Устройство для размола волокнистых материалов
Использование: размол волокнистых материалов растительного и минерального происхождения, приготовление устойчивых эмульсий и суспензий. Сущность изобретения: устройство для размола волокнистых материалов содержит смонтированное в корпусе сопло и закрепленную в корпусе соосно соплу пластину-резонатор. Пластина имеет рабочие кромки, образующие между собой угол заточки. Вершина угла обращена в сторону сопла. Пластина закреплена в корпусе обоими концами на пружинных опорах, а ее рабочие кромки расположены посередине между пружинными опорами. 3 ил , 1 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (39) (I I I
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ .
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ
К . АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
) а ! 4 4
)Я
ЬЭ
Ф (21) 4716316/12 (22) 06.07.89 (46) 30.10,92. Бюл, М 40 (71) Сибирский технологический институт (72) А. К, Веретнов и A. В. Бывшев (56) Авторское свидетельство СССР
М 1698328, кл. О 21 D 1/36, 30,08.90. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗМОЛА ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Использование: размол волокнистых материалов растительного и минерального происхождения, приготовление устойчивых
Изобретение относится к устройствам предназначенным для размола волокнитых материалов растительного (целлюлоза) и минерального происхождения, а также для приготовления устойчивых эмульсий и суспенэий. Изобретение можно использовать в целлюлозно-бумажной промышленности, в промышленности строительных материалов и в химической промышленности.
Известно устройство для размола целлюлозы. включающее расположенный в баке для целлюлозы гидродинамический генератор, центробежный насос и глушитель колебаний, соединенные трубопроводами, при этом гидродинамический генератор снабжен щелевидными соплами и вибрирующими пластинами, ширина щелей каждого сопла составляет 1-2 мм, а длина равна ширине пластины, закрепленной на двух подвижных осях.
Известен гидродинамический генератор для диспергирования волокнистых материалов, содержащий корпус с формующими элементами и пакетами пла(sI>s 0 21 0 1/34, В 02 С 19/06 эмульсий и суспенэий, Сущность изобретения: устройство для размола волокнистых материалов содержит смонтированное в корпусе сопло и закрепленную в корпусе соосно соплу пластину-резонатор, Пластина имеет рабочие кромки, образующие между собой угол заточки. Вершина угла обращена в сторону сопла. Пластина закреплена в корпусе обоими концами на пружинных опорах, а ее рабочие кромки расположены посередине между пружинными опорами, 3 ил., 1 табл. стин-резонаторов, образующих щелевидные сопла.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для размола целлюлозы, включающее гидродинамический генератор, снабженный пластинами-резонаторами, рабочие кромки которых заточены под углом 80-120 и имеют уступ высотой. не превышающей двойную толщину пластины.
В названных устройствах периодические колебания свободного конца консольно закрепленной пластины-резонатора происходят под действием струи жидкости, вытекающей под давлением из сопла на клинообразный конец пластины, Струя жидкости, ударяясь о заостренную кромку пластины, срывается и образует вихри. следующие один эа другим, с обеих сторон пластины, Периодически изменяющееся давление в зоне вихрей вызывает колебания пластины.
В перечисленных устройствах колебания свободного конца консольно закрепленной пластины-резонатора ний возрастают напряжения изгиба в месте крепления пластины-резонатора. Эти напряжения. при амплитудах 3-4 мм могут достичь предельного значения, что приводит к
5 поломке пластины. 1ак, например, пластина-резонатор с длиной 1 - 150 мм, шириной
Ь = 80 мм и толщинйа h = 5,8 мм, имеющая жесткость
10 Е 3 2,106.8 0РВЗ з 6.„з где Ж вЂ” жесткость пластины при изгибе;
N масса пластины, Амплитуда пластины-резонатора:сак 15 консольно закрепленной балки равнопрочного сечения определяется по уравнени,о;
== 154 кг/см, „з, з
А= 1з (»" 20
6 ° 154 ° 1
6Ж1
=- 0,16см = 1,6 мм
2F (т — 1 = — K t Π— s )
6Pl
bh
Р =АЖ у 6АЖ1 ц
Ь (9) где Ж вЂ” жесткость пластины, определяемая как 40 (5) где и — коэффициент пропорциональности;
f — частота колебаний;
А — амплитуда, Отсюда следует, что увеличение мощности
5( гидродинамического генератора возможно при увеличении частоты, либо, что более эффективно, путем увеличения амплитуды колебаний. Но, как показывают эксперименты, при увеличении амплитуды колебаñ7 — 1 = 040 р
U осуществляются за счет сил упругости, возникающих при изгибе пластины, При этом частота и амплитуда колебаний зависят от геометрических размеров пластины-резонатора и материала, из которого она изготовлена.
