Помольный узел струйной мельницы Советский патент 1991 года по МПК B02C19/06 

Изобретение относится к устройствам для струйного помола материала и может быть использовано в химической, фармацевтической, лакокрасочной, пищевой промышленности, производстве стройматериалов и тому подобных областях, где требуется тонко- и сверхтонкоизмельченный материал.

Цель изобретения - повышение эффективности работы за счет комплексного воздействия на измельчаемый материал резких перепадов температур, статических давлений, акустической, знакопеременной- механической и ударной нагрузок при переходе звукового барьера.

На фиг.1 изображен предлагаемый узел, общий вид; на фиг.2 - то же, вариант выполнения; на фиг.З - разрез А-А на фиг.2.

Помольный узел состоит из корпуса эжектора 1, сверхзвукового сопла 2, камеры 3 смешения, помольной камеры 4 с выходными отверстиями 5, ударного элемента 6 (ударной иглы по фиг.1 или ударного клина по фиг.2) и броневой плиты 7. Ударный элемент 6 установлен на броневой плите 7 со- осно с камерой 3 смешения. Выходные отверстия 5 размещены непосредственно у броневой плиты 7 и закрыты эксцентрично установленным на помольной камере 4 сборником 8 с выхлопным патрубком 9 (фиг,1). В корпусе эжектора .1 между соплом

00

сл с

2м камерой 3 смешения выполнено загрузочное отверстие 10.

В узле большой единичной мощности (фиг.2) сверхзвуковое сопло 2, камера 3 смешения эжектора и помольная камера 4 выполнены плоскими, а в сверхзвуковом сопле 2 установлено профилированное тело 11. В этом узле (фиг.2) ударный элемент инициирует ударную волну на всю ширину камеры 3 смешения.

Ударный элемент выполнен в виде клина с острой кромкой протяженностью на всю ширину помольной камеры. Профилированное тело 11 закреплено в опоре 12 так, что плоскость, делящая его на -две равные по толщине части, строго соосна соплу 2 и совпадает с поперечной осью сопла 2,

Формы поперечного сечения сопла 2 и плоской камеры 3 смешения могут быть раз- личными. В приведенном примере исполнения принята прямоугольная форма, причем ширина сечения камеры 3 смешения несколько больше ширины сопла 2.

Поперечное сечение помольной камеры 4 идентично поперечному сечению камеры

3смещения. Внутренний объем помольной камеры разделен ударным клином на две равные суживающиеся щели, пространственно представляющие собой два плоских конфузора. Выходные отверстия 5, например, прямоугольной формы размещены в корпусе помольной камеры 4 напротив каждой плоскости ударного клина 6 непосредственно у броневой плиты 7.

Помольный узел работает следующим образом.

Энергоноситель 13, например сжатый воздух, подается от компрессора 14 в сверхзвуковое сопло 2. Энергоноситель 13 разго- няется в сопле 2 до сверхзвуковой скорости. Сверхзвуковая струя 15 проникает в камеру 3 смешения, увлекая за собой (эжек- - тируя) материал 16, подаваемый через загрузочное отверстие 10 в корпус 1 эжектора. Двухфазный сверхзвуковой поток преодолевает фронт ударной волны 17, инициированный острыми кромками ударных элементов 6 (иглы, конуса), и тормозится в скачке уплотнения и конфузоре 18, образованном пространством между корпусом помольной камеры 4 и ударным элементом 6. Окончательное торможение происходит при ударе двухфазного потока в броневую плиту 7. Измельченный материал 19 в смеси с газом- энергоносителем выводится из эжектора через выходные отверстия 5 и далее.

Степень расширения в сопле 2 выбирается такой, чтобы температура в потоке сформированной сверхзвуковой струи при

фактической величине статического давления в потоке была выше температуры ожижения (Tt Тож). При использовании в качестве энергоносителя сжатого воздуха имеется большой запас по температуре, так как температура ожижения кислорода, будучи выше таковой для азота, составляет при 760 мм рт.ст. - 180°С.

Форма сечения сверхзвукового сопла определяется исходя из заданной величины безразмерной скорости газа на срезе сопла (числа Маха - М) и в конкретном примере исполнения для воздуха строится по зависи-4 мости

F (1 + 0.2 М2)3

Pip1,73 М .

