементы, по крайней мере на участке измельчения, выполнены многоугольными с числом вершин, кратным трем, кроме того, оси валов расположены на равных расстояниях друг от друга, а валы установлены с возможностью их однонаправленного вращения.

В результате, по сравнению с прототипом, число рабочих элементов увеличилось на единицу, а число зон взаимодействия рабочих элементов между собой, в которых наиболее активно происходит измельчение материала, возросло в три раза. Следовательно, многократное повышение интенсивности измельчения материала в заявленном измельчителе позволяет, при необходимости, уменьшить длину рабочих элементов, не только не уменьшая производительность устройства, но даже увеличить ее. Таким образом, увеличение интенсивности измельчения при одновременном снижении нагрузок на рабочие элементы, уменьшает их износ и увеличивает время работы измельчителя без замены рабочих элементов.

Как показывает анализ известного уровня техники, достигнутый результат не является очевидным, так как получен не за счет суммирования известных признаков по заранее известному правилу.

На основании изложенного можно утверждать, что предложенный измельчитель представляет собой новую совокупность признаков, обеспечивающую достижение указанного технического результата, который явным образом не следует из уровня техники. Это позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 схематично изображен продольный разрез измельчителя с тремя валами; на фиг. 2 представлено сечение Д-Д на фиг. 1 с рабочим элементом на участке измельчения в виде набора треугольных дисков; на фиг. 3 показано размещение рабочих элементов в измельчителе с четырьмя валами; на фиг. 4 изображен треугольный диск рабочего элемента.

Измельчитель содержит корпус 1 с загрузочным отверстием 2 и выходным отверстием 3, внутри корпуса 1 выполнены три пересекающиеся вдоль образующих - первая, вторая и третья расточки 4, 5 и 6 соответственно, три неподвижные режущие кромки 7, каждая из которых расположена вдоль линии пересечения двух смежных расточек соответственно 4 и 5, 5 и 6, 6 и 4 и три вала 8 с рабочими элементами 9, размещенными на участках загрузки A, измельчения В и выгрузки C, валы 8 установлены соответственно в расточках 4, 5 и 6, при этом оси 10 валов 8 расположены на равных расстояниях друг от друга, так что рабочий элемент 9 каждого из валов 8, по крайней мере на участке измельчения В, воздействует на измельчаемый материал совместно с рабочими элементами 9 двух других валов 8 и двумя неподвижными режущими кромками 7, примыкающими к расточке соответствующего вала 8, причем, по крайней мере на участке измельчения В, рабочие элементы 9 на валах 8 могут быть выполнены многоугольными с числом вершин 11, кратным трем, по меньшей мере с тремя вершинами.

В частном случае выполнения измельчителя рабочие элементы 9, размещенные, по крайней мере на участке измельчения В, могут быть выполнены в виде набора плоских дисков 12 треугольной формы, боковые стороны 13 которых равны между собой и имеют вид выпуклых дуг, а режущие кромки 14 на их периферии расположены вдоль вала 8 по винтовой линии, образованной за счет углового смещения вершин 11 соседних дисков 12 относительно друг друга, при этом диски 12 размещены на валах 8 в плоскостях, перпендикулярных осям 10 валов 8 таким образом, что расположенные в одной плоскости диски 12 на всех валах 8 установлены в одинаковом положении.

При выполнении измельчителя с четырьмя валами 8 четвертая расточка 15 расположена диаметрально противоположно третьей расточке 6 и, пересекаясь вдоль образующих с первой расточкой 4 и второй расточкой 5, образует две неподвижные режущие кромки 7, каждая из которых расположена вдоль линии пересечения с соответствующей расточкой, при этом оси 10 валов 8, установленных в первой расточке 4, второй расточке 5 и четвертой расточке 15, расположены на равных расстояниях друг от друга, так что рабочий элемент 9 вала 8, установленного в четвертой расточке 15, воздействует на измельчаемый материал, по крайней мере на участке измельчения В, совместно с рабочими элементами 9 двух других валов 8, размещенных соответственно в первой расточке 4 и второй расточке 5, и двумя неподвижными режущими кромками 7, примыкающими к четвертой расточке 15.

