РАЗМОЛЬНАЯ ГАРНИТУРА Российский патент 2012 года по МПК D21D1/30 

Изобретение относится к гарнитурам ножевых размалывающих машин и может быть использовано в целлюлозно-бумажной, а также в других отраслях промышленности при гидромеханической переработке волокносодержащих материалов.

Известно, что размол крупнодисперсной древесной массы, например пропаренной щепы, включает две фазы.

Первая фаза представляет собой грубый размол, заключающийся в механическом расщеплении древесины на пучки волокон с частичным разделением последних на отдельные волокна.

Вторая фаза представляет собой тонкий размол, заключающийся во внешнем и внутреннем фибриллировании пучков волокон, прошедших первую фазу.

Практически обе фазы осуществляются в разных, последовательно установленных мельницах. При такой организации становится возможным выбор подходящего рисунка рабочей поверхности гарнитуры, а также условий и оптимальных режимов, для каждой фазы размола.

Однако использование двухступенчатого размола связано с рядом недостатков:

- недостаточные интенсивность и эффективность процесса;

- высокие удельные энергозатраты;

- низкие производительность и качественные характеристики процесса.

Данные недостатки можно отнести также и к множеству известных рисунков размалывающей поверхности гарнитур, используемых в настоящее время при двухступенчатом размоле.

Известна размольная металлическая гарнитура, включающая корпус, ножи, рабочая поверхность которых снабжена продольными прорезями, передние кромки которых и режущие кромки ножей притуплены [1].

Существенным недостатком гарнитуры [1] является то, что она может быть использована только на второй фазе. На первой фазе использование гарнитуры [1] мало эффективно.

Известна размалывающая гарнитура дисковой мельницы, включающая роторный и статорный диски, рабочие кольцевые поверхности которых разделены на радиальные секторы, снабженные прямолинейными ножами и сквозными межножевыми канавками, параллельными одной из радиальных образующих сектора [2].

Недостатком гарнитуры [2] является то, что она предназначена для использования только на второй фазе. На первой фазе ее использование не представляется возможным.

Существенным недостатком гарнитуры [2] и, практически, всех известных секторных гарнитур, используемых в настоящее время, является то, что образующие секторов проходят через центр диска, а углы наклона образующих к радиусу входной окружной кромки, проведенному из центра диска, равны нулю. В результате этого значения касательных составляющих окружного усилия, развиваемого в процессе вращения ротора его режущими кромками, как правило, значительно ниже нормальных.

Известен размольный диск центробежно-пульсационного аппарата для диспергирования волокнистых материалов, включающий ряды зубьев, распределенных на концентрических окружностях, причем ряды зубьев ротора размещены между рядами зубьев статора [3].

Существенным недостатком гарнитуры [3] является то, что она широко используется при обработке сухих волокнистых материалов и мало эффективна при размоле на фазе грубого гидродинамического размола. Для водных же суспензий на фазе тонкого помола использование гарнитуры [3] не представляется возможным.

Наиболее близким по технической сущности известным решением является размольная гарнитура, состоящая из радиальных секторов, рабочая поверхность которых разделена на три концентрические кольцевые зоны, из которых зона, ближняя к центру диска, включает разбивные ножи, средняя зона - ножи грубого помола, а периферийная зона - ножи тонкого помола [4].

Недостатком известной гарнитуры является:

- низкая эффективность работы разбивных ножей;

- прохождение образующих секторов через центр диска;

- нулевые значения углов между образующими и радиусами входной окружной кромки, проведенными из центра диска.

В результате этого касательные составляющие окружного усилия, развиваемого режущими кромками ротора в процессе размола, по величине значительно меньше нормальных. Поэтому преобладает рубящее воздействие на материал, а удельные энергозатраты существенно возрастают.

Изобретение решает задачу интенсификации, повышения эффективности, качества и производительности процесса размола при одновременном сокращении удельных энергозатрат.

Технический результат заключается в повышении эффективности, качества и производительности процесса размола путем обеспечения возможности проведения двухфазного размола в одну ступень, т.е. в одной дисковой мельнице.

Для достижения указанного технического результата в размольной гарнитуре с рабочей поверхностью, включающей три кольцевые зоны, из которых зона, ближняя к центру диска, имеет ряды разбивных зубьев, распределенных по концентрическим окружностям, причем зубья ротора размещены между зубьями статора, средняя и периферийная зоны состоят из секторов, снабженных прямолинейными ножами, параллельными одной из образующих, рабочие поверхности ножей периферийной зоны снабжены продольными прорезями, передние кромки которых и режущие кромки ножей притуплены, а рабочая поверхность роторного диска выполнена зеркально относительно рабочей поверхности статорного диска, согласно изобретению высота разбивных зубьев зоны, ближней к центру диска, больше двойной высоты ножей средней и периферийной зон.

