Вихревая мельница Российский патент 2017 года по МПК B02C13/14 B02C13/26 

Изобретение относится к устройствам для измельчения различных материалов и может найти применение в строительной, химической, горной, а также других отраслях промышленности.

Известна вихревая мельница по патенту №2562542 (выбрана в качестве прототипа), содержащая ротор, статор, мелющие элементы, установленные с возможностью радиального перемещения, ротор и статор собраны из плоских колец, изготовленных из листовой стали, в кромках большего количества плоских колец выполнены выемки, чередующиеся с прорезями. Выемки и прорези в кольцах образуют пазы на обращенных друг к другу поверхностях ротора и статора. В пазах, образованных прорезями, размещены мелющие элементы в форме пластин. В выемках, при вращении ротора, образуются вихри смеси обрабатываемого материала и транспортного газа (воздуха).

Недостатком известной мельницы является избыточный вес ее рабочих частей, статора и особенно ротора, что налагает высокие требования по жесткости, а соответственно и весу вала, на котором ротор установлен, а также высокие требования к подшипниковым опорам, что приводит к использованию сравнительно дорогих подшипников.

Техническим результатом изобретения является уменьшение веса вихревой мельницы, снижение металлоемкости, уменьшение нагрузки на опорные подшипники.

Технический результат достигается в вихревой мельнице, содержащей ротор, статор и мелющие элементы. На обращенных друг к другу поверхностях ротора и/или статора образованы выемки, ротор собран из колец, с проставками между кольцами. Статор также может быть собран из колец, с проставками между кольцами. На обращенных друг к другу поверхностях ротора и/или статора, образованы прорези, в прорезях расположены мелющие элементы. Кольца изготовлены из листовой стали. Используются проставки, формирующие вихревые карманы, эти проставки могут быть выполнены кольцевыми. Кроме того, могут использоваться кольцевые проставки, не участвующие в формировании вихревых карманов, обеспечивающие конструкционную жесткость. Мелющие элементы установлены с возможностью радиального перемещения, для этого, они соединены с толкателями, один конец которых посредством штифта входит в зацепление с пазом, концы которого разноудалены от оси ротора, указанный паз выполнен в торцовом кольце, установленном с возможностью поворота.

Изобретение поясняется рисунками:

фиг. 1 - общий вид вихревой мельницы;

фиг. 2 – вихревая мельница, вид сверху;

фиг. 3 – вихревая мельница в поперечном сечении;

фиг. 4 - ротор и статор с механизмом регулировки зазора между мелющими элементами, вид сверху;

фиг. 5 - увеличенный фрагмент поперечного сечения ротора и статора;

фиг. 6 – ротор и статор со снятыми верхними кольцами (показан разрез);

фиг. 7 – проставки ротора и статора, формирующие вихревые карманы;

фиг. 8 - плоское кольцо статора с прорезями;

фиг. 9 - плоское кольцо ротора с прорезями;

фиг. 10 – вихреобразование в выемках ротора и статора.

Вихревая мельница содержит расположенные на основании 1 статор 2 и ротор 3, отводящий продукты помола патрубок 4 и подводящий патрубок 5 (фиг. 1, 3). Ось 6 ротора 3 соединена через приводной ремень с электродвигателем 7. Статор 2 и ротор 3 представляют собой сборки из плоских колец 8, 9, проставок 10, 11 (фиг. 3, 6), проставок 10а (фиг. 5, 6) и проставок 11а (фиг. 6) соответственно, изготовленных из листовой стали и зафиксированных болтами 12 (фиг. 3). Статор 2 может выполняться без проставок и может быть сформирован не набором плоских колец, а может быть, например, цельным.

На обращенных друг к другу поверхностях ротора 3 и/или статора 2, образованы прорези, в которых расположены мелющие элементы. Так, в кромках плоских колец 8 статора 2 выполнены прорези 13 для расположения в них мелющих элементов 14 и отверстия 16 (фиг.5, 8) для установки в них выступов 17 проставок 10 (фиг. 3, 7). В кромках плоских колец 9 ротора 3 выполнены прорези 18 для прохождения через них мелющих элементов 15 и отверстия 19 (фиг.5, 9) для установки в них выступов 17 проставок 11 (фиг. 3, 7). Мелющие элементы 14, 15 (фиг.5, 6) располагаются в соответствующих прорезях 13, 18, плоских колец 8, 9 (фиг. 5, 8, 9).