Собственная частота пластины-резонатора определяется по уравнению где Р— усилие изгиба (условно приложенное к КроМКе пластины);.,з
t = — — — - — момент инерции сечения
12 пластины;
I — длина пластины; о — ширина пластины, h — толщина пластины;
Е молль упругости материала пласти ны.
Выражение (2) можно представить как
Энергия, отдаваемая пластиной-резонатором в окружающую среду в единицу времени, определяется по уравнению может работать при амплитудах, не превышающих: го- Ц 12 800
Выражение (6) получено исходя из того, что напряжения изгиба, действующие в пластина, определяются по уравнению: и они должны быть меньше допустимых. Из выражения (3) Подставив (8) в (7) получают:
Из выбажения (9) максимально возможная амплитуда колебаний будет где (c7 — 1 ) — допустимые напряжения изгиU ба г ри симметричном цикле колебаний, 113 KHlnrN, "чи гывая харак1 ep:.àãpóçêè, концентрацию местных напряжений, качество обработки поверхности пластин резонаторов принимают коэффициент запаса прочнсоти Ka =- 5. 1772274 Тогда для стали 65 значение ов - 10000 кг/см, а 0 — > 04пя 0 (<-i )Кв Кв 0 4 10000 800 У 2 При амплитудах А > 1,6 мм происходит 10 разрушение пластин-резонаторов тем быстрее, чем больше амплитуда превышает допустимое значение, Если для повышения частоты колебаний (уравнение (1)) увеличить жесткость пластины-резонатора, приняв ее величину и =7 мм, то допустимая амплитуда колебаний значительно снижается Е з 2 106 8 07з 6 з = 271 кг/см (CTè1 ) bh2 6Ж! 800 В 0,7 „Ы 6 271 15 . Таким образом, в устройстве-прототипе, где пластина-резонатор одновременно выполняет две функции — функцию рабочего 3тела, воспринимающего энергию струи и преобразующего ее в энергию колебаний, и функцию упругого элемента-накопителя потенциальной энергии в колебательный процесс, имеется ряд недостатков. Во-первых, 40 в силу конструктивных и прочностных условий в устройстве-прототипе амплитуда колебаний пластины-резонатора не превышает 3 — 4 мм и, следовательно, ограничивается мощность пластинчатого вибратора, 45 Вторым недостатком устройства-прототипа являетея малая ширина сопл, составляющая 1 — 2 мм, что не позволяет перерабатывать грубодисперсные материалы с размерами частиц более 2 мм. 50 Целью изобретения является увеличение производительности и снижение энергозатрат гидродинамического генератора за счет увеличения объема зоны воздействия на размалываемый материал, 55 Зто достигается тем, что в известном устройстве гидродинамического генератора, снабженного K0Hcoльно закрепленными пластинами-резонаторами, кромки которых заточены под углом 80 — 120, и испытывающими деформации изгиба при работе, пластина-резонатор закреплена в корпусе на стальных пружинах, При этом пластина-резонатор избавлена от деформаций изгиба, так как роль упругого элемента в колеблющейся системе выполняют стальные пружины, через которые пластина-резонатор крепится к корпусу. Плоскость колебания пластины параллельна оси потока, поскольку рабочие кромки расположены посередине между пружинными опорами. Фиг. 1 — 3 поясняют изобретение. На фиг. 1а,б,в представлено устройство гидродинамического генератора, пластинарезонатор 1 которого укреплена в корпусе 2 с помощью четырех пар стальных пружин 3, сжатых гайками 4 и контргайками 5 на шпильках 6. Каждая шпилька 6 с двумя сжатыми пружинами крепится в прорезях 7 корпуса 2 с помощью гаек 8 и контргаек 9, Пластина-резонатор установлена с помощью гаек 4 и 5 так, чтобы продольная ось пластины и ось сопла 10 полностью совпадали, Растояние между соплом и кромкой пластины-резонатора регулируется при отпущенных