CN1091004C - 搅拌研磨机 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种搅拌研磨机，其包含环形圆柱形外研磨室(9′)，该外研磨室是由研磨容器(3)的内壁(10)及转子(42)的外壁(43)界定；以及一内研磨室(9″)，其是由转子(42)的内壁(44)及内定子(24)的外套(26)界定。研磨室(9′、9″)借由偏移室(49)彼此连接。界定研磨室(9′、9″)的壁为平滑的、不具有搅拌元件。

Description

搅拌研磨机

技术领域

本发明涉及供处理自由流动的研磨原料的搅拌研磨机，其包含研磨容器、界定大致封闭的研磨室的内壁；以及搅拌单元，该搅拌单元旋转驱动地设置在研磨容器中并相对于共中心纵轴呈杯状，以及该搅拌单元包含环形圆柱形转子，其中设置与研磨容器紧密连接之内定子；在研磨容器的内壁及转子的外壁之间形成环形圆柱形外研磨室，以及环形圆柱形内研磨室，该内研磨室同轴地设置在外研磨室内并借由偏移室与外研磨室连接，该偏移室形成于转子的内壁及内定子的外套之间；外研磨室、偏移室及内研磨室构成部分充填辅助研磨体的研磨室；研磨原料供应室，其是设置于外研磨室的下游并以研磨原料的流动方向向外研磨室开启，以及分隔装置，其以研磨原料流动的方向设置于内研磨室的下游，几乎与供研磨原料流过的研磨容器同侧；以及在搅拌单元中设置支流管，供自分隔装置附近回收辅助研磨体至研磨原料供应室的附近，支流管连接内研磨室的末端与外研磨室的前端并相对于研磨原料的流动方向设置在分隔装置的上游，外研磨室的形状为具有外研磨间隙宽度c的环形间隙，且在于内研磨室的形状为具有内研磨间隙宽度e的环形间隙，以及在于研磨容器的内壁、转子的外壁、转子的内壁及内定子的外套为平滑的、不具有搅拌元件。

背景技术

一般形成的搅拌研磨机可由EP 0 370 022B(美国专利第5 062 557号的对应案)得知。在此种已知搅拌研磨机中，针状元件装设在外研磨室的限制壁上及至少装设在内研磨室的内限制壁上，借此进行辅助研磨体的交替加速及减速作用，其主要借由衡击导致具有研磨及分散作用的湍流条件。研磨原料流过研磨原料供应室，通过转移段，经过支流管进入外研磨室，并通过偏移室进入内研磨室。辅助研磨体循环通过外研磨室、偏移室、内研磨室及支流管再分别回到外研磨室或转移段开口进入转移段。研磨原料由内研磨室的末端流至分隔装置。分隔装置无法实质地分隔辅助研磨体与研磨原料；然而，该申请案仍使用分隔装置一词，因为该词语为普遍接受的技术用语。经由上述说明，辅助研磨装置与研磨原料的分隔已于分隔装置上游进行。已知装置在实用上已格外地成功。

由DE 28 I1 899C得知的搅拌研磨机，其外研磨室及内研磨室各自的锥度为截锥体形，即在转子及定子之中心纵轴的每一侧面上的研磨室截面为锥形。研磨原料由内侧至外侧地流过搅拌研磨室，即该原料流进具有最窄直径的内研磨室，且接着通过径向延伸的内研磨室、偏移室及径向延伸的外研磨室。由该处，原料径向地向内流过单独借由搅拌元件界定的室并朝向分隔装置流动，通过该分隔装置而排出研磨原料。支流管的入口位于分隔装置的下游，分流管的入口径向地设置在分隔装置内，即设置在分隔装置的下游。由该处，辅助研磨体流过转子内的支流管进入内研磨室的启始段。研磨室的限制壁是平滑的。研磨间隙的宽度是定值，即研磨室的径向宽度是定值；然而，朝向旋转轴的距离是永久地增加。其导致剪力梯度沿着至研磨原料的路径由内侧向外侧增加。这意味着无论内研磨室内的该梯度太低或外研磨室内的该梯度太高，将导致对研磨原料施予不规则的负载。(剪力梯度的定义为旋转表面速率与间隙宽度的商)。

