УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЭРОВЗВЕСИ ВОЛОКОН ИЗ ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2003 года по МПК D21D1/34 B02C13/00 

Изобретение относится к устройствам размалывания волокнистого материала, например целлюлозы, и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности при изготовлении изделий аэродинамическим способом.

К аэровзвеси, используемой для изготовления аэродинамическим способом высококачественных изделий, например бумаги, предъявляются особые требования. Исходный волокнистый материал должен быть разделен на отдельные волокна. Волокна не должны содержать влаги на поверхности, что предотвращает их последующее слипание. С другой стороны, чтобы при формовании изделия, которое осуществляется, как правило, путем прессования сформованного слоя аэровзвеси, волокна прочно сцепились друг с другом, влага должна сохраняться внутри волокна. Чтобы в процессе транспортировки приготовленной аэровзвеси к формовочному оборудованию не было потери влаги изнутри волокон, воздух в потоке аэровзвеси должен быть насыщен влагой.

Известна центробежная мельница [1], содержащая корпус с загрузочным патрубком и разгрузочным приспособлением, ротор в виде диска с билами, образующий с внутренней боковой поверхностью корпуса кольцевой канал, отбойное кольцо со щелями, расположенными тангенциально его внутренней поверхности в направлении вращения ротора. При этом вал ротора установлен вертикально и в его нижней части смонтирована крыльчатка. Разгрузочное приспособление выполнено противоположно загрузочному патрубку и охватывает крыльчатку, а величина кольцевого канала между боковой поверхностью корпуса и диском не более суммарной величины щелей в отбойном кольце и щели между торцевыми поверхностями диска ротора и отбойного кольца.

Однако при использовании этой мельницы для разделения волокнистого материала на волокна невозможно получить на выходе равномерный поток аэровзвеси волокон, в котором воздух в достаточной степени насыщен влагой.

Известно устройство для измельчения [2] , содержащее цилиндрический корпус с размещенным в нем ротором, который выполнен в виде диска с разгонными лопатками и закреплен на валу с возможностью вращения, входной и выходной каналы, расположенные коаксиально относительно оси вращения ротора, причем выходной канал выполнен в виде кольца, охватывающего входной канал, и сообщен с отсасывающим циклоном. Разгонные лопатки ротора закреплены на его диске радиально со стороны выходного канала. Устройство содержит обечайку с тангенциальными щелями, которая расположена коаксиально между цилиндрической стенкой корпуса и торцевыми кромками разгонных лопаток ротора и образует с корпусом кольцевую полость, сообщающуюся с тангенциальным каналом для подачи воздуха. Оси симметрии тангенциальных щелей наклонены под углом 7-10^o к касательной, проведенной к внутренней стенке обечайки в точке, расположенной на одинаковом расстоянии от двух соседних щелей.

Это устройство также не предусматривает возможность насыщения воздуха влагой в процессе измельчения. Кроме того, на выходе из устройства получают сильно закрученный поток аэровзвеси измельченного материала, что недопустимо при использовании его в процессе изготовления изделий, в частности бумаги, аэродинамическим способом, когда для подачи на формующую сетку требуется равномерный поток аэровзвеси.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является диспергатор [3], содержащий корпус, размещенный в нем ротор, выполненный в виде диска с разгонными лопатками, который закреплен на валу с возможностью вращения, входной и выходной каналы, расположенные коаксиально относительно оси вращения ротора. Разгонные лопатки ротора закреплены на его диске преимущественно радиально со стороны выходного канала. Обечайка с тангенциальными щелями расположена коаксиально между цилиндрической стенкой корпуса и торцевой кромкой разгонных лопаток ротора и образует с корпусом кольцевую полость, сообщающуюся с тангенциальным каналом для подачи воздуха. Входной канал расположен со стороны диска ротора, противоположной выходному каналу, диск ротора со стороны входного канала дополнительно содержит разгонные лопатки, закрепленные преимущественно радиально, а выходной канал выполнен в виде цилиндрической трубы, вдоль которой установлены перегородки.

