Вихревая акустическая мельница

 

Использование: изобретение относится к технике измельчения твердых материалов и может использоваться в химической, лакокрасочной, энергетической, пищевой и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: помольная камера вихревой мельницы снабжена сужающимися соплом, против которого расположен резонатор, представляющий вместе с соплом излучатель акустической энергии Гартмана. Для уменьшения потерь в сопле оно может специальный профиль, например Витошинского. В поперечном сечении форма сопла зависит от конструкции помольной камеры и необходимой мощности излучения звука. Такие сопла могут быть, например, круглыми или щелевыми. 2 ил.

Изобретение относится к области измельчения материала и может использоваться в химической, лакокрасочной, строительной, сельскохозяйственной, пищевой, энергетической и других отраслях промышленности, где требуется тонкий порошок.

Известна струйная мельница [1] содержащая корпус, помольную камеру, коллектор энергоносителя, сопла, торцевую крышку. Размол материала в этой мельнице происходит за счет соударения частиц со стенками помольной камеры и друг с другом. Этот процесс усиливается за счет дополнительной турбулизации потока, что достигается выполнением внутренней боковой стенки помольной камеры в виде многогранника.

Известно устройство [2] для тонкого измельчения материалов, включающее плоскую помольную камеру, патрубки для ввода исходного материала, сопла и разгрузочное приспособление. Для улучшения размола и снижения энергоемкости процесса патрубки для ввода материала образуют соосные пары. Эффект достигается тем, что материал до ввода его в помольную камеру предварительно измельчается при соударении встречных струй. В обоих случаях получаемый эффект не будет существенным, так как в помольной камере, по сути являющейся вихревой камерой, существует сильное вихревое поле с сильно развитой турбулентной структурой и дополнительная турбулентность, накладываемая в первом случае, будет лишь небольшой добавкой к имеющейся в камере турбулентности. Во втором соосные пары патрубков для ввода исходного материала уже представляют собой противоструйную мельницу, которая для помола требует больших затрат энергии. Следовательно, данное устройство представляет собой по сути две последовательно соединенные мельницы: противоструйную и вихревую, что требует для достижения необходимого эффекта соответствующего расхода энергии, т.е. энергоемкости такой комбинированной мельницы не уменьшается, а увеличивается.

Известна вихревая мельница [3] взятая за прототип, которая содержит цилиндрическую помольную камеру, течку для подачи исходного материала, торцевые крышки, тангенциальные патрубки для подачи энергоносителя и тангенциальные резонаторы Гельмгольца. В этой мельнице увеличение эффективности помола решается за счет ввода в камеру акустической энергии, т.е. наложения акустических колебаний на существующее в помольной камере вихревое турбулентное течение. Действительно, воздействие акустических колебаний на соударяющиеся частицы материала способствует их эффективному дроблению. Однако энергия такого акустического поля должна быть довольно высокой. Предполагается, что эту акустическую энергию должны обеспечить резонаторы Гельмгольца.

Известно [4] что последний представляет собой сосуд, сообщающийся с внешней средой через небольшое отверстие или трубку. Если его поместить в гармоническое звуковое поле с собственной частотой резонатора, в нем возникают колебания с амплитудой, во много раз превышающей амплитуду поля. При наличии трения в трубке резонатора (а трение будет иметь место всегда, так как имеем дело реальными материалами и вязким воздухом или другим реальным газом) в нем возникает сильное поглощение звука на собственной частоте, что используется при создании резонансных звукопоглотителей, т.е. усиление звука происходит внутри резонатора и не имеет выхода наружу в пространство помольной камеры. Кроме того, чтобы усилить звук резонаторам, необходим источник звука. В данном устройстве он отсутствует. Генерируемые устройством случайные шумы имеют слишком низкую энергию для того, чтобы реально воздействовать на дробление материала даже после усилия в резонаторе.

Цель изобретения повышение эффективности процесса измельчения материала.

Для решения поставленной задачи вихревая мельница, содержащая помольную камеру, торцевые крышки, течку для подачи исходного материала, тангенциальные патрубки для подачи энергоносителя и резонаторы, снабжены сужающимся соплом для ввода части энергоносителя, а резонаторе размещен против этого сопла. Вместе с соплом резонатор представляет собой излучатель акустической энергии Гартмана.

На фиг. 1 представлена схема вихревой акустической мельницы со стержневым излучателем Гартмана, вид сверху; на фиг. 2 разрез A-A фиг. 1.

Вихревая акустическая мельница состоит из цилиндрической или многогранной помольной камеры 1, верхней и нижней крышек 2, течки для подачи исходного материала 3, тангенциальных патрубков для подачи энергоносителя 4, сужающегося сопла 5, резонатора 6, патрубков для удаления энергоносителя и продуктов помола 7, стержня 8 и отражателя 9.

Вихревая акустическая мельница работает следующим образом.

Исходный материал поступает через течку 3 в помольную камеру 2. Одновременно по тангенциальным патрубкам 4 подает энергоноситель, который может быть воздух. Исходный материал поступает через течку 3 в помольную камеру 2. Одновременно по тангенциальным патрубкам 4 подается энергоноситель, которым может быть воздух. Часть энергоносителя поступает в помольную камеру непосредственно через тангенциальный патрубок, и другая часть через сужающееся сопло 5. В поперечном сечении сопло может иметь произвольную форму, например, круглую или щелевую. При выходе из сопла 5 струя энергоносителя слегка расширяется и скорость ее увеличивается до сверхзвуковой. Взаимодействие струи с резонатором 6 вызывает возникновение акустических колебаний. Такая система, состоящая из сопла и резонатора, представляет собой акустический излучатель Гартмана.

На фиг. 1 и 2 изображен стержневой излучатель Гартмана. Исходный материал, поступивший в помольную камеру 1, подхватывается струей энергоносителя и вовлекается в вихревое движение с высокой степенью турбулентности. Благодаря этому частицы исходного материала будут соударяться друг с другом и со стенками помольной камеры, при этом они разрушаются и растрескиваются. Акустическая энергия большой мощности, генерируемая излучателем Гартмана, накладывается на движущуюся аэросмесь в помольной камере и способствуют интенсивному разрушению материала. Крупные куски исходного материала во время вихревого движения отбрасываются к цилиндрической стенке помольной камеры за счет центробежных вил до тех пор, пока они полностью не разрушатся. Мелкие частицы подхватываются радиальным течением и переносятся к центру помольной камеры вдоль верхней торцевой крышки 2 и выносятся из помольной камеры вдоль верхней торцевой крышки 2 и выносятся из помольной камеры вместе с энергоносителем через патрубок 7.

Применение вихревой акустической мельницы такого типа, например, в лакокрасочной промышленности, даст возможность получать очень тонкие порошки красителей и наполнителей в большом количестве при довольно низкой удельной затрате энергии, а удельная объемная производительность такой мельницы выше любого сравниваемого аналога за счет наличия мощного излучателя акустической энергии.

Использование вихревой мельницы с акустическим излучателем в энергетике на котлах, сжигающих пылевидное топливо, может с успехом заменить существующие мельницы, причем преимущество данных мельниц будет заключаться в увеличении производительности и уменьшении габаритов. Последнее обстоятельство особенно важно реконструкции существующих ТЭС, где, как правило, очень стесненные условия и отсутствует свободное пространство.

Использование таких мельниц в пищевой промышленности позволит получать тонкодисперсный порошок из сушеных фруктов, пригодный для получения быстрорастворимых соков или начинок в кондитерских изделиях.

Формула изобретения

Вихревая акустическая мельница, содержащая помольную камеру, торцевые крышки, течку для подачи исходного материала, тангенциальные патрубки для подачи энергоносителя и резонатор, отличающаяся тем, что помольная камера снабжена сужающимся соплом, размещенным в одном из тангенциальных патрубков, напротив него установлен резонатор, который вместе с соплом представляет собой акустический излучатель Гартмана.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2