发明内容

本发明的目的为使一般形式的搅拌研磨机以主要利用剪力作用进行研磨及分散并特别易于清洗的方式运作。

根据本发明，提供一种供处理自由流动的研磨原料的搅拌研磨机，其包含研磨容器、界定大致封闭的研磨室的内壁；以及搅拌单元，该搅拌单元旋转驱动地设置在研磨容器中并相对于共中心纵轴呈杯状，以及该搅拌单元包含环形圆柱形转子，其中设置与研磨容器紧密连接之内定子；在研磨容器的内壁及转子的外壁之间形成环形圆柱形外研磨室，以及环形圆柱形内研磨室，该内研磨室同轴地设置在外研磨室内并借由偏移室与外研磨室连接，该偏移室形成于转子的内壁及内定子的外套之间；原料供应室，其是设置于外研磨室的下游并以研磨原料的流动方向向外研磨室开启，以及分隔装置，其以研磨原料流动的方向设置于内研磨室的下游，几乎与供研磨原料流过的研磨容器同侧；以及在搅拌单元中设置支流管，供自分隔装置附近回收辅助研磨体至研磨原料供应室的附近，支流管连接内研磨室的末端与外研磨室的前端并相对于研磨原料的流动方向设置在分隔装置的上游，外研磨室的形状为具有外研磨间隙宽度c的环形间隙，且在于内研磨室的形状为具有内研磨间隙宽度e的环形间隙，以及在于研磨容器的内壁、转子的外壁、转子的内壁及内定子的外套为平滑的、不具有搅拌元件，其特征在于应用的外研磨间隙宽度c为2.0mm≤c≤10.0mm，其中应用的内研磨间隙宽度e相对于外研磨间隙宽度c为0.5c≤e＜c。

在上述搅拌研磨机中，偏移室可以具有与轴平行的伸长部分d，所应用的伸长部分相对于外研磨间隙宽度c为c＜d≤3c，最好为2c≤d≤3c。偏移室可用作辅助研磨体的缓冲体积。偏移室的截面与外研磨室的截面相比加以扩大，以促进研磨原料的流动及特别是促进辅助研磨体抗离心力而径向向内流入内研磨室。另外，在上述搅拌研磨机中，支流管开口向着研磨原料供应室的转移段，其中转移段通过外研磨室所应用的转移段的宽度b相对于外研磨间隙宽度c为c≤b≤3c，这样，在转移段形成一种搅拌元件内的凹部，进入该凹部开启支流管可产生余隙以降低磨耗。

本发明的其他特征、优点及细节可配合图示，由本发明的例示实施例的下列说明清楚得知。

附图说明

图1为搅拌研磨机侧面的概略图，

图2为通过搅拌研磨机的研磨容器的第一实施例的纵向截面图，

图3为通过图2的剖面线III-III的研磨容器的截面图，

图4为通过搅拌研磨机的研磨容器的第二实施例的纵向截面图，

图5为通过搅拌研磨机的研磨容器的第三实施例的纵向截面图，

图6为通过搅拌研磨机的研磨容器的第四实施例的纵向截面图。

具体实施方式

图1所示的搅拌研磨机传统上包含台座1，于该台座上设置圆筒状研磨容器3。电力驱动马达4设置于台座1内并配备V形带轮5，借此防止旋转地固定在驱动轴7上的V形带轮8可经驱动而旋转。

由图2可看得特别清楚，研磨容器3包含圆柱形内壁10，其围绕研磨室9并由大致圆柱形外套11环绕。内圆柱体10及外套11之间界定一冷却室12。研磨室9的下部终止于环形底板13，该底板由螺丝14固定在研磨容器上。

研磨容器3包含上环形凸缘15，借此经由螺丝17固定在运送壳体16的较低侧，运送毂体16装设在搅拌研磨机的台座1上。研磨室9由盖18封闭。运送壳体16包含中心轴承及与研磨容器3的中心纵轴20同轴设置的封闭壳体19。驱动轴7通过封闭壳体19，该驱动轴同样地与轴20同轴并在该轴上设置搅拌器元件21。研磨原料供应管线22通往封闭壳体19与研磨室9连接的部分。