На обращенных друг к другу поверхностях ротора и/или статора образованы выемки 29. На рисунках показан вариант с выемками 29 на роторе 3 и на статоре 2, при этом используются проставки 10, 11, формирующие выемки 29, в которых, при работе вихревой мельницы, образуются вихревые карманы 24. Проставки 10, 11 замыкают объем изнутри выемки, формируя тем самым, совместно с мелющими элементами 14, 15, по образующей, и кольцами, в осевом направлении, вихревые карманы 24, в которых, при вращении ротора 3 образуются вихри обрабатываемого материала с транспортным газом (фиг. 10).

Используются проставки двух типов. Расстояние между плоскими пластинами 8, 9 статора и ротора в осевом направлении задают проставки 10 и 11, формирующие совместно с мелющими элементами 14, 15 и этими плоскими пластинами вихревые карманы (проставки, формирующие вихревые карманы). Длину полученных вихревых карманов легко варьировать, так как она задается высотой проставок 10, 11. Проставки 10а и 11а (фиг. 6), кольцевые, необходимы для жесткости конструкций статора 2 и ротора 3 (кольцевые проставки), изготавливаются той же высоты, что и проставки 10 и 11 (фиг. 6).

Использование проставок между кольцами снижает металлоемкость вихревой мельницы и ее вес. В результате уменьшения веса снижается нагрузка на опорные подшипники ротора, что приводит к уменьшению их износа и снижает требования, предъявляемые к подшипникам и прочностным характеристикам всей конструкции.

Мелющие элементы установлены с возможностью радиального перемещения, для этого, они соединены с толкателями, один конец которых посредством штифта входит в зацепление с пазом, концы которого разноудалены от оси ротора, указанный паз выполнен в торцовом кольце, установленном с возможностью поворота. Положение мелющих элементов 14 в статоре 2 фиксируется в отверстиях внутренних концов толкателей 20 (фиг. 4, 5, 6). Второй наружный конец толкателей 20 установлен с возможностью взаимодействия посредством штифта с вспомогательными, торцовыми кольцами 8а, 8б статора 2. Вспомогательные, торцовые кольца 8а, 8б, верхние и нижние, установлены с возможностью синхронного поворота вокруг оси ротора 3. Благодаря этому, совместно с толкателями 20, они образуют механизм регулировки зазора между мелющими элементами 14, 15. Для отведения внутренних концов толкателей 20 с мелющими пластинами 14 в направлении от центра в торцовых кольцах 8а выполнены пазы 21 с разноудаленными от центра концами, которые воздействуют через штифты на наружные концы толкателей 20 при вращении вспомогательных торцовых колец 8а, 8б по часовой стрелке (фиг. 4). Для перемещения мелющих пластин 14 к центру статора 2 в торцовых кольцах 8б вырезаны эксцентричные упоры 22, воздействующие через штифты на наружные концы толкателей 20 при вращении торцовых колец 8а, 8б против часовой стрелки. Положение мелющих элементов 15 в роторе 3 фиксируется пластинами 23 (фиг. 4, 5, 6)

Преимущественно, ротор 3 и статор 2 содержат, по меньшей мере, по два плоских кольца с прорезями, образующими с мелющими элементами и проставками одну ступень размола. Количество ступеней выбирается исходя из требуемых параметров размола (длительности пребывания размалываемого материала в мельнице). Длина вихревых карманов 24 в разных ступенях размола может быть сделана разной, путем использования разной высоты проставок для каждой ступени, если это потребуется для улучшения качества размола.

Изготовление вихревой мельницы начинается с изготовления плоских колец 8, 9, проставок 10, 10а, 11, 11а, толкателей 20, торцовых колец 8а и 8б, фиксирующих пластин 23 для ротора 3 и статора 2 на универсальном оборудовании для листового кроя металла. После этого всем проставкам требуется придать нужную форму. Сборка статора 2 и ротора 3 производится на одной станине. Статор 2 собирают последовательно, устанавливая между плоских колец 8 проставки 10 и 10а, на станине и стягивают кольца болтами 12 (фиг. 3), крепящими всю конструкцию статора 2. На станине же, внутри статора 2, устанавливают вал 6 на подшипниковых опорах (фиг. 3). На одном конце вала аналогично статору 2 собирают ротор 3. В процессе сборки, до установки верхнего фиксирующего торцового плоского кольца 23 ротора 3 и верхних толкателей 20 статора 2 устанавливаются мелющие пластины 14, 15 (фиг. 5). Длину рабочей зоны мельницы, зазор между мелющими пластинами 14, 15, зазор между статором 2 и ротором 3, количество ступеней размола, размеры и конфигурацию вихревых карманов 24 (фиг. 10), устанавливают в зависимости от физических свойств размалываемого материала, заданной степени помола, фракции размалываемого материала и производительности мельницы. Например, для размола кусочков бумаги размерами от 10*10 мм до 20*20 мм, размеры вихревого кармана 24 не должны быть меньше 4 сантиметров по длине и меньше 6 сантиметров по ширине, для обеспечения возникновения вихря с размалываемым материалом. С другой стороны, при увеличении количества вихревых карманов 24 по рабочим сторонам ротора 3 и статора 2 общая производительность мельницы будет расти. Поэтому ширина вихревых карманов 24 выбирается исходя из необходимых показателей производительности и качества размола. С торцов статора 2 устраивают подводящие и отводящие обрабатываемый материал каналы 5 и 4 (фиг. 1).

