ДИСМЕМБРАТОР

Название	ДИСМЕМБРАТОР
Разработчик (Авторы)	Замятин Н.В., Федорчук Ю.М., Матвиенко В.В., Смирнов Г.В., Нарыжный Д.В., Воронков Н.Н., Рябцев С.В., Саденова М.А., Малинникова Т.П.
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2694313
Дата регистрации	11.07.2019
Правообладатель	Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Область применения (класс МПК)	B02C 13/22 (2006.01)
Медаль имени А.Нобеля

Описание изобретения

Изобретение относится к устройствам для измельчения различных материалов и может быть использовано в строительной, химической и других отраслях промышленности, в частности для переработки твердого кускового сырья, например, фторангидрита.

Известен дисмембратор (SU №1389842, В02С 13/22, опубл. 23.04.1988), содержащий цилиндрический корпус с расположенными в нем вертикальным ротором с концентрично установленными рядами пальцев, между которыми размещены ряды измельчающих элементов статора, загрузочный и выгрузочный патрубки, при этом измельчающие элементы статора выполнены в виде пластин и установлены под углом 140-160 к направлению вектора окружной скорости ротора. Дисмембратор снабжен кожухом, охватывающим периферийные измельчающие элементы на 5/6 окружности, а периферийные ветви неохваченных в выгрузочном патрубке кожухом пластин выполнены вертикальными и имеют отклоненные под углом 120-140 планки, при этом в вертикальных ветвях пластин выполнены окна, расположенные выше крепления планок, над которыми смонтированы отбойные элементы вогнутой формы. К достоинствам дисмембратора следует отнести неплохое качество измельчения за счет наличия отбойных элементов на выходе, возвращающих наиболее крупные частицы материала на доизмельчение. К недостаткам данного устройства следует отнести относительно невысокую скорость измельчения сырья и отсутствие возможности ее регулировки.

Общими существенными признаками с заявляемым устройством является наличие цилиндрического корпуса, загрузочного и выгрузочного патрубков, расположенного в корпусе вертикального ротора с концентрично установленными рядами пальцев, между которыми размещены ряды измельчающих элементов статора, наличие отбойного элемента в выгрузочном патрубке.

Из патента на изобретение (RU №2193448, МПК В02С 19/06, опубл. 27.11.2002) известно устройство для аэродинамического измельчения материалов минерального и растительного происхождения с различной твердостью и влажностью. Устройство для аэродинамического измельчения материалов содержит корпус с входным и выходным отверстиями, камеру измельчения с установленными в ней встречно вращающимися роторами, на которых концентрично расположены разгонные лопатки с различными углами атаки. Камера измельчения снабжена источником создания перепада давления между входным и выходным отверстиями, выполненным в виде вентилятора, лопасти которого размещены по периферии одного из роторов. В устройстве с помощью источника перепада давления создают принудительный поток измельчаемого материала от центра к периферии камеры. К достоинствам устройства следует отнести наличие возможности управления производительностью и дисперсностью измельчаемых материалов за счет изменения перепада давления в камере измельчения путем изменения угла атаки лопастей вентилятора. К недостаткам следует отнести отсутствие возможности дезинтеграции твердого кускового сырья из-за быстрого и значительного износа разгонных лопаток и лопастей вентилятора при взаимодействии с твердым сырьем.

Общими существенными признаками данного устройства с заявляемым дисмембратором является наличие корпуса, вращающегося ротора с концентрично расположенными элементами, создающими силовое воздействие на измельчаемый материал, источника перепада давления, выполненного в виде вентилятора, лопасти которого размещены по периферии одного из роторов.

Известен дисмембратор, (RU №2290997, МПК В02С 13/22, опубл. 17.05.2005), содержащий корпус с крышкой, в котором расположен вращающийся диск (ротор) с концентрично установленными рядами пальцев, между которыми размещены концентрические ряды пальцев, установленных на неподвижной крышке, загрузочную воронку и выгрузной патрубок, в котором внутри загрузочной воронки установлены, по меньшей мере, два ребра, ориентирующих измельчаемый материал в направлении, близком оси воронки, и закреплены секторные кольцевые плоские подвижные и неподвижные ножи для предварительного измельчения материала на части размером меньше длины пальцев, а ротор снабжен лопастями для обеспечения удаления измельченного продукта и снижения содержания пылеобразных частиц в измельченном материале.

К достоинствам устройства следует отнести неплохое качество и повышенную скорость измельчения за счет внесения в конструкцию лопастей, расположенных на периферии ротора. Недостатками данной конструкции являются невысокая прочность конструкции вентилятора и отсутствие возможности управления производительностью и дисперсностью измельчаемых материалов.

