Измельчитель материалов

Изобретение относится к устройствам для измельчения материалов и может быть использовано в сельском хозяйстве. Измельчитель содержит корпус с выгрузным окном, перекрываемым декой, вертикальный питающий патрубок, соединенный с корпусом, роторный рабочий орган, снабженный радиальными лопастями, и отбойники, размещенные на внутренней цилиндрической поверхности корпуса. Угол β между передней по направлению вращения стенкой роторного рабочего органа и отбойником связан с углом α наклона стенки роторного рабочего органа к горизонту соотношением β=(π/2-α)/2, a α<π/2. Изобретение повышает эффективность разрушения материалов и снижает энергоемкость процесса измельчения. 4 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для измельчения материалов и может быть использовано в сельском хозяйстве.

Известна бытовая кофемолка (ГОСТ 19423-81), содержащая электропривод, дробильную камеру и рабочий орган роторного типа.

Недостатком известного устройства является высокая энергоемкость процесса измельчения, так как взаимодействие рабочего органа с частицами измельчаемого продукта происходит со скоростью, равной разнице скорости ротора и скорости циркуляции частиц в дробильной камере. Кроме того, эффект взаимодействия рабочего органа с крупными частицами измельчаемого продукта снижается тем, что измельченная фракция продукта не отводится из дробильной камеры в процессе измельчения и выполняет роль амортизатора.

Известен также измельчитель зерна (Патент РФ №2070836, кл. В02С 18/22, 1996 г.), содержащий корпус (дробильная камера) с выгрузным окном, перекрываемым решетной декой, вертикальный питающий патрубок, соединенный с корпусом, роторный рабочий орган, снабженный радиальными лопастями, и отбойники, размещенные на внутренней цилиндрической поверхности корпуса (выбран в качестве прототипа).

Недостатком известного устройства является пониженная эффективность разрушения частиц материала вторичным ударом (об отбойники) и ударом на встречных траекториях движения отраженных частиц и роторного рабочего органа, так как частицы направляются на отбойники с пониженной скоростью после асимметричного удара передней стенкой роторного рабочего органа, а после вторичного удара об отбойники частицы направляются вверх, что снижает эффект их разрушения на встречных (с рабочим органом) скоростях.

Цель изобретения - снижение энергоемкости процесса измельчения материалов.

Сущность изобретения заключается в том, что измельчитель материалов, содержащий корпус с выгрузным окном, перекрываемым декой, вертикальный питающий патрубок, соединенный с корпусом, роторный рабочий орган, снабженный радиальными лопастями, и отбойники, размещенные на внутренней цилиндрической поверхности корпуса, согласно изобретению угол (β) между передней по направлению вращения стенкой роторного рабочего органа и отбойником связан с углом наклона стенки (α) к горизонту соотношением β=(π/2-α)/2, a α<π/2.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид устройства; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2 с вариантом лобового взаимодействия частиц (вторичный удар) измельчаемого материала с поверхностью отбойника; на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.2 с вариантом лобового взаимодействия частиц измельчаемого материала с передней стенкой роторного рабочего органа после их вторичного удара об отбойник.

Измельчитель материалов содержит корпус 1 с выгрузным окном 2, перекрываемым декой 3, вертикальный питающий патрубок 4, роторный рабочий орган 5, снабженный радиальными лопастями 6, отбойники 7, размещенные на внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1.

Измельчитель материалов работает следующим образом.

Измельчаемый материал через вертикальный питающий патрубок 4 подают в корпус 1. Роторный рабочий орган 5 отбрасывает материал в кольцевой воздушно-продуктовый слой, который перемещается под воздействием роторного рабочего органа 5 по внутренней стенке корпуса 1. Частицы материала в воздушно-продуктовом слое измельчаются за счет истирания и ударного воздействия на них передней стенки 8 роторного рабочего органа 5 и отбойников 7. По мере измельчения материала его частицы отводятся за счет инерционных сил через деку 3 и выгрузное окно 2 из корпуса 1. Степень измельчения регулируется заменой дек 3, представляющих собой решетные поверхности с различными размерами отверстий.

Воздушно-продуктовый слой перемещается в корпусе 1 с меньшей линейной скоростью (со скольжением), чем скорость роторного рабочего органа 5. Степень относительного скольжения частиц материала в воздушно-продуктовом слое и роторного рабочего органа достигает 60%. При этом передняя стенка 8 роторного рабочего органа 5 выбивает из воздушно-продуктового слоя крупные частицы измельчаемого материала и направляет их на отбойники 7, где они дополнительно разрушаются вторичным ударом. Отразившись от отбойников 7, частицы направляются к роторному рабочему органу 5, где разрушаются при сложении скоростей - скорости движения частиц, отраженных от отбойников 7, и скорости перемещения роторного рабочего органа 5.

Известно, что энергия разрушения частиц пропорциональна скорости удара. В предложенном техническом решении и в устройстве, выбранном в качестве прототипа, частицы измельчаемого материала подвергаются тройному ударному воздействию рабочих органов - первичный удар частиц роторным рабочим органом 5, вторичный удар частиц об отбойники 7, удар частиц при сложении их отраженной скорости и скорости роторного рабочего органа 5.

