УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗМОЛА ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2004 года по МПК B02C7/08 

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, в частности к устройствам для обработки волокнистого материала и может быть использовано в химической, строительной промышленности и других отраслях.

Известна дисковая мельница, включающая привод и корпус со штуцерами для ввода волокнистого материала и вывода разработанного материала, внутри которого установлены закрепленный на валу роторный и статорный диски с ножевой гарнитурой, смонтированной на несущем основании, и средства для циклического изменения величины зазора между дисками, причем между ножевой гарнитурой статорного диска и его несущим основанием образована гидрокамера, ограниченная кольцевыми гильзами из упругого материала, а средство для циклического изменения величины зазора между дисками выполнено в виде золотникового распределителя, имеющего патрубки для соединения с маслостанцией и патрубки для соединения с гидрокамерой посредством окна, выполненного в несущем основании статорного диска (А.С., СССР, №1567706, М. кл. Д 21 Д 1/30, заявлено 08.04.1988, бюл. №20, 30.05.1990 г.).

В этой мельнице за счет регулирования частоты и амплитуды циклического изменения величины зазора между дисками обеспечивается повышение качества разработки материала при меньших затратах энергии.

Однако, если не учитывать механизма воздействия ножей на волокно, существенным недостатком этой мельницы является то, что при принудительном сближении статорного диска с роторным за счет нарастания давления в гидрокамере, часть резко увеличивающегося давления в междисковом зазоре и, соответственно, энергии воздействия, при этом на заполнившую его суспензию и волокно, распределенное в ней, теряется по двум причинам: суспензии придается движение в междисковом зазоре в направлении периферийной зоны дисков, т.е. в направлении большего диаметра, за счет чего происходит не фокусировка основного потока суспензии, не локализация его энергии в узкий пучок, а рассеивание по длине окружности наружного диаметра дисков; поскольку периметр входа суспензии в междисковый зазор, равный длине меньшей (входной) окружности дисков, открыт, то, за время их сближения, часть суспензии выдавливается в противоположном движению основного потока направлении, передавая долю импульса энергии гидравлического удара всему объему суспензии, заполняющей полость перед входом в междисковую полость и рассеивается в ней, не оказывая существенного воздействия на волокно.

Наиболее близким устройством является дисковая вибромельница для мокрого помола различных материалов, включающая разъемный цилиндрический корпус, внутри которого расположены с зазором один над другим подвижный диск с кольцевой впадиной и центральным коническим выступом, и неподвижный диск с кольцевым выступом и центральной конической впадиной с отверстием посередине, совпадающим, по геометрическим параметрам и привязке к центру, с неподвижным диском, причем подвижный диск соединен с эксцентриковым приводом, а корпус снабжен внутренней кольцевой полостью, соединенной с входным каналом подачи суспензии и с междисковым зазором (А.С., СССР, №429840, М. кл. В 02 С 19/16, заявлено 12.10.1972 г., бюл. №20, 30.05.1974 г.).

Существенным недостатком ее является то, что при принудительном сближении подвижного диска с неподвижным часть резко увеличивающегося давления в междисковом зазоре и соответственно энергии воздействия на заполняющую его полость суспензию теряется по двум причинам: поскольку периметр входа суспензии в междисковый зазор, равный длине большей (входной) окружности дисков, открыт, то, за время их сближения, часть суспензии выдавливается в противоположном движению основного потока направлении, передавая долю импульса энергии объему суспензии, заполняющей кольцевую полость перед междисковым зазором и рассеивается в ней, не оказывая существенное воздействие на волокно; суспензия движется в междисковом зазоре и выбрасывается через центральное отверстие неподвижного диска в виде неразрывного потока, что не позволяет максимально сфокусировать его энергию в центре (в месте возможного смыкания внутреннего кольцевого фронта набегающего потока суспензии), как, например, при соблюдении условия разрывности потока.

Изобретение решает задачу интенсификации процесса размола и повышения качества размола волокнистого материала.

