RU2109869C1 - Conical mill - Google Patents

Abstract

FIELD: conical mills; may be used in milling of fibrous materials and solid granules in wood-pulp and paper industry and in production of smokeless powders. SUBSTANCE: conical mill consists of stator and rotor coaxially mounted in mill body and separated in height by partitions into sections. Stator and rotor are made in the form of truncated cones. Partitions are made to provide for additional turbulization of flow. Grooves of rotor and stator in adjacent sections are displaced relative to each other and covered with cutters. Grooves width varying in sections in direction of process flow from large to small, their number varies from small to large, and their shape changes from rectangular to nonisosceles-trapezoidal. Angle between edges of cutters of stator and rotor in plane of separation amounts to 10-60 deg. EFFECT: higher efficiency. 6 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для размола волокнистых материалов и твердых гранул и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности и в производстве бездымных порохов различного вида, особенно при утилизации морально устаревших, списанных и снятых с вооружения пироксилиновых порохов. The invention relates to a device for grinding fibrous materials and solid granules and can be used in the pulp and paper industry and in the production of smokeless powders of various kinds, especially when disposing of obsolete, decommissioned and decommissioned pyroxylin powders.

В связи с конверсией на базах оборонного комплекса скопилось большое количество артиллерийских боеприпасов, подлежащих утилизации. Боеприпасы состоят из инертных и энергонасыщенных элементов. Если утилизация инертных элементов не вызывает больших трудностей, то энергонасыщенные элементы, в частности пороховые заряды, требуют разработки специальной технологии. Одним из эффективных направлений утилизации пороховых зарядов является технология, предусматривающая измельчение порохов в крошку с размерами частиц в пределах 0,1-0,4 мм. In connection with the conversion at the bases of the defense complex, a large number of artillery ammunition accumulated to be disposed of. Ammunition consists of inert and energy-saturated elements. If the disposal of inert elements does not cause great difficulties, then energy-saturated elements, in particular powder charges, require the development of special technology. One of the effective directions of the disposal of powder charges is a technology that provides for grinding powders into crumbs with particle sizes in the range of 0.1-0.4 mm.

Известны методы измельчения (размола) волокнистых материалов твердых гранул в различных машинах. Размол целлюлозы производится в машинах типа МД или конических мельницах, нитропроизводные целлюлозы измельчаются в голландерах (роллах) и дисковых мельницах ДМК или в виброкавитационных мельницах ВВК, пироксилиновые пороха и твердые отходы при их производстве - на вальцах или мельницах ДМК грубого и тонкого помола. Known methods of grinding (grinding) fibrous materials of solid granules in various machines. Cellulose is milled in machines such as MD or conical mills, nitro derivatives of cellulose are milled in Dutchers (rolls) and in disk mills of DMK or in vibrocavitation mills of VVK, pyroxylin gunpowder and solid wastes in their production - on coarse and fine mill rollers or mills.

Все эти машины, кроме мельницы ВВК, обладают общими недостатками: громоздкостью и малой производительностью при больших расходах электроэнергии. Мельницы ВВК очень неудобны в эксплуатации в силу несовершенства механизма регулирования рабочего зазора между статором и ротором. All these machines, except for the VVK mill, have common shortcomings: cumbersome and low productivity at high energy consumption. VVK mills are very inconvenient to operate due to the imperfection of the mechanism for regulating the working gap between the stator and rotor.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является коническая мельница, содержащая соосно смонтированные в корпусе разделенный по высоте на секции поперечными перегородками статор и ротор, выполненные в виде усеченных конусов, рабочие поверхности которых имеют ножи и канавки между ними [1]. Closest to the proposed technical essence is a conical mill, containing a stator and a rotor coaxially mounted in the housing divided by height into sections by transverse partitions, made in the form of truncated cones, the working surfaces of which have knives and grooves between them [1].