где Ркр - критическое, минимальное сечение сопла, м2;

F - текущее сечение сопла, м2.

Из этой зависимости видно, что сечение сопла характеризуется тремя участками: М 1 dF/F 0 - дозвуковая часть, сечение сопла сужается, М 1 dF/F 0 - критическое сечение, М 1 dF/F 0 - сверхзвуковая часть, сечение сопла расширяется.

Следовательно, для плоского сверхзвукового сопла с профилированным телом форма канала течения газа (воздуха) в верхней и нижней щели должна повторять форму сопла Лаваля, т.е. форма профилированного тела описывается приведенной зависимостью.

Статическая волна атмосферного давления, распространяясь со звуковой скоростью, сносится сверхзвуковым потоком, поэтому две параллельные сверхзвуковые плоские струи второго варианта узла на отрезке пути между соплом 2 и камерой 3 смешения не испытывают эффекта слипания и входят в камеру смешения двумя параллельными плоскими потоками.

Сверхзвуковая струя, проходя объем корпуса 1, увлекает за собой (эжектирует) контактирующие с ней слои воздуха и тем самым создает в объеме корпуса 1 разрежение. Происходит постоянный подсос свежего воздуха, поэтому подаваемый внутрь корпуса 1 материал 16 эжектируется сверхзвуковой струей и поступает в камеру 3 смешения.

Прилипший к сверхзвуковой струе слой эжектируемой среды как бы утолщает сверхзвуковую струю, увеличивает ее габариты, поэтому для безударного входа такой струи в камеру 3 смешения размеры поперечного сечения камеры смешения должны несколько превышать размеры выходного сечения сопла 2.

Масса захваченного (зжектируемого) воздуха зависит от площади контакта со струей. Известно, что длина окружности минимальна по сравнению с величиной периметра любой другой фигуры той же площади, Этим объясняется больший эжек- тирующий эффект плоской струи по сравнению со струей круглого сечения. При равной мощности эффект плоской струи приводит к повышению коэффициента полезного действия (КПД) эжектора, что становится особенно ощутимым и актуальным в установках большой единичной мощности. Эффективность эжектора с плоской струей еще больше возрастает в случае применения пакета плоских струй. Дополнительный положительный эффект возникает за счет двойного влияния двух соседних струй 15 на один и тот же элементарный объем эжектируемой среды 20.

В камере 3 смешения происходит турбулентное смешение двух потоков - энергоносителя и эжектируемого воздуха с материалом, Длина камеры 3 смешения выбирается такой, чтобы на выходе из нее образовалась однородная 2-фазная смесь.

Интенсивное перемешивание в сверхзвуковом потоке с постепенным переходом в сверхзвуковой режим течения уже сопровождается частичным дроблением материала. Кроме того, интенсивный удар холодом приводит к глубокому замораживанию поверхностных слоев частицы материала при сохранении комнатной температуры внутри этой частицы. Эта разница температур создает сильные механические напряжения внутри частицы материала. В случае необходимости измельчения мягких и упругих материалов это обстоятельство замораживания материала является решающим фактором процесса.

Энергоемкость носителя, т.е. исходное давление газа, принимается такой, чтобы обеспечить на выходе из камеры 3 смешения сверхзвуковой двухфазный поток со скоростью истечения, немного превосходящей скорость звука (М 1), с учетом энергопотерь в сопле 2 и камере 3 смешения.

Двухфазный сверхзвуковой поток, омывая ударный элемент (клин) 6, проходит через скачок уплотнения (фронт ударной волны). В ударной волне 17 и в непосредственной близости от нее газовая среда характеризуется резкими вибрационного характера перепадами температур, статических давлений, ускорений на фоне интенсивного акустического облучения. В таких условиях частички материала буквально разрываются по границам кристаллов и дробятся на части.

Поперечное сечение помольной камеры 4 аналогично поперечному сечению камеры 3 смешения. Внутренний объем помольной камеры 4 круглого сечения вместе с конусом 5 ударного элемента образуют конфузор 18, а во втором варианте конструкции узла - два плоских конфузора 18.

