Размалывающая гарнитура для дисковой мельницы
Владельцы патента RU 2314381:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный технологический университет" (RU)
Изобретение относится к размалывающим гарнитурам дисковых мельниц и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности на стадии тонкого помола. Размалывающая гарнитура дисковой мельницы включает роторный и статорный диски, рабочие кольцевые поверхности которых разделены на секторы, снабженные параллельными прямолинейными ножами. Режущая кромка одного из ножей каждого сектора совмещена с осью его симметрии, а роторный диск выполнен зеркально относительно статорного. Технический результат заключается в обеспечении знакопеременного режима направления движения волокнистой суспензии при прохождении ее через рабочую межножевую полость, а также в снижении величины угла скрещивания режущих кромок. 1 ил., 1 табл.
Изобретение относится к размалывающим гарнитурам дисковых мельниц и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности на стадии тонкого помола.
Известна размалывающая гарнитура для дисковой мельницы, включающая укрепленное на несущем основании ножевое размалывающее кольцо с ножами, выполненными в виде кольцевых секторов, равномерно распределенных на кольцевой рабочей поверхности так, что прямые линии их образующих сходятся в ее центре и являются радиальными режущими кромками ножей ротора и статора [1].
Недостатком данной гарнитуры является то, что все режущие кромки ножей ротора и статора за счет радиального исполнения перпендикулярны векторам окружных скоростей и окружных сил. Поэтому касательные составляющие их равны нулю, а нормальные составляющие принимают максимальные значения. Эти факторы в совокупности с заостренностью режущих кромок ножей и незначительной величиной межножевого зазора определяют рубящий характер силового воздействия на волокнистый материал со стороны контактирующих режущих кромок.
Наиболее близким по технической сущности известным решением является размалывающая гарнитура дисковой мельницы, включающая роторный и статорный диски, рабочие кольцевые поверхности которых разделены на секторы, снабженные прямолинейными ножами, параллельными одной из двух радиальных образующих сектора [2].
Недостатком данной гарнитуры является то, что касательные составляющие окружных скоростей и сил, развиваемых вращающимся диском в точках перекрещивания режущих кромок ножей ротора и статора, действуя вдоль них, движутся вместе с точками пересечения, направленными в одну сторону с перемещающейся под действием давления и центробежной силы волокнистой суспензией в сторону периферийной окружной кромки дисков. Это сокращает время воздействия на волокнистый материал за единичный проход им рабочей межножевой полости.
Кроме того, за счет идентичного исполнения рисунков рабочих кольцевых поверхностей роторного и статорного дисков при сопряжении углы наклона режущих кромок ножей к радиусам, проведенным из центра дисков в точки скрещивания, противоположны по направлению, а сумма их равна углу скрещивания. Поэтому углы скрещивания режущих кромок ножей всегда существенно превышают двойной угол трения о них волокнистого материала. В результате этого силы трения волокнистого материала о режущие кромки, как правило, имеют меньшие значения по сравнению с касательными составляющими окружных сил в точках скрещивания.
В совокупности эти факторы приводят к тому, что наслойки размалываемого волокнистого материала, налипшие на режущих кромках ножей роторного и статорного дисков вблизи этих точек, не заклиниваются, а вместе с ними перемещаются в область периферийной окружной кромки диска. Поэтому, особенно при использовании гарнитур с частично закрытым выходом, в периферийной части рабочей межножевой полости скапливается волокнистый материал. Так как для прямолинейных ножей характерно уменьшение углов наклона режущих кромок ножей к радиусам при движении от входа к периферии, соответственно и углы их скрещивания также уменьшаются, т.е. на периферии значения их приближаются к двойному углу трения. За счет этого скопившийся на периферии волокнистый материал заклинивается между режущими кромками ножей, что определяет рубящий характер силового воздействия на него со стороны контактирующих режущих кромок. Это приводит к укорочению природной длины волокна и к снижению качества его обработки.
Данный недостаток не позволяет интенсифицировать процесс, повысить качество, производительность и снизить энергозатраты размола.
Изобретение решает задачу интенсификации, повышения качества, производительности и снижения энергозатрат процесса размола.
