Размалывающая гарнитура Российский патент 2023 года по МПК D21D1/30 

Изобретение относится к размалывающим гарнитурам дисковых мельниц целлюлозно-бумажной промышленности на стадии ножевого размола водной массы, предварительно измельчённых лубяных волокон (пеньки) однолетних растений, высокой концентрации, конечный продукт которой может быть использован в производстве бумаги высшего сорта. Помимо этого в производстве канатов, верёвок, мебельных и других видов тканей, ковров экологических пакетов, защитной бумаги, для упаковки мебели. Но процесс размола используется только в целлюлозно-бумажной промышленности.

Известен аналог предлагаемого решения, представляющий собой размалывающую гарнитуру дисковой мельницы, включающую вращающийся роторный и неподвижный статорный диски, снабженные, чередующимися со сквозными межножевыми канавками, прямолинейными ножами, режущие кромки которых наклонены к радиусу диска [1. В.Ф. Пашинский, “Машины для размола волокнистой массы”, «Лесная промышленность», М., 1972 г., стр. 81, рис. 32].

Недостатком гарнитуры [1] является малая длина режущих кромок прямолинейных ножей, что связано не с невозможностью осуществления интенсификации процесса размола и со снижением его производительности.

Известен аналог предлагаемого решения, представляющий собой размалывающую гарнитуру, включающую, вращающийся - роторный и неподвижный - статорный, диски, рабочие поверхности которых, обращенные одна к другой, снабжены, чередующимися со сквозными круговыми межножевыми канавками, круговыми ножевыми выступами, направленными в противоположные стороны, круговые режущие кромки которых выполнены с эксцентриситетом относительно центра диска [2. RU №2307883C1, МПКD21D 1/30, В02С7/12, заявлен 3.4.2006 г., опубл. 10.10.2007 г., бюл. №28].

Достоинством гарнитуры [2] является эффект возрастания, от входной круговой кромки диска к - выходной, угла между касательной к режущей кромке единичного ножа и радиусом, проведённым из центра диска в точку касания.

Недостатком решения [2] является невозможность достижения эффекта возрастания угла при любых значениях:

- концентрации массы;

- отношения диаметра окружности входа в кольцевую размалывающую зону диска и диаметра окружности выхода из неё;

- угла наклона режущей кромки ножа к радиусу входной окружной кромки.

При высокой концентрации водной суспензии волокнистой массы (10 - 18%), на всех диапазонах радиусов кривизны круговых режущих кромок и радиусов, окружностей, на которых расположены центры кривизны круговых режущих кромок, данный недостаток не способствует:

- свободному прохождению массы через кольцевую размалывающую полость гарнитуры;

- интенсификации процесса размола;

- повышению производительности процесса размола.

Наиболее близким по технической сущности решением является размалывающая гарнитура, включающая вращающийся - роторный и неподвижный - статорный диски с, обращёнными одна к другой, рабочими поверхностями, снабженными, чередующимися со сквозными межножевыми канавками, круговыми ножевыми выступами, направленными в противоположные стороны, круговые режущие кромки которых выполнены с эксцентриситетом относительно центра диска, при концентрации массы (10 - 18%), радиус кривизны круговых режущих кромок r₁= 0,633⋅R, а центры кривизны равномерно распределены на окружности радиусом r₂=0,6⋅R, проведённым из центра диска, где R - радиус выходной круговой кромки диска гарнитуры [3. RU №2761544C1, МПКD21D 1/30, В02С7/12, заявлен 23.11.2020 г., опубл. 09.12.2021 г., бюл. №34].

Достоинством решения [3] является то, что значения r₁= 0,633⋅R и r₂ = 0,6⋅R обусловливают:

- максимально возможные значения углов β_x, между касательными, проведёнными в точках пересечения круговой режущей кромки ножевого выступа с входной и выходной кромками диска, и радиусами, проведёнными из центра диска в точки касания;

- максимально возможные значения скоростей проникновения исходной массы в полость размола и выхода из неё, соответственно, через входную и выходную круговые кромки диска, за счёт чего втягивание и выбрасывание массы идёт более интенсивно;

- превышение значения тангенциальной составляющей общего силового воздействия на массу над значением его нормальной составляющей во всех точках круговой режущей кромки ножевых выступов за счёт наиболее возможных значений углов β_x;

- достижение ожидаемого технического результата.