Расточки 4, 5, 6 и 15 в корпусе 1 могут быть выполнены цилиндрическими или конусными (на фигуре не показано), сужающимися в направлении выходного отверстия 3, а рабочие элементы 9, размещенные на валах 8, выполнены конусообразными, сужающимися в направлении выходного отверстия 3, причем режущие кромки 14 рабочих элементов 9 расположены по конической винтовой линии. Кроме того, на участках загрузки A и выгрузки C валы 8 могут быть снабжены шнеками 16 и 17 соответственно.

Измельчитель соединен с приводом 18 через редуктор 19, при включении привода 18 валы 8 измельчителя вращаются синхронно в одном направлении.

Работу заявленного устройства рассмотрим на примере выполнения его с тремя валами.

Устройство работает следующим образом.

Исходный материал через загрузочное отверстие 2 поступает вовнутрь корпуса 1 на участок загрузки A и с помощью рабочих элементов 9, в частном случае представляющих собой три шнека 16, куски материала в сжатом состоянии подаются на участок измельчения В, где при совместном воздействии на материал рабочих элементов 9 и неподвижных режущих кромок 7 осуществляется измельчение как посредством резки, так и за счет истирания в массе при поперечном движении частиц материала относительно осей вращения валов 8, что характерно для процесса измельчения в многороторных устройствах при расположении режущих кромок 14 рабочих элементов 9 по винтовой линии. Кроме того, многоугольная форма рабочих элементов 9 с числом вершин 11, кратным трем, позволяет осуществлять многократное дробление материала в порошок между поверхностью расточек 4, 5 и 6 и вершинами 11 рабочих элементов 9, а выполнение рабочих элементов 8 в виде набора плоских дисков 12, расположенных на валу один за другим с угловым смещением вершин 11 соседних дисков 12 относительно друг друга, обеспечивает транспортировку измельчаемого материала в продольном направлении вдоль расточек 4, 5 и 6. Измельченный материал выгружается с помощью рабочих элементов 9, в частности выполненных в виде шнеков 17, через выходное отверстие 3.

В измельчителе, выполненном с четырьмя валами 8, рабочие элементы 9, размещенные на валах 8 в первой 4 и второй 5 расточках, взаимодействуют при измельчении не только с рабочим элементом 9 вала 8 в третьей расточке 6, но с рабочим элементом 9 вала 8 в четвертой расточке 15, а также с примыкающими к расточке 15 неподвижными режущими кромками 7.

Сущность процесса измельчения не зависит от того, с каким количеством вершин, кратным трем, выполнены рабочие элементы и какой формы расточки - цилиндрические или конусные, но в последнем случае за счет плавного и непрерывного изменения проходного сечения, несмотря на увеличение насыпной плотности материала по ходу потока, обеспечивается заполнение материалом рабочего объема и поддержание оптимальных нагрузок по всей длине рабочих элементов. Однако преимущество заявляемого измельчителя по сравнению с прототипом проявляется во всех случаях выполнения, представленных в формуле изобретения.

Действительно, в заявляемом измельчителе рабочие элементы подвергают материал измельчению, взаимодействуя между собой одновременно в трех зонах, кроме того, увеличение числа расточек и рабочих элементов, а следовательно и количества и частоты циклов силовых воздействий на материал, многократно повышает интенсивность измельчения, и пропорционально этому возрастает производительность при одновременном снижении нагрузки на рабочие элементы, что увеличивает их рабочий ресурс.

На основании изложенного можно сделать вывод, что предлагаемый измельчитель может быть осуществлен и обеспечивает указанный выше технический результат.

Источники информации
1. Патент SU N 1662343, В 02 C 19/22, 1991.

2. Патент RU N 2036730, В 02 C 19/22, 1995.

3. Патент US N 4607797, В 02 C 19/12, 1986.

