Игольчатый измельчитель

(51) 02 19/22 (2006.01) 21 1/10 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ волокнистых материалов преимущественно по мокрому способу. Задачей изобретения является интенсификация процесса измельчения за счет реализации более эффективных механизмов разрушения. Для этого в игольчатом измельчителе, содержащем камеру для обработки материала с устройствами для его загрузки и выгрузки и установленным в ней с возможностью вращения рабочим органом,выполненным в виде ротора, оснащенного игольчатыми элементами. Технический результат изобретения заключается в повышении производительности, улучшении качества готового продукта,упрощении конструкции и снижении энергоемкости процесса.(72) Сиваченко Леонид АлександровичБагитова Салтанат Жарылкасымовна Сиваченко Татьяна Леонидовна(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева Министерства образования и науки Республики Казахстан(57) Игольчатый измельчитель относится к технологическому оборудованию для обработки Предлагаемое изобретение относится к технологическому оборудованию для измельчения и гомогенизации листовых,мелкокусковых и волокнистых материалов преимущественно органического или техногенного происхождения и может быть использовано в промышленности строительных материалов,в пищевой,фармацевтической,химической и сельскохозяйственной отраслях в циклах тонкого помола предпочтительно по мокрому способу. Известно устройство для измельчения волокнистых материалов, содержащее корпус,ротор, статор, крыльчатку, снабженную диском с отверстиями, корпус которой снабжен вставкой,сопряженной с плоскостью диска, имеющей сквозное отверстие, совмещающееся с отверстиями диска. (Устройство для измельчения волокнистых материалов,Патент РФ 2225258,Мкл В 02 С 19/06.) Такое устройство обладает целым рядом недостатков. Во-первых, это достаточно сложная конструкция, эксплуатация которой сопряжена со значительными трудностями,обусловленными нестабильностью поведения дисперсного материала в рабочих зонах, во-вторых, она обладает высокой энергоемкостью, связанной с большими потерями на трение в зонах разрушения, осуществляемого низкоэффективным способом и, в-третьих, низкой интенсивностью измельчения,обусловленной отсутствием высокоградиентных механизмов разрушения, создающих необходимые контактные напряжения в рабочих зонах. Достаточно близким по конструкции и достигаемому техническому результату к предлагаемому измельчителю является устройство для измельчения бумажной макулатуры,содержащее ротор с лопастями, смонтированный в перфорированном корпусе, имеющем отверстие для отвода измельченной массы путем отсоса в ячейке для ее приема, размещенная над ними на внешней поверхности перфорированного корпуса, средства для подачи макулатуры и отвода полимерной пленки, при этом ячейки для приема измельченной массы размещены с образованием замкнутого контура, выполненного из верхней и нижней частей,расположенных вертикально и разделенных между собой заслонкой, причем в нижней части размещен дополнительный ротор с лопастями, а верхняя и нижняя части имеют по одному патрубку для вывода измельченной массы, соединенному с ячейками для ее приема соответствующего замкнутого контура, верхняя часть замкнутого контура при этом снабжена ножевыми рейками,смонтированными на поверхности перфорированного корпуса. (Устройство для измельчения бумажной макулатуры, Патент РФ 2054073, В 02 С 19/06, опубл. 10.02.1996.) Недостатком этого устройства для измельчения является невысокая степень измельчения,отсутствие возможности получения однородной композиционной смеси с введением в нее тонкодисперсных добавок - ингредиентов, а также высокая энергоемкость процесса измельчения и 2 низкая производительность агрегата. Указанные недостатки обусловлены сложностью его конструкции и низкой эффективностью единичных актов воздействия рабочих элементов на обрабатываемый материал или композицию. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является дисковый диспергатор,состоящий из неподвижного верхнего диска,сблокированного с загрузочной воронкой,подвижного вращающегося в корпусе нижнего диска, установленного с возможностью осевого перемещения для регулирования зазора между ними, причем нижний диск соединен с помощью муфты с валом электродвигателя (3, Устройство для измельчения бумажной макулатуры, Патент РФ 2054073, В 02 С 19/06, опубл. 