Центробежно-струйная мельница

 

Изобретение относится к дроблению или измельчению различных материалов, в частности к конструкциям центробежно-струйных мельниц. Сущность изобретения: центробежно-струйная мельница имеет устройство для вращения корпуса и устройство с податливыми элементами в роторе или в его опорах, обеспечивающее снижение небаланса от возможного эксцентриситета масс вращающихся материала и ротора, который выполнен из одной или двух отдельных частей, вращающихся в противоположные стороны, а корпус и ротор имеют кольцевые полки, снабженные кольцевыми буртами, ограждающими внутреннюю поверхность каждой полки, на которой накапливаются прижимаемый к ней центробежными силами слой материала, защищающий полку от износа. 6 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к дроблению или измельчению различных материалов, в частности к конструкциям центробежных струйных мельниц.

Известна центробежная мельница, где вращающийся ротор сообщает материалу при его движении внутри ротора кинетическую энергию, обеспечивающую предварительное измельчение, происходящее при ударе частиц о стенки второго ротора. Недостатком этой конструкции является значительный износ поверхности второго ротора при ударе частиц и низкий КПД из-за трения частиц в процессе их дальнейшего измельчения в этом роторе [1] Известна центробежно-струйная мельница, выбранная в качестве прототипа, имеющая корпус, снабженная приводом для вращения ротора, расположенного в опорах, имеющего отверстия для входа материала и сообщающего ему при вращении кинетическую энергию, необходимую для его помола при ударе о препятствия, которыми служат специальные перегородки на корпусе. В этом устройстве материал получает кинетическую энергию не только от энергоносителя, но и непосредственно от вращающегося ротора [2] Недостатком известной конструкции центробежно-струйной мельницы является низкий КПД из-за расхода энергоносителя, а также большой износ ротора и перегородок, о которые ударяется вещество при помоле. Из-за этого невозможно в данном устройстве создавать значительные скорости вещества от вращающегося ротора. Кроме того, увеличить количество кинетической энергии, передаваемой от вращающегося ротора путем увеличения его окружной скорости в известной конструкции практически невозможно из-за небаланса, возникающего вследствие неравномерного износа ротора.

Целью изобретения является повышение КПД центробежно-струйной мельницы и снижение износа ее деталей.

Эта цель достигается тем, что центробежно-струйная мельница имеет устройство для вращения корпуса и устройство с податливыми элементами в роторе или в его опорах, обеспечивающее снижение небаланса от возможного эксцентриситета масс вращающихся материала и ротора, который выполнен из одной или двух отдельных частей, вращающихся в противоположные стороны, а корпус и ротор имеют кольцевые полки, снабженные кольцевыми буртами, ограждающими внутреннюю поверхность каждой полки, на которой накапливается прижимаемый к ней центробежными силами слой материала, защищающий полку от износа.

Для уменьшения вибрации при эксплуатации мельницы пpи окружных скоростях ротора, необходимых для достижения нужной величины относительных скоростей частиц при их соударении, обеспечивающих помол материала, податливые элементы имеют жесткость, обеспечивающую закритическое состояние ротора с опорами при работе, и как минимум одна опора, имеющая устройство с податливыми элементами, включает в себя механизм, содержащий привод и жесткий элемент, который при перемещении его этим приводом жестко фиксирует ротор в опоре, приводя ротор c опорами в докритическое состояние при пуске и остановке.

Для обеспечения требуемого качества помола материала и снижения износа деталей мельницы радиусы полок корпуса и ротора выбираются из условий.

R_к ≥ R_р ≥ ≥ где R_к радиус полки корпуса, ω_к угловая скорость вращения корпуса, g ускорение свободного падения, R_р радиус полок ротора, ω_р угловая скорость вращения каждой из частей ротора.

v_п минимальная окружная скорость полки, при которой достигается необходимая скорость соударения материала при помоле.