Технический результат заключается в наиболее полном использовании энергии потока при гидродинамическом воздействии на распределенные в нем волокна материала.

Для достижения указанного технического результата в устройстве для размола волокнистых материалов, включающим разъемный корпус, внутри которого размещены, с зазором, один над другим подвижный диск, с расположенными на торцевой поверхности центральным коническим выступом, промежуточными концентрическими выступами и впадинами, и неподвижный диск, соответственно, с расположенными на смежной с подвижным диском торцевой поверхности центральной конической впадиной с отверстием посередине, промежуточными концентрическими впадинами и выступами, совпадающими по геометрическим параметрам и привязке к центру с подвижным диском, соединенным с эксцентриковым приводом, причем корпус снабжен внутренней кольцевой полостью, соединенной с каналом подачи суспензии и с междисковым зазором, согласно изобретению, неподвижный диск снабжен на периферии затвором в форме кольцевого цилиндрического выступа, диаметр внутренней поверхности которого равен диаметру наружной поверхности подвижного диска, причем верхние кромки центральной конической впадины и затвора подняты над промежуточными выступами и ограничивают образовавшийся за счет этого кольцевой карман, периферийная часть подвижного диска снабжена кольцевым гребнем, повторяющим форму кольцевого кармана, при этом центральный конический выступ подвижного диска и центральная коническая впадина неподвижного диска выполнены с углом при основании не более 7,5°.

На фиг.1 схематично изображена фронтальная проекция устройства для размола волокнистого материала (стрелками показано направление входа, движения внутри установки и выхода суспензии. Двойной стрелкой показано направление возвратно-поступательного движения подвижного диска); на фиг.2 изображен выносной элемент I (дуговой стрелкой показано направление вращения эксцентрика).

Устройство для размола волокнистого материала включает разъемный корпус 1, внутри которого размещены с зазором один над другим подвижный диск 2, с расположенными на торцевой поверхности центральным коническим выступом 3, промежуточными концентрическими выступами 4 и впадинами 5 (см. фиг.2), и неподвижный диск 6, с расположенными на смежной с подвижным диском 2 торцевой поверхности, центральной конической впадиной 7 с отверстием 8 посередине, промежуточными концентрическими впадинами 9 и выступами 10 (см. фиг.2), совпадающими по геометрическим параметрам и привязке к центру с подвижным диском 2. Подвижный диск 2 соединен с помощью плунжера 11 с эксцентриковым приводом 12. Корпус 1 снабжен внутренней кольцевой полостью 13, соединенной с каналом 14 подачи суспензии и с междисковым зазором 15. Предлагаемое устройство отличается от известного тем, что неподвижный диск 6 снабжен на периферии затвором в форме кольцевого цилиндрического выступа 16, диаметр внутренней поверхности 17 которого равен диаметру наружной поверхности 18 подвижного диска 2 (см. Фиг.2). Верхние кромки 19 и 20 центральной конической впадины 7 и кольцевого цилиндрического выступа 16 (затвора) подняты над промежуточным выступом 10 и ограничивают, образовавшийся за счет этого, кольцевой карман 21. Периферийная часть подвижного диска 2 снабжена кольцевым гребнем 22, повторяющим форму кольцевого кармана 21. Центральный конический выступ 3 подвижного диска 2 и центральная коническая впадина 7 неподвижного диска 6 выполнены с углом α при основании не более 7,5°.

Корпус 1 скреплен с приемной камерой 23, снабженной вкладышем 24 со сквозным фигурным отверстием 25, сообщающимся с помощью отверстия 26 с отверстием 8 диска 6 (см. фиг.2). Отверстие 26 камеры 23 соосно отверстию 8 диска 6.

Ось отверстия 8 пересекается с криволинейным участком плоскости 27 фигурного отверстия 25 в точке, касательная к которой образует с горизонтальным участком плоскости 27 угол β (см.фиг.2) не более 10°.