Данное устройство не позволяет в процессе разволокнения материала обеспечить влагонасыщение воздуха в потоке получаемой аэровзвеси, что приводит к высушиванию волокон в процессе их дальнейшей транспортировки.

Техническим результатом заявляемого изобретения является создание устройства, позволяющего получить на выходе сплошной равномерный поток аэровзвеси волокон, в котором воздух в процессе разволокнения насыщается влагой, испаряемой из разволокняемого влажного материала.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что устройство для получения аэровзвеси волокон из волокнистого материала содержит цилиндрический корпус с каналом для входа воздуха, каналом для подачи волокнистого материала и выходным каналом, в корпусе аксиально установлены статор, первый и второй роторы. Статор охватывает первый ротор, который установлен с возможностью вращения и выполнен в виде двух дисковых элементов с расположенными между ними лопатками, ориентированными преимущественно в радиальном направлении, между дисковыми элементами первого ротора за внутренними кромками его лопаток установлен второй ротор с возможностью вращения в ту же сторону, что и первый ротор или встречного вращения. Второй ротор также выполнен в виде двух дисковых элементов с расположенными между ними лопатками, при этом лопатки роторов установлены таким образом, что между статором и внешними кромками лопаток первого ротора и между внутренними кромками лопаток первого ротора и внешними кромками лопаток второго ротора образованы первая и вторая кольцевые полости соответственно. Первая кольцевая полость через каналы или отверстия, выполненные в статоре, сообщена с каналом для входа воздуха и через один или несколько патрубков сообщена с каналом для входа волокнистого материала, а за внутренними кромками второго ротора образована центральная полость, сообщающаяся с выходным каналом устройства.

Предварительно увлажненный разволокняемый материал через канал для подачи волокнистого материала и соответствующие патрубки поступает в кольцевой канал. Туда же через канал для входа воздуха и далее через каналы или отверстия статора поступает воздух. При вращении роторов происходит интенсивное разволокнение материала за счет чередующегося ударного воздействия на материал роторных лопаток и статора. Под действием этих ударов частички материала вовлекаются во вращательное движение последовательно сначала в первой, затем и во второй кольцевых полостях, где и происходит разделение частичек материала на отдельные волокна. Частички неразволокненного материала по действием центробежных сил остаются преимущественно в зоне интенсивного разволокнения - в каждой кольцевой полости, а в центральную полость и далее в выходной канал устройства попадет аэровзвесь, состоящая из отдельных волокон.

Наличие двух роторов, вращающихся в разные стороны, позволяет быстрее разволокнять исходный материал.

В процессе разволокнения в каждой кольцевой полости воздух интенсивно перемешивается с разделяемым материалом, благодаря чему с поверхности волокон испаряется пленка воды, что предотвращает слипание разделенных волокон. В кольцевых полостях образуется воздушно-волокнистый слой, который постоянно перемешивается под действием ударов о статор и лопатки ротора. Наличие кольцевых полостей позволяет обеспечить необходимую степень насыщения потока воздуха влагой, испаряющейся с поверхности разволокняемого влажного материала. При этом одновременно интенсифицируется процесс испарение влаги с поверхности волокон и повышается скорость разволокнения исходного материала.

Каналы статора могут быть выполнены непосредственно в теле статора преимущественно тангенциальными к образующей статора.

Для упрощения технологии изготовления устройства каналы статора могут быть образованы посредством статорных лопаток.

Статор также может быть выполнен сетчатым и установлен с образованием радиальных выступов.

В частном случае дисковые элементы каждого ротора могут быть выполнены в виде плоских дисков. Выполнение дисковых элементов в виде дисков позволяет снизить риск проникновения неразволокненных кусочков волокнистого исходного материала в выходной канал через зазоры между дисковыми элементами и корпусом.