В качестве одного из возможных вариантов исполнения корпус имеет только одну полку и диаметр ее больше, чем диаметр полок ротора, который состоит из двух отдельных соосных частей, вращающихся в противоположные стороны, а полки расположены таким образом, что между каждыми двумя ближайшими между собой полками каждой из частей ротора расположена одна полка другой части ротора так, что плоскость, перпендикулярная оси ротора и касательная к торцу полки, пересекает ближайшую полку другого ротора или корпуса, расположенную на большем диаметре.

В качестве другого варианта исполнения корпус имеет только одну полку и диаметр ее больше, чем диаметр полок ротора, который состоит из одной части, а полки его расположены таким образом, что плоскость, перпендикулярная оси ротора и касательная к торцу полки, пересекает ближайшую полку ротора или корпуса, расположенную на большем диаметре.

В качестве третьего варианта исполнения корпус и ротор, состоящий из одной части, имеют по несколько полок, расположенных таким образом, что между каждыми двумя ближайшими между собой полками ротора расположена одна полка корпуса и между каждыми двумя ближайшими между собой полками корпуса расположена одна полка ротора так, что плоскость, перпендикулярная оси ротора и касательная к торцу полки, пересекает ближайшую полку ротора или корпуса, расположенную на большем диаметре.

Для снижения жесткости амортизации в устройстве с податливыми элементами, обеспечивающем уменьшение небаланса, оси вращения ротора и корпуса расположены вертикально.

На фиг. 1 изображена центробежно-струйная мельница (первый вариант) с двумя вращающимися в противоположные стороны частями ротора, вращающимся корпуcом с одной полкой и устройством, снижающим небаланс от возможного эксцентриситета масс у роторных машин, общий вид; на фиг. 2 общий вид центробежно-струйной мельницы (второй вариант) с ротором, состоящим из одной части, и вращающимся корпусом с одной полкой; на фиг. 3 общий вид центробежно-струйной мельницы (третий вариант) с ротором, состоящим из одной части, и вращающимся корпусом с несколькими полками; на фиг. 4 векторы скоростей струй материала при его сбрасывании с полок и соударении со слоями материала, расположенными на других полках, применительно к центробежноструйной мельнице по варианту 2.

Мельница (фиг. 1), выполненная по варианту 1, а также с вертикальным расположением осей вращения ротора и корпуса, содержит корпус 1, вращающийся под действием сил струи 2 материала, сбрасываемого на полку 3 корпуса 1 с полки 4 первой части 5 ротора. Механизм вращения корпуса содержит радиальные подшипниковые опоры 6 и осевую подпятниковую опору-тормоз 7, с помощью которой устанавливается необходимая скорость вращения корпуса. Ротор включает в себя первую часть 5 и вторую часть 8, через опоры 9, 10, 11 и 12 опирающиеся на нижний 13 и верхний 14 корпуса опор. Последние крепятся к фундаменту 15. Электродвигатель 16 через эластичную муфту 17 вращает первую часть ротора 5. Вторая часть 8 ротора вращается через клиноременную передачу 18 другим электродвигателем (на чертеже не показан). Материал из бункера через трубу 19 подается к отверстиям 20 первой части 5 ротора. С помощью центробежных сил он отбрасывается на полку 21 второй части 8 ротора. Нижний корпус опор имеет патрубок 22, через который материал выводится из мельницы.

Все четыре опоры 9, 10, 11 и 12 имеют устройство с податливыми элементами 23 и включают в себя механизм, приводящий ротор с опорами в докритичеcкое состояние при пуске и остановке, который содержит жесткие элементы 24, опирающимися цилиндрическими поверхностями на нижний 13 и верхний 14 корпуса опор. Эти жесткие элементы под воздействием гидроприводов 25, также входящих в состав указанного механизма, коническими поверхностями могут жестко замыкать опоры 9, 10, 11 и 12 на корпуса опор.