突伸入研磨室91的接近杯状、圆柱形的内定子24装设在环形底板13上。它包含与轴20同轴的圆柱形外套26及同样与轴20同轴的圆柱形内套27。外套26及内套27之间界定一冷却室28。冷却室28与底板13中的冷却室29连接，冷却水由冷却水供应连接器30供应至冷却室29并通过出口连接器30a排出。冷却水由冷却水供应连接器31供应至研磨容器3的冷却室12并由冷却水排出连接器32排出。

在位于研磨室9上方的内定子24的上部面33上，供研磨原料/与研磨原料排出管线35的连接辅助研磨体分隔装置34使用。研磨原料收集漏斗36设置在分隔装置34及排出管线35之间。在底板13附近，排出管线35设有固持弓形物38，其由螺丝39可释放地连接至底板13以及与底板13紧密连接的内定子24。分隔装置34由密封件40朝向内定子24的环状面33密封，以及一旦松开螺丝39，可与排出管线35及收集漏斗36一同向下拉离内定子24。分隔装置34无需移开设置在研磨室9内的辅助研磨体41即可拉离研磨室9。因为当搅拌元件21未驱动时，研磨室9内含有辅助研磨体41的填料不会到达面33之程度。

搅拌元件21的基本结构为杯状，即搅拌元件21具有大致环形圆柱形转子42，该转子由与其同轴的圆柱形外壁43及圆柱形内壁44形成并与轴20同轴。冷却室45形成于转子的外壁43及内壁44之间。转子42装设在与轴7连接的转子运送元件46上。冷却水供应至冷却室45或由该冷却室排出借由形成于轴7及转子运送元伯46内的冷却水通道47、48进行。一方面借由研磨容器3的平滑圆柱体10及转子42的平滑、，圆柱形外壁43，以及另一方面借由转子42的圆柱形平滑内壁44及内定子24的圆柱形平滑外套26，使研磨室9区分成圆柱形外研磨室9′及圆柱形内研磨室9″，研磨室9′及9″借由底板13附近的偏移室49而彼此连接。

未有突伸入外研磨室9′或内研磨室9″的搅拌元件被装设在由内圆柱体10、外壁43、内壁44及外套26形成的研磨室限制壁上。来自研磨原料供应管线22及通过位于转子运送元件46以及内壁10的盖板18及邻近部分之间的研磨原料流供应室53的研磨原料，根据流动方向的箭头50流过研磨室9，接着向下通过外研磨室9′，径向向内地通过偏移室49，并由该处向上通过内研磨室9″到达分隔装置34。在通过外研磨室9′、偏移室49及内研磨室9″的途中，当搅拌单元21驱动旋转时，与辅助研磨体41合作进行研磨原料的研磨。研磨原料离开研磨室9通过分隔装置34时，由该处通过研磨原料排出管线35排出。

如图2及图3所示，圆柱形分隔装置34包含一堆环形盘54，在该盘间任意留下分隔间隙55；间隙55的宽度一般小于所使用的最小辅助研磨体41的直径。然而，宽度亦可超过该直径，因为辅助研磨体41的分离通常于到达分隔装置34前即已产生。前述的一堆环形盘54终止于封闭板56。分隔装置34设置在转子运送元件的圆柱状凹状57中。在凹部57的圆柱形壁58及分隔装置34之间，于壁58上设置伸长的传动件59，该传动件59的截面形状接近三角形，且在该传动件之间形成支流管61的入口段60，该入口截面形状接近漏斗形。此种具有这些装置59的形式的设计可由EP 0439 826B得知(美国专利第5 133 508号的对应案)。