Общими существенными признаками с заявляемым дисмембратором является наличие корпуса, загрузочного и выгрузочного патрубков, концентрично установленных рядами на роторе и статоре измельчающих элементов в виде пальцев, источника перепада давления в виде лопастей вентилятора, размещенных на периферии ротора.

Наиболее близким, принятым за прототип, является дисмембратор (UA №91695, В02С 13/22, опубл. 25.08.2010). Дисмембратор содержит цилиндрический корпус, вертикально расположенный в нем ротор с концентрически установленными рядами пальцев, между которыми расположены ряды измельчающих элементов статора, которые выполнены в виде пластин и установлены под углом к вектору круговой скорости ротора, периферийный концентрический ряд пластин статора выполнен во всю ширину корпуса и имеет окно. На тыльной стороне ротора закреплены пластины в виде лопастей центробежной воздуходувки, соответственно им в корпусе выполнены окна, а выгрузной патрубок выполнен на всю ширину корпуса. Изобретение обеспечивает повышение эффективности измельчения путем предотвращения перегрева и агрегации продуктов измельчения и слипания рабочих органов дисмембратора. К достоинствам устройства следует отнести повышенную скорость измельчения за счет внесения в конструкцию источника перепада давления в виде лопастей, расположенных на тыльной стороне ротора. Недостатками данной конструкции является отсутствие возможности управления производительностью и дисперсностью измельчаемых материалов.

Общими существенными признаками данного устройства с заявляемым дисмембратором является наличие цилиндрического корпуса с загрузочным и выгрузочным патрубками, вертикально расположенных в корпусе ротора с концентрически установленными рядами пальцев, между которыми расположены ряды измельчающих элементов статора, источника перепада давления, выполненного в виде вентилятора с лопастями, размещенного на роторе.

Низкая надежность, невысокая скорость измельчения и отсутствие возможности управления скоростью измельчения и дисперсностью измельчаемых материалов существенно ограничивают производительность известных дисмембраторов, снижают эффективность их работы. Указанные проблемы могут быть разрешены с помощью заявляемого устройства.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности работы устройства за счет формирования дополнительного воздействия на измельчаемый материал путем создания управляемого принудительного потока измельчаемого материала от центра к периферии камеры, в реализации возможности управления дисперсностью измельчаемых материалов и производительностью устройства.

Технический результат достигается тем, что в дисмембраторе, содержащем цилиндрический корпус с загрузочным и выгрузочным патрубками, вертикально размещенными в корпусе ротором и статором, с концентрично установленными рядами измельчающих элементов, расположенных между рядами измельчающих элементов противоположного диска, источник перепада давления, выполненный в виде вентилятора, лопасти которого размещены на роторе, измельчающие элементы ротора, за исключением его периферийного ряда, и, статора выполнены в виде пальцев, а лопасти вентилятора выполнены в виде пластин периферийного ряда измельчающих элементов ротора, размещенных под углом к вектору окружной скорости ротора и расположенных за периферийным рядом измельчающих элементов статора, при этом в загрузочном патрубке имеется ответвление, выполненное с возможностью изменения его проходного сечения для реализации возможности регулируемой подачи воздуха в корпус устройства, а в средней цилиндрической части выгрузочного патрубка, выполненного в виде сочленения деталей типа диффузор-цилиндр-конфузор, неподвижно закреплена бронеотбойная плита.

Целесообразно в дисмембраторе выполнить пластины периферийного ряда измельчающих элементов ротора плоскими.

Оптимально в дисмембраторе пластины периферийного ряда измельчающих элементов ротора расположить под углом 45 градусов к вектору окружной скорости ротора.

Рекомендуется выполнить площадь сечения цилиндрического канала выгрузочного патрубка между стенками диффузорно-конфузорного сочленения и бронеотбойной плиты равной площади проходного сечения выгрузочного патрубка дисмембратора.

Рационально выполнить загрузочный патрубок в форме воронки с ответвлением, в котором установлена заслонка с возможностью плавного изменения его проходного сечения.

Заявляемое устройство позволяет повысить эффективность измельчения за счет формирования дополнительного воздействия на измельчаемый материал, путем создания управляемого принудительного потока измельчаемого материала от центра к периферии камеры. Действительно, согласно рабочей гипотезе, разработанной И.А. Хинтом (Хинт И.А. Об основных проблемах механической активации. Таллин, 1977. Препринт 1.), активация измельчаемого материала определяется тремя параметрами: скоростью соударения, числом ударов и интервалом времени между последующими ударами. Активация материала при этом происходит в широких пределах силовых воздействий, от сил чистого сжатия до сдвиговых усилий. В зоне прямого удара материал активируется силами сжатия, и продукт получается преимущественно крупной фракции, в зоне скользящего удара материал активируется усилиями сдвига, и продукт получается преимущественно мелкой фракции. Мелющие элементы дисмембратора в виде пальцев дают материалу наиболее широкую гамму видов соударения от прямого удара до скользящего со всевозможными углами наклона. При появлении источника перепада давления, за счет роста скорости перемещения частиц дезинтегрированного сырья внутри дисмембратора от загрузочного окна до выгрузочного патрубка, величина сдвиговых усилий растет, происходит интенсификация процесса помола.