В другом частном случае один или оба дисковых элемента одного или обоих роторов могут быть выполнены тарельчатой формы и расположены вогнутой стороной к центральной полости ротора. При таком выполнении роторов скорость воздушного потока, двигающегося вдоль роторной лопатки в направлении оси устройства, уменьшается, что также не позволяет неразволокненному кусочку исходного волокнистого материала проскочить из первой кольцевой полости во вторую кольцевую полость и соответственно неразволокненный материал не попадет из второй полости в выходной канал.

Выходной канал, в частности, может быть выполнен в виде трубы, внутри которой установлены продольные перегородки. В этом случае исключается закручивание потока аэровзвеси, что обеспечивает наилучшие условия осаждения волокон на формующей сетке при последующем формовании полотна аэровзвеси.

Сущность заявляемого изобретения поясняется графическими материалами, на которых представлено:
фиг.1 - конструкция заявляемого устройства;
фиг.2 - то же, вид по разрезу А-А;
фиг.3 - вариант выполнения устройства с дисковыми элементами тарельчатой формы;
фиг.4 - то же, вид по разрезу В-В;
фиг.5 - пример выполнения статора;
фиг. 6 - вид устройства в сечении С-С, иллюстрирующий расположение патрубка для подачи волокнистого материала;
фиг. 7 - пример выполнения выходного канала с перегородками, входящими в центральную полость;
фиг. 8 - пример выполнения выходного канала со скошенной формой торцов перегородок;
фиг.9 - пример выполнения статора сетчатым;
фиг.10 - то же, вид D.

Заявляемое устройство (фиг.1,2) содержит цилиндрический корпус 1 с каналом 2 для входа воздуха, каналом 3 для подачи волокнистого материала и выходным каналом 4. В корпусе 1 размещены статор 5 и первый ротор 6 и второй ротор 7. Первый ротор 6 установлен с возможностью вращения и выполнен в виде двух дисковых элементов 8 и 9 с установленными между ними лопатками 10, ориентированными преимущественно в радиальном направлении. Второй ротор 7 установлен внутри ротора 6 с возможностью вращения в ту же сторону, что и ротор 6, или встречного вращения первому ротору 6 и содержит два дисковых элемента 11, 12 и лопатки 13. Статор 5 может быть образован посредством статорных лопаток 23 (фиг.2), выполнен в виде сплошного тела (фиг.5), имеющего каналы 16, или выполнен сетчатым с отверстиями 29 (фиг.9 и 10).

Между статором 5 и внешними кромками 19 лопаток 10 первого ротора 6 образована первая кольцевая полость 14. Между внутренними кромками 20 лопаток 10 первого ротора 6 и внешними кромками 21 лопаток 13 второго ротора 7 образована вторая кольцевая полость 15. За внутренними кромками 22 лопаток 13 второго ротора 7 образована центральная полость 17. Выходной канал 4 выполнен в виде трубы 27, внутри которой установлены продольные перегородки 28 (фиг. 4). Перегородки 28 и могут входить в центральную полость 17 (фиг.7). Также перегородки 28 могут иметь скошенные к центральной части трубы 27 торцы (фиг.8), что облегчает проход аэровзвеси в выходной канал 4.

На фиг. 1 и 2 показаны дисковые элементы 8 и 9 первого ротора 6 и дисковые элементы 11 и 12 второго ротора 7, выполненные в виде плоских дисков. В другом варианте выполнения устройства (фиг.3) дисковый элемент 25 первого ротора 6 и дисковый элемент 26 второго ротора 7 выполнены тарельчатой формы. Другие дисковые элементы 8, 11 первого ротора 6 и второго ротора 7 соответственно выполнены в виде плоского диска. В последнем случае первый ротор 6 и второй ротор 7 получаются переменными по высоте в радиальном направлении, что обеспечивает расширение потока аэровзвеси, перемещающегося от периферии ротора 6 к центральной полости 17, и как следствие, уменьшение скорости его перемещения.

