RU2166993C2 - Method and apparatus for vortex grinding of materials - Google Patents

Abstract

FIELD: grinding equipment. SUBSTANCE: method involves introducing energy-carrier flow into grinding chamber; feeding basic material so that it is drawn into vortex flow and discharged together with energy carrier, with high-speed vortex with preferably spiral flux lines being generated within grinding cavity. Spiral flux lines are initiated at tore axis and terminated at its axial circle. Apparatus has housing with outer devices for feeding basic material so as to form high-speed vortex. Grinding chamber is defined by two toroidal surfaces having common center and axis. Outer toroidal surface has radius of toroidal circle approximately equal to that of axial circle of tore. Nozzle mounted in front of housing axial opening has inner toroidal surface with through intaking openings communicated with discharge branch pipes. Method and apparatus are preferably used for fine grinding of polydispersion materials. EFFECT: increased efficiency, reduced wear of grinding chamber walls and improved quality of ground material. 14 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области техники для измельчения материалов в вихревых камерах и может быть использовано для тонкого измельчения полидисперсных материалов в различных отраслях промышленности, например: горнорудной, химической, строительной, энергетической, пищевой, медицинской. The invention relates to the field of technology for grinding materials in vortex chambers and can be used for fine grinding of polydisperse materials in various industries, for example: mining, chemical, construction, energy, food, medical.

Известен способ вихревого измельчения материала, включающий тангенциальный ввод струй энергоносителя под углом к соответствующему радиусу зоны измельчения, ограниченной боковой и торцевыми стенками помольной камеры, с образованием высокоскоростного вихря, подачу исходного материала в камеру с вовлечением его в вихревой газовый поток и вывод целевого продукта (патент US N 3648936, B 02 C 19/06, 1970). A known method of vortex grinding of material, including the tangential entry of energy jets at an angle to the corresponding radius of the grinding zone bounded by the side and end walls of the grinding chamber, with the formation of a high-speed vortex, feed the source material into the chamber with its involvement in the vortex gas stream and the output of the target product (patent US N 3648936, B 02 C 19/06, 1970).

Известно также газодинамическое устройство для вихревого измельчения материала, содержащее помольную камеру, снабженную средствами для подачи исходного материала, каналами для подачи энергоносителя и патрубком для вывода целевого продукта, которое дополнительно содержит газоструйные излучатели высокого давления и при этом каждый канал подачи энергоносителя связан с полостью помольной камеры через соответствующий газоструйный излучатель, а угол выхода струй энергоносителя относительно соответствующего радиус помольной камеры равен 60-85^o (Евразийский патент ЕР N 0004 B1, B 02 C 19/06, 19/08, 1997).It is also known gas-dynamic device for vortex grinding of material, containing a grinding chamber, equipped with means for supplying the source material, channels for supplying energy and a pipe for outputting the target product, which additionally contains gas-jet emitters of high pressure and each feed channel of the energy source is connected with the cavity of the grinding chamber through the corresponding gas-jet emitter, and the exit angle of the energy carrier jets relative to the corresponding radius of the grinding chamber ene 60-85 ^o (N Eurasian patent EP 0004 B1, B 02 C 19/06, 19/08, 1997).

Известно также и газодинамическое устройство для вихревого измельчения материала, содержащее цилиндрическую помольную камеру, тангенциальные резонаторы Гельмгольца и перемещаемые патрубки для подачи материала, энергоносителя и вывода продуктов помола (А.С. СССР N 1282894, кл. B 02 C 19/00, 1983). A gas-dynamic device for vortex grinding of material is also known, containing a cylindrical grinding chamber, Helmholtz tangential resonators and movable nozzles for supplying material, energy carrier and output of grinding products (AS USSR N 1282894, class B 02 C 19/00, 1983) .

Известны также широко применяемые разные конструкции мельниц струйного типа, в которых измельчение материала происходит за счет соударения разогнанных высокоскоростной струей газа частиц измельчаемого материала с твердой мишенью. Various widely used various designs of jet-type mills are also known, in which the grinding of the material occurs due to the collision of particles of the crushed material dispersed by a high-speed gas jet with a solid target.

Недостатком устройств является значительный износ торцевых и боковых стенок помольной камеры при взаимодействии их с измельчаемым материалом, что, кроме износа агрегата, приводит также к повышенному содержанию примесей в продукте помола. Особенно существенно указанный недостаток проявляет себя при помоле твердых абразивных веществ, когда процесс износа и количество примеси особенно значительны. A disadvantage of the devices is the significant wear of the end and side walls of the grinding chamber when they interact with the milled material, which, in addition to the wear of the unit, also leads to an increased content of impurities in the grinding product. Especially significantly indicated disadvantage manifests itself when grinding solid abrasive substances, when the wear process and the amount of impurities are especially significant.

Наиболее близким по технической сущности изобретением к предложенному способу является способ вихревого измельчения материалов, включающий ввод струи энергоносителя в полость камеры измельчителя под углом к радиусу зоны измельчения с образованием высокоскоростного вихря, подачу исходного материала с вовлечением его в вихревой поток и вывод целевого продукта - измельченного материала вместе с энергоносителем (SU N 1282894, кл. B 02 C 19/00, 15.01.1987). The invention closest in technical essence to the proposed method is a method of vortex grinding of materials, comprising introducing a jet of energy carrier into the cavity of the grinder at an angle to the radius of the grinding zone with the formation of a high-speed vortex, feeding the source material with its involvement in the vortex flow and outputting the target product - crushed material together with energy carrier (SU N 1282894, class B 02 C 19/00, 01/15/1987).

Наиболее близким по технической сущности изобретением к предложенному устройству является устройство для вихревого измельчения материалов, включающее корпус с внешними средствами для подачи исходного материала, внешними патрубками для подачи энергоносителя под углом к радиусу зоны измельчения с образованием высокоскоростного вихря и вовлечением в вихревой поток измельчаемого материала, и внешними патрубками для транспортирования целевого продукта - измельченного материала с выходящим потоком энергоносителя, а также элементами сепарации и отделения целевого продукта от энергоносителя (SU N 1282894, кл. B 02 C 19/00, 15.01.1987). The closest in technical essence of the invention to the proposed device is a device for vortex grinding of materials, comprising a housing with external means for feeding the source material, external pipes for supplying energy at an angle to the radius of the grinding zone with the formation of a high-speed vortex and involving in the vortex stream of the crushed material, and external nozzles for transporting the target product - crushed material with an output stream of energy, as well as elements paration and separation of the target product from the energy carrier (SU N 1282894, CL B 02 C 19/00, 01/15/1987).

Недостатком известных способа и устройства является высокая степень износа стенок рабочей камеры при помоле и низкое качество измельчаемого материала. A disadvantage of the known method and device is the high degree of wear of the walls of the working chamber during grinding and the low quality of the crushed material.

Задачей изобретения является уменьшение степени износа стенок рабочей камеры при помоле и, как результат, повышение качества (чистоты) измельченного материала и увеличение срока службы рабочей камеры. The objective of the invention is to reduce the degree of wear of the walls of the working chamber during grinding and, as a result, improving the quality (purity) of the crushed material and increasing the service life of the working chamber.

Указанная задача достигается тем, что в способе вихревого измельчения материалов, включающем ввод струи энергоносителя в полость камеры измельчителя под углом к радиусу зоны измельчения с образованием высокоскоростного вихря, подачу исходного материала с вовлечением его в вихревой поток и вывод целевого продукта - измельченного материала вместе с энергоносителем, согласно изобретению высокоскоростной вихрь организуют внутри полости в виде торообразного вихря с преимущественно спиралевидными линиями тока, начинающимися у оси тора, а заканчивающимися у его осевой окружности, при этом полость образована двумя преимущественно торообразными поверхностями, имеющими общий центр и ось симметрии: внешней поверхностью, у которой радиус торообразующей окружности равен радиусу осевой окружности тора, усеченной в центральной области с одной стороны от экваториальной плоскости между центром тора и плоскостью, перпендикулярной ее оси, с образованием отверстия, и внутренней поверхностью, имеющей частично проницаемые границы, у которой радиус торообразующей окружности меньше радиуса торообразующей окружности внешней поверхности, а радиусы их осевых окружностей приблизительно равны, вводят высоконапорную профилированную струю энергоносителя вместе с измельчаемым материалом внутрь этой полости через отверстие в ней вдоль ее оси по направлению к ее центру и организуют вывод энергоносителя вместе с измельченным материалом, соединяя эту полость через внутреннюю торообразную поверхность с внешней атмосферой. This problem is achieved by the fact that in the method of vortex grinding of materials, which includes introducing a jet of energy into the cavity of the grinder at an angle to the radius of the grinding zone with the formation of a high-speed vortex, supplying the source material with its involvement in the vortex flow and outputting the target product - the crushed material together with the energy source , according to the invention, a high-speed vortex is organized inside the cavity in the form of a toroidal vortex with predominantly spiral-shaped streamlines starting at the axis of the torus, and ending at its axial circumference, while the cavity is formed by two mainly toroidal surfaces having a common center and axis of symmetry: the outer surface, in which the radius of the torus-forming circle is equal to the radius of the axial circumference of the torus, truncated in the central region on one side of the equatorial plane between the center of the torus and a plane perpendicular to its axis, with the formation of a hole, and an inner surface having partially permeable boundaries, in which the radius of the torus-forming circle is less the radius of the torus-forming circumference of the outer surface, and the radii of their axial circles are approximately equal, introduce a high-pressure shaped jet of energy carrier together with the crushed material into this cavity through a hole in it along its axis towards its center and organize the output of the energy carrier together with the crushed material connecting this cavity through an internal toroidal surface with an external atmosphere.