Принудительный поток измельчаемого материала от центра к периферии камеры создается за счет перепада давления от работы лопастей вентилятора, выполненных в виде пластин, установленных на периферии ротора и наклоненных по отношению к вектору окружной скорости ротора (под углом 45° как вариант исполнения). Пластины, установленные на периферии ротора, помимо роли лопастей вентилятора являются также измельчающими элементами, что приводит к более эффективному измельчению материала.

Управление производительностью устройства и дисперсностью материала достигается за счет изменения объема воздушного потока, циркулирующего через ответвление загрузочного патрубка, сквозь пространство рабочей камеры и до выгрузочного патрубка. Варьирующаяся с изменением величины воздушного потока величина сдвиговых усилий определяет дисперсность материала на выходе дисмембратора. В одном из вариантов исполнения устройства объем воздушного потока регулируется заслонкой, установленной внутри ответвления загрузочной воронки.

Дополнительная интенсификация измельчения достигается также за счет того, что в выгрузочном патрубке находится бронеотбойная плита, возвращающая наиболее крупные фракции материала назад в камеру помола.

Для того чтобы избежать уменьшения проходного сечения между бронеотбойной плитой и стенкой выгрузочного патрубка и возрастания его лобового сопротивления, приводящего к повышению риска заклинивания дисмембратора, площадь проходного сечения цилиндрического канала между стенками диффузорно-конфузорного сочленения и бронеотбойной плиты в одном из вариантов исполнения принимается равной площади проходного сечения выгрузочного патрубка. Бронеотбойная плита выполняется плоской для устранения налипания или проскакивания материала.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами:

На фиг. 1 представлен общий вид дисмембратора и поперечное сечение рабочей камеры. На фиг. 2 показано продольное сечение рабочей камеры (разрез А-А на фиг. 1).

На фиг. 3 представлен в увеличенном виде фрагмент разреза А-А, выносной элемент А. На фиг. 4 изображено поперечное сечение диффузорно-конфузорного канала с бронеотбойной плитой по линии Б-Б на фиг.3.

Дисмембратор (Фиг. 1) содержит цилиндрический корпус 1, загрузочную воронку 2 (вариант исполнения), выполненную с горизонтальным ответвлением 3 для подачи воздуха. В ответвлении для подачи воздуха установлена заслонка 4 (вариант исполнения) для изменения площади проходного сечения ответвления, которая изменяется в пределах от 0 до S, где S - площадь сечения ответвления. В цилиндрическом корпусе соосно расположены неподвижный диск (статор) 5, а также, диск с возможностью вращения (ротор) 6, установленный на валу 7 подшипникового узла 8, с жестко закрепленными на дисках, например, запрессовкой, рядами пальцев 9 и 10 соответственно, при этом диски расположены вертикально. Каждый из концентрических рядов пальцев статора 9 расположен между рядами пальцев ротора 10 (Фиг. 2). Все пальцы имеют цилиндрическую форму с однородным по всей длине сечением, а периферийный ряд измельчающих элементов на роторе выполнен в виде плоских пластин 11, наклоненных под углом по отношению к вектору окружной скорости ротора F (45° вариант исполнения, Фиг. 3). В тангенциальном выгрузочном патрубке 12 установлена на стержнях 13 бронеотбойная плита плоской формы 14 (Фиг. 4). В одном из вариантов исполнения площадь сечения цилиндрического канала между стенками диффузорно-конфузорного сочленения и бронеотбойной плитой равна площади проходного сечения выгрузочного патрубка.