10.02.1996. стр. 327328, рисунок -25). Рабочий процесс дискового диспергатора характеризуется тем,что суспензия обрабатываемого материала подвергается обработке в щелевом зазоре между дисками. При этом на дисках сложно выполнить рабочие выступы для концентрации ударных нагрузок и обеспечить минимальный зазор между измельчающими поверхностями, что не позволяет обрабатывать достаточно крупные и неоднородные исходные компоненты. Устройство очень чувствительно к посторонним прочным или недробимым включениям, требует точной регулировки зазора между дисками, характеризуется значительной энергоемкостью процесса и низкой износостойкостью при обработке достаточно прочных и абразивных материалов. Кроме того,рабочие диски необходимо изготавливать из дорогостоящих материалов, например, корунда. Задачей предлагаемого изобретения является интенсификация процесса измельчения материалов волокнистого строения путм воздействия на частицы исходного продукта высокоскоростных истирающих, сдвиговых или срезающих нагрузок. Техническая гипотеза предлагаемого решения заключается в создании высокоградиентного заданного вида воздействия на разрушаемые частицы адаптивных стержневых элементов,образующих упорядоченное их расположение при большом количестве и малых размерах и создающих оптимальные условия подачи в рабочие зоны сырьевых композиций и удаления обработанного продукта. Поставленная задача достигается тем, что в игольчатом измельчителе, содержащем камеру для обработки материала с устройствами для его загрузки и выгрузки и установленным в ней с возможностью вращения рабочим органом, согласно изобретению, рабочий орган выполнен в виде ротора, оснащенного игольчатыми элементами,одни концы которых жестко закреплены на роторе, а вторые обращены своими торцами к внутренней поверхности рабочей камеры. В дополнительных вариантах реализации изобретения предусмотрено, что игольчатые элементы выполнены из набора металлических стержней и смонтированы на роторе в виде щетки,которая может быть цилиндрической и состоять, в том числе, из секций, расположенных по ее образующим, или из сборных дисков. Кроме того, торцы игольчатых элементов могут быть установлены с зазором относительно внутренней поверхности рабочей камеры или быть отогнутыми своими свободными концами в направлении, противоположном их вращению и прижиматься с определенным усилием к этой поверхности. С практической точки зрения также важно, когда зоны входа и выхода материала в рабочее пространство между игольчатыми элементами и внутренней поверхности рабочей камеры разделены перегородкой, а на этой поверхности выполнены зубчатые выступы. Для ряда применений актуальным может быть выполнение устройства для выгрузки материала в виде рештки с отверстиями, охватывающей рабочий орган. Выполнение рабочего органа в виде ротора,оснащенного игольчатыми элементами, одни концы которых жстко закреплены на роторе, а вторые обращены своими торцами к внутренней поверхности рабочей камеры, позволяет простым конструктивным способом реализовать требуемый механизм разрушения путем многоконтактного истирания, сдвига и среза. При этом за счет высокой линейной скорости движения измельчающих игольчатых элементов достигается высокая интенсивность процесса. Выбор в качестве измельчающих элементов игольчатых стержней обусловлен их уникальными свойствами во-первых, высокой прочностью, вовторых, адаптивной способностью, позволяющей избирательно деформироваться под воздействием внешней нагрузки, в-третьих, очень малой торцевой поверхностью, что обеспечивает создание очень больших контактных напряжений, в-четвертых,объединение их в наборы, секции или щетки создат повышенное число зон воздействия на обрабатываемый материал и, следовательно, решает задачу интенсификации процесса измельчения. При этом игольчатые элементы путем их соответствующей установки на роторе, в том числе,за счет отгиба в направлении противоположном их вращению и, тем более, с высокой линейной скоростью, например, 20-40 м/сек, реализуют заданный механизм разрушения с преобладанием сдвига и истирания. Конструктивные решения,связанные с закреплением стержней и формированием на их основе секций, щеток заданной формы или дисков,направлены на обеспечение необходимой надежности рабочих органов и формирования на их основе различных типоразмерных вариантов измельчителей. При этом, установка рабочих органов таким образом, что торцы игольчатых элементов образуют зазор или контактируют с внутренней поверхностью рабочей камеры определяет характер протекания