гайках 8 и 9 путем перемещения шпилек вдоль прорезей 7 в стенке корпуса 2, Окончательное закрепление пластинырезонатора производится гайками 8 и 9. Верхняя и нижняя часть корпуса скреплены между собой двумя траверсами 11. Пластина-резонатор в плане имеет Побразную форму, Рабочие кромки пластины заточены под углом 80 — 120 и находятся по середине между двумя передними и двумя задними пружинными опорами. Кромки выполняют с толщиной, большей толщины пластины, так что между кромкой и телом пластины с обеих сторон появляется по уступу, Предлагаемое устройство работает следующим образом. Струя жидкости, выходя из сопла 10 под давлением 0.2 — 0,8 мПа, попадает на клинообразную переднюю кромку пластины-резонатора 1. Струя, ударяясь в кромку, срывается на уступах кромки, образует вихри, следующие один за другим с обеих сторон пластины-резонатора. Чередование вихрей вызывает периодически изменяющееся давление по сторонам пластины, что вызывает устойчивые колебания плоскости пластины-резонатора параллельно направлению потока (фиг. 3), Стальные пружины 3, в которых закреплена пластина, являются упругими элементами системы, которые, накопив потенциальную энергию при сжатии, преобразуют ее в кинетическую энергию движения пластины-резонатора, Пластинарезонатор при работе не испытываетдефор1772274 маций изгиба, а пружинная подвеска позволяет в принципе реализовать любые по величине амплитуды. На уступах кромки пластины-резонатора происходит срыв ламинарного потока и развивается вихревое турбулентное течение с чередованием вихрей по обеим сторонам пластины, По сравнению с прототипом, где пластины-резонаторы консольно защемлены в корпусе (фиг. 2), предлагаемое устройство имеет следующие преимущества. 8о-первых, при использовании пружин как упругих элементов амплитуду колебаний пластинырезонатора можно увеличивать до любых разумных величин не опасаясь ее разрушения, При этом мощность гидродинамического генератора увеличивается пропорционально квадрату амплитуды, что дает возможность перерабатывать прочные материалы, увеличить производительность аппарата, снизить удельный расход электроэнергии, Во-вторых, увеличение амплитуды реализуется только при соответствующем увеличении ширины сопла. поскольку между амплитудой, шириной сопла и толщиной передней кромки пластины имеется прямая связь. Практически эти величины примерно равны одна другой. Поэтому ширина сопла в предлагаемом устройстве составляет не менее 10 мм, что позволяет перерабатывать грубо дисперсные суспензии с размерами частиц до 10 мм, В-третьих, в отличие от прототипа, где вибрирует только свободный конец пластины-резонатора, а амплитуда колебаний быстро убывает от максимального значения у кромки до нуля около места крепления (фиг, 2), в предлагаемом устройстве амплитуда по всей площади пластины-резонатора одинакова и равна максимальному значению (фиг. 3). Это позволяет увеличить объем зоны вибрации и тем самым интенсифицировать процесс обработки материала. Пластина-резонатор. изготовленная из стали 65, имея жесткость Ж = 154 кгlсм, может эксплуатироваться при амплитудах не более А = 1,6 мм, Если превысить эту величину, то ресурс работы пластины начнет резко снижаться, и пластина сломается, Эта пластина работала с соплом шириной 2 мм, Если воспользоваться предлагаемым решением, то для получения амплитуды колебаний A - 10 мм при жесткости упругой системы Ж = 154 кг/см необходима подвеска из четырех пар спиральных пружин диаметром О = 63 мм, диаметром проволоки d = 9 мм, имеющих 7 рабочих витков, Эти параметры определяются следующим расчетом. Принимают что амплитуда колебаний пластины резонатора,...