Подача волокнистого материала через входной канал 4 может осуществляться совместно с потоком воздуха или раздельно, соответственно и конструкция входного канала 4, как это принято в данной области техники, может быть различной.

Канал 3 служит для подачи волокнистого материала, который, в частности, может подаваться пневмотранспортом, в потоке воздуха, однако основной воздух для получения аэровзвеси поступает через канал 2.

Устройство работает следующим образом.

Через канал 3 подается увлажненный волокнистый материал, например, измельченная целлюлоза, а через канал 2 подается воздух. Волокнистый материал и воздух попадают в первую кольцевую полость 14 между статором 5 и первым ротором 6. В полости 14 материал подвергается ударному воздействию лопаток 10 первого ротора 6. Под действием этих ударов частички материала вовлекаются во вращательное движение в полости 14, где и происходит предварительное разделение частичек материала на отдельные волокна. Одновременно с этим в кольцевой полости 14 воздух интенсивно перемешивается с разделяемым материалом и начинает насыщаться испаряемой с поверхности волокон водой. В полости 14 образуется вращающийся воздушно-волокнистый слой, который постоянно перемешивается под действием ударов о лопатки 23 статора и лопатки 10 первого ротора 6.

Первоначально разделенные частички исходного материала, имеющие меньшую массу, чем исходные, проникают между лопатками 10 первого ротора 6 во вторую кольцевую полость 15. В этой полости 15 происходит окончательное разделение частичек материала на отдельные волокна. В полости 15 также образуется вращающийся воздушно-волокнистый слой, который постоянно перемешивается под действием ударов о лопатки 10 первого ротора 6 и лопатки 13 второго ротора 7. Поверхность волокон подсыхает, благодаря чему предотвращается слипание разделенных волокон.

Частички материала, не полностью разделенные на отдельные волокна, не могут пройти в центральную полость 17 второго ротора 7, так как отбрасываются центробежной силой. В центральную полость 17 ротора 7 с потоком воздуха попадают только волокна полностью разделенного исходного материала, которые образуют с потоком воздуха аэровзвесь волокон. При этом волокна не слипаются, так как их поверхностный слой подсушен, а воздушный поток насыщен влагой, что исключает потерю влагонасыщения волокон при их дальнейшей транспортировке к формующему оборудованию.

Процесс разделения исходного материала происходит до тех пор, пока частицы целлюлозы не разделятся на отдельные волокна и не произойдет подсушивание внешнего слоя и насыщение влагой воздушного потока.

Работа устройства при выполнении статора 5 сетчатым (фиг.9) практически не отличается от описанной выше.

Воздушный поток поступает в первую кольцевую полость 14 через отверстия 29 статора 5. В кольцевой полости 14 образуется вращающийся воздушно-волокнистый слой, который постоянно перемешивается под действием ударов о выступы 24 статора 5 и лопатки 10 ротора 6.

Степень разделения материала на волокна определяется, главным образом, скоростью и направлением вращения первого 6 и второго 7 роторов, расходом подаваемого воздуха через каналы 16 или отверстия 29 статора, удельным весом, влажностью и другими физическими параметрами исходного материала.

Для предотвращения закручивания выходного потока аэровзвеси выходной канал 4 выполнен в виде трубы 27 и в ней установлены продольные разделительные перегородки 28.

При работе устройства, представленного на фиг.3, первый 6 и второй 7 роторы которого имеют увеличивающуюся высоту по направлении к оси вращения, можно в большей мере регулировать баланс действия на частички еще не полностью разволокненного материала центробежной силы и силы аэродинамического давления потока воздуха. В роторах 6 и 7, расширяющихся к оси вращения, действие силы аэродинамического давления потока воздуха по мере удаления от периферии падает, поэтому под действием центробежной силы частицы материала возвращаются в кольцевые полости 14 и 15, где продолжается их активное разделение на волокна.