Указанная задача также достигается тем, что устройство для вихревого измельчения материалов, включающее корпус с внешними средствами для подачи исходного материала, внешними патрубками для подачи энергоносителя под углом к радиусу зоны измельчения с образованием высокоскоростного вихря и вовлечением в вихревой поток измельчаемого материала, и внешними патрубками для транспортирования целевого продукта измельченного материала с выходящим потоком энергоносителя, а также элементами сепарации и отделения целевого продукта от энергоносителя, согласно изобретению имеет камеру измельчения в корпусе, образованную двумя торообразными поверхностями, имеющими общий центр и ось, при этом внешняя торообразная поверхность выполнена с удаленной центральной частью корпуса от центра до его осевого отверстия с одной стороны от экваториальной плоскости и имеет радиус торообразующей окружности, примерно равной радиусу осевой окружности тора, при этом перед осевым отверстием установлено сопло, формирующее струю энергоносителя, истекающую из осевого отверстия в полость и направленную вдоль оси камеры измельчения через ее центр; внутренняя торообразная поверхность, осевая окружность которой примерно совпадает с осевой окружностью камеры измельчения, имеет сквозные отборные отверстия, сообщенные с отводными патрубками. This task is also achieved by the fact that the device for vortex grinding of materials, comprising a housing with external means for feeding the source material, external pipes for supplying energy at an angle to the radius of the grinding zone with the formation of a high-speed vortex and involving the material to be chopped into the vortex, and external pipes for transportation of the target product of crushed material with an output energy carrier stream, as well as elements of separation and separation of the target product from energy of the carrier according to the invention has a grinding chamber in the housing, formed by two toroidal surfaces having a common center and an axis, the outer toroidal surface being made with the remote central part of the housing from the center to its axial hole on one side of the equatorial plane and has a radius of the torus-forming circle, approximately equal to the radius of the axial circumference of the torus, while in front of the axial hole there is a nozzle forming an energy carrier stream flowing from the axial hole into the cavity and ennuyu along the axis of the grinding chamber through its center; the inner toroidal surface, the axial circumference of which approximately coincides with the axial circumference of the grinding chamber, has through selective holes in communication with the outlet pipes.

В основу базового способа положено применение для решения поставленных задач интенсивных концентрированных турбулентных тороидальных вихрей - класса вихревых течений, не применяемого ранее в вихревых измельчителях. Течения такого вида сохраняют большинство свойств линейных вихрей, необходимых для решения задач измельчения, дополняя их новыми и облегчая управление процессом помола. The basic method is based on the use of intensive concentrated turbulent toroidal vortices, a class of vortex flows not previously used in vortex grinders, to solve the problems posed. This type of flow retains most of the properties of linear vortices necessary for solving grinding problems, supplementing them with new ones and facilitating the control of the grinding process.

Базовый способ представляет из себя следующее решение. The basic method is the following solution.

Способ вихревого измельчения материала, включающий ввод струи газа - энергоносителя в полость камеры измельчителя под углом к радиусу зоны измельчения с образованием высокоскоростного вихря, подачу исходного материала с вовлечением его в вихревой поток и вывод целевого продукта - измельченного материала вместе с газом, отличающийся тем, что высокоскоростной вихрь организуют в виде торообразного вихревого кольца с преимущественно спиралевидными линиями тока, начинающимися вблизи оси тора, а заканчивающимися вблизи его осевой окружности, размещают его внутри полости, образованной двумя преимущественно торообразными поверхностями, имеющими общий центр и ось тора - внешней, у которой радиус торообразующей окружности r₁ равен радиусу осевой окружности тора R₁, усеченной в центральной области с одной стороны от экваториальной плоскости между плоскостью, перпендикулярной ее оси, и центром тора с образованием отверстия, и внутренней, у которой радиус торообразующей окружности r₂ < r₁, а радиус осевой окружности R₂~R₁, имеющей частично проницаемые границы, вводят высоконапорную профилированную струю газа вместе с измельчаемым материалом внутрь этой полости через отверстие в ней вдоль ее оси по направлению к ее центру и организуют вывод газа вместе с измельченным материалом, соединяя эту полость через внутреннюю торообразную поверхность с внешней по отношению к полости атмосферой.A method of vortex grinding of a material, including introducing a gas jet of energy into the cavity of the grinder at an angle to the radius of the grinding zone with the formation of a high-speed vortex, supplying the source material with its involvement in the vortex flow and outputting the target product - crushed material together with gas, characterized in that a high-speed vortex is organized in the form of a toroidal vortex ring with predominantly spiral-shaped streamlines starting near the axis of the torus and ending near its axial circumference they are placed inside a cavity formed by two mainly toroidal surfaces having a common center and a torus axis — the outer one, in which the radius of the torus-forming circle r ₁ is equal to the radius of the axial circle of the torus R ₁ truncated in the central region on one side of the equatorial plane between the plane, perpendicular to its axis, and the center of the torus with the formation of the hole, and the inner one, in which the radius of the torus circle r ₂ <r ₁ , and the radius of the axial circle R ₂ ~ R ₁ , having partially permeable boundaries, introduce a high head a shaped gas stream together with the crushed material inside this cavity through a hole in it along its axis towards its center and organize the gas outlet together with the crushed material, connecting this cavity through an internal toroidal surface with an atmosphere external to the cavity.

При реализации этого способа в устройстве существенно уменьшается трение измельчаемого материала о стенки по сравнению с устройствами, основанными на линейных вихрях, так как, во-первых, устранены торцевые стенки, характерные для большинства устройств линейного типа, и при этом не потеряна устойчивость, целостность и компактность течения. Значит трение о торцевые стенки отсутствует. Во-вторых, за счет существенного расширения газа при движении от центра к кольцевой оси тора, существенно снижается тангенциальная скорость вблизи поверхности полости, в которой происходит измельчение, что также приводит к уменьшению интенсивности взаимодействия измельчаемого материала с поверхностью. В-третьих, поверхность торообразной полости не имеет резких локальных изломов формы, приводящих к образованию застойных зон (таких как область вблизи соприкосновения боковых и торцевых стенок цилиндра), вредных вторичных течений с образованием приповерхностных вихрей и т.п., что приводит к более точному согласованию основного течения с приповерхностным слоем и в результате также приводит к уменьшению трения. В-четвертых, зоны повышенного износа локализованы, что позволяет предусмотреть для них особую защиту или замену (последнее относится прежде всего к устройству, реализующему описываемый принцип). When implementing this method, the device substantially reduces the friction of the material being crushed against the walls in comparison with devices based on linear vortices, since, firstly, the end walls characteristic of most linear devices are eliminated, and stability, integrity and compactness of the flow. This means that there is no friction against the end walls. Secondly, due to a significant expansion of the gas when moving from the center to the ring axis of the torus, the tangential velocity near the surface of the cavity in which grinding is substantially reduced, which also leads to a decrease in the intensity of interaction of the crushed material with the surface. Thirdly, the surface of the toroidal cavity does not have sharp local breaks in shape, leading to the formation of stagnant zones (such as the area near the contact of the side and end walls of the cylinder), harmful secondary flows with the formation of surface vortices, etc., which leads to a more accurate matching the main flow with the surface layer and as a result also leads to a decrease in friction. Fourth, areas of increased wear are localized, which allows for special protection or replacement (the latter relates primarily to a device that implements the described principle).

Среди различных действующих одновременно механизмов измельчения следует особо отметить следующий. В тороидальной полости на фоне основного тороидального течения образуется "ячеистая" структура, состоящая из интенсивных вторичных вихрей, порождающая ячеистую структуру поля давлений. Частицы материала пересекают эту структуру с большой скоростью, что приводит к возбуждению в них внутренних колебаний, что в конечном итоге приводит к их разрушению. Among the various grinding mechanisms operating simultaneously, the following should be especially noted. In the toroidal cavity, against the background of the main toroidal flow, a "cellular" structure is formed, consisting of intense secondary vortices, generating a cellular structure of the pressure field. Particles of material cross this structure at a high speed, which leads to the excitation of internal vibrations in them, which ultimately leads to their destruction.

Указанные вторичные вихревые структуры присутствуют и в линейных вихрях. Их наличие отмечено в работе [1]. В известных нам публикациях по измельчению материалов использование таких ячеистых структур не зафиксировано. These secondary vortex structures are also present in linear vortices. Their presence was noted in [1]. In the publications known to us on grinding materials, the use of such cellular structures is not fixed.

Проведенные нами экспериментальные исследования показали, что вихревые измельчители рассматриваемого типа полноценно функционируют и без дополнительных механизмов измельчения (типа резонаторов), хотя и с меньшим эффектом. Our experimental studies have shown that vortex shredders of the type under consideration fully function without additional grinding mechanisms (such as resonators), although with less effect.

В ячеистой структуре соседние вихри вращаются в противоположных направлениях и начинает работать механизм измельчения, связанный с частыми интенсивными соударениями частиц материала во встречных потоках на границах сопряжения вихрей. Локальная структура течения внутри торообразного вихря представляет собой турбулезированный сдвиговый слой с разными скоростями соседних параллельных участков. Частицы материала, перемещаясь поперек этого слоя, сталкиваются между собой, что также приводит к их измельчению. In the cellular structure, neighboring vortices rotate in opposite directions and the grinding mechanism begins to work, associated with frequent intense collisions of material particles in counter flows at the boundaries of the vortex conjugation. The local flow structure inside the toroidal vortex is a turbulent shear layer with different velocities of adjacent parallel sections. Particles of material moving across this layer collide with each other, which also leads to their grinding.

Во вращающемся потоке на частицы действуют центробежные силы и силы динамического давления со стороны движущегося газа. Скорость потока газа имеет две основные составляющие - вращательную и центростремительную (к кольцевой оси тора). Баланс сил, действующих на частицы вдоль радиуса кольцевой оси определяется соотношением массы частиц и эффективной площади их поверхности. Поэтому достаточно мелкие частицы увлекаются газом к выходу - к кольцевой оси, а более крупные удаляются от выхода, продолжая движение в вихревом потоке - осуществляется саморегулирующаяся классификация измельчаемого материала. In a rotating flow, centrifugal forces and dynamic pressure forces from the moving gas act on the particles. The gas flow rate has two main components - rotational and centripetal (to the annular axis of the torus). The balance of forces acting on particles along the radius of the annular axis is determined by the ratio of the mass of the particles and their effective surface area. Therefore, rather small particles are carried away by the gas to the exit - to the annular axis, and the larger ones move away from the exit, continuing to move in a vortex flow - a self-regulating classification of the crushed material is carried out.

В базовом способе измельчаемый материал, увлекаемый высоконапорной струей газа с большой скоростью ударяется о противоположную поверхность полости камеры измельчения. Трение и износ камеры измельчения в этой зоне максимальные. In the basic method, the material to be crushed, carried away by a high-pressure jet of gas, hits the opposite surface of the cavity of the grinding chamber at high speed. The friction and wear of the grinding chamber in this zone are maximum.

Для устранения этого недостатка предлагается дополнительно усечь внешнюю торообразную поверхность в центральной области со стороны экваториальной плоскости, противоположной отверстию, между плоскостью, перпендикулярной ее оси, и центром, а образовавшееся отверстие закрыть участком преимущественно плоской непроницаемой поверхности, сопряженной по границам с внешней поверхностью полости. Следствием такого решения оказывается образование мишени- "наковальни" для дробления материала, поступающего с набегающим потоком, что приводит к увеличению производительности измельчения. To eliminate this drawback, it is proposed to additionally truncate the outer toroidal surface in the central region from the side of the equatorial plane opposite the hole between the plane perpendicular to its axis and the center, and close the formed hole with a portion of a predominantly flat impenetrable surface conjugated along the boundaries with the outer surface of the cavity. The consequence of this solution is the formation of a “anvil” target for crushing the material coming in with an oncoming flow, which leads to an increase in grinding performance.