Недостатком решения [3] является то, что, по сравнению с предлагаемым решением, при размоле водной массы пеньки однолетних растений, высокой концентрации (10 - 18%), величины параметров r₁ = 0,633⋅R и r₂ = 0,6⋅R велики, чтобы обусловить достижение этих значений и ожидаемый технический результат.

Следовательно, значения параметров r₁ и r₂ должны быть меньше, за счёт чего значения углов β_x в соответствующих точках увеличатся.

Изобретение решает задачу интенсификации, повышения качества процесса размола водной массы пеньки однолетних растений и производительности за счёт повышения значения движущей силы, воздействующей на массу, а также за счет снижения удельных энергозатрат и увеличения скорости её прохода через кольцевую размалывающую полость от входа к выходу.

Технический результат заключается в повышении до оптимальных значений величин параметров скоростных, силовых механических и гидродинамических воздействий на волокнистый полуфабрикат в кольцевой размалывающей полости, за время одного прохода через неё.

Для обеспечения указанного технического результата, в размалывающей гарнитуре для размола водной массы предварительно измельчённой пеньки однолетних растений, включающей вращающийся - роторный и неподвижный - статорный диски с, обращёнными одна к другой, рабочими поверхностями, снабженными, чередующимися со сквозными межножевыми канавками и, направленными в противоположные стороны, круговыми ножевыми выступами, круговые режущие кромки которых выполнены с эксцентриситетом относительно центра диска и пересекают круговую кромку его входного отверстия с радиусом r = 0,38⋅R, при концентрации массы (10 - 18%), а угол β_x между касательными режущих кромок и радиусами, проведёнными из центра диска в точки касания, равномерно возрастает от наиболее возможного значения - на входной кромке диска, до наиболее возможного значения - на выходной, согласно изобретению, круговые режущие кромки, с радиусом кривизны r₁ = 0,572⋅R, касаются выходной круговой кромки диска с радиусом R, а центры кривизны равномерно распределены на окружности радиусом r₂ = 0,428⋅R.

По результатам экспериментальных исследований выявилось, что, по сравнению с известными решениями, при размоле водной массы пеньки однолетних растений высокой концентрации (10 - 18%), данные отличительные признаки обусловливают:

- наиболее возможные значения входного β_вх и выходного β_вых углов, между касательными, проведёнными в точках пересечения круговой режущей кромки ножевого выступа с входной и выходной кромками диска, и радиусами, проведёнными из центра диска в точки касания;

- наиболее возможное значение скорости проникновения исходной массы через входную кромку в кольцевую размалывающую полость, за счёт чего втягивание массы идёт более интенсивно;

- наиболее возможные значения скорости выхода массы из размалывающей кольцевой полости;

- превышение значения тангенциальной составляющей общего силового воздействия на массу над значением его нормальной составляющей во всех точках круговой режущей кромки ножевых выступов за счёт наиболее возможных значений входного угла;

- достижение ожидаемого технического результата.

В отличие от известных решений, в конструкции предлагаемой гарнитуры выполняется требование, заключающееся в том, что угол β_x, образованный касательными круговых режущих кромок ножевых выступов и радиусами, проведёнными из центра О диска в точки касания а или b, равномерно возрастает, от наиболее возможного значения - на входной круговой кромке дисков (в точке A), до наиболее возможного значения = 90˚- на выходной (в точке B).

Это обусловливает следующие достоинства предлагаемой гарнитуры:

- нормальные составляющие общего силового воздействия на входе имеют максимальное значение, а на выходе, соответственно - минимальное;

- составляющая скорости проникновения массы общей окружной скорости воздействия на неё, на входе в размалывающую кольцевую полость, имеет хотя и меньшее, чем на выходе, но наиболее возможное оптимальное значение, а затягивающая составляющая общего силового воздействия имеет, соответственно, большее и наиболее возможное оптимальное значение;

- скорость выброса обработанной массы на выходе из размалывающей кольцевой полости имеет наиболее оптимальное значение, а выбрасывающая составляющая общего силового воздействия имеет, соответственно, хотя и меньшее, но тоже наиболее, оптимальное значение.