Технический результат заключается в обеспечении знакопеременного режима направления движения волокнистой суспензии при прохождении ее через рабочую межножевую полость, а также в снижении величины угла скрещивания режущих кромок.
Для достижения указанного технического эффекта в размалывающей гарнитуре для дисковой мельницы, включающей роторный и статорный диски, рабочие кольцевые поверхности которых разделены на секторы, снабженные параллельными прямолинейными ножами, согласно изобретению режущая кромка одного из ножей каждого сектора совмещена с осью его симметрии, а роторный диск выполнен зеркально относительно статорного.
Предлагаемая конструкция размалывающей гарнитуры для дисковой мельницы поясняется чертежом, на котором изображена фронтальная проекция фрагмента ее рабочей кольцевой поверхности, включающего два сектора. Поверхности ножей затенены. Круговой стрелкой показано направление вращения роторного диска. В левой части чертежа волнистой линией показан обрыв сектора роторного диска, под которым видна часть рабочей поверхности сектора статорного диска. На чертеже нанесены и обозначены следующие геометрические параметры:
О - центр рабочей кольцевой поверхности;
OO' - ось симметрии единичного сектора;
LM - режущая кромка совмещена с осью симметрии OO';
АВ, CD и EF, GH - две пары режущих кромок, находящиеся соответственно по разные стороны оси OO';
ϕ - угол раствора единичного сектора;
- угол раствора правой и левой частей единичного сектора.
Размалывающая гарнитура для дисковой мельницы включает роторный 1 и статорный 2 диски, рабочие кольцевые поверхности которых разделены на секторы 3, снабженные параллельными прямолинейными ножами 4 и ячейками 5 с внутренней окружной кромкой 6 и наружной кромкой 7.
Режущая кромка 8 (LM) каждого единичного ножа сектора 3 совмещена с осью OO' его симметрии и поэтому является радиальной. Ось симметрии OO' делит сектор 3 на две равные части - левую и правую. Роторный диск 1 выполнен зеркально относительно статорного - 2. Режущие кромки 9 (АВ и EF) ножей роторного диска 1 расположены с разных сторон режущей кромки 8 (LM).
Размалывающая гарнитура для дисковой мельницы работает следующим образом. Волокнистый полуфабрикат под давлением поступает через внутреннюю окружную кромку 6 в рабочую кольцевую междисковую полость и по ячейкам 5 устремляется в направлении наружной окружной кромки 7. После поворота роторного диска 1 на угол β (см. чертеж) режущие кромки 9 (АВ и EF) перемещаются в положение А'В' и E'F'. В точках I и N пересечения их с режущими кромками 9 (CD и GH) статорного диска 2, лежащих на окружности с произвольным радиусом Rx, выделены векторы окружной скорости Vo, разложенной на касательные Vτ и нормальные Vn составляющие.
Скрещенные режущие кромки 9 А'В' и CD левой части сектора 3 образуют (см. чертеж):
- с радиусом Rx(OI) соответственно углы 
, и 
;
- между собой угол 
.
Скрещенные режущие кромки 9 E'F' и GH правой части сектора 3 образуют (см. чертеж):
- с радиусом Rx(ON) соответственно углы 
и 
;
- между собой угол 
.
Из этого следует, что по сравнению с известными гарнитурами (где 
, см. выше), в предлагаемой угол αскр существенно снижается на всей площади размалывающей кольцевой межножевой полости, поскольку равен разности углов наклона скрещенных режущих кромок ножей к радиусам, проведенным из центра дисков в точки скрещивания. Поэтому значения углов скрещивания режущих кромок ножей приближаются к двойному углу трения о них волокнистого материала, а силы трения волокнистого материала о режущие кромки принимают большие значения по сравнению с касательными составляющими окружных сил в точках скрещивания. В совокупности эти факторы приводят к тому, что наслойки размалываемого волокнистого материала, налипшие на режущих кромках ножей, заклиниваются между ними.
В то же время проходящий рабочую зону волокнистый полуфабрикат при попадании в разные части секторов 3 подвергается высокочастотному воздействию знакопеременных касательных составляющих окружных скоростей и сил.