Мельница на фиг. 2, выполненная по варианту 2, имеет только одну часть 5 ротора с тремя полками 26, 27 и 28, расположенными на разных диаметрах. В остальном конструкция аналогична варианту 1.

Мельница на фиг. 3, выполненная по варианту 3, имеет только одну часть 8 ротора с двумя полками 29 и 30 и корпус 1 с тремя полками 31, 32 и 3. Назначение и конфигурация других деталей как у варианта 1.

Мельница, выполненная по варианту 1, работает следующим образом. Ее пуск производится без материала в роторе. Перед пуском с помощью гидравлических приводов 25 (фиг. 1) и жестких элементов 24 опоры 9, 10, 11 и 12 жестко замыкают на их корпуса 13 и 14. Таким образом обеспечивается докритическое состояние ротора с опорами во всем диапазоне чисел оборотов от пуска до рабочих. После пуска и доведения числа оборотов до рабочих жесткие элементы 24 с помощью гидравлического привода 25 выводятся из контакта с опорами 9, 10, 11 и 12 таким образом, что нагрузка от этих опор передается на их корпуса и, соответственно, на фундамент только через податливые элементы 23. Это обеспечивает работу ротора с опорами в закритической области и при появлении эксцентриситета масс ротор будет стремиться (в той степени, в какой позволяют ему податливые элементы) вращаться вокруг оси, проходящей через центр массы ротора. После этого мельница через трубу 19 заполняется материалом, который через отверстия 20, расположенные на таком диаметре, что скорость выброcа из них материала исключает интенсивный износ поверхностей этих отверстий, центробежными силами отбрасывается на полку 21 второй части 8 ротора. При этом отбрасываемый материал соударяется с накапливаемым на этой полке и вращающимся вместе с ней слоем материала, что обеспечивает первый этап помола. После накопления на полке 21 слоя материала определенной толщины, который предотвращает износ внутренней поверхности полки, материал сбрасывается с этой полки на полку 4 первой части 5 ротора, где он соударяется со слоем, вращающимся в противоположную сторону. При этом обеспечивается второй этап помола. Третий этап помола происходит при соударении струй материала, сбрасываемого с полки первой части 5 ротора на полку 3 вращающегося корпуса 1. При этом обеспечивается не только помол, но и вращение корпуса под действием сил, возникающих при торможении струй материала. При этом скорость вращения корпуса не должна быть большой, чтобы уменьшить соответствующие потери с выходной скоростью вращающегося в корпусе слоя, но она должна обеспечивать прижатие частиц материала и создание слоя необходимой толщины для предотвращения износа корпуса. Готовый продукт (измельченный материал) удаляется из мельницы через патрубок 22.

Работа мельниц, выполненных в других вариантах, происходит аналогичным образом. Только во втором варианте второй этап помола происходит при столкновении материала, сбрасываемого с одной полки, со слоем, вращающимся на другой полке того же ротора, но с большей скоростью. А в третьем варианте все этапы помола происходят при сбрасывании материала с полок ротора на полки корпуса и наоборот.

Например, для второго варианта вектор скорости 33 (фиг. 4) соответствует скорости выбрасываемого из отверстий 20 (фиг. 2) материала. При его столкновении с движущимся со скоростью 34 (фиг. 4) слоем материала, расположенном на полке 26 (фиг. 2), результирующая скорость будет 35 (фиг. 4), которая и обеспечивает первый этап помола 36 (фиг. 4) скорость струи, сбрасываемой с полки 26 (фиг. 2), а 37 (фиг. 4) скорость слоя на полке 27 (фиг. 2), что при сложении обеспечивает скорость соударения 38 (фиг. 4) и второй этап помола. 39, 40 и 41 соответствующие скорости на третьем этапе помола, а 42, 43 и 44 на четвертом этапе помола. На роторе могут быть выполнены отверстия 45 (фиг. 2) для его балансировки.

