ВИХРЕАКУСТИЧЕСКИЙ ДИСПЕРГАТОР Российский патент 2004 года по МПК B02C19/06 

Изобретение относится к области оборудования для измельчения различных материалов в потоке энергоносителя, преимущественно в воздушном потоке, и может быть использовано в горнорудной, строительной, энергетической, химической и других отраслях промышленности.

Известна вихревая мельница, включающая цилиндрическую помольную камеру с соплом, ориентированным вдоль хорды сечения ее внутренней поверхности и связанным с входным патрубком, и входное отверстие для порошка и энергоносителя, на внутренней поверхности помольной камеры выполнены полости, ориентированные вдоль хорды сечения ее внутренней поверхности, направление наклона которых по отношению к радиусу цилиндрической поверхности помольной камеры совпадает с направлением наклона сопла, причем каждая из первых полостей сопряжена с меньшей второй полостью, наклоненной к первой (RU 2100082 C1, 27.12.1997).

Известная конструкция недостаточно долговечна из-за возможности абразивного износа, не обеспечивает требуемой точности фракционного состава материала на выходе.

Наиболее близким по технической сущности изобретением является вихреакустический диспергатор, содержащий загрузочное устройство, ограниченную крышкой и днищем с центральными отверстиями цилиндрическую камеру помола со съемной кольцевой обоймой, в боковой стенке последней размещены, по крайней мере, два имеющих резонатор сопла для подачи энергоносителя, направленные под углом к центральной оси камеры помола (RU 2153937 C1, 08.10.2000).

Известная конструкция не имеет возможности регулирования частоты колебаний без замены отдельных элементов конструкции, воздействующих на материал, имеет большое количество подводящих патрубков энергоносителя, что увеличивает габаритные размеры, а также нижнее расположение разгрузочного окна, что приводит к подъему мельницы.

Задача изобретения - повышение эффективности тонкого измельчения материалов благодаря возможности изменения частоты колебаний в камере помола, наиболее рациональной технологической компоновки и обеспечение надежности работы вихреакустического диспергатора.

Указанная задача достигается тем, что в вихреакустическом диспергаторе, содержащем загрузочное устройство, ограниченную крышкой и днищем с центральными отверстиями цилиндрическую камеру помола со съемной кольцевой обоймой, в боковой стенке последней размещены, по крайней мере, два, имеющих резонаторы сопла для подачи энергоносителя, направленных в плане под углом к центральной оси камеры помола, съемная кольцевая обойма установлена с кольцевым зазором относительно боковой стенки камеры помола и образует с корпусом распределительный коллектор энергоносителя с тангенциально подведенным к нему патрубком подвода энергоносителя, стенка съемной кольцевой обоймы содержит последовательно расположенные с соплами каверны-генераторы, при этом камера помола жестко соединена с загрузочным устройством, состоящим из воронки, камеры-завихрителя с тангенциально расположенным патрубком ввода энергоносителя, к днищу камеры помола соосно присоединен газоструйный генератор-излучатель, состоящий из ступенчатого корпуса с тангенциально подсоединенным патрубком ввода энергоносителя, внутри ступенчатого корпуса размещены два коаксиально установленных с зазором друг относительно друга усеченных конуса, расположенные меньшими основаниями вниз, внешний из которых имеет глухие отверстия на внутренней поверхности и прикреплен в нижней части к сферическому элементу, а в верхней - к корпусу генератора-излучателя, внутренний конус выполнен перфорированным и его большее основание закреплено на днище камеры помола и совмещено с его центральным отверстием, крышка камеры помола соединена с устройством для пылеосаждения и выгрузки готового продукта, состоящим из цилиндрического корпуса с верхней куполообразной крышкой и тангенциально расположенным патрубком выгрузки готового продукта, причем внутри корпуса установлен сменный усеченный конус с отверстиями или углублениями на внутренней поверхности, входящий меньшим основанием в куполообразную крышку, а большее основание закреплено в центральном отверстии крышки камеры помола.

Каверны-генераторы могут быть выполнены в виде одной или двух полостей. Каверны-генераторы могут иметь дополнительные полости. Форма каверн-генераторов может быть выполнена различной по форме и площади.

На внутренней поверхности перфорированного конуса газоструйного генератора-излучателя без зазора может быть закреплена полностью повторяющая форму конуса перфорированная диафрагма с возможностью поворота вокруг своей оси.