Таким образом, исходный волокнистый материал эффективно разделяется на отдельные волокна. На выходе устройства волокна не будут содержать влаги на поверхности, при этом сохранится влага внутри волокна. Устройство также обеспечивает насыщение потока воздуха влагой, испаренной в процессе разделения с поверхности волокон, чтобы в процессе дальнейшей транспортировки аэровзвеси не терялось их влагонасыщение.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. А.с. СССР 1636043, В 02 С 13/08, опубл. 23.03.91.

2. А.с. СССР 1629094, В 02 С 13/26, опубл. 23.02.91.

3. Патент РФ 2154706, D 21 D 1/34, опубл. 20.09.2000 - прототип.

Использование: в целлюлозно-бумажной промышленности при производстве бумаги аэродинамическим способом. Устройство содержит цилиндрический корпус с каналами для входа воздуха, подачи волокнистого материала и выходным каналом. В корпусе аксиально размещены статор, первый и второй роторы, при этом второй ротор установлен внутри первого ротора с возможностью вращения в ту же сторону, что и первый ротор или встречного вращения. Роторы выполнены в виде двух дисковых элементов с расположенными между ними лопатками, ориентированными преимущественно в радиальном направлении. Между статором и внешними кромками лопаток первого ротора и между внутренними кромками лопаток первого ротора и внешними кромками лопаток второго ротора образованы кольцевые полости, первая из которых через каналы или отверстия, выполненные в статоре, сообщена с каналом для входа воздуха и через один или несколько патрубков сообщена с каналом для входа волокнистого материала, а за внутренними кромками второго ротора образована центральная полость, сообщающаяся с выходным каналом устройства. Обеспечивается разделение на волокна с образованием равномерного, без завихрений, потока аэровзвеси с необходимой влажностью. 6 з.п.ф-лы, 10 ил.

1. Устройство для получения аэровзвеси волокон из волокнистого материала, содержащее цилиндрический корпус с каналом для входа воздуха, каналом для подачи волокнистого материала и выходным каналом, в корпусе аксиально размещены статор, первый и второй роторы, статор охватывает первый ротор, который выполнен в виде двух дисковых элементов с расположенными между ними лопатками, ориентированными преимущественно в радиальном направлении, между дисковыми элементами первого ротора за внутренними кромками его лопаток установлен второй ротор с возможностью вращения в ту же сторону, что и первый ротор или встречного вращения, второй ротор также выполнен в виде двух дисковых элементов с расположенными между ними лопатками, при этом лопатки роторов установлены таким образом, что между статором и внешними кромками лопаток первого ротора и между внутренними кромками лопаток первого ротора и между внутренними кромками лопаток первого ротора и внешними кромками лопаток второго ротора образованы первая и вторая кольцевые полости соответственно, при этом первая кольцевая полость через каналы или отверстия, выполненные в статоре, сообщена с каналом для входа воздуха и через один или несколько патрубков сообщена с каналом для входа волокнистого материала, а за внутренними кромками второго ротора образована центральная полость, сообщающаяся с выходным каналом устройства. 2. Устройство по п. 1, в котором статор выполнен в виде сплошного тела с тангенциальными к образующей статора каналами. 3. Устройство по п. 1, в котором статор выполнен в виде статорных лопаток с каналами между ними. 4. Устройство по п. 1, в котором статор выполнен сетчатым и установлен с образованием радиальных выступов. 5. Устройство по п. 1, в котором дисковые элементы каждого ротора выполнены в виде плоских дисков. 6. Устройство по п. 1, в котором один или оба дисковых элемента одного или обоих роторов выполнены тарельчатой формы и расположены вогнутой стороной к центральной полости ротора. 7. Устройство по п. 1, в котором выходной канал выполнен в виде трубы, внутри которой установлены продольные перегородки.