процесса измельчения и, следовательно, возможность эффективной переработки того или иного материала. Перегородка для разделения между собой зоны входа и выхода материала необходима для формирования управляемого движения обрабатываемых потоков, а выполнение устройства для выгрузки материала в виде решетки с отверстиями служит для своевременного удаления из рабочей зоны тех частиц продукта, которые достигли требуемой крупности. Выполнение на внутренней поверхности рабочей камеры зубчатых выступов позволяет создать дополнительно в обрабатываемом материале режущий эффект и, тем самым, активизировать рабочий процесс путем повышения степени измельчения, особенно волокнистых материалов. Признаки, введенные в отличительную часть формулы изобретения, являются новыми и не имеются ни у аналогов, ни у прототипа. Их совокупность является логически обусловленной,что позволяет рассматривать этот объект как обладающий необходимой новизной, практической осуществимостью и полезностью применения. Сущность изобретения поясняется графическими материалами. На фиг.1 представлена общая конструктивная схема измельчителя, на фиг.2 тоже, вид сбоку, на фиг.3 - вариант выполнения рабочего органа с отогнутыми концами игольчатых элементов,контактирующих с внутренней поверхностью рабочей камеры, на фиг.4 - вариант выполнения рабочего органа с зазором и выполнением на внутренней поверхности рабочей камеры зубчатых выступов, на фиг.5 - вариант выполнения рабочего из секций, расположенных по образующим рабочего органа, на фиг. 6 - вариант выполнения рабочего органа из секций в виде дисков, смонтированных на роторе, на фиг.7 вариант выполнения измельчителя с устройством для выгрузки материала в виде решетки с отверстиями. Игольчатый измельчитель включает в себя основание 1, камеру для обработки материала 2 с устройствами для загрузки 3 и выгрузки 4 материала и установленным в ней с возможностью вращения ротором 5 с рабочим органом 6, оснащенным игольчатыми элементами 7. Ротор 5 установлен в опорах 13, 14 и через муфту 8 связан с приводным электродвигателем 9. Зоны входа 10 и выхода 11 материала из рабочего пространства, где происходит процесс измельчения разделены перегородкой 12. Рабочие органы могут быть выполнены в виде стержней 15 с отогнутыми концами, а на внутренней поверхности рабочей камеры выполнены зубчатые выступы 16. Исполнение рабочих органов предусматривает оснащение их щтками в виде секций 17 или дисков 18. Для удаления обработанного продукта из рабочей камеры 2 предусмотрены также рештка 19 с отверстиями 20,охватывающая рабочий орган 6. Игольчатый измельчитель работает следующим образом. Включается приводной электродвигатель 9 и через муфту 8 приводит во вращение ротор 5 с рабочим органом 6 и закрепленными на нем 3 игольчатыми элементами 7. Через загрузочное устройство 3 в камеру для обработки материала 2 податся исходный материал и, попадая в зону входа 10, захватывается движущимися с большой линейной скоростью игольчатыми элементами 7,перемещается в рабочие пространства между ними и камерой 2 интенсивно измельчается путм ударов,сдвига, истирания или среза. Прошедший таким образом обработку материал выносится рабочим органом 6 в зону 11 выхода и через устройство для выгрузки 4 удаляется из аппарата. Игольчатый измельчитель работает в непрерывном режиме,причем в том случае, если для получения продукта требуемого качества его однократной обработки недостаточно, то его работа организуется в проточно-циркуляционном режиме, т.е. путем возвращения продукта на дополнительные циклы обработки. Для обработки продуктов с различными свойствами предусмотрены варианты установки игольчатых элементов 7 с зазором относительно внутренней поверхности рабочей камеры 2 или их контактному взаимодействию со стенками камеры. В последнем случае концы игольчатых элементов 7 отогнуты в направлении, противоположном их вращению, что необходимо для обеспечения устойчивой работы рабочего органа. 