支流管61设置在转子运送元件46中一即如图3所示-由转子运送元件46转移至圆柱形转子42的部分，以及一沿流动方向52的箭头方向看时一处在分隔装置34之前。关于对应流动方向的箭头52的流动方向，其连接内研磨室9″的末端与外研磨室9′的开始，即即磨原料供应室53的转移段62。该转移段通入内研磨室9′。关于搅拌单元21的旋转方向63，入口段60及支流管61与旋转方向63反向地由内侧向外侧径向延伸以致使在内研磨室9″具有离心加速度的辅助研磨体41弹射通过入口段60及支流管61并接着再次回到研磨原料供应室53中。如图2所示，传动件59与内定子24的面33重叠。入口段60朝内研磨室9″向下开启，因此入口段60中的传动件59形成一种输送浆，其在到达分隔装置34之前向外弹射辅助研磨体41并使该辅助研磨体回到研磨原料供应室53及外研磨室9′之间的转移段62内。

如上文之概述，外研磨室9′及内研磨室9″为研磨间隙；于图2至图6的所有实施例中皆如此。在转移段62上方，转子运送元件46具有圆柱形截面65，间隙宽度a的环形圆柱状封闭间隙66形成于截面65及研磨容器3的内壁10的端面段之间。

转移段62，其亦为环形圆柱形并与轴20同心地延伸环绕支流管61，该转移段具有相对于轴20的径向宽度b。外研磨室9′亦为环形圆柱形并具有外研磨间隙宽度c。偏移室49呈现与轴20平行的伸长部分d，偏移室49为辅助研磨体41的缓冲区。

内研磨室9″，其形状亦为环形间隙，呈现相对于轴20呈辐射状的内研磨间隙宽度e。

关于外研磨间隙宽度c，

2.0mm≤c≤10mm，并优选

3.0mm≤c≤6.0mm，外研磨间隙宽度的选择由辅助研磨体41的尺寸、范围为0.2至1.0及在边界情况下高达2.0mm的研磨体直径f等其他条件决定。分别协调外研磨间隙宽度c与辅助研磨体41的尺寸或直径f，借此在间隙型外研磨室9′内产生理想的剪力过程，即理想的研磨效果，以及对应于间隙型内研磨室9″，外研磨室9′及内研磨室9″的平滑限制壁利用附着作用对辅助研磨体41及研磨原料施予所需的驱动力。在间隙型内研磨室9′及在间隙型外研磨室9″中，在静止及移动限制壁间产生类似库艾特(Couette)流动的规则层流。其实际上造成的结果较佳为借由剪力机制影响研磨原料的磨碎及分散。

关于间隙宽度a，应用

0.4c≤a≤0.8c。封闭间隙66的间隙宽度a应始终小于外研磨间隙宽度c，以致使辅助研磨体41不会到达研磨原料供应室53的上部，但在任何情况下，进入外研磨室9′。封闭间隙66的剪力负载高于外研磨室9′的剪力负载，由于与外研磨间隙宽度c相比较间隙宽度a较小，因此封闭间隙66的局部剪力梯度高于外研磨室9′。因为由驱动作用支持的辅助研磨体41倾向脱离较高剪力梯度，该研磨体可确实通过流入的研磨原料流入外研磨室9′。

与外研磨间隙宽度c相比，转移段62的宽度b为

c≤b≤3c，并优选

2c≤b≤3c。当转移段62的径向宽度b超过外研磨间隙c时，发生在支流管61的出口边缘61a的磨耗可显著地降低，因为转移段62构成辅助研磨体41的特定清洁区。再者，可减低辅助研磨体对内壁10的衡击。

与外研磨间隙宽度c相比，内研磨间隙宽度e为

0.5c≤e≤c。若剪力梯度与外研磨室9′及内研磨室9″相同，必须应用e＜c的宽度条件。

至于相对于外研磨间隙宽度c的偏移室49的伸长部分d，

c＜d≤3c，并优选

2c＜d≤3c。在既定范围内d愈大，则形成于偏移室49内供辅助研磨体使用的缓冲体积愈大，且研磨原料及特别是辅助研磨体41愈容易反离心力地径向向内地朝内研磨室9″流动。在既定范围内d愈小，则该区域内的研磨效果愈大。