Горизонтальный участок плоскости 27 совпадает с осью выходного патрубка 28. Сквозное отверстие вкладыша 24 закрыто с двух сторон органическим стеклом (на рисунке не показано).

Установка для размола волокнистого материала работает следующим образом.

Волокнистая суспензия подается через входной канал 14 в кольцевую полость 13 корпуса 1 при сомкнутых дисках 2 и 6. При включении эксцентрикового привода 12 плунжер 11 поднимается вверх вместе с подвижным диском 2.

После того как смежная с внутренней поверхностью 17 кольцевого цилиндрического выступа 16 рабочая цилиндрическая часть 18 подвижного диска 2 выйдет из сопряжения с ним, между нижней кромкой диска 2 и верхней кромкой 20 выступа 16 диска 6 образуется кольцевой зазор, увеличивающийся до крайней точки хода вверх плунжера 11 (см.фиг.2) Величина этого зазора регулируемая. Через образовавшийся кольцевой зазор суспензия из полости 13 наполняет кольцевой карман 21 неподвижного диска 6.

Частота вращения эксцентрика привода 12 такова, что за временной цикл движения плунжера 11, с момента выхода части 18 диска 2 из сопряжения с поверхностью 17 выступа 16, до момента начала их следующего сопряжения, суспензия успевает наполнить только часть объема кольцевого кармана 21.

При дальнейшем движении плунжера 11 кольцевой гребень 22 подвижного диска 2 ударяется о поверхность суспензии и начинает вытеснять ее из кольцевого кармана 21. Следовательно, до этого момента, в центральную коническую впадину 7 суспензия не поступает и, в отличие от известных устройств, в данном случае имеет место разрывность (несплошность) потока.

Кроме того, в этот момент, в отличие от известного устройства, междисковый зазор 15 уже перекрыт по всей длине окружности внутренней поверхности 17 выступа 16 неподвижного диска 6 поверхностью 18 подвижного диска 2, что не позволяет суспензии двигаться из кольцевого кармана 21 в обратном направлении (в кольцевую полость 13).

В направлении же центров дисков 2 и 6 междисковый зазор 15 открыт, за счет чего суспензия устремляется туда. При этом, фронт набегающего потока суспензии имеет форму усеченного конуса, средний диаметр и высота которого с нарастающей скоростью уменьшаются, а противолежащие образующие с такой же скоростью сближаются.

Поскольку угол α при основании центрального конического выступа 3 подвижного диска 2 и центральной конической впадины 7 неподвижного диска 6 не превышает 7,5°, то угол между противолежащими образующими усеченного конуса, соответственно не превышает 2α=15°.

Причина ограничения величины этих углов, также как и причина ограничения угла β (не более 10°, см. выше) между касательной в точке пересечения криволинейного участка плоскости 27 отверстия 25 с осью отверстия 8, заключается в следующем.

В момент начала пересечения образующих фронт набегающего потока (до этого момента имевший форму усеченного конуса, см. выше) приобретает форму конуса, который (при дальнейшем движении фронта) охлопывается в своем объеме, в результате чего вдоль оси отверстия 8 формируется кумулятивная струя, обладающая значительной кинетической энергией.

Скорость этой струи и плотность ее энергии тем больше, чем меньше угол α при основании центрального конического выступа 3 подвижного диска 2, сопрягающейся с ним, конической впадины 7 неподвижного диска 6 и, соответственно, двойной угол между образующими усеченного конуса фронта набегающего потока в междисковом зазоре 15.

Кумулятивная струя ударяется о поверхность 27 отверстия 25 и вылетает через патрубок 28 в приемную емкость.

Поскольку площадь поперечного сечения междискового зазора 15, по мере смыкания рабочих поверхностей подвижного 2 и неподвижного 6 дисков, уменьшается, а скорость протекающего в нем потока увеличивается, каждый объем суспензии, выходящий позже, имеет большую скорость, чем предыдущий объем, который улетел чуть раньше. В этих условиях последующие порции суспензии догоняют предыдущие и объединяются в общий объем, время разрушения которого больше, чем у обычной струи, а энергия более сконцентрирована.

