Пружинная шаровая мельница

(57) Предлагаемая мельница относится к оборудованию тонкого и сверхтонкого помола различных материалов преимущественно по мокрому способу. Задачей изобретения является интенсификация процесса помола. Для этого мельница содержит раму, привод, камеру для обработки материала и установленный в ней дугообразно изогнутый пружинный рабочий орган,причем камера на 10-70 заполнена мелющими телами в видев виде шаров, диаметр которых составляет 0,02-0,9 максимального зазора между витками пружинного рабочего органа в их расходящейся части. Технический результат изобретения заключается в увеличении степени помола материала реализации эффекта механоактивации и повышении производительности мельницы.(45) 15.05.2015, бюл. 5 72) Унаспеков Берикбай АкибаевичСиваченко Леонид АлександровичГолбан Евгений ГеннадьевичБагитова Салтанат ЖарылгасовнаСиваченко Татьяна Леонидовна(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева Министерства образования и науки Республики Казахстан(56) Горловский И.А., Козулин Н.А. Оборудование заводов лакокрасочной промышленности,Ленинград, 1980, с.376 29820 Предлагаемое изобретение относится к технологическому оборудованию,предназначенному для проведения процессов тонкого и сверхтонкого помола различных материалов по мокрому способу, и может быть использовано для приготовления высококачественных составов композиций повышенной дисперсности, в том числе при решении задач в области нанотехнологий. Известны, например, пружинные мельницы,включающие в себя раму, привод, рабочую камеру в виде дугообразно изогнутой трубы с опорами на ее концах, на валах которых смонтирован пружинный рабочий орган, причем концы камеры снабжены патрубком для загрузки и выгрузки материала Сиваченко Л.А. Технологические аппараты адаптивного действия /Л.А. Сиваченко и др Изд. Центр БГУ, Минск, 2008 с.375 с.138-139 фиг.3,7,схема Механизм разрушения в пружинной мельнице характеризуется сжатием со сдвигом, что позволяет эффективно обрабатывать минеральные материалы по классу тонкого и даже сверхтонкого измельчения. При этом эффективность этого вида оборудования ограничивается числом рабочих зон,которое равно числу витков пружины, и наличием дополнительных механизмов нагружения,например, истирания, что не позволяет в них производить обработку частиц до крупности менее 1 мкм. Кроме того, в контактных зонах между витками невозможно реализовать тот уровень напряжений, который необходим для получения значительной части частиц наноуровня. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является бисерная мельница,представляющая собой цилиндрический неподвижный корпус с устройствами загрузки и выгрузки материала, внутри которого установлено связное с приводом быстровращающееся перемешивающее устройство, причем корпус на 50 60 заполнен бисером. Горловский И.А., Козулин Н.А. Оборудование заводов лакокрасочной промышленности,Ленинград,Химия,Лен. Отделение, 1980, с.376 с.298 - 299, рис,- 6. В настоящее время этот класс оборудования является одним из основных для тонкого и сверхтонкого помола жидкотекучих композиций. Однако, его применение характеризуется, с одной стороны, очень высокой энергоемкостью помола, с другой, шаровые мелющие тела не обеспечивают максимальных контактных напряжений в рабочих зонах. Это связано с тем, что мелющая шаровая загрузка характеризуется свободным движением мелющих тел, которые перемещаются только под действие перемешивающегося механизма. Задачей предлагаемого изобретения является интенсификация процесса помола материала. Техническая гипотеза ее реализации заключается в управляемой подаче свободно движущихся мелющих тел в клиновидные пространства между витками пружинного рабочего и наложения на них дополнительных сжимающих воздействий,обеспечивающих максимальные контактные 2 напряжения в структуре частиц измельчаемого материала. Поставленная задача достигается тем, что в пружинной шаровой мельнице, содержащей раму,привод, камеру для обработки материалов с устройствами для их загрузки и выгрузки и установленной в ней дугообразно изогнуты пружинный рабочий орган, концы которого смонтированы на валу привода и оси дополнительной опоры, согласно изобретению,камера для обработки материалов на 10-70 заполнена высокопрочными мелющими телами в виде шаров, диаметр которых составляет 0,02-0,9 максимального зазора между витками пружинного рабочего органа в их расходящейся части, причем зазор между витками пружины в зоне их смыкания меньше диаметра мелющих тел в исходном положении ее установки. В дополнительных вариантах реализации изобретения также предусмотрено, что витки пружинного рабочего органа в исходном положении контактирует между собой в зоне минимального радиуса его изгиба, а рабочий орган выполнен из пружины растяжения. Использование в качестве мелющих тел шаров,диаметр которых составляет 0,02-0,9 максимального зазора между витками рабочего органа в их расходящейся части обеспечивает захват и непрерывное затягивание мелющих тел в межвитковые пространства, что создает очень высокие контактные давления между мелющими телами и боковые поверхностями витков. Меньшие по размерам мелющие тела применяются в случае сверхтонкого помола, а большие - для обработки продукта с более высокой исходной крупностью. Степень заполнения 10-70 рабочей камеры определяется из конкретных условий проведения процесса измельчения. При этом меньшее ее значение соответствует максимальной крупности мелющих тел, а большее - минимальной крупности. Признак, характеризующий зазор между витками в зоне их смыкания и, который не должен превышать диаметр мелющих тел, выбран как необходимое условие заклинивания их между витками и приводящее к активному разрушению находящихся между этими элементами частичек материала. Требуемый силовой характер нагружения материала в зонах разрушения определяется геометрическими параметрами рабочего органа, т.