При заданных значениях r, r₁, r₂ и R выполнение данного требования связано с решением задачи нахождения для круговых режущих кромок 3 значений:

- координат их центра кривизны О₁;

- α_вх на входной круговой кромке 1 дисков;

- α_вых на выходной круговой кромке 2 дисков.

В статическом положении размалывающая гарнитура включает вращающийся роторный без отверстия, и неподвижный, с отверстием для подачи массы, статорный диски размалывающие кольцевые поверхности которых сопряжены через междисковый зазор, образуя кольцевую размалывающую полость (Фиг. 1 - фрагмент фронтальной проекции единичной окружной режущей кромки ножевого выступа на диске ротора).

На фиг. 1 изображен в осях координат X-Y фрагмент фронтальной проекции кольцевой размалывающей поверхности диска ротора, на которой видны круговые кромки:

- входная 1 с r = 0,38⋅R;

- выходная 2 с радиусом R;

- режущая 3 с r₁ = 0,572⋅R;

- окружность, с радиусом r₂ = 0,428⋅R, проведенным из центра О диска, на которой равномерно распределены центры кривизны круговых режущих кромок 3.

Существенной особенностью является то, что круговая режущая кромка 3 касается выходной круговой кромки 2 диска, при этом, угол в точке касания В = 90°.

Круговой стрелкой показано направление вращения диска ротора.

Площадь фрагмента ограничена круговыми кромками 1, 2 и волнистой линией обрыва и осью Х.

С целью упрощения оси координат X и Y проходят через центр О диска, а ось координат X через центр кривизны С круговых режущих кромок 3.

При этом в предлагаемом решении имеет место ряд особенностей, существенно влияющих на работу предлагаемой размалывающей гарнитуры.

От входа в кольцевую размалывающую зону дисков, до выхода из нее, в точках приложения общего силового воздействия, значение:

- крутящего момента постоянно по величине;

- радиуса, проведенного из центра О диска в эти точки, равномерно увеличивается от минимального до максимального;

- общей окружной линейной скорости в этих точках равномерно увеличивается, от минимального до максимального;

- общего окружного силового воздействия, приложенного в этих точках, равномерно уменьшается, от максимального до минимального.

В отличие от известных решений, в конструкции предлагаемой гарнитуры выполняется требование, заключающееся в том, чтобы угол β_x, образованный касательными t - t_x круговых режущих кромок 3 ножевых выступов и радиусами r_x, проведенными из центра О диска в точки касания А_x или В_x, равномерно возрастал, от наиболее возможного значения - на входной круговой кромке 1 дисков (в точке A),

до наиболее возможного значения - на выходной круговой кромке 2 дисков (в точке B).

Это обусловливает следующие достоинства предлагаемой гарнитуры:

- нормальные составляющие общего силового воздействия на входе имеют максимальное значение, а на выходе, соответственно − нулевые;

- составляющая скорости проникновения массы общей окружной скорости воздействия на нее, на входе в размалывающую кольцевую полость, имеет хотя и меньшее, чем на выходе, но наиболее возможное оптимальное значение, а затягивающая составляющая общего силового воздействия имеет, соответственно, наиболее возможное оптимальное значение;

- скорость выброса обработанной массы на выходе из размалывающей кольцевой полости имеет наиболее оптимальное значение, а выбрасывающая сила равна общему силовому воздействию.

При заданных значениях r, r₁, r₂ и R выполнение данного требования связано с решением задачи нахождения для круговых режущих кромок 3 значений:

- координат их центра кривизны O₁;

- на входной круговой кромке 1 дисков;

- выходной круговой кромке 2 дисков.

В динамическом положении гарнитура работает следующим образом.

Крутящий момент от привода передается ведомому концу приводного вала и посаженному на его противоположном ведущем конце роторному диску.

Волокнистая масса, при концентрации (10 - 18%), подается через круговую входную кромку в центре диска статора, в кольцевую межножевую размалывающую полость, где распределяется по межножевым канавкам.

Величина скорости проникновения массы через входное отверстие в размалывающую кольцевую полость, ограниченное входной круговой кромкой 1 имеет наиболее возможное значение, затягивающая составляющая общего силового воздействия также имеет наиболее возможное значение.