В устройстве для пылеосаждения отношение суммарной площади меньшего основания конуса и отверстий к площади его большего основания может составлять 0,3...0,8.

На фиг. 1 изображен общий вид вихреакустического диспергатора; на фиг. 2 - разрез камеры помола; на фиг. 3 – вид В на фиг. 1 на отклоняющий элемент; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2.

Вихреакустический диспергатор содержит загрузочное устройство, состоящее из воронки 1, патрубка ввода энергоносителя 2 и камеры завихрите-ля 3. Загрузочное устройство соединено через патрубок 4 с цилиндрической камерой помола 5. Камера помола 5 состоит из съемной кольцевой обоймы 6, выполненной, например, из отдельных керамических сегментов, дополняющих друг друга до кольца, крышки 7 и днища 8 с центральными отверстиями соответственно 9 и 10. На днище 8 выполнен выступ, диаметр которого соответствует внутреннему диаметру съемной обоймы. Съемная обойма, например, насажена на выступ днища 8 с кольцевым зазором относительно боковой стенки цилиндрического корпуса 11 камеры помола 5 и образует с корпусом распределительный коллектор энергоносителя 12 с тангенциально подведенным к нему патрубком подвода энергоносителя 13. Съемная кольцевая обойма 6 имеет, по крайней мере, два имеющих резонатор сопла 14 и последовательно расположенные с соплами каверны-генераторы, расположенные по высоте камеры помола 5, содержащие одну резонаторную полость 15 или две резонаторные полости соответственно 16 и 17, причем в случае выполнения каверн-генераторов в виде двух полостей каждая из первых полостей 16 сопряжена с меньшей второй полостью 17, наклоненной к первой. В нашем случае каверны-генераторы и имеющие резонатор сопла выполнены в такой последовательности: резонатор-сопло, каверна-генератор с одной полостью 15 и далее каверна-генератор с двумя полостями 16, 17. Резонаторные полости 15, 16 и 17 выполнены при изготовлении сегментов керамической обоймы, например, выдавливанием или литьем. Снизу камеру помола дополняет жестко закрепленный газоструйный генератор-излучатель 18. В состав генератора-излучателя входят ступенчатый цилиндрический корпус 19, патрубок ввода энергоносителя 20 и два одинаковых по размеру усеченных конуса: внешний 21 и внутренний 22, изготовленные, например, из металла, расположенные меньшими основаниями вниз, причем конусы установлены коаксиально с зазором друг к другу, это достигается путем смещения по оси внешнего конуса 21 относительно внутреннего 22. Внутренний конус 22 имеет перфорированную поверхность, на внутренней поверхности конуса может быть закреплена, например, со скользящей посадкой перфорированная диафрагма 23, полностью повторяющая форму конуса с возможностью порота вокруг своей оси. Отверстия 24 на внутреннем конусе 22 и на перфорированной диафрагме 23 выполнены, например, прямоугольной формы. Диафрагма служит для того, чтобы перекрывать полностью или частично, при своем повороте, отверстия с внутренней стороны конуса 22 с целью изменения частоты звука, поступающего в камеру помола. Большим основанием внутренний конус 22 жестко закреплен, например, с внешней стороны к днищу 8 камеры помола 5 таким образом, что диаметр его большего основания соответствует диаметру отверстия 10 и оба отверстия совмещены. Внешний конус 21 имеет глухие отверстия на внутренней поверхности, расположение отверстий может быть произвольным, но наиболее целесообразно их кольцевое расположение, например прямоугольной формы. Внешний конус заканчивается в нижней части сферическим элементом 25, а в верхней - жестко прикреплен, например, сваркой к стенке корпуса генератора-излучателя 18. На выходе из генератора-излучателя к стенкам отверстия 10 днища 8 прикреплен отклоняющий элемент 26, например, на распорках 27. Отклоняющий элемент может быть выполнен, например, в виде конуса. Сверху на камере помола 5 жестко-разборно, например, на болтах закреплено устройство 28 для пылеосаждения, представленное в виде ступенчатого цилиндрического корпуса 29 с верхней крышкой 30, выполненной, например, куполообразной с тангенциально расположенным патрубком 31 выгрузки готового продукта. Внутри ступенчатого цилиндрического корпуса устройства для пылеосаждения установлен сменный усеченный конус 32 с перфорированными отверстиями или углублениями 33 на внутренней поверхности, например, прямоугольной формы, входящий меньшим основанием в крышку 30, а большим основанием жестко-разъемно, например на резьбе, закреплен на внешней стороне крышки 7 камеры помола 5, при этом диаметр большего основания сменного усеченного конуса равен диаметру отверстия 9 и оба отверстия совмещены. К стенкам отверстия 9 крышки 8 на распорках прикреплен отклоняющий элемент 34. Наиболее предпочтительная форма отклоняющих элементов в виде конусов, обращенных вершинами в усеченные конуса.