„„..... жесткость системы ........., отношение диаметра пружины к диаметру A-10 мм, Ж - 154 кгlсм, С 7 Д t flPoBollOKM .....„. материал проволоки ......,...............сталь 65, предел прочности стали 65 на растяжение 0g - 104 кг/см2, допустимое напряжение кручения х -1 = 0,22пв= 2200 кг/см, принимают к расчету напряжение 20 кручения (х-< )р= = 1100 кг/см2, модуль сдвига пружинных сталей ..., усилие сжатия пружины ............,. d= 1,6 V (Х-1р 35 л,ТЛЮ Г 1100 40 = 0,89 см " 9 мм. Диаметр пружины будет D=C б=7 9=63мм. Количество рабочих витков пружины будет AGd 1 8 10" 9 50 9С Р 8 7 385 =68 7, Коэффициент запаса прочности 55 х -1 2200 (х -1 }р 1100 Для описанного устройства используется сопло шириной 10 мм. G - 8 10" кг/см2, 25 Р -Ж/4 =154/4 = =38,5 кг, коэффициент кривизны 30 К=. 1, 2. Находят диаметр проволоки пружины 1772274 Результаты испытаний устройства-прототипа и предлагаемое устройства при распушке асбеста Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет в несколько раз увеличить амплитуду колебаний пластины-резонатора без опасения ее разрушения. Вследствие этого увеличиваются глубина и скорость обработки материала. Увеличение ширины сопла позволяет перерабатывать грубодисперсные материалы. Эффективность работы предлагаемого устройства проверялась при сравнении с работой пластины-резонатора, имеющий параметры описанные выше, при распушке асбеста, При работе прототипа использовалось сопло шириною 2 мм, длиною 60 мм, площадью 120 мм . В предлагаемом устройстве сопло имело ширину 10 мм, длину 12 мм, аплощадь,,как и в прототипе, 120 мм, 2 Полученные результаты показывают, что крепление пластины-резонатора в пружинной подвеске позволило увеличить амплитуду колебаний почти в 3 раза и увеличить производительность установки при распушке асбеста более чем в 10 раэ по сравнению с прототипом. При этом затраты энергии на процесс распушки в устройстве-прототипе и предлагаемом устройстве были практически одинаковы. Увеличение ширины сопла до 10 мм в предлагаемом устройстве позволяет перерабатывать низкосортные виды асбеста, имеющие посторонние включения размером б — 8 мм. Использование предлагаемого устройства позволяет увеличить амплитуду колебаний пластины-резонатора, сохраняя безопасные условия работы упругих эле5 ментов системы, Если в устройстве-прототипе увеличение амплитуды колебаний невозможно из-за возникновения напряжений изгиба, превышающих предельно допустимые, то в предлагаемом устройстве 10 увеличение амплитуды не имеет принципиальных ограничений. При желании, увеличив диаметр проволоки и количество витков пружины, можно получить амплитуду, значительйо большую по величине, чем в опи15 санном выше устройстве — примере конкретного выполнения, Формула изобретения Устройство для размола волокнистых 20 материалов, содержащее смонтированное в корпусе сопла и закрепленную в корпусе соосно соплу пластину-резонатор. имеющую рабочие кромки, образующие между собой угол заточки, вершиной обращенный 25 в сторону сопла, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности за счет увеличения объема зоны воздействия на размалываемые волокнистые материалы, и снижения энергозатрат, пла30 стина-резонатор закреплена в корпусе обоими концами на пружинных опорах, а ее рабочие кромки расположены посерг-дине между пружинными опорами. 1772274 Составитель А. Веретнов Техред M.Ìopãåíòçë . Корректор Т. Палий Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 3820 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4(5