Наиболее полезный эффект у предлагаемой конструкции мельницы достигается в процессе экономичного преобразования энергии вращающегося ротора в кинетическую энергию сбрасываемых с полок частиц материала. КПД этого преобразования (что примерно соответствует КПД мельницы) не менее 80% Кроме того, благодаря введению специального устройства, обеспечивающего снижение небаланса, в этой конструкции мельницы могут быть достигнуты скорости соударения значительно больше, чем в существующих струйных мельницах, что обеспечивает более мелкий помол. Износ же деталей мельницы при этом не увеличивается, поскольку наиболее уязвимые части (внутренние поверхности полок) постоянно прикрыты плотным слоем вращающегося материала.

Таким образом, применение предлагаемого устройства центробежно-струйной мельницы позволит существенно повысить КПД помола и получать при необходимости более мелкий помол.

Формула изобретения

1. ЦЕНТРОБЕЖНО-СТРУЙНАЯ МЕЛЬНИЦА, имеющая корпус, снабженная приводом для вращения ротора, расположенного в опорах, имеющего отверстия для входа материала и сообщающего ему при вращении кинетическую энергию, необходимую для его помола при ударе о препятствия, отличающаяся тем, что имеет устройство для вращения корпуса и устройство с податливыми элементами в роторе или его опорах, обеспечивающее снижение небаланса от возможного эксцентриситета масс вращающихся материалов и ротора, который выполнен из одной или двух отдельных частей, вращающихся в противоположные стороны, а корпус и ротор имеют кольцевые полки, снабженные кольцевыми буртами, ограждающими внутреннюю поверхность каждой полки, на которой накапливается прижимаемый к ней центробежными силами слой материала, защищающий полку от износа.

2. Мельница по п. 1, отличающаяся тем, что податливые элементы имеют жесткость, обеспечивающую закритическое состояние ротора с опорами при работе, и как минимум одна опора, имеющая устройство с податливыми элементами, включает в себя механизм, содержащий привод и жесткий элемент, который при перемещении его этим приводом жестко фиксирует ротор в опоре, приводя ротор с опорами в докритическое состояние при пуске и остановке.

3. Мельница по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что радиусы полок корпуса R_к и ротора R_p выбирают из условий
где g ускорение свободного падения;
ω_к угловая скорость вращения корпуса;
ω_р угловая скорость вращения каждой из частей ротора;
V_n минимальная окружная скорость полки, при которой достигается необходимая скорость соударения материала при помоле.

4. Мельница по п.1 3, отличающаяся тем, что корпус имеет только одну полку и диаметр ее больше, чем диаметр полок ротора, который состоит из двух отдельных соосных частей, вращающихся в противоположные стороны, а полки расположены таким образом, что между каждыми двумя ближайшими между собой полками каждой из частей ротора расположена одна полка другой части ротора так, что плоскость, перпендикулярная оси ротора и касательная к торцу полки, пересекает ближайшую полку другого ротора или корпуса, расположенную на большем диаметре.

5. Мельница по пп.1 3, отличающаяся тем, что корпус имеет только одну полку и диаметр ее больше, чем диаметр полок ротора, который состоит из одной части, а полки его расположены таким образом, что плоскость, перпендикулярная оси ротора и касательная к торцу полки, пересекает ближайшую полку ротора или корпуса, расположенную на большем диаметре.

6. Мельница по пп.1 3, отличающаяся тем, что корпус и ротор, состоящий из одной части, имеют по несколько полок, расположенных таким образом, что между каждыми двумя ближайшими между собой полками ротора расположена одна полка корпуса и между каждыми двумя ближайшими между собой полками корпуса расположена одна полка ротора так, что плоскость, перпендикулярная оси ротора и касательная к торцу полки, пересекает ближайшую полку ротора или корпуса, расположенную на большем диаметре.

7. Мельница по пп.1 3, отличающаяся тем, что оси вращения ротора и корпуса расположены вертикально.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4