Функционально наковальня обеспечивает следующие свойства, уменьшающие трение измельчаемого материала о поверхность. Functionally, the anvil provides the following properties that reduce the friction of the crushed material on the surface.

Мишень локализует зону взаимодействия, обеспечивает столкновение практически под прямым углом к поверхности, устраняя касательный удар - минимизируется трение между этой поверхностью и измельчаемым материалом. The target localizes the interaction zone, provides a collision almost at right angles to the surface, eliminating the tangential impact - friction between this surface and the crushed material is minimized.

Оптимальное для конкретного материала соотношение вихревого и струйного измельчения варьируется за счет изменения диаметра входного сопла и давления перед ним. The ratio of vortex and jet grinding, optimal for a particular material, varies due to a change in the diameter of the inlet nozzle and pressure in front of it.

Способ вихревого измельчения материалов с использованием наковальни эффективен для измельчения твердых и хрупких материалов, однако при измельчении слипающихся материалов (например, известняка) на наковальне образуется нарост из материала, часто неправильной формы, который не только локально искажает течение, являясь причиной повышенного истирания прилегающих областей, но и существенно уменьшает роль ударного дробления, образуя мягкую подушку. The method of vortex grinding of materials using an anvil is effective for grinding hard and brittle materials, however, when grinding sticky materials (for example, limestone), a bulge is formed on the anvil from a material, often of irregular shape, which not only locally distorts the flow, causing increased abrasion of adjacent areas, but also significantly reduces the role of impact crushing, forming a soft pillow.

Кроме того наковальня приводит к потере полного давления в потоке и его локальной скорости, что необходимо компенсировать повышенным энергообеспечением. In addition, the anvil leads to a loss of full pressure in the stream and its local speed, which must be compensated by increased energy supply.

Для устранения этих отрицательных эффектов применяется следующее решение. The following solution is applied to eliminate these negative effects.

В решении по базовому способу усекают внешнюю торообразную поверхность в центральной области со стороны экваториальной плоскости, как и в способе с наковальней, но образовавшееся отверстие закрывают обтекаемой навстречу потоку поверхностью, преимущественно конической формы. При этом слипающийся материал интенсивно сдувается потоком с конуса. Конус обеспечивает локальный разворот потока с образованием подстилающего слоя ниже по течению, а вследствие уменьшения потерь полного давления энергопотребление уменьшается. In the solution according to the basic method, the outer toroidal surface is truncated in the central region from the equatorial plane, as in the anvil method, but the hole formed is closed with a surface, mainly conical, that is flowed towards the flow. In this case, the sticking material is intensively blown away by the flow from the cone. The cone provides a local turn of the flow with the formation of the underlying layer downstream, and due to a decrease in the total pressure loss, energy consumption decreases.

Другой вариант организации мишени - сами частицы измельчаемого материала, направленные навстречу друг другу. Для этого навстречу входной струе воздуха, симметрично ей относительно экваториальной плоскости организуют вторую струю, более тонкую, точно таким же способом, как и основную струю. При этом отношение расходов газа через встречные отверстия балансируют так, чтобы не нарушать существенно основное вихревое течение, а подачу измельчаемого материала организуют вместе с обоими входящими в камеру струями или только с одной из них. Another option for organizing the target is the particles of the material being crushed, directed towards each other. To do this, to meet the input air stream, symmetrically with respect to the equatorial plane, they organize a second stream, more subtle, in exactly the same way as the main stream. In this case, the ratio of gas flows through the oncoming openings is balanced so as not to disrupt the substantially main vortex flow, and the flow of crushed material is organized together with both jets entering the chamber or with only one of them.

Встречная струя газа может выполнять все те же функции что наковальня и конус, включая защиту от истирания прилежащих областей поверхности камеры измельчения. При этом полностью отсутствует "истирание" самой струи. Как и твердая мишень, встречная струя локально поворачивает поток, образует ниже по основному потоку вблизи поверхности слой, демпфирующий трение. The oncoming gas stream can perform all the same functions as the anvil and cone, including protection against abrasion of adjacent areas of the surface of the grinding chamber. In this case, the "abrasion" of the jet itself is completely absent. Like a solid target, the oncoming jet locally rotates the flow, forming a layer damping friction below the main flow near the surface.

Если встречная струя сопоставима по диаметру с основной струей, то скорость их столкновения ограничена условием сохранения мощного основного вихревого течения. If the oncoming jet is comparable in diameter with the main jet, then the speed of their collision is limited by the condition that the powerful main vortex flow is preserved.

Делая встречную струю существенно тоньше основной струи, мы помещаем ее в чехол основной струи и не портим основной вихрь. При этом скорость встречной струи можно сделать достаточно большой и таким образом увеличить энергию столкновения частиц измельчаемого материала, находящихся во встречных потоках. Making the oncoming jet substantially thinner than the main jet, we place it in the cover of the main jet and do not spoil the main vortex. In this case, the speed of the oncoming jet can be made large enough and thus increase the collision energy of particles of the crushed material in the oncoming flows.

Такой аналог струйной мельницы, являющийся в данном случае элементом общей измельчающей системы, причем элементом, согласованным и полезным, выполняющим в системе еще и другую задачу - уменьшение трения о поверхность. С другой стороны, и общая система обслуживает этот струйный измельчитель - организует рецикл (повторную подачу недоизмельченного материала в зону струйного измельчения) и отвод продуктов измельчения. Such an analogue of a jet mill, which in this case is an element of the general grinding system, moreover, an element that is consistent and useful, also performs another task in the system - reducing friction against the surface. On the other hand, the general system also serves this jet grinder - it organizes recycling (re-feeding of under-crushed material into the jet grinding zone) and removal of grinding products.

Встречная тонкая струя может комбинироваться с наковальней или конусом, усиливая общую эффективность механизма уменьшения трения - пристеночного слоя и являясь дополнительным измельчающим механизмом. The oncoming thin stream can be combined with an anvil or cone, enhancing the overall efficiency of the mechanism of friction reduction - the parietal layer and being an additional grinding mechanism.

При работе тороидального измельчителя частицы измельчаемого материала, отскакивая от мишени, могут попадать в зону, близкую к кольцевой оси тора и увлекаться потоком газа на выход из камеры измельчения, не достигнув требуемой степени измельчения. During the operation of the toroidal grinder, particles of the crushed material, bouncing off the target, can fall into the zone close to the annular axis of the torus and be carried away by the gas flow to the exit from the grinding chamber, without reaching the required degree of grinding.

Для устранения этого недостатка, улучшения структуры течения в целом, а также для образования элемента акустического резонатора, усиливая и организуя акустическое излучение от входящей струи газа в центральной части камеры измельчения, образуют незамкнутую поверхность, огораживающую ее центральную область, включая входное отверстие и противоположный относительно экваториальной плоскости участок внешней тороидальной поверхности от кольцевой оси, выбирая ее форму таким образом, чтобы она одновременно служила экраном, фокусирующим соплом, элементом акустического резонатора, элементом эжекторного ускорителя (совместно с входящей струей) и не ухудшала существенно вихревое течение в полости, что обеспечивается центральной частью преимущественно торообразной поверхности, усеченной плоскостями, перпендикулярными оси полости, расположенными по разные стороны от экваториальной плоскости, причем радиус осевой окружности этой поверхности R₃ ≈ R₁, а радиус торообразующей окружности r₃ выбирают так, что r₂ < r₃ < r₁.To eliminate this drawback, improve the flow structure as a whole, and also to form an acoustic resonator element, amplifying and organizing acoustic radiation from an incoming gas stream in the central part of the grinding chamber, they form an open surface enclosing its central region, including the inlet and opposite to the equatorial the plane, a portion of the outer toroidal surface from the annular axis, choosing its shape so that it simultaneously serves as a screen focusing with filling, an element of the acoustic cavity, an element of the ejector accelerator (together with the incoming jet) and did not significantly worsen the vortex flow in the cavity, which is ensured by the central part of the predominantly toroidal surface, truncated by planes perpendicular to the axis of the cavity, located on different sides from the equatorial plane, and the axial radius the circles of this surface are R ₃ ≈ R ₁ , and the radius of the torus-forming circle r _{3 is} chosen so that r ₂ <r ₃ <r ₁ .

Форму этого элемента выбирают близкой к форме линий тока, чтобы минимально исказить поток. The shape of this element is chosen close to the shape of the streamlines in order to minimize distortion of the flow.

Экран, отделяющий кольцевую ось тора от его оси, предотвращает прямое попадание недоизмельченных частиц в выходную зону течения и одновременно фокусирует поток частиц материала в центр. Несмотря на то, что такая фокусировка предусмотрена самой организацией тороидального течения, относительно крупные частицы все же недостаточно эффективно управляются газовым потоком. Твердая граница устраняет этот недостаток. A screen separating the annular axis of the torus from its axis prevents the direct passage of underfinished particles into the outlet flow zone and at the same time focuses the flow of material particles to the center. Despite the fact that such focusing is provided by the organization of the toroidal flow, relatively large particles are still not efficiently controlled by the gas flow. A solid border eliminates this drawback.

Экран-сопло втекающей струей газа за счет эжекции разгоняет поток, образуя мощное течение в канале, которое не только разгоняет частицы материала в нем, способствуя дроблению на мишени, но и стабилизирует и симметризует основной тороидальный вихрь. The screen nozzle by the flowing gas jet accelerates the flow due to ejection, forming a powerful flow in the channel, which not only accelerates the particles of material in it, contributing to crushing on the target, but also stabilizes and balances the main toroidal vortex.

Поскольку входящая струя создает в центральной области тороидального вихря акустическое излучение, то экран-сопло одновременно выполняет роль резонатора и элемента, фокусирующего направление акустических возмущений. Экран ограждает также основное (внешнее) течение от проникновения из центра лишних возмущений, которые в ряде случаев могут исказить вихревую решетку. Since the incoming jet creates acoustic radiation in the central region of the toroidal vortex, the screen nozzle simultaneously plays the role of a resonator and an element focusing the direction of acoustic disturbances. The screen also protects the main (external) flow from the penetration of unnecessary perturbations from the center, which in some cases can distort the vortex lattice.

В результате центробежной сепарации мелкие частицы измельчаемого материала располагаются ближе к центру вращения - кольцевой оси тора, а крупные на более удаленных орбитах. Это ухудшает вовлекаемость мелких частиц в скоростной поток вблизи оси тора, что, во-первых, не приводит к их должному разгону в наиболее скоростной части потока, а, во-вторых, не позволяет эффективно фокусировать их поток на наковальню или в область встречной струи. As a result of centrifugal separation, small particles of the crushed material are located closer to the center of rotation - the ring axis of the torus, and large ones in more distant orbits. This impairs the involvement of small particles in the high-speed flow near the torus axis, which, firstly, does not accelerate them properly in the most high-speed part of the flow, and, secondly, does not allow their flow to be focused effectively on the anvil or in the region of the oncoming jet.