Образующие единичных секторов расположены эксцентрично, с одной стороны относительно центра диска.

Эксцентриситеты образующих смежных секторов средней и периферийной зон расположены с разных сторон относительно центра диска.

Ширина ближней к центру зоны l₁=0,211·(R-r), ширина средней зоны l₂=0,44·(R-r), ширина периферийной зоны l₃=0,349·(R-r), где R - радиус периферийной окружной кромки диска, r - радиус входной окружной кромки диска.

Отличительные признаки предлагаемой размольной гарнитуры позволяют:

- интенсифицировать силовое воздействие на крупнодисперсную древесную массу в зоне, ближней к центру диска за счет того, что высота разбивных зубьев этой зоны больше двойной высоты ножей средней и периферийной зон;

- увеличить долю касательных составляющих окружного усилия, развиваемого режущими кромками ротора в процессе вращения, за счет того, что образующие единичных секторов расположены эксцентрично, с одной стороны относительно центра диска;

- увеличить скорость прохождения материала через среднюю зону и замедлить скорость прохождения материала через периферийную зону за счет того, что эксцентриситеты образующих смежных секторов средней и периферийной зон расположены с разных сторон относительно центра диска;

- обеспечить наиболее оптимальные режимы силового воздействия и транспортирования волокнистого полуфабриката в каждой из зон, с требуемой продолжительностью его нахождения в каждой из них за счет регламентированных значений ширины зон.

Этим создаются предпосылки к возникновению и существенному усилению фибриллирующего механического воздействия на волокнистый материал, к повышению качества его обработки, а также к снижению энергозатрат.

На фиг.1 изображена фронтальная проекция ножевой поверхности единичных секторов средней и периферийной зон размольной гарнитуры статора. Элементы I и II, выделенные замкнутой волнистой линией, принадлежат сопряженной рабочей поверхности ротора. Рабочие поверхности ножей зачернены. Окружной дуговой стрелкой показано направление вращения диска ротора. Эксцентриситет относительно центра О образующей О'О'', к которой параллельны ножи сектора средней зоны, обозначен через e_c. Эксцентриситет относительно центра О образующей О'''О'''', к которой параллельны ножи единичного сектора периферийной зоны, обозначен через e_n.

На фиг.2 изображен разрез А-А ближней к центру зоны сопряженных разбивных ножей рабочих поверхностей дисков ротора и статора.

Ножевые поверхности размольной гарнитуры ротора и статора включают три кольцевые зоны 1, 2 и 3.

Ближняя к центру О зона 1 статора имеет разбивные зубья 4, распределенные по концентрическим окружностям. Разбивные зубья 5 ротора размещены между разбивными зубьями 4 статора, высота разбивных зубьев 4 и 5 этой зоны больше двойной высоты ножей средней и периферийной зон.

Средняя 2 и периферийная 3 зоны состоят из смежных секторов 6 и 7, снабженных прямолинейными ножами, соответственно, 8 и 9, нанесенными параллельно одной из образующих О'О'' и O'''O'''' секторов, соответственно, 6 и 7. Рабочие поверхности ножей 9 периферийной зоны 3 снабжены продольными прорезями 10, передние кромки которых и режущие кромки ножей 9 притуплены. Рабочая поверхность роторного диска выполнена зеркально относительно рабочей поверхности статорного диска.

По сравнению с известными решениями [1-4] предлагаемая размольная гарнитура имеет следующие существенные отличительные признаки:

- высота разбивных зубьев 4 зоны 1, ближней к центру О диска, больше двойной высоты ножей 8 и 9 секторов 6 и 7, соответственно, средней 2 и периферийной 3 зон;

- образующие единичных секторов расположены эксцентрично, с одной стороны относительно центра диска;

- эксцентриситеты e_c и e_n образующих O'O'' и O'''O'''' смежных секторов 6 и 7 средней 2 и периферийной 3 зон расположены с разных сторон относительно центра О;

- ширина ближней к центру зоны 1 l₁=0,211·(R-r);

- ширина средней зоны 2 l₂=0,44·(R-r);

- ширина периферийной зоны 3 l₃=0,349·(R-r).

r - радиус входной окружной кромки 11 зоны 1, r_cp - радиус входной окружной кромки 12 средней зоны 2, r_пер - радиус входной окружной кромки 13 периферийной зоны 3, R - радиус выходной окружной кромки 14 периферийной зоны 3.

Размольная гарнитура работает следующим образом. Обработанная щепа поступает через входную окружную кромку 11 диска в зону 1, где предварительно раздробляется и расщепляется неподвижными 4 и вращающимися 5 разбивными зубьями, соответственно ротора и статора до размеров, обеспечивающих прохождение обработанной массы через входную окружную кромку 12 в среднюю зону 2.