6. Вариант прижатия концов игольчатых элементов 7 к внутренней поверхности рабочей камеры 2 является не только эффективным с точки зрения осуществления процесса размола материала, но и работоспособным, так как при устойчивой работе измельчителя между участвующими в измельчении деталями (иглы и стенки камеры), отсутствует непосредственный контакт, а они разделены слоем обрабатываемого материала. Перегородка 12 препятствует попаданию обрабатываемого продукта на повторный цикл измельчения, а зубчатые выступы 16 на внутренней поверхности рабочей камеры 2 активизируют процесс дезинтеграции материала. При этом выполнение рабочего органа 6 в виде секций 17,расположенных по его образующим и имеющим между собой свободные зоны, позволяет за один оборот его вращения захватывать большее количество материала и,следовательно,увеличивать интенсивность процесса и повышать производительность аппарата по пропускной способности. При выполнении устройства для выгрузки материала в виде решетки 19 с отверстиями 20 технологический режим измельчителя определяется размерами и количеством отверстий 20 и осуществляется по открытому циклу. Настройка такой измельчительной установки на заданные производительность, тонину помола и другие показатели работы осуществляется подбором соответствующих рабочих органов, частотой их вращения,характером взаимодействия с внутренними поверхностями рабочей камеры,количеством загружаемого материала и другими исходными условиями. После окончания процесса обработки материала рабочие детали измельчителя 4 необходимо очистить от обрабатываемого материала, что можно сделать его промывкой во включенном состоянии. Использование предлагаемого изобретения в сравнении с известными устройствами аналогичного назначения позволяет решить целый ряд важных задач. Во-первых,подобным техническим исполнением реализуется максимально простая конструкция, основанная на применении широко известных в технике щеток и подобных им элементов, во-вторых, конструкция отличается универсальностью,обладает защитой при попадании в рабочую зону недробимых включений,в-третьих, измельчитель имеет повышенную износостойкость, что связано с чрезвычайно высокой твердостью проволочных стержневых элементов и однородностью этих свойств по их длине, в-четвертых, рабочий процесс измельчителя характеризуется минимальным энергопотреблением,так как при максимальном количестве участвующих в разрушении материала измельчающих элементов время нахождения продукта в рабочей камере минимально, в-пятых, аппарат позволяет получать продукт самого высокого качества с совмещением в рабочем модуле гомогенизации, механоактивации и возможности приточно-циркуляционного режима работы, в-шестых, конструкция характеризуется высокой ремонтопригодностью и отличается высокой адаптивностью по отношению к перерабатываемому материалу. Рациональной областью использования разработанного дискового измельчителя является,прежде всего, переработка грубодисперсных материалов по мокрому способу, в том числе с участием труднообрабатываемых частиц и с жесткими реологическими условиями обработки при производительности от 0,1 до 30 т/час. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Игольчатый измельчитель, содержащий камеру для обработки материала с устройствами для его загрузки и выгрузки и установленным в ней с возможностью вращения рабочим органом,отличающийся тем, что рабочий орган выполнен в виде ротора, оснащенного игольчатыми элементами одни концы которых жестко закреплены на роторе, а вторые обращены своими торцами к внутренней поверхности рабочей камеры. 2. Игольчатый измельчитель по п.1 отличающийся тем, что игольчатые элементы выполнены из набора металлических стержней и смонтированы на роторе в виде щетки. 3. Игольчатый измельчитель по п.п.1,2 отличающийся тем, что набор металлических игольчатых элементов выполнен в виде цилиндрической щетки. 4. Игольчатый измельчитель по п.1 отличающийся тем, что зоны входа и выхода материала в рабочее пространство между игольчатыми элементами и внутренней поверхности рабочей камеры разделены перегородкой. 5. Игольчатый измельчитель по п.1 отличающийся тем, что торцы игольчатых элементов образуют зазор с внутренней поверхностью рабочей камеры. 6. Игольчатый измельчитель по п.п.1,5 отличающийся тем, что свободные концы игольчатых элементов отогнуты в направлении противоположном вращению и контактируют с внутренней поверхностью рабочей камеры. 7. Игольчатый измельчитель по п.п.1-3 отличающийся тем, что рабочий орган состоит из секций, расположенных по его образующим. 8. Игольчатый измельчитель по п.1 отличающийся тем,что на внутренней поверхности рабочей камеры выполнены зубчатые выступы. 9. Игольчатый измельчитель по п.п.1,7 отличающийся тем, что секции выполнены в виде дисков, смонтированных на роторе. 10. Игольчатый измельчитель по п.п.1,4 отличающийся тем, что устройство для выгрузки материала выполнено в виде решетки с отверстиями, охватывающей рабочий орган.