Кроме этого каверны-генераторы по высоте камеры помола могут быть выполнены различными по форме и площадям их поверхностей, а в пылеосадительном устройстве, снабженным сменным усеченным конусом, соотношение суммарной площади меньшего основания конуса и отверстий к площади его большего основания составляет 0,3.. .0,8.

Устройство работает следующим образом.

Исходный материал через воронку 1 попадает в корпус 3 загрузочного устройства, куда из тангенциального патрубка 2 подается энергоноситель. В качестве энергоносителя может быть использован, например, перегретый пар, сжатый воздух и др. Материал под действием центробежных сил вовлекается в поток энергоносителя, отбрасывается к периферии и спускается по стенке конуса в патрубок 4 подачи газовзвеси в камеру помола 5, где смешивается с энергоносителем, поступающим из распределительного коллектора 12 через сопло 14 в съемных элементах кольцевой обоймы 6. Последовательное расположение сопел и каверн-генераторов, имеющих одну 15 и(или) две резонирующие полости 16, 17, позволяет создавать зоны силового нагружения и разгружения частиц, что приводит к более быстрому разрушению материала. Это достигается вблизи зон расположения сопел и каверн-генераторов. Струи энергоносителя, вырываясь из сопел 14, ускоряют частицы материала до скоростей V_м<250 м/с, а вблизи каверн-генераторов создаются вихри, способствующие измельчению материала не только ударом о стенки камеры помола, но и путем создания зон звуковых и/или ультразвуковых колебаний, поперечных к вращающемуся потоку, возникающих вследствие снижения давления во вторых 17 и первых 16 полостях до достижения ими фазы нестабильного равновесия и последующего возврата к исходному состоянию. Колебания гармоники основной частоты в полостях усиливаются дополнительными резонансными колебаниями широкого спектра в полостях, имеющих изменяющиеся по высоте помольной камеры формы и площади, что способствует улучшению помола за счет создания более широкого спектра частотного воздействия на материал.

Измельченный материал под действием центростремительных сил перемещается в центральную зону камеры помола, где на него дополнительно воздействуют колебания из газоструйного генератора-излучателя через отверстие 10 в нижней крышке камеры помола 5, частота которых может меняться в зависимости от физико-механических свойств материала. Резонансные колебания в газоструйном генераторе возникают за счет прохождения энергоносителя из патрубка 20 в корпус 19 и далее между двух усеченных конусов 21, 22, перфорированные отверстия которых способствуют завихрению воздушного потока с последующим вызовом колебаний, которые впоследствии усиливаются в сферическом основании 25. Для регулирования колебаний используется перфорированная диафрагма 23, предназначенная для изменения геометрических размеров отверстий 24. При частичном или полном перекрывании с внутренней стороны конуса 22 изменяется площадь отверстий, что приводит к изменению звуковых колебаний и направляется через резонирующий сферический элемент в камеру помола 5. Для предотвращения попадания материала из камеры помола 5 в генератор-излучатель установлен отклоняющий элемент 26 на опорах 27.

Измельченные частицы материала из камеры помола 5 поступают через отверстие 9 в устройство для пылеосаждения, на входе которого установлен отклоняющий элемент 34, предназначенный для первичного предупреждения попадания крупной фракции в измельченный продукт. Далее частицы материала поступают в сменный усеченный конус 32, предназначенный для регулирования окончательного размера частиц. Это достигается за счет того, что измельченный материал поднимается вверх через усеченный конус 32 с перфорированными отверстиями или углублениями 33 на внутренней поверхности, предназначенными для создания дополнительных вихрей и, как следствие, возврата недоизмельченного продукта обратно в камеру помола. Применение сменного усеченного конуса позволяет регулировать дисперсность готового продукта. При замене одного сменного усеченного конуса другим с разными геометрическими параметрами отверстий или углублений возникают различные вихри, которые и обеспечивают необходимый зерновой состав готового продукта, так как препятствуют вылету из камеры помола недоизмельченного материала. Готовый продукт поднимается вверх к куполообразной крышке 30 устройства для пылеосаждения, где под действием центробежных сил и сил тяжести отбрасывается к периферии и отводится в систему аспирации через разгрузочный патрубок 31. При изменении соотношения меньшего основания и отверстий к большему в сторону увеличения, т.е. приближения его к 0,8, незначительно повышается качество готового продукта, но снижается производительность, так как уменьшается гидравлическое сопротивление на выходе диспергатора, не происходит выброса недоизмельченного продукта. При соотношении меньшем 0,3 будет происходить частичный выброс недоизмельченного материала в готовый продукт, но увеличивается производительность мельницы.