Во всех газодинамических устройствах сравнительно мелкие частицы следуют за потоком и в процессе измельчения участвуют слабо. Например, в струйных мельницах измельчение происходит в основном в момент первого лобового удара. Его эффективность в значительной степени зависит от величины частиц. Крупные частицы сталкиваются эффективнее. Однако, как правило, крупная частица при столкновении рассыпается не только на мелкие, но и на крупные осколки. Измельчение мелких порошков происходит малоэффективно. In all gas-dynamic devices, relatively small particles follow the flow and are weakly involved in the grinding process. For example, in jet mills, grinding occurs mainly at the time of the first frontal impact. Its effectiveness largely depends on the size of the particles. Large particles collide more efficiently. However, as a rule, a large particle in a collision disintegrates not only into small, but also into large fragments. Grinding fine powders is ineffective.

Для увеличения эффективного размера частиц, и таким образом, увеличения срока и улучшения качества их измельчения без потери накопленного фактора мелкости в центральной части торообразной полости в окрестности ее оси проводят коагуляцию наиболее мелких фракций измельчаемого материала - первичного и находящегося на промежуточной стадии измельчения. При этом время измельчения увеличивается несущественно, поскольку коагулированная частица очень легко распадается на вихревой решетке, так как перепады давления проникают через ее пористую структуру. To increase the effective particle size, and thus increase the term and improve the quality of their grinding without losing the accumulated fineness factor, in the central part of the toroidal cavity in the vicinity of its axis, the smallest fractions of the crushed material are coagulated - the primary and intermediate grinding stage. At the same time, the grinding time increases insignificantly, since the coagulated particle decays very easily on the vortex lattice, since pressure drops penetrate its porous structure.

В предлагаемом решении измельчение мелкодисперсной фракции улучшено за счет рецикла соударений и автоматической сепарации в основном только мелкой фракции. Тем не менее, процесс измельчения такого типа может продолжаться достаточно длительно, поскольку струйный механизм дробления мелких частиц малоэффективен. В предлагаемом способе измельчение происходит в основном на вихревой решетке. Для увеличения числа соударений частиц в центре тора необходимо устранить неоднородность распределения материала вдоль радиуса. Для этого предлагается способ вихревого измельчения материалов, отличающийся тем, что разрушают слоистую структуру распределения материала в центральной части полости камеры измельчения в окрестности ее оси. In the proposed solution, the grinding of the finely dispersed fraction is improved due to collision recycling and automatic separation of mainly only the finest fraction. Nevertheless, the grinding process of this type can last quite a long time, since the jet mechanism of crushing of small particles is ineffective. In the proposed method, grinding occurs mainly on a vortex lattice. To increase the number of particle collisions in the center of the torus, it is necessary to eliminate the nonuniform distribution of the material along the radius. For this, a method of vortex grinding of materials is proposed, characterized in that they destroy the layered structure of the distribution of material in the Central part of the cavity of the grinding chamber in the vicinity of its axis.

Увеличение однородности приведет к увеличению относительного количества мелких частиц вблизи оси тора и, значит, увеличит как число соударений их с мишенью, так и скорость соударений. An increase in homogeneity will lead to an increase in the relative amount of small particles near the axis of the torus and, therefore, will increase both the number of collisions with the target and the speed of collisions.

Приведенный выше прием коагуляции усилит этот эффект. The coagulation technique given above will enhance this effect.

В приведенном выше базовом способе организации торообразного вихря весь газ выходит через зону вблизи кольцевой оси полости. При этом около кольцевой оси тора образуется мощное течение, способное увлечь на выход не только мелкие, но и достаточно крупные частицы. Процесс измельчения происходит в основном на удалении от этой зоны. Для улучшения степени измельчения материала предлагается способ, отличающийся от базового тем, что на внешней тороидальной поверхности полости организуют дополнительный выход газа с измельченным материалом и источник акустического излучения в виде кольцевой щели, симметричной относительно оси симметрии, или в виде системы отверстий, организуя при этом поворот потока в зоне щели или отверстий снаружи полости под острым углом к течению в полости для обеспечения здесь локально центробежной классификации. In the above basic method of organizing a toroidal vortex, all gas escapes through a zone near the annular axis of the cavity. At the same time, a powerful flow is formed near the annular axis of the torus, capable of capturing not only small, but also sufficiently large particles. The grinding process occurs mainly at a distance from this zone. To improve the degree of grinding of the material, a method is proposed that differs from the base in that an additional gas outlet with crushed material and an acoustic radiation source in the form of an annular gap symmetrical with respect to the axis of symmetry or as a system of holes are arranged on the external toroidal surface of the cavity, thereby organizing a rotation flow in the zone of the slit or holes outside the cavity at an acute angle to the flow in the cavity to provide a locally centrifugal classification.

Частичный отвод газа через внешнюю тороидальную поверхность приводит к уменьшению центростремительной составляющей скорости и уменьшению скорости вблизи кольцевой окружности. В результате меняется соотношение центробежной и центростремительной составляющей силы, действующей на частицы измельчаемого материала и, значит, на выход попадают более мелкие частицы. Partial gas removal through an external toroidal surface leads to a decrease in the centripetal component of the velocity and a decrease in velocity near the annular circle. As a result, the ratio of the centrifugal and centripetal component of the force acting on the particles of the crushed material changes, and, therefore, smaller particles get the output.

Кроме этого, отток газа увеличивает вращательную составляющую скорости базового тороидального вихря, интенсифицируя его и увеличивая мощность вторичных течений, в частности вихревой ячеистой структуры, что приводит к интенсификации процесса дробления. Перераспределение расходов и скоростей позволяет получить тот же эффект при меньших энергозатратах, либо больший эффект при тех же энергозатратах. In addition, the outflow of gas increases the rotational component of the velocity of the base toroidal vortex, intensifying it and increasing the power of secondary flows, in particular the vortex cellular structure, which leads to an intensification of the crushing process. Redistribution of costs and speeds allows you to get the same effect with less energy, or a greater effect with the same energy.

Для того, чтобы через тангенциальный выход не вылетали недоизмельченные крупные частицы материала, его необходимо снабдить классификатором. Типичным классификатором для такого случая, является крутой поворот потока. Крупные частицы материала по инерции проскакивают поворот и увлекаются далее вихревым течением, а мелкие, увлекаемые потоком газа, поступают на выход. Можно также организовать перед выходом уступ, например, в виде трамплина. За ним образуется мелкий вихрь, который также является классификатором. In order to prevent unrefined large particles of material from flying out through a tangential exit, it must be equipped with a classifier. A typical classifier for this case is a sharp turn of the flow. Large particles of material by inertia skip a turn and are carried away further by the vortex flow, while small particles carried away by the gas flow enter the outlet. You can also arrange a ledge before exiting, for example, in the form of a springboard. A small vortex forms behind it, which is also a classifier.

Описанный выше способ измельчения является единым механизмом полностью согласованных между собой и взаимообусловленных процессов. Устранение каких-либо из них не приведет к потере его работоспособности, но может ухудшить его характеристики. The grinding method described above is a single mechanism of fully coordinated and interdependent processes. Elimination of any of them will not lead to a loss of its performance, but may worsen its performance.

Предлагаемый способ может быть реализован в устройстве в полном объеме, включая вариантные части и при этом будет работать наиболее эффективно. Тем не менее, по соображениям разумной достаточности, экономичности, производственных сложностей изготовления или технологического обеспечения процесса измельчения в целом, а также по соображениям максимальной простоты и ремонтоспособности для эксплуатации в облегченных условиях может оказаться целесообразным применение некоторых его сокращенных вариантов. Кроме того, приведенный способ достаточно универсален для разных измельчаемых материалов. Может оказаться, что для некоторых материалов, при их поточном производстве достаточно будет применить только часть из приведенных механизмов. The proposed method can be implemented in the device in full, including variant parts and at the same time will work most efficiently. Nevertheless, for reasons of reasonable sufficiency, economy, manufacturing difficulties of manufacturing or technological support of the grinding process as a whole, as well as for reasons of maximum simplicity and maintainability for operation in light conditions, it may be appropriate to use some of its reduced options. In addition, the above method is quite versatile for various materials to be ground. It may turn out that for some materials, with their in-line production, it will be sufficient to apply only a part of the above mechanisms.

Итак, задача уменьшения истирания стенок помольного устройства при измельчении материала решена тем, что в способе вихревого измельчения материала камеру измельчения, в отличие от аналогов и прототипа, выполняют в форме тора, а струю энергоносителя (газа) пропускают через центр этой зоны вдоль оси камеры, создавая в зоне измельчения мощный торообразный вихрь, сопровождающийся мощными вторичными течениями. В окрестности кольцевой оси тора благодаря расположенному там полому торообразному патрубку с отверстиями, соединенному посредством отводящих патрубков с внешней атмосферой, образуют зону более низкого давления, чем в остальной части торообразной полости, и тем самым обеспечивают необходимую структуру вихря. So, the task of reducing the abrasion of the walls of the grinding device during grinding of the material is solved by the fact that in the method of vortex grinding of the material, the grinding chamber, in contrast to analogues and prototype, is made in the form of a torus, and a stream of energy carrier (gas) is passed through the center of this zone along the axis of the chamber, creating a powerful toroidal vortex in the grinding zone, accompanied by powerful secondary flows. In the vicinity of the annular axis of the torus, due to the hollow toroidal nozzle with openings located there, connected by means of outlet nozzles to the external atmosphere, they form a zone of lower pressure than in the rest of the toroidal cavity, and thereby provide the necessary vortex structure.

Таким образом принципиально устраняют истирание торцевых стенок камеры - у тороидальной камеры эти поверхности отсутствуют. Кроме того, организованное таким образом течение имеет значительно меньшую касательную составляющую скорости у поверхности камеры по сравнению с течениями цилиндрического типа, что также снижает ее износ. При этом зоны повышенного износа локализованы, что позволяет предусмотреть для них особую защиту или замену. Thus, the abrasion of the end walls of the chamber is fundamentally eliminated - these surfaces are absent at the toroidal chamber. In addition, the flow organized in this way has a much smaller tangential velocity component at the surface of the chamber as compared with cylindrical flows, which also reduces its wear. Moreover, areas of increased wear are localized, which allows for special protection or replacement.