Соотношение скоростей указанных ударов определяется величинами угла наклона (α) передней стенки 8 роторного рабочего органа 5 к горизонту и угла (β), определяющего положение отбойников 7 относительно передней стенки 8 роторного рабочего органа 5. Принципиально отличающихся вариантов столкновения частиц с поверхностями рабочих органов может быть два: в первом варианте частицы после упругого первичного удара движутся по нормали к поверхности отбойников 7, где происходит лобовой вторичный удар (фиг.3); во втором варианте частицы материала после вторичного упругого удара движутся по нормали к передней стенке 8 роторного рабочего органа 5, где происходит лобовой удар на встречных скоростях движения частиц и роторного рабочего органа 5 (фиг.4). Первичный удар в обоих вариантах происходит при горизонтальном направлении движения частиц к роторному рабочему органу 5.

Принимая во внимание, что угол между передней стенкой 8 и вертикалью -γ=π/2 -α=∠ABC (как углы с взаимно перпендикулярными сторонами), а ∠ABC=∠CBD (угол падения равен углу отражения), то для первого варианта сумма проекций скоростей ударов на нормали к поверхностям рабочих органов может быть представлена уравнением

где V_1ni - проекции скоростей движения частиц на нормали к поверхностям рабочих органов при i-ом ударе в первом варианте;

V₁₁ - скорость движения рабочего органа относительно частиц материала в циркуляционном слое;

V₁₂ - скорость движения частиц после первичного удара;

V₁₃ - скорость движения частиц после вторичного удара;

V_p - абсолютная скорость движения роторного рабочего органа.

Во втором случае (фиг.4) сумма проекций скоростей ударов частиц на нормали к поверхностям рабочих органов будет:

Второй вариант ударного воздействия рабочих органов на частицы измельчаемого материала отличается тем, что вектор скорости V₂₂ (вторичного удара) отклонен от нормали DO к поверхности отбойника 7 на ∠BDO=γ/2, так как ∠BDE=∠ABC (как углы с взаимно параллельными сторонами), и равен углу γ, углы BDO и ODE равны между собой из условия равенства углов падения и отражения частиц на поверхность отбойника при упругом ударе. Кроме того, во втором варианте скорость V₂₃⊥ к передней стенке 8 роторного рабочего органа 5 и проецируется на нормаль к ней в натуральную величину.

Если принять во внимание, что первичный и вторичный удары являются упругими, а исходные условия работы в сравниваемых вариантах идентичны, то можно записать:

где к - коэффициент скольжения роторного рабочего органа относительно частиц воздушно-продуктового слоя (циркуляционного слоя);

V - скорость движения частиц относительно роторного рабочего органа при первичном ударе.

Тогда:

Сравнивая выражения (4) и (5), можно заметить, что:

Следовательно, второй вариант ударного воздействия рабочих органов на частицы материала предпочтительнее. При этом (фиг.4) угол β₂=∠EDO=γ/2. То есть в предпочтительном варианте угол между передней по направлению вращения стенкой 8 роторного рабочего органа 5 и отбойником 7

β=γ/2=(π/2-α)/2.

Предпочтительность второго варианта углового размещения отбойника 7 относительно передней стенки 8 подтверждается сравнением скоростей разрушающих ударов при сложении скоростей частиц, отраженных от отбойников 7, и скорости роторного рабочего органа 5:

V+V_pcosγ>(V+V_p)cosγ

Условие, когда α<π/2, определяется следующим. Роторный рабочий орган 5 размещен в корпусе 1 ниже отбойников 7. В противном случае последние препятствовали бы циркуляции воздушно-продуктового слоя и отводу измельченного продукта через деку 3. По мере накопления продукта в пристенном слое процесс разрушения частиц на встречных траекториях движения был бы исключен.

При вертикальном положении передней стенки 8 роторного рабочего органа 5 частицы материала в вероятностном режиме с пониженной скоростью от асимметричных ударов направляются вверх (на рабочую поверхность отбойников 7), что снижает эффективность их разрушения и увеличивает энергоемкость рабочего процесса. При α<π/2 частицы первичным ударом гарантированно подаются к отбойникам, что обеспечивает повышение интенсивности разрушения и снижение циркулирующей массы продукта. Эти два условия определяют энергоемкость рабочего процесса.

Из предпочтительного варианта размещения отбойников 7 относительно роторного рабочего органа 5 (фиг.4) следует, что при β=(π/2-α)/2 угол наклона рабочей поверхности отбойников к горизонту равен (α-β).

Измельчитель материалов, содержащий корпус с выгрузным окном, перекрываемым декой, вертикальный питающий патрубок, соединенный с корпусом, роторный рабочий орган, снабженный радиальными лопастями, и отбойники, размещенные на внутренней цилиндрической поверхности корпуса, отличающийся тем, что угол β между передней по направлению вращения стенкой роторного рабочего органа и отбойником связан с углом α наклона стенки роторного рабочего органа к горизонту соотношением β=(π/2-α)/2, a α<π/2.