Таким образом, за счет применения в вихреакустическом диспергаторе каверн-генераторов, газоструйного генератора-излучателя и пылеосадительного устройства повышается качество готового продукта и обеспечивается технологически целесообразное расположение патрубка для выгрузки готового продукта.

Изобретение предназначено для измельчения различных материалов. Вихреакустический диспергатор содержит ограниченную крышкой и днищем с центральными отверстиями цилиндрическую камеру помола со съемной кольцевой обоймой, в боковой стенке последней размещены имеющие резонаторы сопла для подачи энергоносителя, направленных в плане под углом к центральной оси камеры помола, съемная кольцевая обойма установлена с кольцевым зазором относительно боковой стенки помольной камеры и образует с корпусом распределительный коллектор энергоносителя, стенка съемной кольцевой обоймы содержит последовательно расположенные с соплами каверны-генераторы, при этом камера помола жестко соединена с загрузочным устройством, состоящим из воронки, камеры-завихрителя с тангенциально расположенным патрубком ввода энергоносителя, к днищу камеры помола соосно присоединен газоструйный генератор-излучатель, крышка камеры помола соединена с устройством для пылеосаждения и выгрузки готового продукта. Изобретение позволяет повысить эффективность тонкого измельчения. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Вихреакустический диспергатор, содержащий загрузочное устройство, ограниченную крышкой и днищем с центральными отверстиями цилиндрическую камеру помола со съемной кольцевой обоймой, в боковой стенке последней размещены, по крайней мере, два имеющих резонаторы сопла для подачи энергоносителя, направленных в плане под углом к центральной оси камеры помола, отличающийся тем, что съемная кольцевая обойма установлена с кольцевым зазором относительно боковой стенки камеры помола и образует с корпусом распределительный коллектор энергоносителя с тангенциально подведенным к нему патрубком подвода энергоносителя, стенка съемной кольцевой обоймы содержит последовательно расположенные с соплами каверны-генераторы, при этом камера помола жестко соединена с загрузочным устройством, состоящим из воронки, камеры-завихрителя с тангенциально расположенным патрубком ввода энергоносителя, к днищу камеры помола соосно присоединен газоструйный генератор-излучатель, состоящий из ступенчатого корпуса с тангенциально подсоединенным патрубком ввода энергоносителя, внутри ступенчатого корпуса размещены два коаксиально установленных с зазором друг относительно друга усеченных конуса, расположенные меньшими основаниями вниз, внешний из которых имеет глухие отверстия на внутренней поверхности и прикреплен в нижней части к сферическому элементу, а в верхней - к корпусу генератора-излучателя, внутренний конус выполнен перфорированным и его большее основание закреплено на днище камеры помола и совмещено с его центральным отверстием, крышка камеры помола соединена с устройством для пылеосаждения и выгрузки готового продукта, состоящим из цилиндрического корпуса с верхней куполообразной крышкой и тангенциально расположенным патрубком выгрузки готового продукта, причем внутри корпуса установлен сменный усеченный конус с отверстиями или углублениями на внутренней поверхности, входящий меньшим основанием в куполообразную крышку, а большее основание закреплено в центральном отверстии крышки камеры помола.2. Диспергатор по п.1, отличающийся тем, что каверны-генераторы выполнены в виде одной или двух полостей.3. Диспергатор по п.1, отличающийся тем, что каверны-генераторы имеют дополнительные полости.4. Диспергатор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что форма каверн-генераторов выполнена различной по форме и площади.5. Диспергатор по п.1, отличающийся тем, что на внутренней поверхности перфорированного конуса газоструйного генератора-излучателя без зазора закреплена полностью повторяющая форму конуса перфорированная диафрагма с возможностью поворота вокруг своей оси.6. Диспергатор по п.1, отличающийся тем, что в устройстве для пылеосаждения отношение суммарной площади меньшего основания конуса и отверстий к площади его большего основания составляет 0,3-0,8.