Интенсивность силового воздействия на массу со стороны смежных разбивных зубьев 4 и 5 существенно возрастает за счет того, что высота их превышает двойную высоту зубьев 8 и 9 секторов 6 и 7, соответственно, средней 2 и периферийной 3 зон.

Частицы и волокна, образовавшиеся после предварительной обработки в зоне 1, попадая в среднюю зону 2, под действием тангенциальной составляющей окружного усилия T^C (см. в точке В, элемент I, фиг.1), ориентируются вдоль активных боковых стенок ножей 8 статора и ротора и подвергаются сложному механическому воздействию в межножевых зазорах. За счет режима прокачивания масса, под действием центробежной силы, набирает скорость и устремляется, через входную окружную кромку 13, в периферийную зону 3.

Наличие на рабочих поверхностях ножей 9 ротора и статора прорезей 10 удерживает волокнистые элементы суспензии в месте их сопряжения.

При этом на рабочих поверхностях происходит перераспределение давления, за счет чего прочность сцепления с ними волокнистых частиц и эффективность силового воздействия на последние увеличиваются.

Поскольку в кольцевой периферийной зоне 3 имеет место задерживающий эффект, масса в этой зоне замедляется. В то же время продвижение массы через зону 3, к периферийной выходной окружной кромке 14, осуществляется за счет:

- разности давлений на входной окружной кромке 13 и выходной 14;

- оптимального соотношения ширин средней 2 и периферийной 3 зон.

Время прохождения через зону 3 и качество силового воздействия на транспортируемую и, одновременно, обрабатываемую массу существенно возрастают. За счет того, что образующие O'O'' и О'''О'''' смежных секторов 6 и 7 средней 2 и периферийной 3 зон расположены эксцентрично относительно центра О, доли касательных составляющих , окружных усилий T^С, T^П (см. в точках В и С, элементов I и II фиг.1) с ростом значений эксцентриситетов e_c и e_n существенно увеличиваются, в то время как доли нормальных и понижаются.

Это позволяет снизить рубящий эффект, удельные энергозатраты и интенсифицировать фибриллирующий эффект.

Обработанный волокносодержащий полуфабрикат направляется на дальнейшую обработку. По сравнению с известными решениями, использование заявляемой размольной гарнитуры позволяет решать задачу интенсификации, повышения эффективности, качества и производительности процесса размола при одновременном сокращении удельных энергозатрат.

Источники информации

1. SU, №408973, МПК D21D 1/30, заявлено 01.06.1972 г., опубл. 30.11.1973 г., бюл. №48.

2. SU №878847, МПК D21D 1/30, заявлено 26.12.1972 г., опубликовано 07.11.1981 г., бюл. №41.

3. SU №439553, МПК D21D 1/30, заявлено 28.03.1989 г., опубликовано 15.08.1974 г., бюл. №30.

4. Шамко В.Е. Полуфабрикаты высокого выхода. М.: Лесная промышленность, 1989 г., с.119-123.

Изобретение относится к гарнитурам ножевых размалывающих машин и может быть использовано в целлюлозно-бумажной, а также в других отраслях промышленности при гидромеханической переработке волокносодержащих материалов. Размольная гарнитура с рабочей поверхностью включает три кольцевые зоны, из которых зона, ближняя к центру диска, имеет ряды разбивных зубьев, распределенных по концентрическим окружностям, причем зубья ротора размещены между зубьями статора. Средняя и периферийная зоны состоят из секторов, снабженных прямолинейными ножами, параллельными одной из образующих. Рабочие поверхности ножей периферийной зоны снабжены продольными прорезями, а рабочая поверхность роторного диска выполнена зеркально относительно рабочей поверхности статорного. Образующие единичных секторов расположены эксцентрично, с одной стороны относительно центра диска. Эксцентриситеты образующих смежных секторов средней и периферийной зон расположены с разных сторон относительно центра диска. Высота разбивных зубьев зоны, ближней к центру диска, больше двойной высоты ножей средней и периферийной зон. Предложенное решение обеспечивает повышение эффективности, качества и производительности процесса размола. 2 ил.

Размольная гарнитура с рабочей поверхностью, включающей три кольцевые зоны, из которых зона, ближняя к центру диска, имеет ряды разбивных зубьев, распределенных по концентрическим окружностям, причем зубья ротора размещены между зубьями статора, средняя и периферийная зоны состоят из секторов, снабженных прямолинейными ножами, параллельными одной из образующих, рабочие поверхности ножей периферийной зоны снабжены продольными прорезями, а рабочая поверхность роторного диска выполнена зеркально относительно рабочей поверхности статорного, отличающаяся тем, что образующие единичных секторов расположены эксцентрично, с одной стороны относительно центра диска, эксцентриситеты образующих смежных секторов средней и периферийной зон, расположены с разных сторон относительно центра диска, а высота разбивных зубьев зоны, ближней к центру диска, больше двойной высоты ножей средней и периферийной зон.