Ввод энергоносителя с исходным материалом производится в центр тора через разгонное сопло, расположенное напротив наковальни, изготовленной из высокопрочного материала. Выход газа-носителя с измельченным материалом осуществляется через отверстия торообразного отборника, располагающегося внутри зоны измельчения соосно с ней. The energy carrier with the source material is introduced into the center of the torus through an accelerating nozzle located opposite the anvil made of high-strength material. The carrier gas with the crushed material is released through the holes of the toroidal sampler located inside the grinding zone coaxially with it.

Образованный в камере интенсивный торообразный вихрь обеспечивает центробежную классификацию частиц измельчаемого материала. Этот же вихрь обеспечивает разгон (совместно с входящей из разгонного сопла струей) и повторную подачу крупных частиц на наковальню, а механизм вихревой классификации обеспечивает отвод из зоны измельчения только частиц, достигших определенного малого размера. An intense toroidal vortex formed in the chamber provides centrifugal classification of particles of the crushed material. The same vortex provides acceleration (together with the jet coming from the accelerating nozzle) and re-supply of large particles to the anvil, and the vortex classification mechanism ensures that only particles that have reached a certain small size are removed from the grinding zone.

Мощные вторичные трехмерные течения внутри торообразного вихря и в зонах его сопряжения с внутренней поверхностью рабочей камеры способствуют как интенсивному перемешиванию материала, так и организации его самоистирания при соударении частиц. Одновременно с этими процессами в устройстве происходит дробление частиц за счет акустического излучения. В базовой конфигурации инициирующие акустические излучения вырабатываются при истечении сверхзвуковой струи из разгонного сопла и в зонах мощных вторичных течений. Устройство может быть дополнительно снабжено известными типами акустических излучателей для увеличения процента акустического измельчения. Powerful secondary three-dimensional flows inside the toroidal vortex and in the zones of its conjugation with the inner surface of the working chamber contribute to both intensive mixing of the material and the organization of its self-abrasion during particle collision. Simultaneously with these processes in the device, particles are crushed due to acoustic radiation. In the basic configuration, initiating acoustic radiation is generated when a supersonic jet flows from an accelerating nozzle and in areas of powerful secondary flows. The device may be further provided with known types of acoustic emitters to increase the percentage of acoustic grinding.

Предлагаемый способ реализован в устройстве, в основном повторяющем его структуру с рядом дополнений. Устройство изготовлено и опробовано. Получены положительные результаты его предварительных испытаний. The proposed method is implemented in a device that basically repeats its structure with a number of additions. The device is manufactured and tested. The positive results of its preliminary tests are obtained.

На фиг. 1 приведена общая блок-схема помольного агрегата; на фиг. 2 - схема вихревого измельчителя, являющегося предметом настоящего изобретения. In FIG. 1 shows a general block diagram of a grinding unit; in FIG. 2 is a diagram of a vortex shredder, which is the subject of the present invention.

Устройство для измельчения материалов, блок-схема которого приведена на фиг. 1, состоит из измельчителя материала 3, системы подачи сжатого чистого сухого воздуха 1, системы подачи измельчаемого материала 2, системы дополнительной сепарации и осаждения продуктов измельчения 5 и системы управления и контроля работы устройства 4. A device for grinding materials, a block diagram of which is shown in FIG. 1, consists of a material shredder 3, a compressed pure dry air supply system 1, a crushed material supply system 2, a system for additional separation and precipitation of grinding products 5, and a control and monitoring system for the operation of the device 4.

Патентуемым элементом устройства является измельчитель 3 на фиг. 1. The patented element of the device is the chopper 3 in FIG. 1.

Измельчитель содержит корпус 1 (фиг. 2) с полостью 1а (камерой измельчения), которая имеет преимущественно тороидальную форму с большим радиусом тора, приблизительно равным малому радиусу. Входной патрубок 2 соединен с разгонным соплом 3, служащим для ввода материала и газа-носителя в центральную зону камеры вдоль ее оси. Напротив сопла, симметрично ему относительно центра тора, расположена "наковальня" 7. Деталь 76, на которой закреплена наковальня 7, - сменная. Вместо "наковальни" может быть установлен обтекаемый элемент приблизительно конической формы 7а. Между осью камеры и отборником помещен экран-сопло 6 в форме участка торообразного слоя, закрепленный на перемычках 6а. Выгрузочные патрубки 4 соединены с отборным патрубком 5, имеющим преимущественно тороидальную форму, расположенным внутри полости 1а приблизительно соосно с ней относительно их эллиптических осей. Патрубок 5 имеет отверстия 5а, соединяющие его внутреннюю полость с полостью 1а камеры измельчения. The chopper contains a housing 1 (Fig. 2) with a cavity 1a (grinding chamber), which has a predominantly toroidal shape with a large torus radius approximately equal to a small radius. The inlet pipe 2 is connected to an accelerating nozzle 3, which serves to enter the material and carrier gas into the central zone of the chamber along its axis. Opposite the nozzle, symmetrically to it with respect to the center of the torus, is the “anvil” 7. Part 76, on which the anvil 7 is fixed, is replaceable. Instead of an anvil, a streamlined element of approximately conical shape 7a can be installed. Between the axis of the chamber and the sampler, a screen-nozzle 6 is placed in the form of a section of a toroidal layer, mounted on jumpers 6a. The discharge pipes 4 are connected to a selective pipe 5 having a predominantly toroidal shape located inside the cavity 1a approximately coaxially with it relative to their elliptical axes. The pipe 5 has openings 5a connecting its internal cavity with the cavity 1a of the grinding chamber.

Устройство для измельчения материалов работает следующим образом. Материал, подлежащий измельчению, подается из дозатора через загрузочный патрубок в камеру предварительного смешения, попадая в ней в поток энергоносителя. Затем материал, смешанный с энергоносителем, поступает через сопло 3 со сверхзвуковой скоростью в камеру 1, где измельчается при ударах о "наковальню", в результате акустического воздействия, в результате самоистирания в потоках газа (в первую очередь в зонах больших градиентов давления и в зонах встречных потоков вторичных течений). A device for grinding materials works as follows. The material to be crushed is fed from the dispenser through the loading nozzle into the preliminary mixing chamber, falling into the energy carrier stream in it. Then the material mixed with the energy carrier passes through the nozzle 3 at a supersonic speed into the chamber 1, where it is crushed by impacts on the “anvil”, as a result of acoustic impact, as a result of self-abrasion in gas flows (primarily in areas of large pressure gradients and in zones counter flows of secondary currents).

Измельченный материал поступает вместе с вытекающим из рабочей камеры потоком энергоносителя в отборник 5. При этом крупные частицы, имеющие большее отношение (масса)/(эффективная площадь поверхности) благодаря центробежным силам не могут быть увлечены выходящим потоком газа, остаются в зоне измельчения и поступают на рецикл. Таким образом обеспечивается автоматическая центробежно-стоксовая классификация измельчаемого материала непосредственно в зоне измельчения. The crushed material enters, together with the energy carrier flow flowing out of the working chamber, into sampler 5. In this case, large particles having a greater ratio (mass) / (effective surface area) due to centrifugal forces cannot be entrained by the outgoing gas stream, remain in the grinding zone and go to recycling. This ensures automatic centrifugal-Stokes classification of the material to be crushed directly in the grinding zone.

Готовый продукт удаляется через выгрузочный патрубок, соединенный с циклонным осадителем и, возможно, другими фильтрующими устройствами. The finished product is removed through an unloading pipe connected to a cyclone precipitator and, possibly, other filtering devices.

Экран-сопло 6 препятствует прямому попаданию крупных частиц измельчаемого материала после их отскока от "наковальни" непосредственно в зону, близкую к выходному патрубку. Одновременно он выполняет роль сопла, фокусирующего поток частиц и газа в зоне наковальни, как впервые поступающих из сопла 3, так и поступающих в эту зону повторно в результате рецикла, обусловленного вихревым течением. Этот же элемент способствует дополнительному ускорению повторно поступающих в зону наковальни частиц и газа благодаря эффекту эжекции, создаваемому струей газа из сопла 3. The screen-nozzle 6 prevents the direct ingress of large particles of crushed material after they bounce from the "anvil" directly into the area close to the outlet pipe. At the same time, it plays the role of a nozzle focusing the flow of particles and gas in the anvil zone, both coming from nozzle 3 for the first time and coming to this zone repeatedly as a result of recycle due to the vortex flow. The same element contributes to the additional acceleration of particles and gas re-entering the anvil zone due to the ejection effect created by the gas stream from the nozzle 3.

Для повышения чистоты продукта (устранения дополнительных примесей от взаимодействия частиц измельчаемого материала с поверхностью устройства) вместо "наковальни" может быть установлен обтекаемый элемент приблизительно конической формы, приводящий, однако, как показали проведенные нами эксперименты, к уменьшению общей производительности за счет отсутствия прямых соударений разогнанных газом частиц материала с твердой поверхностью - мишенью. To increase the purity of the product (elimination of additional impurities from the interaction of particles of the crushed material with the surface of the device), a streamlined element of approximately conical shape can be installed instead of the “anvil”, however, as shown by our experiments, a decrease in the overall productivity due to the absence of direct collisions of the dispersed gas of particles of material with a solid surface - the target.

Предлагаемое устройство реализует вышеизложенный способ измельчения. Кроме того, для повышения эффективности его работы добавлено дополнительное техническое решение - предварительный разгон материала перед поступлением его в измельчитель. The proposed device implements the above grinding method. In addition, to increase the efficiency of its work, an additional technical solution was added - preliminary dispersal of the material before it enters the grinder.

По функциональной структуре устройство построено так же, как и способ. Базовое устройство работоспособно и без дополнительных элементов, хотя работает без них менее эффективно. The functional structure of the device is constructed in the same way as the method. The basic device is functional and without additional elements, although it works less efficiently without them.

В описание устройства включен не только сам измельчитель, являющийся собственно изобретением, но и схематично то его окружение (среда), в котором предполагается его функционирование. The description of the device includes not only the chopper itself, which is the invention itself, but also its environment (environment), in which it is supposed to function, is schematically.