Как видно из фиг. 1, активной частью ножевых выступов, непосредственно воздействующей на массу в кольцевой размалывающей полости, являются набегающие на нее их выпуклые боковые поверхности, за счет чего масса:

- сначала прижимается к ножевым выступам и, под воздействием сил трения, закручивается вместе с ними;

- затем, под действием развивающихся центробежной и тангенциальной сил, при превышении из значений значения силы трения, масса устремляется в сторону выходной круговой кромки 2.

За один проход через кольцевую размалывающую полость и по межножевым канавкам, основная часть массы несколько раз попадает в междисковый зазор, в зону скрещивания круговых режущих кромок 3 и рабочих поверхностей круговых ножевых выступов, где, под их силовым воздействием, подвергается более интенсивному, по сравнению с известными устройствами размолу в виде:

- разрезания пучков волокон круговыми режущими кромками 3 ножевых выступов, что

приводит к укорачиванию и расщеплению единичных волокон;

- раздавливания пучков волокон размалывающими плоскостями ножевых

выступов, в результате чего происходит расчесывание волокон и фибриллирование их поверхности.

Характер размола зависит также от величины:

- межножевого зазора;

- удельного давления между размалывающими плоскостями ножевых выступов;

- кривизны круговых режущих кромок 3;

- окружной скорости диска ротора;

- температуры массы.

Прошедший стадию массного размола волокнистый полуфабрикат направляется на следующую стадию технологического процесса.

В качестве технико-экономического обоснования можно отметить то, что, в отличие от известного решения [3], значение действующей на волокнистую массу высокой концентрации, разности сил в предлагаемом решении достаточно для продвижения массы к выходной круговой кромке 2 и выброса её из зоны размола.

При этом следует понимать и учитывать, что такую же функцию выполняют и:

- нормальная составляющая окружной силы;

- центробежная сила;

- круговая скорость и скорость выбрасывания массы, значение которых на выходной периферийной кромке 4 максимально.

Это подтверждается результатами аналитической проверки и эксперимента.

По сравнению с известными решениями, использование предлагаемой размалывающей гарнитуры позволит обеспечить следующие технико-экономические преимущества:

- повышение значения касательных составляющих окружных сил, т.е. движущей силы, на выходе из полости размола за счёт максимального увеличения значения угла β_x;

- увеличение скорости прохода волокнистого полуфабриката через полость размола;

- интенсификацию процесса принудительного транспортирования и одновременного размола массы высокой концентрации (10 - 18%);

- повышение производительности;

- повышение качества обработки волокнистого полуфабриката;

- снижение удельных энергозатрат.

Это стало возможным за счёт увеличения количества и оптимального соотношения механических и гидродинамических воздействий на волокнистый полуфабрикат за время одного прохода через межножевую размалывающую кольцевую полость. Предлагаемое решение может быть использовано в производстве бумаги высшего сорта, канатов, верёвок, мебельных и других видов тканей, ковров экологических пакетов, защитной бумаги, для упаковки мебели.

Изобретение относится к размалывающим гарнитурам дисковых мельниц целлюлозно-бумажной промышленности на стадии ножевого размола водной массы, предварительно измельчённой пеньки однолетних растений, высокой концентрации. Технический результат заключается в повышении до оптимальных значений величин параметров скоростных, силовых механических и гидродинамических воздействий на волокнистый полуфабрикат в кольцевой размалывающей полости, за время одного прохода через неё. Для этого, в предлагаемой размалывающей гарнитуре круговые режущие кромки, с радиусом кривизны r₁ = 0,572⋅R, касаются выходной круговой кромки диска с радиусом R, а центры кривизны равномерно распределены на окружности радиусом r₂ = 0,428⋅R, для обеспечения размола водной суспензии с концентраций волокнистой массы 10-18%. 1 ил.

Размалывающая гарнитура, включающая вращающийся роторный и неподвижный статорный диски, с обращенными одна к другой рабочими поверхностями, снабженными чередующимися со сквозными межножевыми канавками, и направленными в противоположные стороны, круговыми ножевыми выступами, круговые режущие кромки которых выполнены с эксцентриситетом относительно центра диска, отличающаяся тем, что круговые режущие кромки имеют радиус кривизны r₁ = 0,572⋅R и касаются выходной круговой кромки диска с радиусом R, а центры кривизны равномерно распределены на окружности радиусом r₂ = 0,428⋅R, для обеспечения размола водной суспензии с концентрацией волокнистой массы 10-18%.