В процессе работы мельницы, ротору 3 (фиг. 1) придается вращение, в отводящем канале создается разряжение, в подводящий канал подается обрабатываемый материал. Обрабатываемый материал поступает в зазор между ротором 3 и статором 2 и формирует с транспортным газом (воздухом) псевдоожиженный слой 25 (фиг. 12). Кольца, проставки и мелющие элементы образуют выемках ротора 3 и статора 2 вихревые карманы 24 (фиг. 10), в которых при вращении ротора 3 образуются вихри размалываемого материала 26. При перемещении вихревых карманов относительно друг друга при вращении ротора 3, вихри 26 размалываемого материала ударяют в псевдоожиженный слой 25, а в определенные промежутки времени ударяют друг в друга в зоне повышенного давления, точке 27 (фиг. 10). Также при вращении вихрей образуются зоны низкого давления 28.

Перепады давления, при образовании вихрей и в роторе 3 и статоре 2, удваиваются по сравнению с конструкциями, где вихревые полости сделаны только с одной стороны псевдоожиженного слоя, что положительно влияет на эффективность работы мельницы. Плоские кольца 8, 9 образуют преграды, разделяющие вихревые карманы 24 в осевом направлении для увеличения времени нахождения материала в зоне обработки – псевдоожиженном слое 25. Для увеличения производительности мельницы достаточно пропорционально увеличить ее длину и повысить разрежение на ее выходе для увеличения скорости прохождения размалываемого материала через псевдоожиженный слой рабочей зоны. Количество соударений частицы материала при прохождении рабочей зоны в таком случае останется неизменным, поэтому качество размола не пострадает, а производительность пропорционально вырастет.

Изготовление ротора и статора вихревой мельницы из листовой стали отличается высокой технологичностью и низкой себестоимостью за счет использования универсального оборудования для раскроя листового металла. Проставки между плоскими кольцами возможно изготавливать также из листовой стали, с минимальной механической обработкой перед сборкой. Использование проставок, а не колец с выемками, как в известной из патента RU2562542 вихревой мельнице, обеспечивает необходимые свойства вихреобразования для эффективного помола.

Изобретение предназначено для измельчения различных материалов в строительной, химической, горной и других отраслях промышленности. Вихревая мельница содержит ротор (3), статор (2) и мелющие элементы (14). На обращенных друг к другу поверхностях ротора и/или статора образованы выемки (29). Ротор собран из колец (8, 9) с проставками между кольцами (10, 11). Обеспечивается эффективный помол за счет создания необходимого вихреобразования кольцами с проставками. 7 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Вихревая мельница, содержащая ротор, статор и мелющие элементы, на обращенных друг к другу поверхностях ротора и/или статора образованы выемки, ротор собран из колец с проставками между кольцами.

2. Вихревая мельница по п.1, характеризующаяся тем, что статор собран из колец с проставками между кольцами.

3. Вихревая мельница по п.1, характеризующаяся тем, что на обращенных друг к другу поверхностях ротора и/или статора образованы прорези, в прорезях расположены мелющие элементы.

4. Вихревая мельница по п.1, характеризующаяся тем, что кольца изготовлены из листовой стали.

5. Вихревая мельница по п.1, характеризующаяся тем, что используются проставки, формирующие вихревые карманы.

6. Вихревая мельница по п.1 или 5, характеризующаяся тем, что проставки выполнены кольцевыми.

7. Вихревая мельница по п.1, характеризующаяся тем, что мелющие элементы установлены с возможностью радиального перемещения.

8. Вихревая мельница по п.7, характеризующаяся тем, что мелющие элементы соединены с толкателями, один конец которых посредством штифта входит в зацепление с пазом, концы которого разноудалены от оси ротора, указанный паз выполнен в торцовом кольце, установленном с возможностью поворота.