Газодинамическое устройство для измельчения насыпных материалов, включающее вихревой измельчитель, снабженный внешними средствами для подачи исходного материала, внешними патрубками для подачи энергоносителя, сжатого газа, и внешними патрубками для транспортирования целевого продукта - измельченного материала с выходящим потоком газа, а также элементами сепарации и отделения целевого продукта от газа-носителя (осаждения) известны ранее типов, в котором ввод в полость камеры измельчения струи газа-носителя и исходного материала, предназначенного для измельчения, производится под углом к радиусу зоны измельчения с образованием высокоскоростного вихря и вовлечением в вихревой поток измельчаемого материала, а вывод измельченного материала из вихревого измельчителя производится вместе с выходящим из него газом, после чего производится отделение материала от газа, отличающееся тем, что вихревой измельчитель, реализующий предлагаемый базовый способ измельчения, состоит из: корпуса, имеющего преимущественно торообразную полость - камеру измельчения, у которой радиус торообразующей окружности примерно равен радиусу осевой окружности тора, причем с одной стороны от экваториальной плоскости в полости имеется осевое отверстие, соосное с ней, а центральная часть корпуса от отверстия до центра удалена; входного сопла, формирующего струю газа, истекающую из осевого отверстия в полости и направленную вдоль оси камеры измельчения через ее центр; торообразного отборного патрубка, осевая окружность которого примерно совпадает с осевой окружностью камеры измельчения, имеющего на своей поверхности сквозные отверстия, соединяющие его внутреннюю полость с полостью камеры измельчения; отводных патрубков, соединяющих внутреннюю полость отборного патрубка с атмосферой, внешней по отношению к камере измельчения через отверстия в ней, одновременно являющихся элементами крепления отборного патрубка внутри камеры измельчения. A gas-dynamic device for grinding bulk materials, including a vortex grinder, equipped with external means for supplying the source material, external nozzles for supplying energy, compressed gas, and external nozzles for transporting the target product - crushed material with an outgoing gas stream, as well as separation and separation elements of the target of the product from the carrier gas (deposition), previously known types, in which the introduction into the cavity of the grinding chamber of the jet of carrier gas and the source material, before designated for grinding, is performed at an angle to the radius of the grinding zone with the formation of a high-speed vortex and the grinding material is involved in the vortex stream, and the crushed material is withdrawn from the vortex grinder with the gas leaving it, after which the material is separated from the gas, characterized in that a vortex grinder that implements the proposed basic grinding method consists of: a housing having a predominantly toroidal cavity — a grinding chamber with a radius t the circumferential circle is approximately equal to the radius of the axial circumference of the torus, and on one side of the equatorial plane in the cavity there is an axial hole coaxial with it, and the central part of the body from the hole to the center is removed; an inlet nozzle forming a gas stream flowing from an axial hole in the cavity and directed along the axis of the grinding chamber through its center; a toroidal selected nozzle, the axial circumference of which approximately coincides with the axial circumference of the grinding chamber, which has through holes on its surface connecting its internal cavity with the cavity of the grinding chamber; branch pipes connecting the internal cavity of the selective pipe with the atmosphere external to the grinding chamber through the holes in it, which are simultaneously the fastening elements of the selective pipe inside the grinding chamber.

Базовое устройство действует в соответствие с принципами, изложенными в базовом способе. The basic device operates in accordance with the principles set forth in the basic method.

Корпус камеры должен обладать необходимой прочностью для того, чтобы выдерживать усилия, создаваемые давлением внутри его полости, не деформироваться при работе и не допускать такой утечки воздуха через неописанные в конструкции отверстия, при которой его функционирование нарушится. The camera body must have the necessary strength in order to withstand the forces created by the pressure inside its cavity, not to deform during operation and not to allow such air leakage through openings not described in the design, in which its functioning is impaired.

Сопло выполняют таким образом, чтобы получить хорошо сформированную струю газа. The nozzle is configured to produce a well-formed gas stream.

Организация оттока газа в окрестности кольцевой оси тора должна удовлетворять условиям способа. The organization of the gas outflow in the vicinity of the annular axis of the torus must satisfy the conditions of the method.

Торообразный вихрь самоформируется в камере измельчения при достижении достаточного расхода газа через входное сопло. A toroidal vortex is self-forming in the grinding chamber when a sufficient gas flow through the inlet nozzle is achieved.

При этом существенно, что в окрестности кольцевой оси тора располагают полый торообразный полупроницаемый патрубок, соединяя его посредством отводящих патрубков с внешней атмосферой, образуя тем самым зону давления, более низкого, чем в остальной части торообразной полости, и тем самым обеспечивают необходимую структуру вихря. It is significant that in the vicinity of the annular axis of the torus a hollow toroidal semi-permeable nozzle is located, connecting it by means of outlet nozzles with the external atmosphere, thereby forming a pressure zone lower than in the rest of the toroidal cavity, and thereby provide the necessary vortex structure.

Для реализации способа измельчения материала с использованием наковальни в базовом устройстве дополнительно устанавливают мишень, расположенную симметрично входному соплу напротив него на поверхности усеченной центральной части торообразной полости, имеющую форму диска, сопряженного по радиусу с локальным радиусом тора в месте сопряжения, и изготовленную из материала повышенной прочности, стойкого к истиранию и обладающего повышенной упругостью, чтобы увеличить эффективность дробления материала при лобовом ударе и его отскок после удара. Для мягких и пластичных материалов требование прочности наковальни не актуально. To implement the method of grinding material using an anvil in the base device, an additional target is installed, located symmetrically to the inlet nozzle opposite it on the surface of the truncated central part of the toroidal cavity, having the shape of a disk mated in radius with the local radius of the torus at the junction, and made of high-strength material resistant to abrasion and having increased elasticity to increase the efficiency of crushing of the material during a frontal impact and its rebound after e strike. For soft and ductile materials, the requirement of the strength of the anvil is not relevant.

Для оптимизации процесса измельчения слипающихся материалов базовое устройство вместо наковальни снабжено обтекаемым элементом преимущественно конической формы, направленным вершиной-острием навстречу вытекающей из входного сопла струе, изготовленным из материала повышенной прочности и стойкого к истиранию. To optimize the grinding process of sticking together materials, the base device, instead of the anvil, is equipped with a streamlined element of predominantly conical shape, directed by the tip-tip towards the jet flowing from the inlet nozzle, made of a material of increased strength and resistant to abrasion.

Для реализации способа с использованием встречных струй устройство дополнительно снабжают вторым входным соплом, создающим встречную струю газа со взвешенным в ней измельчаемым материалом, и располагают его напротив первого с противоположной стороны экваториальной плоскости на оси камеры измельчения, диаметр которого, как правило, меньше диаметра первого, причем при реализации базового способа край выходного отверстия этого сопла сопряжен с тороидальной внутренней поверхностью камеры измельчения, а при реализации способов с наковальней или конусом диаметр выходного отверстия этого сопла меньше диаметра наковальни или основания конуса, соответственно. To implement the method using oncoming jets, the device is additionally equipped with a second inlet nozzle creating an oncoming gas stream with the material to be ground therein and placed opposite the first from the opposite side of the equatorial plane on the axis of the grinding chamber, the diameter of which, as a rule, is smaller than the diameter of the first, moreover, when implementing the basic method, the edge of the outlet of this nozzle is paired with the toroidal inner surface of the grinding chamber, and when implementing the methods with an anvil ney cone or outlet diameter of the nozzle is less than the diameter of the anvil or the base of the cone, respectively.

Чтобы встречная струя газа не тормозила существенно основную входную струю, она должна быть либо достаточно слабой, выполняющей роль демпфера, уменьшающего трение, либо, значительно тоньше основной струи. In order for the oncoming gas jet not to substantially inhibit the main input stream, it must be either weak enough, acting as a damper that reduces friction, or much thinner than the main stream.

Для реализации базового способа с экраном в базовом устройстве дополнительно размещают в камере измельчения экран-сопло, имеющий форму, близкую к форме центральной части торообразного слоя со скругленными торцевыми краями, и закрепленный штангами-перемычками на отводящем патрубке. To implement the basic method with a screen in the basic device, a screen-nozzle is additionally placed in the grinding chamber, having a shape close to the shape of the central part of the toroidal layer with rounded end edges, and fixed by jumper rods on the outlet pipe.

Для реализации способа со сверхзвуковым соплом в базовом устройстве входное сопло камеры измельчения имеет профиль сверхзвукового сопла, а высоконапорную струю газа вводят со сверхзвуковой скоростью. To implement the method with a supersonic nozzle in the base device, the input nozzle of the grinding chamber has a supersonic nozzle profile, and a high-pressure gas jet is introduced at a supersonic speed.

В описываемом варианте устройства сверхзвуковая струя обеспечивает сразу три функции, описанные в способе. In the described embodiment of the device, the supersonic stream provides three functions described in the method.

Истечение высоконапорной струи, как известно, сопровождается акустическим излучением. Особенно ярко это выражено при истечении сверхзвуковой струи. Частота излучения зависит от профиля сопла и величины перепада давления на нем. Акустические колебания, возмущая поток, усиливают процессы перемешивания в нем, увеличивая его однородность за счет нарушения слоистой структуры распределения материала в потоке в приосевой зоне. The outflow of a high-pressure jet is known to be accompanied by acoustic radiation. This is especially pronounced when a supersonic jet expires. The radiation frequency depends on the nozzle profile and the pressure drop across it. Acoustic vibrations, disturbing the flow, enhance the mixing processes in it, increasing its uniformity due to the violation of the layered structure of the distribution of material in the flow in the axial zone.

При воздействии акустического излучения на пылесодержащий поток газа в нем могут происходить процессы коагуляции - мелкие частицы объединяются в группы-комочки, слипаясь между собой. Условия для протекания процессов коагуляции приведены, например, в статье [2], где этот процесс применялся для повышения эффективности пылеосаждающих устройств. Для осуществления способа требуется высоконапорная струя, позволяющая создать высокий уровень акустических колебаний. When acoustic radiation acts on a dusty gas stream, coagulation processes can occur in it - small particles are combined into lump groups, sticking together. The conditions for the occurrence of coagulation processes are given, for example, in [2], where this process was used to increase the efficiency of dust-precipitating devices. To implement the method requires a high-pressure jet, which allows to create a high level of acoustic vibrations.

Известно также, что акустическое поле, создаваемое сверхзвуковой струей, может иметь периодическую структуру, т.е. образовывать стоячие волны - решетку перепадов давления. Этот процесс также неоднократно исследовался (см. например, [3]). It is also known that the acoustic field created by a supersonic jet can have a periodic structure, i.e. to form standing waves - a lattice of pressure drops. This process has also been repeatedly studied (see, for example, [3]).

Для реализации способа с тангенциальным газоотводом в базовом устройстве дополнительно делают наклонную коническую щель, расположенную в корпусе измельчителя соосно с полостью камеры измельчения, с перемычками или группы небольших наклонных отверстий, оси которых проходят через окружность с центром на оси камеры измельчения равномерно по ее длине и пересекаются в одной точке на оси камеры, причем щель и отверстия наклонены в сторону, противоположную движению потока, а угол наклона как щели, так и каждого из отверстий относительно тороидальной поверхности полости камеры в месте их сопряжения составляет не более 45 градусов. To implement the method with a tangential gas outlet in the base device, an inclined conical slit is additionally made, located in the grinder body coaxially with the cavity of the grinding chamber, with jumpers or groups of small inclined holes, the axes of which pass through a circle with a center on the axis of the grinding chamber uniformly along its length and intersect at one point on the axis of the chamber, with the slit and holes tilted in the opposite direction to the flow movement, and the angle of inclination of both the slit and each of the holes relative to the torus distal surface of the cavity chambers at their interface is not more than 45 degrees.