至于辅助研磨体41的直径f，2f≤c≤10f，并优选3f≤c≤6f。

图2及图3显示一实施例，其中应用a＝0.8cb＝c＝e，以及d＝2c。

相对于前述实施例，根据图4的实施例应用a＝0.5cb＝3cc＝d，以及e＝0.7c。

根据图5的实施例，应用a＝0.5cb＝3cd＝2.5c，以及e＝0.7c。

在根据图6的实施例中，内定子24′进一步向上移动，分隔装置34′对应地在径向上缩短，因此在面33附近，内定子24′与支流管61在轴20的方向上部分重叠。入口段60′对应地在轴20的方向上缩短。在本例子中，a＝0.5cb＝3cd＝2.5c，以及e＝0.7c。

Claims (8)

1.一种供处理自由流动的研磨原料的搅拌研磨机，其包含研磨容器(3)、界定大致封闭的研磨室(9)的内壁(10)；以及搅拌单元(21)，该搅拌单元旋转驱动地设置在研磨容器(3)中并相对于共中心纵轴(20)呈杯状，以及该搅拌单元包含环形圆柱形转子(42)，其中设置与研磨容器紧密连接之内定子(24)；在研磨容器(3)的内壁及转子(42)的外壁(43)之间形成环形圆柱形外研磨室(9′)，以及环形圆柱形内研磨室(9″)，该内研磨室同轴地设置在外研磨室(9′)内并借由偏移室(49)与外研磨室连接，该偏移室形成于转子(42)的内壁(44)及内定子(24)的外套(26)之间；外研磨室(9′)、偏移室(49)及内研磨室(9″)构成部分充填辅助研磨体(41)的研磨室(9)；研磨原料供应室(53)，其是设置于外研磨室(9′)的下游并以研磨原料的流动方向(52)向外研磨室开启，以及分隔装置(34、34′)，其以研磨原料流动的方向(52)设置于内研磨室(9″)的下游，几乎与供研磨原料流过的研磨容器同侧；以及在搅拌单元(21)中设置支流管(61、61′)，供自分隔装置(34、34′)附近回收辅助研磨体(41)至研磨原料供应室(53)的附近，支流管(61、61′)连接内研磨室(9″)的末端与外研磨室(9′)的前端并相对于研磨原料的流动方向(52)设置在分隔装置(34、34′)的上游，外研磨室(9′)的形状为具有外研磨间隙宽度c的环形间隙，且在于内研磨室(9″)的形状为具有内研磨间隙宽度e的环形间隙，以及在于研磨容器(3)的内壁(10)、转子(42)的外壁(43)、转子(42)的内壁(44)及内定子(24)的外套(26)为平滑的、不具有搅拌元件，其特征在于应用的外研磨间隙宽度c为2.0mm≤c≤10.0mm，其中应用的内研磨间隙宽度e相对于外研磨间隙宽度c为0.5c≤e＜c。

2.依据权利要求1的搅拌研磨机，其特征在于应用的外研磨间隙宽度c为3.0mm≤c≤6.0mm。

3.依据权利要求1所述的搅拌研磨机，其特征在于偏移室(49)具有与轴(20)平行的伸长部分d，所应用的伸长部分相对于外研磨间隙宽度c为c＜d≤3c。

4.依据权利要求3的搅拌研磨机，其特征在于偏移室(49)具有与轴(20)平行的伸长部分d，所应用的该伸长部分相对于外研磨间隙宽度c为2c≤d≤3c。

5.依据权利要求1所述的搅拌研磨机，其特征在于支流管(61、61′)开口向着研磨原料供应室(53)的转移段(62)，其中转移段通过外研磨室(9′)所应用的转移段(62)的宽度b相对于外研磨间隙宽度c为c≤b≤3c。

6.依据权利要求1所述的搅拌研磨机，其特征在于搅拌元件(21)包含圆柱形截面(65)，其相对于研磨原料流动方向(52)设置在支流管(61、61′)之前，并连同研磨容器(3)的内壁(10)一起界定封闭间隙(66)，应用的圆柱形截面(65)的间隙宽度a相对于外研磨间隙宽度c为0.4c≤a≤0.8c。

7.依据权利要求1所述的搅拌研磨机，其特征在于辅助研磨体(41)的直径为f，应用的f相对于外研磨间隙宽度c为2f≤c≤10f。

8.依据权利要求7的搅拌研磨机，其特征在于应用的辅助研磨体(41)直径f相对于外研磨间隙宽度c为3f≤c≤6f。

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