Это происходит за счет того, что в предлагаемой гарнитуре в разных частях секторов 3 направление касательных составляющих противоположное (см. чертеж).
Реализовать вышеописанные факторы скоростного и силового воздействия на волокнистый материал позволяет то, что режущие кромки 8 (LM) ножей единичных секторов 3 совмещены с осями OO' их симметрии, а роторный диск 1 выполнен зеркально относительно статорного - 2 (см. чертеж).
Данные факторы действуют не только в месте перекрещивания режущих кромок 8 и 9, но и при последующем протягивании волокнистой суспензии по всей площади сопряжения пар скрещенных ножей 4 роторного 1 и статорного 2 дисков. С учетом этого можно сделать вывод, что в предлагаемом решении по сравнению с известными обрабатываемый волокнистый полуфабрикат получает более существенное силовое механическое воздействие, заключающееся в растягивании, растирании и, как следствие этого, в повышенной его фибрилляции с сохранением природной длины волокна.
Представляет интерес также и то, что в отличие от известных решений в предлагаемой гарнитуре по ходу ее работы позиция с максимально перекрытыми ячейками 5 и повышенным давлением в их полости чередуется с позицией, когда рисунки поверхностей роторного и статорного 2 дисков совпадают, а их сопряженные ячейки 5 максимально открыты и доступны для движущегося волокнистого полуфабриката с одновременным падением давления в их полости. С учетом отмеченных факторов это позволяет обеспечить значительные по величине перепады давлений в рабочей межножевой зоне (зазоре), действующие в высокочастотном режиме и интенсифицирующие процесс циркуляции волокнистого материала из ячеек 5 роторного диска 1 в ячейки 5 статорного диска 2 и наоборот. Поэтому при однократном прохождении рабочей зоны практически весь объем суспензии неоднократно пересекает активную область вблизи точек скрещивания режущих кромок 8 и 9 ножей 4, подвергаясь интенсивному механическому воздействию с их стороны.
Волокнистый полуфабрикат, прошедший размалывающую межножевую полость, подается на следующую стадию обработки.
Пример. На лабораторной дисковой мельнице, при нагрузке 22 кВт, размалывалась сульфитная небеленая хвойная целлюлоза. Использовались:
- известная восьмисекторная ножевая гарнитура с прямолинейными параллельными ножами, с углом раствора единичного сектора - 45° [2];
- предлагаемая ножевая гарнитура.
Ширина ножей и ячеек роторного и статорного дисков - 4 мм. Сравнительные показатели работы обоих гарнитур приведены в таблице. По сравнению с известной гарнитурой [2] предлагаемая гарнитура позволяет обеспечить продукт высокими бумагообразующими свойствами и физико-механическими показателями отливок при минимальном укорочении волокна.
Использование предлагаемой размалывающей гарнитуры дисковой мельницы позволяет:
- интенсифицировать процесс размола за счет обеспечения знакопеременного режима направления движения волокнистого полуфабриката;
- повысить качество обработки за счет снижения средней величины угла скрещивания режущих кромок ножей;
- снизить энергозатраты за счет того, что практически весь объем суспензии при однократном прохождении рабочей зоны неоднократно пересекает межножевой зазор, подвергаясь интенсивному воздействию со стороны режущих кромок ножей;
- повысить производительность за счет обеспечения оптимального количества циклов прохождения волокнистым полуфабрикатом зоны размола.
Источники информации
1. SU, №502993, МПК D21D 1/30, В02С 7/12, заявлено 02.01.1974 г., бюллетень №6, опубликовано 15.02.1976 г.
2. SU, №878847, МПК D21D 1/30, В02С 7/12, заявлено 03.05.1979 г., бюллетень №41, опубликовано 07.11.1981 г.
Размалывающая гарнитура для дисковой мельницы, включающая роторный и статорный диски, рабочие кольцевые поверхности которых разделены на секторы, снабженные параллельными прямолинейными ножами, отличающаяся тем, что режущая кромка одного из ножей каждого сектора совмещена с осью его симметрии, а роторный диск выполнен зеркально относительно статорного.