е. радиусом изгиба пружины, когда витки пружины контактирует между собой. Такой же эффект обеспечивается выполнением рабочего органа из пружины растяжения. Эти решения направлены на создание постоянных усилий прижатия витков пружины друг к другу под действием монтажного изгиба и установки рабочего органа в рабочее положение. Эти перечисленные отличительные признаки являются новыми и не имеются ни у аналогов, ни у прототипа. Их совокупность функционально обоснованно и объединено единой технической 29820 реализацией, позволяющей достигнуть требуемой цели и необходимого положительного результата. Сущность изобретения поясняется графическими материалами. На фиг.1 представлен общий вид пружинной шаровой мельницы, на фиг.2 - схема воздействия элементов пружинного рабочего органа на шаровое мелющее тело. Пружинная шаровая мельница содержит установленный на раме 1 пустотельный тороидальный корпус 2 с загрузочным 3 и выгрузочным 4 приспособлениями, размещенный в нем рабочий орган 5 в виде цилиндрической пружины растяжения, смонтированной посредством узлов крепления 6 и 7 соответственно на валу 8 опоры 9 и оси 10 опоры 11. Передача крутящего момента на вал 8 осуществляется от приводного электродвигателя 12 через муфту 13. Концы тороидального курпуса 2 соединены между собой материалопроводом 14, а сам корпус может быть оснащен рубашкой охлаждения 15. Для снижения вибрации при работе аппарата рама 1 имеет виброопоры 16,17. Шаровые мелющие тела представлены на позиции 18. Пружинная шаровая мельница работает следующим образом. Включается приводной электродвигатель 12 и через муфту 13 и вал 8 приводит во вращение рабочий орган 5, который вращается подобно гибкому валу. Через загрузочное приспособление 3 в аппарат загружается сырьевой материал, который по материалопроводу 14 за счет сил гравитации поступает в нижнюю часть тороидального корпуса 2, где попадает в зону действия винтовой спирали рабочего органа 5,посредством которой не только интенсивно измельчается, попадая в сходящиеся клиновые пространства между витками,но и транспортируется к верхнему конце корпуса 2,откуда по материалопроводу 14 вновь поступает на пружину рабочего органа 5 и рабочий цикл, таким образом,повторяется. Получение продукта требуемого качества регулируется временем обработки или частотой вращения рабочего органа 5. Готовый продукт принудительно выгружается из машины через открытое выгрузочное приспособление при работающем рабочем органе 5. Мелющие тела, которые участвуют в рабочем процессе измельчения, могут загружаться в камеру для обработки материала 2 как совместно с исходным материалом, так путем предварительного заполнения ими рабочей камеры. При этом в первом случае обработанный материал выгружается из мельницы совместно с мелющими телами, которые отделяются от него вне рабочей камеры, во втором обработанный продукт отделяется от мелющей загрузки, например, через сито, которое может быть установлено в выгрузном устройстве 4. Исходным материалом может быть как достаточно мелкий 0,01 - 0,1 мм сухой продукт, так и суспензия аналогичной крупности. Процесс разгружения материала в пружинной шаровой мельнице происходит в различных ее хонах поразному. Мелющие тела, которые свободно движутся в камере, измельчают материал, который попадает в зоны их соударений. Мелющие тела,которые захватываются смежными витками пружины рабочего органа 5 и подвергаются сжимающему воздействию,обеспечивают интенсивное измельчение частиц на боковых поверхностях витков. Интенсивность измельчения материала мелкими мелющими телами значительно выше, чем в традиционных мельницах, т.к. в межвитковых зонах можно обеспечить предельно допустимые по условиям, прежде всего, прочности по контактным напряжениям измельчающих элементов - витков пружины рабочего органа и мелющих тел. К достоинствам предлагаемой конструкции мельницы можно отнести ее простоту. При этом присутствие в обрабатываемой среде мелких шариков позволяет отказаться от закрепления пружинного рабочего органа своими свободным кольцом на оси опоры. Шарики будут выполнять роль своеобразных тел качения и дополнительно улучшат условия работы пружины, которая не будет испытывать сопротивлений на трение в опоре. При необходимости в предполагаемой мельнице можно осуществить криогенное измельчение. Для этого в рабочую среду следует вводить хладоагент,например,жидкий азот. Повышенная энергонапряженность процесса разрушения,особенно минерального сырья, обеспечивает не только сверхтонкий помол, но и эффект механоактивации, что кардинально изменяет свойства обрабатываемого таким образом продукта. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Пружинная шаровая мельница, содержащая раму, привод, камеру для обработки материалов с устройствами для их загрузки и выгрузки и установленными в не дугообразно изогнутый пружинный рабочий орган, концы которого смонтированы на валу привода и оси дополнительной опоры, отличающаяся тем, что камера для обработки материалов на 10-70 заполнена мелющими телами в виде высокопрочных шаров, диаметр которых составляет 0,02-0,9 максимального зазора между витками пружинного рабочего органа в их расходящейся части, причем зазор между витками пружины в зоны их смыкания меньше диаметра мелющих тел в исходном положении ее установки. 2. Пружинная шаровая мельница по п.1,отличающаяся тем, что витки пружинного рабочего органа в исходном положении контактируют между собой в зоне минимального радиуса его изгиба. 3. Пружинная шаровая мельница по п.п.1,2,отличающаяся тем, что рабочий орган выполнен из пружины растяжения.