При эксплуатации таких мельниц на операциях измельчения нитропроизводных целлюлозы и твердых отходов производства пироксилиновых порохов выявились следующие недостатки:
- забиваются канавки в области входа массы в зону измельчения и быстро теряется производительность мельницы по 50-60%;
- наблюдается проскок массы по канавкам ротора;
- имеет место наклеп на ножах от перегородок, ухудшающий качество измельчения массы;
- ограничены исходные размеры зерен до 1-2 мм при измельчении пироксилиновых порохов.The operation of such mills in the grinding operations of nitro derivatives of cellulose and solid waste from the production of pyroxylin powders revealed the following disadvantages:
- the grooves are clogged in the area of mass entry into the grinding zone and the mill productivity of 50-60% is quickly lost;
- there is a mass slip through the grooves of the rotor;
- there is a riveting on the knives from the partitions, worsening the quality of grinding mass;
- the initial grain size is limited to 1-2 mm when grinding pyroxylin powders.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, состоит в устранении вышеуказанных недостатков и создании универсальной мельницы качественно измельчающей как волокнистые, так и твердые материалы. При этом достигается технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей мельницы. The problem to which this invention is directed, is to eliminate the above disadvantages and create a universal mill that finely mills both fibrous and solid materials. This achieves the technical result, which consists in expanding the functionality of the mill.

Указанный технический результат достигается тем, что в конической мельнице, содержащей соосно смонтированные в корпусе разделенный по высоте на секции поперечными перегородками статор и ротор, выполненные в виде усеченных конусов, рабочие поверхности которых имеют ножи и канавки между ними, согласно изобретению, ротор разделен по высоте на секции поперечными перегородками, при этом имеет перегородки ротора и статора выполнены с возможностью обеспечения дополнительной турбулизации потока, канавки ротора и статора в смежных секциях смещены друг относительно друга, перекрыты ножами и имеют изменяющиеся в секциях по ходу движения массы ширину от большей к меньшей, а количество - от меньшего к большему, и форму - от прямоугольной до неравнобедренно-трапецеидальной, причем угол между кромками ножей статора и ротора в плоскости развертки составляет 10-60^o.The specified technical result is achieved by the fact that in a conical mill comprising a stator and a rotor made in the form of truncated cones, the working surfaces of which have knives and grooves between them, according to the invention, the rotor is divided in height on the section by transverse partitions, while it has the rotor and stator partitions made with the possibility of providing additional flow turbulization, the rotor and stator grooves in adjacent sections, see puppies relative to each other, overlapped by knives and have masses varying in sections in the direction of movement of the mass from larger to smaller, and the number from smaller to larger, and shape from rectangular to isosceles-trapezoidal, with the angle between the edges of the stator and rotor knives in the plane sweep is 10-60 ^o .

На фиг. 1 представлена коническая мельница, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1; на фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - схема расположения ножей ротора и статора в плоскости развертки по линии контакта; на фиг. 5 - графики распределения частиц суспендированных волокон нитроцеллюлозы после измельчения; на фиг. 6 - схема возникновения кавитационых областей при движении потока в каналах различной формы. In FIG. 1 shows a conical mill, a longitudinal section; in FIG. 2 is a section along AA in FIG. one; figure 3 is a section along BB in fig. one; in FIG. 4 is a diagram of the location of the rotor and stator knives in the scan plane along the contact line; in FIG. 5 is a graph of particle distribution of suspended nitrocellulose fibers after grinding; in FIG. 6 is a diagram of the occurrence of cavitation areas during flow movement in channels of various shapes.

Коническая мельница (фиг. 1) содержит соосно смонтированные в корпусе 1 статор 2 и ротор 3, выполненные в виде усеченных конусов, рабочие поверхности которых имеют ножи 7, 9 и канавки между ними 6, 8 (фиг. 2, 3). Статор 2 и ротор 3 разделены по высоте на секции 4 поперечными перегородками 5. Канавки 6, 8 статора 2 и ротора 3 в смежных секциях смещены друг относительно друга, перекрыты ножами 6, 8 и имеют изменяющиеся в секциях 4 по ходу движения массы ширину от большей к меньшей, а количество - от меньшего к большему, и форму - от прямоугольной до неравнобедренно-трапецеидальной. Угол между кромками ножей 7 и 8 статора 2 и ротора 3 в плоскости развертки составляет 10-60^o (фиг. 4). Мельница снабжена входным 10 и выходным 11 патрубками (фиг. 1).The conical mill (Fig. 1) contains coaxially mounted in the housing 1 stator 2 and rotor 3, made in the form of truncated cones, the working surfaces of which have knives 7, 9 and grooves between them 6, 8 (Fig. 2, 3). The stator 2 and rotor 3 are divided in height into sections 4 by transverse partitions 5. The grooves 6, 8 of the stator 2 and rotor 3 in adjacent sections are offset from each other, overlapped by knives 6, 8 and have widths larger than those in sections 4 in the direction of travel to a smaller one, and the quantity - from smaller to larger, and the shape - from rectangular to non-isosceles-trapezoidal. The angle between the edges of the knives 7 and 8 of the stator 2 and the rotor 3 in the plane of the scan is 10-60 ^o (Fig. 4). The mill is equipped with inlet 10 and outlet 11 nozzles (Fig. 1).

Коническая мельница работает следующим образом. Conical mill operates as follows.

Волокнистый или твердый гранулированный материал в виде водной суспензии поступает по входному патрубку 10 в загрузочную полость мельницы, захватывается ротором 3 и проходит зигзагообразный путь, перемещаясь вдоль поверхности контакта ножей 7 и 9 статора 2 и ротора 3 и попадая под их воздействие. Такому движению измельченной массы способствуют перегородки 5, установленные как на статоре 2, так и на роторе 3. При этом материал измельчается и через выходной патрубок 11 выводится из мельницы. Центробежные силы, возникающие при вращении ротора, направляют массу из канавок 6 ротора 3 в канавки 8 статора 2, многократно перекрывая их ножами 7 и 9, что сопровождается возникновением кавитационных эффектов вследствие зарождения в суспензии импульсов сжатия и разряжения. Импульсы разряжения при этом способствуют обратному переходу массы из канавок 8 статора 2 в канавки 6 ротора 3. Таким образом, измельчение материала в конической мельнице происходит в результате механического воздействия на частицы ножами ротора и статора за счет ножничного эффекта в сочетании с пребыванием частичек в кавитационных областях. Fibrous or solid granular material in the form of an aqueous suspension enters through the inlet pipe 10 into the loading cavity of the mill, is captured by the rotor 3 and passes a zigzag path, moving along the contact surface of the knives 7 and 9 of the stator 2 and rotor 3 and getting under their influence. This movement of the crushed mass is facilitated by partitions 5 mounted both on the stator 2 and on the rotor 3. In this case, the material is crushed and is discharged from the mill through the outlet pipe 11. Centrifugal forces arising during the rotation of the rotor direct the mass from the grooves 6 of the rotor 3 to the grooves 8 of the stator 2, repeatedly blocking them with knives 7 and 9, which is accompanied by the occurrence of cavitation effects due to the generation of compression and vacuum pulses in the suspension. The vacuum pulses in this case contribute to the reverse transfer of mass from the grooves 8 of the stator 2 to the grooves 6 of the rotor 3. Thus, the grinding of material in a conical mill occurs as a result of mechanical action of the rotor and stator knives on the particles due to the scissor effect in combination with the presence of particles in cavitation areas .

Перегородки 5, выполненные с возможностью обеспечения дополнительной турбулизации потока, создают его прорывное движение, что благоприятно сказывается на однородности частиц после измельчения, т.е. возникает нормальное (гауссовское) распределение частиц по размерам с узким пиком графика 1 (фиг. 5). График 2 показывает распределение частиц, возникающее в конической мельнице-прототипе. Заштрихована область проскока крупных частиц по каналам ротора. Partitions 5, made with the possibility of providing additional turbulization of the flow, create its breakthrough movement, which favorably affects the uniformity of the particles after grinding, i.e. a normal (Gaussian) particle size distribution occurs with a narrow peak in graph 1 (Fig. 5). Graph 2 shows the particle distribution that occurs in the prototype cone mill. Shaded area of the breakthrough of large particles through the channels of the rotor.

Разная ширина канавок 6 и 8 в секциях 4 по ходу движения массы создает необходимые условия захвата массы с широким диапазоном исходных размеров частиц измельченной массы и более рациональное обустройство размерной цепочки статора 2 и ротора 3 с точки зрения достижения большей производительности при меньших размерах мельницы. The different widths of grooves 6 and 8 in sections 4 in the direction of the mass movement create the necessary conditions for mass capture with a wide range of initial particle sizes of the ground mass and a more rational arrangement of the stator 2 and rotor 3 dimensional chains in terms of achieving greater productivity with smaller mill sizes.

Изменение формы канавок 6 и 8 в секциях 4 статора 2 и ротора 3 от прямоугольного до неравнобедренно-трапецеидального сечения обеспечивает меньший эрозионный износ ножей 7 и 9, поскольку острые углы на пути потока при прямоугольном сечении канавок 6 и 8 создают более концентрированную зону кавитации, а при тупых углах в канавках, имеющих неравнобедренно-трапецеидальную форму, возникает рассредоточенная кавитационная область, способствующая сохранению рабочего состояния ножей на более длительный период (фиг. 6). Changing the shape of the grooves 6 and 8 in sections 4 of the stator 2 and rotor 3 from a rectangular to a non-isosceles-trapezoidal section provides less erosive wear of the knives 7 and 9, since the sharp angles in the flow path with a rectangular section of the grooves 6 and 8 create a more concentrated cavitation zone, and at obtuse angles in the grooves having an isosceles-trapezoidal shape, a dispersed cavitation region arises, which helps to maintain the working condition of the knives for a longer period (Fig. 6).

Производительность конической мельницы при прочих равных условиях зависит от числа перекрытия канавок ножами, т.е. от числа ножничных воздействий на частицу. По мере приближения расположения ножей статора и ротора относительно друг друга как к параллельному (угол более 60^o), так и перпендикулярному (угол менее 10^o) направлениям в одинаковой мере (зеркальное расположение) уменьшается ножничный эффект, что ведет к уменьшению производительности мельницы. Оптимальные условия измельчения материала обеспечивается при угле наклона ножей 9 статора 2 и ножей 7 ротора 3 в направлении движения массы, равном 10-60^o.The productivity of the conical mill, ceteris paribus, depends on the number of overlapping grooves with knives, i.e. from the number of scissor actions on the particle. As the location of the stator and rotor blades approaches relative to each other, both the parallel (angle of more than 60 ^o ) and perpendicular (angle of less than 10 ^o ) directions to the same extent (mirror arrangement), the scissor effect decreases, which leads to a decrease in mill performance. Optimum grinding conditions for the material is ensured when the angle of inclination of the knives 9 of the stator 2 and the knives 7 of the rotor 3 in the direction of mass movement equal to 10-60 ^o .

Claims (1)

Коническая мельница, содержащая соосно смонтированные в корпусе разделенный по высоте на секции поперечными перегородками статор и ротор, выполненные в виде усеченных конусов, рабочие поверхности которых имеют ножи и канавки между ними, отличающаяся тем, что ротор разделен по высоте на секции поперечными перегородками, при этом перегородки ротора и статора выполнены с возможностью обеспечения дополнительной турбулизации потока, канавки ротора и статора в смежных секциях смещены относительно друг друга, перекрыты ножами и имеют изменяющиеся в секциях по ходу движения массы ширину от большей к меньшей, а количество - от меньшего к большему, и форму - от прямоугольной до неравнобедренно-трапецеидальной, причем угол между кромками ножей статора и ротора в плоскости развертки составляет 10 - 60^o.A conical mill, comprising a stator and a rotor coaxially mounted in the housing coaxially mounted in height into sections by transverse partitions, made in the form of truncated cones, the working surfaces of which have knives and grooves between them, characterized in that the rotor is divided into sections by transverse partitions in height, the rotor and stator partitions are configured to provide additional flow turbulization, the rotor and stator grooves in adjacent sections are offset from each other, overlapped by knives and have which are in sections in the direction of movement of the mass, the width is from larger to smaller, and the number is from smaller to larger, and the shape is from rectangular to non-isosceles-trapezoidal, and the angle between the edges of the stator and rotor knives in the scan plane is 10-60 ^o .

Images