В предлагаемом варианте устройства классификация материала в области "тангенциального" выхода, разделяющего его на выводимый и остающийся в камере измельчения, произведена по классической схеме: крутой разворот потока выводным отверстием в сторону, противоположную направлению исходного потока в окрестности отводящего отверстия. Процесс классификации и разделения материала для этого случая разъяснен при описании способа. In the proposed embodiment of the device, the classification of the material in the region of the "tangential" exit, dividing it into the output and remaining in the grinding chamber, is carried out according to the classical scheme: a steep turn of the flow with the outlet hole in the direction opposite to the direction of the initial stream in the vicinity of the outlet hole. The process of classification and separation of material for this case is explained in the description of the method.

Для более эффективного измельчения материалов в базовом устройстве перед входным соплом (входными соплами) камеры измельчения устанавливают прямолинейный разгонный патрубок (патрубки), соединенный в торце с входным соплом через сопло сопряжения, в который подается сжатый газ и измельчаемый материал, выполняющий одновременно роль камеры смешения и предварительного разгона частиц измельчаемого материала. Разгонный патрубок устанавливают, как правило, вертикально, а потоки в нем направляют вниз. For more efficient grinding of materials in the base device, in front of the inlet nozzle (inlet nozzles) of the grinding chamber, a straight-line accelerating nozzle (nozzles) is installed, connected at the end to the inlet nozzle through an interface nozzle into which compressed gas and crushed material, which simultaneously serves as a mixing chamber, are supplied and preliminary dispersal of particles of the crushed material. The booster pipe is installed, as a rule, vertically, and the flows in it are directed downward.

Неудачно организованная подача материала может значительно ухудшить работоспособность описываемого устройства. Приведенный здесь вариант осуществления ввода значительно повышает эффективность устройства как в плане производительности, так и в плане увеличения доли мелкодисперсной фракции в конечном продукте измельчения. Poorly organized material supply can significantly impair the performance of the described device. The input embodiment described here significantly increases the efficiency of the device both in terms of productivity and in terms of increasing the proportion of finely divided fractions in the final grinding product.

Материал, поступающий через входное сопло (сопла) в камеру измельчения вместе с газом, как правило имеет скорость ниже скорости газового потока. Это тормозит поток и уменьшает скорость столкновения материала с мишенью. Значительная энергия тратится на разгон материала в торообразном вихре. The material entering through the inlet nozzle (s) into the grinding chamber together with the gas, as a rule, has a velocity lower than the velocity of the gas stream. This slows down the flow and reduces the collision speed of the material with the target. Significant energy is spent on accelerating the material in a toroidal vortex.

Степень разгона материала во входном сопле ограничена длиной сопла. Поэтому организованный предлагаемым способом предварительный разгон материала оказывается очень эффективным. Измельчитель при этом потребляет меньше энергии и работает более стабильно и производительно. The degree of acceleration of the material in the inlet nozzle is limited by the length of the nozzle. Therefore, organized by the proposed method, the preliminary dispersal of the material is very effective. At the same time, the chopper consumes less energy and works more stably and productively.

Для осуществления эффективного предварительного разгона необходимо обеспечить достаточно большую скорость газа в патрубке предварительного разгона. Для этого он делается небольшого диаметра, который должен быть все же значительно меньше диаметра наиболее узкой части сопла и выбирается так, чтобы не нарушить работу сопла. For effective preliminary acceleration, it is necessary to provide a sufficiently high gas velocity in the preliminary acceleration pipe. For this, it is made of a small diameter, which must still be significantly smaller than the diameter of the narrowest part of the nozzle and is selected so as not to disrupt the operation of the nozzle.

Размеры патрубка проектируются одновременно с проектированием сопла, чтобы обеспечить их совместимость и максимальный общий эффект. The dimensions of the nozzle are designed simultaneously with the design of the nozzle to ensure their compatibility and maximum overall effect.

Устройство для вихревого измельчения материалов может являться комбинацией вышеприведенных устройств в различных их сочетаниях с целью достижения максимального эффекта для отдельных видов помольных работ, причем эффективность определяется экспериментально или на основании предыдущего опыта эксплуатации измельчителей описываемого типа. A device for vortex grinding of materials can be a combination of the above devices in various combinations in order to achieve the maximum effect for certain types of grinding operations, and the effectiveness is determined experimentally or based on previous experience with the operation of grinders of the type described.

Для удобства эксплуатации и обслуживания, а также для возможности варьировать конфигурацию, устройство желательно выполнять разборным с легко заменяемыми базовыми элементами - входным соплом, наковальней, отводящим торообразным патрубком. For the convenience of operation and maintenance, as well as the ability to vary the configuration, it is desirable to perform the device collapsible with easily replaceable basic elements - an inlet nozzle, an anvil and a discharge toroidal pipe.

Особое внимание следует обратить на легкость замены наковальни без разбора остальной части устройства. В процессе эксплуатации наковальня изнашивается. Этот процесс необходимо периодически контролировать и производить ее замену. Для этого она может быть выполнена, например, в виде ввинчивающегося элемента, захватывающего прилегающий участок торообразной поверхности. Particular attention should be paid to the ease of replacing the anvil indiscriminately with the rest of the device. During operation, the anvil wears out. This process must be periodically monitored and replaced. For this, it can be made, for example, in the form of a screw-in element, capturing the adjacent portion of the toroidal surface.

Основной технической задачей, решаемой изобретением, является уменьшение степени износа стенок рабочей камеры при помоле и, как результат, повышение качества (чистоты) измельченного материала и увеличение срока службы рабочей камеры. The main technical problem solved by the invention is to reduce the degree of wear of the walls of the working chamber during grinding and, as a result, improving the quality (purity) of the crushed material and increasing the service life of the working chamber.

Дополнительная важная задача, решаемая изобретением, - создание эффективного комплексного способа и устройства для помола материала, сочетающего в себе свойства разных типов измельчителей, в том числе вихревых и струйных мельниц. Причем в предлагаемом способе физические процессы, используемые при оптимизации процесса измельчения, являются самоорганизующимися, а не внедренными принудительно в существующие способы и устройства. Несмотря на сочетание многих приемов измельчения в одном устройстве, оно остается конструктивно относительно простым, что также можно отнести к ее преимуществам. An additional important task solved by the invention is the creation of an effective integrated method and device for grinding material, combining the properties of different types of grinders, including vortex and jet mills. Moreover, in the proposed method, the physical processes used to optimize the grinding process are self-organizing, and not forcibly incorporated into existing methods and devices. Despite the combination of many grinding techniques in one device, it remains structurally relatively simple, which can also be attributed to its advantages.

Особенностью предлагаемого способа измельчения и устройства, его реализующего, является комплексное обеспечение не только функций измельчения, но и частичной классификации конечного продукта, являющееся полезным побочным эффектом предлагаемого решения. A feature of the proposed method of grinding and the device that implements it is the integrated provision of not only grinding functions, but also a partial classification of the final product, which is a useful side effect of the proposed solution.

Одновременно без дополнительных затрат решается задача обеспечения необходимого числа повторных соударений частиц измельчаемого материала с мишенью или многократного вовлечения струй энергоносителя с измельчаемым материалом в зону измельчения. Необходимое количество соударений (рециклов) регулируется автоматически на выход поступают только частицы, не превышающие заданного размера измельчения. At the same time, at no additional cost, the problem of ensuring the required number of repeated collisions of particles of the material to be ground with the target or multiple involvement of energy jets with the material to be ground in the grinding zone is solved. The required number of collisions (recycles) is automatically adjusted to output only particles that do not exceed a given size of grinding.

Описанная конструкция устройства за счет выбора режима работы и незначительной вариации ее конструкции может работать и как чисто вихревая мельница, и как чисто струйная мельница, обогащенная способом многократных соударений частиц с мишенью и автоматической регулировкой необходимого для каждой индивидуальной частицы числа рециклов. The described device design, due to the choice of the operating mode and insignificant variations in its design, can work both as a purely vortex mill and as a purely jet mill enriched by the method of multiple collisions of particles with a target and automatic adjustment of the number of recycles required for each individual particle.

Значительная часть изобретений по рассматриваемой тематике основана на добавлении к выбранному прототипу дополнительных свойств (например, дополнительных резонаторов). При этом способ или устройство усложняется. В нашем случае новое базовое решение получается не добавлением новых свойств к прототипу, а преобразованием прототипа таким образом, чтобы у него появились новые свойства. Полученное базовое решение дополняется новыми свойствами, улучшающими его характеристики или позволяющими использовать его в специфических условиях. A significant part of the inventions on the subject under consideration is based on the addition of additional properties (for example, additional resonators) to the selected prototype. In this case, the method or device is complicated. In our case, a new basic solution is obtained not by adding new properties to the prototype, but by transforming the prototype so that it has new properties. The resulting basic solution is supplemented by new properties that improve its characteristics or allow using it in specific conditions.

Комбинируя наборы дополнительных свойств с базовым решением, можно получать помольные устройства, эффективные для решения различных частных задач измельчения (например, для разной твердости исходного материала, для разной степени налипания его на поверхности, для оптимизации соотношения "степень измельчения - производительность" и т.п.). By combining sets of additional properties with a basic solution, it is possible to obtain grinding devices that are effective for solving various particular grinding problems (for example, for different hardness of the starting material, for different degrees of sticking to the surface, to optimize the ratio "grinding degree - productivity", etc. .).

Разработанный способ измельчения включает такую оптимизацию вихревого измельчителя, при которой все процессы происходят самосогласованно, усиливая в ряде случаев эффект друг друга или даже порождая совместно другие положительные свойства, иногда не менее важные. The developed grinding method includes such an optimization of the vortex grinder, in which all processes occur self-consistently, in some cases enhancing the effect of each other or even generating other positive properties together, sometimes no less important.

ЛИТЕРАТУРА
1. Заславский Б. И. , Юрьев Б.В. О структуре течения в вихревой камере//Журнал прикладной механики и технической физики, 1998, Т.39, 1.LITERATURE
1. Zaslavsky B.I., Yuryev B.V. On the structure of the flow in a vortex chamber // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 1998, V.39, 1.