Сверхзвуковой поток со скоростью после камеры 3 смешения, немного превыша0 ющей скорость звука, часть своей энергии теряет при прохождении фронта ударной волны 17. Окончательное торможение, т.е. переход в дозвуковой режим течения, происходит в конфузоре 18,

5 В принципе возможно использование режима работы эжектора, при котором двух- фазный поток в конце камеры смешения движется со скоростью, значительно превышающей скорость звука. Однако выбор та0 кого режима работы эжектора невыгоден вследствие непропорционально больших энергопотерь, т.е. меньшего КПД.

Двигаясь дальше, теперь уже дозвуковой двухфазный поток гасится на броневой

5 плите 7. Потенциально уцелевшие частички материала добиваются, дробятся при столкновении с броневой плитой 7. Исходя из этого определяется место размещения выходных отверстий 5 - только в зоне дозву0 кового режима течения и после контакта с броневой плитой 7.

Длительная работа узла с использованием абразивных материалов приводит к интенсивному износу поверхности камеры

5 смешения эжектора, вершины конуса ударного элемента и броневой плиты. Изменение геометрических размеров элементов эжектора приводит к изменению режима его работы, а скругление острой кромки „

0 ударного элемента может привести к срыву ударной волны или изменению ее характеристик, поэтому камера смешения, ударный элемент и броневая плита могут быть выполнены из износоустойчивого материала либо

5 иметь износоустойчивое покрытие.

Далее измельченный материал 19 отделяется от энергоносителя 13. Очищенный энергоноситель 13 может быть вновь использован. Крупные фракции из осадитель0 ной камеры 21 возвращаются в процесс как материал 16.

На фиг. 1 приведен пример технологической цепочки разделения двухфазной смеси воздух - слюда: осадительная камера 21,

5 блоки 22 и 23 струйных сит и вакуум-насос 24.

Предлагаемая конструкция узла работоспособна и эффективна. Известная конструкция дает измельченный материал с разбросом по размерам частиц более 60%,

а предлагаемое решение позволяет свести разброс частиц до практического минимума в пределах 5-8%. Оно особенно эффективно разрушает кристаллы слюды по плоскостям совершенной спайности, т.е. при раз- мере частиц по площади минус 40 мкм по толщине субмидронника. Подобный продукт особенно ценен для производства декоративных красок, лаков, эмалей и прочих покрытий, а также для получения особо тон- кмх и прочных слюдобумаг.

Формула изобретения 1. Помольный узел струйной мельницы, включающий эжектор с соплом, камеру смешения и помольную камеру с выходными отверстиями, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы за счет комплексного воздействия на измельчаемый материал резких перепадов температур, статических давлений, акустм- ческой знакопеременной механической и

ударной нагрузок при переходе звукового барьера, в помольной камере напротив камеры смешения эжектора смонтирована броневая плита с ударным элементом на длину помольной камеры, ориентированным по оси камеры навстречу потоку, выходные отверстия размещены за ударным элементом вне зоны действия его ударной волны непосредственно у броневой плиты, а сопло выполнено в виде сопла Лаваля.

2.Помольный узел попЛ.отличаю- щ т и с я тем, что поперечные сечения камеры смешения эжектора и помольной камеры одинаковы.

3.Помольный узел по пп.1 и 2, о т л и- чающийся тем, что сопло эжектора и камера смешения выполнены плоскими, ударный элемент выполнен в виде клина, острая кромка которого ориентирована параллельно поперечной оси камеры смешения.

Изобретение относится к устройствам для струйного помола материала и может быть использовано в химической, фармацевтической, лакокрасочной, пищевой промышленности, производстве стройматериалов и т.п. областях, где требуется тонко- и сверхтонкоизмельченный материал. Цель изобретения - повышение эффективности работы за счет комплексного воздействия на измельчаемый материал резких перепадов температур, статических давлений, акустической и знакопеременной механической и ударной нагрузок при переходе звукового барьера. Сущность изобретения состоит в синергическом воздействии физических факторов сверхзвукового потока и ударной волны перехода звукового барьера на материал с целью его расслоения и разрушения. Для этого в помольной камере напротив камеры смещения эжектора смонтирована броневая плита с ударным элементом на длину помольной камеры, сопло выполнено в виде сопла Лаваля, а выходные отверстия размещены за ударным элементом вне зоны действия ударной волны. 2 з.п, ф-лы, 3 ил.

10 {б

6

ЛЛА.Г1 , ,

w 1 X}„.; t

15II / 6

/ -фП

фиг.З