4. Патент RU N 2059435, В 02 C 19/12, 1996 (прототип).

Устройство предназначено для переработки отходов производства из пластмасс, химических и натуральных волокон и утилизации изношенных изделий преимущественно из эластомеров типа вулканизированной резины. Измельчитель содержит корпус с загрузочным и выходным отверстиями, внутри корпуса выполнены три расточки, в которых размещены валы, оси которых расположены на равных расстояниях друг от друга так, что рабочий элемент каждого вала по крайней мере на участке измельчения воздействует на измельчаемый материал совместно с рабочими элементами двух других валов и двумя неподвижными режущими кромками, примыкающими к расточке соответствующего вала, причем по крайней мере на участке измельчения рабочие элементы на валах выполнены многоугольными с числом вершин, кратным трем, и валы установлены с возможностью их однонаправленного вращения. Изобретение позволяет получить мелкозернистый и монодисперсный порошок. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Измельчитель, содержащий корпус с загрузочным и выходным отверстиями, первую и вторую расточки, выполненные внутри корпуса и пересекающиеся вдоль образующих, неподвижную режущую кромку, расположенную вдоль линии пересечения расточек, и два вала с рабочими элементами, размещенными на участках загрузки, измельчения и выгрузки, при этом валы установлены в расточках с возможностью по крайней мере на участке измельчения совместного воздействия на измельчаемый материал рабочего элемента каждого вала и указанной неподвижной режущей кромки, отличающийся тем, что внутри корпуса дополнительно выполнена по меньшей мере одна, третья, расточка для вала, пересекающаяся вдоль образующих с первой и второй расточками, образуя две неподвижные режущие кромки, каждая из которых расположена вдоль линии пересечения с соответствующей расточкой, при этом оси валов, установленных в первой, второй и третьей расточках, расположены на равных расстояниях друг от друга так, что рабочий элемент каждого вала по крайней мере на участке измельчения воздействует на измельчаемый материал совместно с рабочими элементами двух других валов и двумя неподвижными режущими кромками, примыкающими к расточке соответствующего вала, причем по крайней мере на участке измельчения рабочие элементы на валах выполнены многоугольными с числом вершин, кратным трем, а валы установлены с возможностью их однонаправленного вращения. 2. Измельчитель по п.1, отличающийся тем, что в корпусе выполнена четвертая расточка, расположенная диаметрально противоположно третьей расточке и пересекающаяся вдоль образующих с первой и второй расточками, образуя две неподвижные режущие кромки, каждая из которых расположена вдоль линии пересечения с соответствующей расточкой, при этом оси валов, установленных в первой, второй и четвертой расточках, расположены на равных расстояниях друг от друга так, что рабочий элемент вала, установленного в четвертой расточке, воздействует на измельчаемый материал по крайней мере на участке измельчения совместно с рабочими элементами двух других валов, размещенных соответственно в первой и второй расточках, и двумя неподвижными режущими кромками, примыкающими к четвертой расточке. 3. Измельчитель по п.1 или 2, отличающийся тем, что рабочие элементы на валах по крайней мере на участке измельчения выполнены в виде набора плоских дисков треугольной формы, боковые стороны которых имеют вид выпуклых дуг, а режущие кромки на их периферии расположены вдоль вала по винтовой линии, образованной за счет углового смещения вершин соседних дисков относительно друг друга, при этом диски размещены на валах в плоскостях, перпендикулярных осям валов, так, что расположенные в одной плоскости диски на всех валах установлены в одинаковом положении. 4. Измельчитель по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что расточки в корпусе выполнены цилиндрическими. 5. Измельчитель по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что расточки в корпусе выполнены конусными, сужающимися в направлении выходного отверстия, при этом рабочие элементы выполнены конусообразными, сужающимися в направлении выходного отверстия, а режущие кромки рабочих элементов расположены по конической винтовой линии. 6. Измельчитель по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что на участках загрузки и выгрузки валы снабжены шнеками.