2. Авдеенко А. Н., Штейнберг А.М. Акустическая обработка дымовых газов для улучшения их очистки в пылеуловителях различных типов, с.221-224//Обеспыливание в металлургии//Под ред. к. т.н. Я.А. Штромберга - М.: Металлургия, 1971. 2. Avdeenko A.N., Shteinberg A.M. Acoustic treatment of flue gases to improve their cleaning in various types of dust collectors, p.221-224 // Dust removal in metallurgy // Ed. so-called Ya.A. Stromberg - M.: Metallurgy, 1971.

3. Сулейманов Ш. Структура возмущений на частоте дискретного тона в сверхзвуковой струе, истекающей в затопленное пространство, 1992, с.266-269//Научные основы турбулентных явлений//Сборник научных трудов. Отв.ред. акад. В.В.Струминский - М.: Наука, 1992. 3. Suleimanov Sh. The structure of perturbations at a discrete tone frequency in a supersonic jet flowing into flooded space, 1992, p. 266-269 // Scientific foundations of turbulent phenomena // Collection of scientific papers. Ed. Acad. V.V. Struminsky - M .: Nauka, 1992.

Claims (14)

1. Способ вихревого измельчения материалов, включающий ввод струи энергоносителя в полость камеры измельчителя под углом к радиусу зоны измельчения с образованием высокоскоростного вихря, подачу исходного материала с вовлечением его в вихревой поток и вывод целевого продукта - измельченного материала вместе с энергоносителем, отличающийся тем, что высокоскоростной вихрь организуют внутри полости в виде торообразного вихря с преимущественно спиралевидными линиями тока, начинающимися у оси тора, а заканчивающимися у его осевой окружности, при этом полость образована двумя преимущественно торообразными поверхностями, имеющими общий центр и ось симметрии: внешней поверхностью, у которой радиус торообразующей окружности равен радиусу осевой окружности тора, усеченной в центральной области с одной стороны от экваториальной плоскости между центром тора и плоскостью, перпендикулярной ее оси, с образованием отверстия, и внутренней поверхностью, имеющей частично проницаемые границы, у которой радиус торообразующей окружности меньше радиуса торообразующей окружности внешней поверхности, а радиусы их осевых окружностей приблизительно равны, вводят высоконапорную профилированную струю энергоносителя вместе с измельчаемым материалом внутрь этой полости через отверстие вдоль ее оси по направлению к ее центру и организуют вывод энергоносителя вместе с измельченным материалом, соединяя эту полость через внутреннюю торообразную поверхность с внешней атмосферой. 1. The method of vortex grinding of materials, comprising introducing a jet of energy into the cavity of the grinder at an angle to the radius of the grinding zone with the formation of a high-speed vortex, supplying the source material with its involvement in the vortex flow and outputting the target product - crushed material together with the energy carrier, characterized in that a high-speed vortex is organized inside the cavity in the form of a toroidal vortex with predominantly spiral-shaped streamlines starting at the axis of the torus and ending at its axial circumference while the cavity is formed by two predominantly toroidal surfaces having a common center and an axis of symmetry: an outer surface whose radius of the torus-forming circle is equal to the radius of the axial circumference of the torus, truncated in the central region on one side of the equatorial plane between the center of the torus and the plane perpendicular to it axis, with the formation of a hole, and an inner surface having partially permeable boundaries, in which the radius of the torus circle is smaller than the radius of the torus circle outside surface, and the radii of their axial circles are approximately equal, introduce a high-pressure shaped jet of energy carrier together with the crushed material into this cavity through an opening along its axis towards its center and organize the output of the energy carrier together with the crushed material, connecting this cavity through an internal toroidal surface with external atmosphere. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что навстречу входной струе энергоносителя, симметрично ей относительно экваториальной плоскости организуют вторую струю, и организуют баланс расходов энергоносителя так, чтобы не нарушать основное вихревое течение, а подачу измельчаемого материала осуществляют вместе в обеими входящими в камеру струями энергоносителя или только с одной из них. 2. The method according to claim 1, characterized in that a second jet is arranged symmetrically with respect to the equatorial plane towards the input energy carrier, and the energy carrier is balanced in such a way as not to disturb the main vortex flow, and the crushed material is fed together into both chamber with energy jets or with only one of them. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в центральной части торообразной полости в окрестности ее оси проводят коагуляцию наиболее мелких фракций измельчаемого материала - первичного и находящегося на промежуточной стадии измельчения. 3. The method according to claim 1, characterized in that in the Central part of the toroidal cavity in the vicinity of its axis, coagulation of the smallest fractions of the crushed material is carried out - the primary and intermediate grinding stage. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разрушают слоистую структуру распределения материала в центральной части полости камеры измельчения в окрестности ее оси. 4. The method according to p. 1, characterized in that they destroy the layered structure of the distribution of material in the Central part of the cavity of the grinding chamber in the vicinity of its axis. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что создают зону периодического изменения плотности в направлении движения потока смеси энергоносителя и материала в центральной части полости камеры измельчения в окрестности ее оси. 5. The method according to claim 1, characterized in that they create a zone of periodic density changes in the direction of flow of the mixture of energy carrier and material in the central part of the cavity of the grinding chamber in the vicinity of its axis. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что на внешней тороидальной поверхности полости организуют дополнительный выход энергоносителя с измельченным материалом и источник акустического излучения в виде кольцевой щели, симметричной относительно оси, или системы отверстий, образуя при этом поворот потока в зоне этих отверстий снаружи полости под острым углом к течению в полости для обеспечения локальной центробежной классификации. 6. The method according to claim 1, characterized in that on the external toroidal surface of the cavity an additional energy carrier exit with crushed material and an acoustic radiation source in the form of an annular gap symmetrical about the axis or a system of holes are formed, forming a flow rotation in the zone of these holes outside the cavity at an acute angle to the flow in the cavity to provide local centrifugal classification. 7. Устройство для вихревого измельчения материалов, включающее корпус с внешними средствами для подачи исходного материала, внешними патрубками для подачи энергоносителя под углом к радиусу зоны измельчения с образованием высокоскоростного вихря и вовлечением в вихревой поток измельчаемого материала, и внешними патрубками для транспортирования целевого продукта - измельченного материала с выходящим потоком энергоносителя, а также элементами сепарации и отделения целевого продукта от энергоносителя, отличающееся тем, что камера измельчения в корпусе образована двумя торообразными поверхностями, имеющими общий центр и ось, при этом внешняя торообразная поверхность выполнена с удаленной центральной частью корпуса от центра до его осевого отверстия с одной стороны от экваториальной плоскости и имеет радиус торообразующей окружности примерно равный радиусу осевой окружности тора, при этом перед осевым отверстием установлено сопло, формирующее струю энергоносителя, истекающую из осевого отверстия в полость и направленную вдоль оси камеры измельчения через ее центр, внутренняя торообразная поверхность, осевая окружность которой примерно совпадает с осевой окружностью камеры измельчения, имеет сквозные отборные отверстия, сообщенные с отводными патрубками. 7. A device for vortex grinding of materials, including a housing with external means for feeding the source material, external nozzles for supplying energy at an angle to the radius of the grinding zone with the formation of a high-speed vortex and involving the material to be chopped into the vortex, and external nozzles for transporting the target product - the crushed material with an output stream of energy, as well as elements of separation and separation of the target product from the energy source, characterized in that the camera is In the housing, it is formed by two toroidal surfaces having a common center and axis, while the outer toroidal surface is made with the central part of the housing remote from the center to its axial hole on one side of the equatorial plane and has a radius of the toroidal circle approximately equal to the radius of the axial circumference of the torus, this nozzle is installed in front of the axial hole, forming an energy carrier stream flowing from the axial hole into the cavity and directed along the axis of the grinding chamber through its center, the inner toroidal surface, the axial circumference of which approximately coincides with the axial circumference of the grinding chamber, has through selective holes in communication with the outlet pipes. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что симметрично входному соплу напротив него на поверхности усеченной центральной части торообразной полости расположена мишень, имеющая форму диска, сопряженного с внутренней поверхностью камеры измельчения и изготовленная из материала повышенной прочности. 8. The device according to claim 7, characterized in that, symmetrically to the input nozzle opposite it, on the surface of the truncated central part of the toroidal cavity, there is a target having the form of a disk conjugated to the inner surface of the grinding chamber and made of high strength material. 9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что симметрично входному соплу напротив него на поверхности усеченной центральной части торообразной полости расположен элемент конической формы, направленный вершиной навстречу вытекающей из входного сопла струи. 9. The device according to claim 7, characterized in that symmetrically to the inlet nozzle opposite it on the surface of the truncated central part of the toroidal cavity there is an element of conical shape directed by the apex towards the jet flowing from the inlet nozzle. 10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что имеет второе входное сопло, создающее встречную струю энергоносителя со взвешенным в ней измельчаемым материалом, расположенное на оси камеры измельчения напротив первого сопла, причем край выходного отверстия этого сопла сопряжен с тороидальной внутренней поверхностью камеры измельчения. 10. The device according to claim 7, characterized in that it has a second inlet nozzle creating an oncoming jet of energy carrier with the material to be ground therein, located on the axis of the grinding chamber opposite the first nozzle, the edge of the outlet of this nozzle being connected to the toroidal inner surface of the grinding chamber . 11. Устройство по пп. 7 и 10, отличающееся тем, что диаметр выходного отверстия этого сопла меньше диаметра мишени или основания конуса, соответственно. 11. The device according to paragraphs. 7 and 10, characterized in that the diameter of the outlet of this nozzle is less than the diameter of the target or base of the cone, respectively. 12. Устройство по п.7, отличающееся тем, что в камере измельчения размещен экран-сопло. 12. The device according to claim 7, characterized in that the screen-nozzle is placed in the grinding chamber. 13. Устройство по п.7, отличающееся тем, что в корпусе измельчителя соосно с полостью камеры измельчения выполнена наклонная коническая щель с перемычками или группа небольших наклонных отверстий, оси которых проходят через окружность с центром на оси камеры измельчения равномерно по ее длине и пересекаются в одной точке на оси камеры, причем щель и отверстия наклонены в сторону, противоположную движению потока, а угол их наклона к тороидальной поверхности в месте их сопряжения составляет не более 45^o.13. The device according to claim 7, characterized in that the inclined conical slit with bridges or a group of small inclined holes, the axes of which pass through a circle with a center on the axis of the grinding chamber uniformly along its length and intersect one point on the axis of the camera, and the gap and holes are inclined in the direction opposite to the movement of the stream, and the angle of their inclination to the toroidal surface in the place of their conjugation is not more than 45 ^o . 14. Устройство по п.7, отличающееся тем, что перед входным соплом камеры измельчения установлен прямолинейный разгонный патрубок, соединенный в торце с входным соплом. 14. The device according to claim 7, characterized in that in front of the inlet nozzle of the grinding chamber there is installed a straight-line booster pipe connected at the end to the inlet nozzle.

Images