Дисмембратор работает следующим образом. Измельчаемый материал, например, фторангидрит, после предварительного измельчения на шаровой мельнице, подается на вход загрузочной воронки 2 и под действием силы тяжести и подсасывающей силы разрежения поступает в пространство рабочей камеры, образованной зазорами между пальцами ротора и статора. При открытой заслонке 4 ответвления 3 под действием однонаправленного вращения ротора 6 возникают закрученные вихри, которые, воздействуя на уплотнившийся слой материала на выходе загрузочной воронки, выносят его из загрузочного патрубка в рабочую область, где он спирально ударяется об первый ряд пальцев ротора 6 и под действием центробежных сил измельчается. В результате удара частиц фторангидрита об пальцы одного ряда ротора частицы получают ускорение и отбрасываются на измельчающие элементы следующего ряда статора, в процессе движения происходит разрушение частиц фторангидрита и уменьшение их в размерах. Частицы проходят последовательно от центра к периферии через зазоры между соседними рядами пальцев и зазоры между пальцами и попадают на периферийный ряд пластин ротора 11, где дополнительно измельчаются и выводятся из рабочей камеры через выгрузочный патрубок. Плоские пластины ротора 11, наклоненные под углом по отношению к вектору окружной скорости подвижного диска F, выполняют также роль лопастей вентилятора, работа которого обеспечивает создание перепада давления между загрузочной воронкой и выгрузочным патрубком и обеспечивает дополнительное сдвиговое воздействие на измельчаемые частицы. Поток измельченного материала выводится из рабочей камеры через выгрузочный патрубок 12, расположенный тангенциально и попадает на бронеотбойную плиту 14, на которой происходит дополнительное измельчение сыпучего материала и возврат наиболее крупных фракций в рабочую камеру для дополнительной обработки. Площадь сечения цилиндрического канала между стенками диффузорно-конфузорного сочленения и бронеотбойной плитой выполняется равной площади проходного сечения выгрузочного патрубка с целью снижения лобового сопротивления диффузорно-конфузорного канала. Минуя бронеотбойную плиту измельченный фторангидрит потоком воздуха выбрасывается в накопительный бункер.

Пример конкретного выполнения.

При помощи заявляемого дисмембратора был осуществлен помол фторангидрита. Диаметр дисков дисмембратора составлял 56 см. Наклон плоских пластин периферийного ряда измельчающих элементов ротора к вектору окружной скорости составлял 45°. Внутренний диаметр ответвления для подвода воздуха загрузочная воронки равнялся 10 см. Регулируя положение заслонки в ответвлении плавно изменяли площадь проходного сечения от 0 до 75,5 см. Результаты производительности устройства представлены в таблице 1.

Таблица 1. Зависимость производительности дисмембратора и дисперсности фторангидрита от положения заслонки ответвления подачи воздуха при линейной скорости периферийного ряда элементов ротора 150 м/с

Как видно из таблицы 1, увеличение потока воздуха через дисмембратор с ростом площади проходного сечения ответвления приводит к увеличению производительности и снижению среднего размера частиц фторангидрита на выходе.

Максимальная производительность заявляемого устройства при измельчении фторангидрита составила 1700 кг/час и была достигнута при линейной скорости периферийного ряда пластин порядка 200 м/с.

Установка бронеотбойной плиты в выгрузочный патрубок повысила дисперсность измельченного фторангидрита до величины 0,5 мкм, при этом 10% материала имели дисперсность 0,1 мкм.

Таким образом, заявляемый дисмембратор является высокоэффективным устройством с управляемой производительностью и дисперсностью получаемого продукта.

Формула изобретения

1. Дисмембратор, содержащий цилиндрический корпус с загрузочным и выгрузочным патрубками, вертикально размещенные в корпусе подвижный (ротор) и неподвижный (статор) диски, с концентрично установленными рядами измельчающих элементов, расположенных между рядами измельчающих элементов противоположного диска, источник перепада давления, выполненный в виде вентилятора, лопасти которого размещены на роторе, отличающийся тем, что измельчающие элементы ротора, за исключением его периферийного ряда, и статора выполнены в виде пальцев, а лопасти вентилятора выполнены в виде пластин периферийного ряда измельчающих элементов ротора, размещенных под углом к вектору окружной скорости ротора и расположенных за периферийным рядом измельчающих элементов статора, при этом в загрузочном патрубке имеется ответвление, выполненное с возможностью изменения его проходного сечения для реализации возможности регулируемой подачи воздуха в корпус устройства, а в средней цилиндрической части выгрузочного патрубка, выполненного в виде сочленения деталей типа диффузор-цилиндр-конфузор, неподвижно закреплена бронеотбойная плита.

2. Дисмембратор по п. 1, отличающийся тем, что пластины периферийного ряда измельчающих элементов ротора выполнены плоскими.

3. Дисмембратор по п. 1, отличающийся тем, что пластины периферийного ряда измельчающих элементов ротора расположены под углом 45° к вектору окружной скорости ротора.

4. Дисмембратор по п. 1, отличающийся тем, что площадь сечения цилиндрического канала выгрузочного патрубка между стенками диффузорно-конфузорного сочленения и бронеотбойной плиты равна площади проходного сечения выгрузочного патрубка.

5. Дисмембратор по п. 1, отличающийся тем, что загрузочный патрубок выполнен в форме воронки с ответвлением, в котором установлена заслонка, выполненная с возможностью плавного изменения его проходного сечения.

Изобретение "ДИСМЕМБРАТОР" (Замятин Н.В., Федорчук Ю.М., Матвиенко В.В., Смирнов Г.В., Нарыжный Д.В., Воронков Н.Н., Рябцев С.В., Саденова М.А., Малинникова Т.П.) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога