Роторно-центробежный измельчитель

 

Изобретение предназначено для пневмомеханического измельчения и гомогенизации сухих сыпучих материалов средней и малой прочности. Роторно-центробежный измельчитель содержит корпус, состоящий из цилиндрической и торообразной частей. В цилиндрической части корпуса расположен ротор, выполненный из последовательно расположенных друг под другом режущей лопасти, шнековой насадки, съемного рабочего элемента конической насадки и выгрузочной крыльчатки. Шнековую насадку и съемный рабочий элемент с зазором охватывает жестко закрепленная на корпусе зубчатая оболочка, а коническую насадку также с зазором охватывает жестко закрепленное на внутренней поверхности корпуса конфузорное кольцо. Смеситель выполнен в виде закрепленного на валу ротора активаторного колеса. На внешней боковой поверхности активаторного колеса жестко закреплены радиально расположенные пластинчатые лопатки, а в торобразной камере - поперечная перегородка с вырезом, разделяющая смесительную камеру на всасывающий и нагнетающий каналы. Изобретение позволяет повысить эффективность измельчения и снизить удельный расход электроэнергии. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области промышленности строительных материалов, а именно к устройствам механического и пневмомеханического диспергирования и гомогенизации сухих сыпучих материалов средней и малой прочности с возможностью получения гомогенного тонкодисперсного полифракционного продукта.

Известен измельчитель, в котором разрушение материала происходит посредством воздействия вращающегося ротора, закрепленного коаксиально в неподвижном корпусе. На внешней поверхности ротора и внутренней поверхности корпуса расположены цилиндрические продольные канавки (SU 1577825 А1, 15.07.1990).

Однако данный измельчитель имеет узкую область применения и высокие удельные энергозатраты, а также исключает возможность осуществления гомогенизации материала с различными дисперсными компонентами.

Наиболее близким по технической сущности изобретением является роторно-центробежный измельчитель, содержащий корпус, состоящий из двух частей, при этом одна часть выполнена торообразной, в которой размещен смеситель, разборный ротор, вертикально закрепленный на валу, загрузочные воронки для измельчаемого материала и дисперсных компонентов смеси и выгрузочный патрубок (RU 2168361 C2, 10.06.2001).

Недостатками измельчителя являются повышенные удельные энергозатраты и невысокая эффективность измельчения и гомогенизации материалов из-за наличия недоизмельченных частиц в готовом продукте, отсутствия возможности регулирования тонкости помола измельчаемого материала, а также использования только пневматического способа перемешивания материалов.

Задача изобретения - снижение удельного расхода электроэнергии, а также повышение эффективности измельчения и гомогенизации сухих сыпучих материалов средней и малой прочности с различными физико-механическими свойствами.

Указанная задача достигается тем, что в роторно-центробежном измельчителе, содержащем корпус, состоящий из двух частей, одна часть выполнена торообразной, в которой размещен смеситель, разборный ротор, вертикально закрепленный на валу, загрузочные воронки для измельчаемого материала и дисперсных компонентов смеси и выгрузочный патрубок, другая часть корпуса выполнена цилиндрической, при этом цилиндрическая и торообразная части расположены на одной оси друг под другом и жестко соединены между собой, в цилиндрической части корпуса ротор выполнен из последовательно закрепленных друг под другом и сопряженных между собой режущей лопасти, шнековой насадки, съемного рабочего элемента, конической насадки и выгрузочной крыльчатки, при этом режущая лопасть выполнена в виде радиально расположенных и симметрично размещенных друг относительно друга пластин с расположением плоскости пластины под углом 35-40^o к оси ротора, шнековая насадка выполнена в виде усеченного конуса и содержит лопасти шнека, съемный рабочий элемент выполнен в виде цилиндрической зубчатой оболочки с продольными вертикальными канавками прямоугольного сечения, расположенными на ее боковой поверхности и переходящими на боковую поверхность шнековой насадки, причем шнековую насадку и съемный рабочий элемент с зазором охватывает жестко закрепленная на корпусе зубчатая оболочка, на которой со стороны ротора также расположены продольные вертикальные канавки прямоугольного сечения, в свою очередь коническую насадку также с зазором охватывает жестко закрепленное на внутренней поверхности корпуса конфузорное кольцо, а смеситель выполнен в виде закрепленного на валу ротора активаторного колеса, охватываемого с минимальным зазором торобразной частью корпуса таким образом, что внешняя боковая поверхность активаторного колеса составляет 1/4 внутренней торообразной поверхности и расположена в нижней ее части, при этом диаметр активаторного колеса превышает диаметр цилиндрической части корпуса, а на внешней боковой поверхности активаторного колеса жестко закреплены радиально расположенные пластинчатые лопатки так, что одна из сторон лопатки полностью примыкает к боковой поверхности активаторного колеса, повторяя его профиль, кроме этого, в смесительной камере закреплена поперечная перегородка с вырезом для свободного прохождения лопаток активаторного колеса, разделяющая торообразную камеру на всасывающий и нагнетающий каналы, причем всасывающий канал соединен с цилиндрической частью корпуса посредством соединительного патрубка, а нагнетающий канал содержит выгрузочный патрубок, при этом загрузочная воронка для измельчаемого материала расположена на верхнем торцевом участке цилиндрической части корпуса, а загрузочная воронка для дисперсных компонентов смеси сообщена с всасывающим каналом.

Продольные канавки прямоугольного сечения съемного рабочего элемента могут быть выполнены с наклоном к валу ротора под углом α=5-10^o.

Коническая насадка может быть выполнена в виде расположенных на боковой поверхности конуса роликов в виде усеченного конуса, удерживаемых перфорированным кольцом.

Загрузочная воронка для дисперсных компонентов смеси может быть расположена тангенциально торообразной части смесителя.

При необходимости получения молотого продукта различной дисперсности применяются конические насадки различных диаметров, позволяющие регулировать выходной зазор измельчителя, образующийся между внешней боковой поверхностью конической насадки и внутренней боковой поверхностью конфузорного кольца.

На фиг.1 представлен общий вид роторно- центробежного измельчителя, вид сбоку; на фиг.2 - разрез зоны измельчения; на фиг.3 - режущая лопасть в виде радиально расположенных четырех ножей; на фиг.4 - роликовая коническая насадка.

Роторно-центробежный измельчитель содержит корпус, состоящий из цилиндрической 1 и торообразной 2 частей, расположенных на одной оси друг под другом и жестко соединенных между собой, например, фланцевым соединением. На верхнем торцевом участке цилиндрической части корпуса расположена загрузочная воронка 3 для измельчаемого материала. Во внутреннем пространстве цилиндрической части корпуса, например в подшипниковых опорах, установлен вертикально разборный ротор, закрепленный на валу 4, проходящем через всю конструкцию. Ротор состоит из режущей лопасти 5, шнековой насадки 6, съемного рабочего элемента 7, конической насадки 8 и выгрузочной крыльчатки 9, которые удерживаются на валу, например, посредством шпоночного соединения и штифтов. Режущая лопасть выполнена в виде радиально расположенных и симметрично размещенных друг относительно друга пластин с расположением плоскости пластины под углом 35-40^o к валу ротора. Шнековая насадка выполнена в виде усеченного конуса и содержит лопасти шнека. В цилиндрической части корпуса закреплен съемный рабочий элемент в виде установленной с натягом зубчатой оболочки 10, которая имеет на своей внутренней поверхности продольные вертикальные канавки прямоугольного сечения 11 и с минимальным зазором охватывает шнековую насадку и съемный рабочий элемент 7 ротора, который также выполнен в виде цилиндрической зубчатой оболочки с продольными вертикальными канавками прямоугольного сечения, расположенными на ее боковой поверхности и переходящими на боковую поверхность шнековой насадки. Под зубчатой оболочкой в корпусе закреплено с натягом конфузорное кольцо 12. В торообразной части корпуса 2 на валу ротора посажено активаторное колесо 13, которое закреплено, например, посредством шпоночного соединения. Активаторное колесо может быть выполнено пустотелым или с необходимыми элементами жесткости. На фиг. 1 показано активаторное колесо, выполненное пустотелым. Активаторное колесо содержит радиально расположенные жестко закрепленные сварочным соединением пластинчатые лопатки 14.

Во внутреннем пространстве торообразной части корпуса, между соединительным и выгрузочным патрубками расположена поперечная перегородка 15, которая закреплена, например, винтовым соединением. На внешней поверхности торообразной части корпуса, в верхней ее части закреплена загрузочная воронка для дисперсных компонентов смеси 16, например, посредством сварочного соединения. Соединительный патрубок 17 расположен со стороны загрузочной воронки 16, в соответствии с направлением вращения выгрузочной крыльчатки 9, посредством фланцевого соединения. В нижней части торообразной части корпуса на внешней поверхности расположен выгрузочный патрубок 18. Поперечная перегородка 15 расположена между соединительным 17 и выгрузочным 18 патрубками. На валу ротора 4, под торообразной частью корпуса 2 закреплен посредством шпоночного соединения шкив 19 клиноременной передачи.

Роторно-центробежный измельчитель работает следующим образом. Исходный материал, например глина (далее - материал), поступает через загрузочный патрубок для измельчаемого материала 3 в зону воздействия режущей лопасти 5, где получает предварительное измельчение. Измельчаемый материал имеет следующие физико-механические характеристики : влажность - 6%, насыпная плотность - 1800 кг/м³, размер частиц исходного материала - 7-10 мм, содержание Аl₂О₃ - 13%, содержание Fе₂О₃ - 5%. Плоскость пластины прямоугольного профиля, расположенная под углом 35-40^o к валу ротора, обеспечивает движение измельчаемого материала в зону действия шнековой насадки. Если угол наклона будет менее указанного диапазона, то эффективность подачи материала в зону шнековой насадки снизится, а если более, то пластины не будут обеспечивать режущего действия на измельчаемый материал. В данном случае величина угла составляет 40^o. Экспериментально установлено, что количество пластин должно быть не менее четырех. Далее материал поступает в пространство между зубчатой оболочкой 10 и шнековой насадкой ротора 6, где захватывается лопастями шнека и принудительно подается в основную зону измельчения. Здесь частицы материала подвергаются интенсивному измельчению за счет раздавливания, многократного разрезания и истирания между вращающимся съемным рабочим элементом ротора 7, с выполненными в нем продольными вертикальными канавками прямоугольного сечения 11 и зубчатой оболочкой 10. В данном измельчителе съемный рабочий элемент имеет 12 шт., а зубчатая оболочка - 26 шт. канавок.

Прямоугольный профиль канавок обеспечивает наличие множества режущих поверхностей, обеспечивающих эффективное измельчение материалов. Шнековая насадка 6 обеспечивает постоянный подпор измельчаемого материала, что препятствует зависанию частиц в рабочей зоне установки. Измельченный материал проходит через зазор, образованный между конической насадкой 8 и конфузорным кольцом 12, установленным соосно в корпусе измельчителя. Частота вращения ротора составляет n_рот= 1350 мин^-1 при диаметре ротора D_рот=0,09 м. Устанавливая сменные регулировочные конические насадки 8 различных диаметров, можно добиться требуемой тонины помола материала за счет увеличения или уменьшения выпускного зазора между конфузорным кольцом 12 и конической насадкой 8.

Измельченный материал, прошедший выпускной зазор, подхватывается лопастями выгрузочной крыльчатки 9 и подается в соединительный патрубок 17, по которому поступает в торообразное пространство, где расположена смесительная камера. Здесь через загрузочную воронку для дисперсных компонентов смеси 16 вводятся дисперсные компоненты и в турбулентном газоматериальном потоке, образованном вращающимся активаторным колесом 13, с радиально расположенными на нем лопатками 14 происходит интенсивное смешивание материалов. В измельчителе активаторное колесо выполнено таким образом, что внешняя поверхность колеса является 1/4 частью внутренней поверхности нижней части торообразной части корпуса смесителя, при этом диаметр корпуса смесителя составляет 0,21 м. Радиально расположенные лопатки 14 закреплены на внешней боковой поверхности активаторного колеса и представляют собой, например, пластины, имеющие профиль 1/4 части круга. Разделительная перегородка 15 обеспечивает прохождение турбулентного воздухоматериального потока по всему объему внутренней поверхности смесительной камеры и предотвращает вылет материала, не прошедшего гомогенизацию. Это достигается тем, что перегородка разделяет внутренний объем смесительной камеры на всасывающий и нагнетающий каналы, в которых под действием потока, создаваемого активаторным колесом, перемещается смешиваемый материал. Разделительная перегородка представляет собой пластину в виде диска с вырезом одной его четверти для прохождения лопаток 14 активаторного колеса 13. Готовая смесь отводится через выгрузочный патрубок 18. Вращательное движение ротору сообщается посредством шкива 19 клиноременной передачи.

Если канавки 11 съемного рабочего элемента ротора 7 выполнены с наклоном под углом 5-10^o к оси ротора, то это дополнительно способствует продвижению материала вдоль зоны измельчения и увеличивает время воздействия на измельчаемый материал.

Если коническая насадка выполнена в виде расположенных на ее боковой поверхности роликов 20 в виде усеченного конуса, удерживаемых перфорированным профильным кольцом 21, то это обеспечивает дополнительное истирающее воздействие на измельчаемый материал. В данном измельчителе коническая роликовая насадка содержит 18 роликов.

Если загрузочная воронка для дисперсных компонентов смеси расположена тангенциально торообразной части смесителя, то это обеспечивает более эффективную подачу компонентов во всасывающий канал смесительной камеры за счет введения материала в направлении движения турбулентного воздухоматериального потока.

Таким образом использование роторно-центробежного измельчителя в различных технологических линиях позволяет сократить энергозатраты на 15-20%, а также исключить затраты на создание дополнительного оборудования. Данная конструкция измельчителя позволяет увеличить на 17-20% получение более тонкого продукта за счет высокой энергонапряженности агрегата вследствие применения нескольких видов механического воздействия на измельчаемый материал, а использование в агрегате принципа пневмомеханического смешивания компонентов смеси позволяет расширить спектр реализации установки. Применение упрощенного привода, содержащего один электродвигатель, позволяет сократить общие энергозатраты. Простота конструкции позволяет осуществлять быструю замену сменных рабочих органов, и существенно сокращает затраты при простоях машины во время ремонта или технического обслуживания.

Формула изобретения

1. Роторно-центробежный измельчитель, содержащий корпус, состоящий из двух частей, при этом одна часть выполнена торообразной, в которой размещен смеситель, разборный ротор, вертикально закрепленный на валу, загрузочные воронки для измельчаемого материала и дисперсных компонентов смеси и выгрузочный патрубок, отличающийся тем, что другая часть корпуса выполнена цилиндрической, при этом цилиндрическая и торообразная части расположены на одной оси друг под другом и жестко соединены между собой, в цилиндрической части корпуса ротор выполнен из последовательно закрепленных друг под другом и сопряженных между собой режущей лопасти, шнековой насадки, съемного рабочего элемента, конической насадки и выгрузочной крыльчатки, при этом режущая лопасть выполнена в виде радиально расположенных и симметрично размещенных друг относительно друга пластин, с расположением плоскости пластины под углом 35-40^o к оси ротора, шнековая насадка выполнена в виде усеченного конуса и содержит лопасти шнека, съемный рабочий элемент выполнен в виде цилиндрической зубчатой оболочки с продольными вертикальными канавками прямоугольного сечения, расположенными на ее боковой поверхности и переходящими на боковую поверхность шнековой насадки, причем шнековую насадку и съемный рабочий элемент с зазором охватывает жестко закрепленная на корпусе зубчатая оболочка, на которой со стороны ротора также расположены продольные вертикальные канавки прямоугольного сечения, в свою очередь, коническую насадку также с зазором охватывает жестко закрепленное на внутренней поверхности корпуса конфузорное кольцо, а смеситель выполнен в виде закрепленного на валу ротора активаторного колеса, охватываемого с минимальным зазором торообразной частью корпуса, таким образом, что внешняя боковая поверхность активаторного колеса составляет ¹/₄ внутренней торообразной поверхности и расположена в нижней ее части, при этом диаметр активаторного колеса превышает диаметр цилиндрической части корпуса, а на внешней боковой поверхности активаторного колеса жестко закреплены радиально расположенные пластинчатые лопатки так, что одна из сторон лопатки полностью примыкает к боковой поверхности активаторного колеса, повторяя его профиль, кроме этого в смесительной камере закреплена поперечная перегородка с вырезом для свободного прохождения лопаток активаторного колеса, разделяющая торообразную камеру на всасывающий и нагнетающий каналы, причем всасывающий канал соединен с цилиндрической частью корпуса посредством соединительного патрубка, а нагнетающий канал содержит выгрузочный патрубок, при этом загрузочная воронка для измельчаемого материала расположена на верхнем торцевом участке цилиндрической части корпуса, а загрузочная воронка для дисперсных компонентов смеси сообщена с всасывающим каналом.

2. Измельчитель по п. 1, отличающийся тем, что продольные канавки прямоугольного сечения съемного рабочего элемента выполнены с наклоном к валу ротора под углом α = 5-10^o.

3. Измельчитель по п. 1, отличающийся тем, что коническая насадка выполнена в виде расположенных на боковой поверхности конуса роликов в виде усеченного конуса, удерживаемых перфорированным кольцом.

4. Измельчитель по п. 1, отличающийся тем, что загрузочная воронка для дисперсных компонентов смеси расположена тангенциально торообразной части смесителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4