По ходу рабочего цикла волокно, содержащееся в суспензии подвергается воздействию ударной, гидродинамической и тангенциальной нагрузок. Плотность энергии единицы потока суспензии значительно выше, чем в известных ударно-пульсационных устройствах, за счет чего значения указанных нагрузок превышают пороговые пределы прочности обрабатываемого материала. В результате, размол происходит более интенсивно, более быстро, а качество размола более высокое.

Таким образом, наличие в предложенном устройстве на периферии неподвижного диска 6 затвора 16 и кольцевого кармана 21, а также, кольцевого гребня 22, повторяющего форму кармана 21, на периферии подвижного диска 2, при условии, что центральный конический выступ 3 подвижного диска 2 и центральная коническая впадина 7 неподвижного диска 6 выполнены с углом α при основании не более 7,5°, позволяет, в отличие от известных устройств, наиболее полно использовать энергию потока суспензии при гидродинамическом и механическом воздействии на распределенный в ней волокнистый материал.

По результатам работ, проведенных на экспериментальной установке, разработанной в лаборатории кафедры МАПТ СибГТУ, выяснилось, что, по сравнению с известными устройствами, использование заявляемого устройства для размола волокнистых материалов, позволит: повысить эффективность воздействия на материал и плотность энергии единицы потока суспензии за счет его несплошности и ударного характера гидродинамических и механических силовых характеристик; интенсифицировать процесс размола за счет более полного использования энергии ударных и тангенциальных нагрузок; повысить качество размола волокнистого полуфабриката за счет интенсификации механического и гидродинамического воздействия; снизить энергозатраты за счет более полного использования энергии механического воздействия на суспензию.

Изобретение предназначено для механической обработки волокнистых материалов. Устройство для размола волокнистых материалов включает разъемный корпус, внутри которого размещены с зазором один над другим подвижный и неподвижный диски с концентрическими впадинами и выступами, при этом неподвижный диск выполнен с отверстием посередине, а корпус снабжен внутренней кольцевой полостью, соединенной с каналом подачи суспензии и междисковым зазором, неподвижный диск снабжен на периферии затвором в форме кольцевого цилиндрического выступа, диаметр внутренней поверхности которого равен диаметру наружной поверхности подвижного диска, причем верхние кромки центральной конической впадины и затвора подняты над промежуточными выступами и ограничивают образовавшийся за счет этого кольцевой карман, периферийная часть подвижного диска снабжена кольцевым гребнем, повторяющим форму кольцевого кармана. Технический результат заключается в использовании энергии потока при гидродинамическом воздействии на волокна, распределенные в нем. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для размола волокнистых материалов, включающее разъемный корпус, внутри которого размещены с зазором один над другим подвижный диск с расположенными на торцевой поверхности центральным коническим выступом, промежуточными концентрическими выступами и впадинами и неподвижный диск соответственно с расположенными на смежной с подвижным диском торцевой поверхности центральной конической впадиной с отверстием посередине, промежуточными концентрическими впадинами и выступами, совпадающими по геометрическим параметрам и привязке к центру с подвижным диском, соединенным с эксцентриковым приводом, причем корпус снабжен внутренней кольцевой полостью, соединенной с каналом подачи суспензии и с междисковым зазором, отличающееся тем, что неподвижный диск снабжен на периферии затвором в форме кольцевого цилиндрического выступа, диаметр внутренней поверхности которого равен диаметру наружной поверхности подвижного диска, причем верхние кромки центральной конической впадины и затвора подняты над промежуточными выступами и ограничивают образовавшийся за счет этого кольцевой карман, периферийная часть подвижного диска снабжена кольцевым гребнем, повторяющим форму кольцевого кармана.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что центральный конический выступ подвижного диска и центральная коническая впадина неподвижного диска выполнены с углом при основании не более 7,5°.