Устройство для размола волокнистых материалов

(я)5 О 21 О 1/ 02 С 19/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ ИПРИ ГКНТ СССР ИТЕТКРЫТИЯМ Е ОБР Е ОП(21) 4 (22) 0 (46) 3 (71) С (72) А (56) А %16 (54) У НИСТ мате прои Известентор для дисптериалов,ескии генералокнистых макорпус спакетами планамич ия во щий гиров одер сленных устроиства го конца консольнпластины-ре колеба- эакреп- натора ия сенн формующим ементам АВТОРСКОМУ СВиаЕТЕЛЬСТВ 716316/126,07.890.10,92. Бюл, М 40ибирский технологический институт К, Веретнов и А, В. Бывшев вторское свидетельство СССР 8328, кл, О 21 О 1/36, 30,08,90. СТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗМОЛА ВОЛОКЫХ МАТЕРИАЛОВИспользование: размол волокнистых иалов растительного и минерального хождения, приготовление устойчивых Изобретение относится к устройствам предназначенным для размола волокнитых материалов растительного (целлюлоза) и минерального происхождения, а также для приготовления устойчивых эмульсий и суспенэий. Изобретение можно использовать в целлюлозно-бумажной промышленности, в промышленности строительных материалов и в химической промышленности.Известно устройство для размола целлюлозы, включающее расположенный в баке для целлюлозы гидродинамический генератор, центробежный насос и глушитель колебаний, соединенные трубопрово. дами, при этом гидродинамический генератор снабжен щелевидными соплами и вибрирующими пластинами, ширина щелей каждого сопла составляет 1-2 мм, а длина равна ширине пластины, закрепленной на двух подвижных осях,эмульсии и суспенэий, Сущность изобретения: устройство для размола волокнистых материалов содержит смонтированное в корпусе сопло и закрепленную в корпусе соосно соплу пластину-резонатор, Пластина имеет рабочие кромки, образующие между собой угол заточки, Вершина угла обращена в сторону сопла. Пластина закреплена в корпусе обоими концами на пружинных опорах, а ее рабочие кромки расположены посередине между пружинными опорами, 3 ил., 1 табл. стин-резонаторов, образующих щеле дные сопла.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для размола целлюлозы,включающее гидродинамический генератор, снабженный пластинами-резонаторами, рабочие кромки которых заточены подуглом 80-120 и имеют уступ высотой. непревышающей двойную толщину пластины.В названных устройствах периодические колебания свободного конца консольно закрепленной пластины-резонаторапроисходят под действием струи жидкости,вытекающей под давлением из сопла на клинообразный конец пластины, Струя жидкости, ударяясь о заостренную кромкупластины, срывается и образует вихри. следующие один эа другим, с обеих сторон пластины, Периодически изменяющеесядавление в зоне вихрей вызывает колебанияпластины,В перечи хн вободно оний возрастают напряжения изгиба в месте крепления пластины-резонатора. Эти напряжения. при амплитудах 3 - 4 мм могут достичь предельного значения, что приводит к 5 поломке пластины. Так, например, пластина-резонатор с длиной 1- 150 мм, шириной Ь = 80 мм и толщинйа Ь = 5,8 мм, имеющая жЕСткость 10 Е Ь Ьз 2, 106. 80 Р 833 6,з где Ж - жесткость пластины при изгибе;Гп - масса плэстины,Амплитуда пластины-резонатора как 15 консольно закрепленной балки равнопрочного сечения определяется по уравнению(10) осуществляются за счет сил упругости, возникающих при изгибе пластины, При этом частота и амплитуда колебаний зависят от геометрических размеров пластины-резонатора и материала, из кОтороГО Она изГО" товлена,Собственная частота пластины-резонатора определяется по уравнению Где Р - усилие изгиба (условно приложенноеК КРОМКЕ ПЛЭСТИНЫ); з1 = --- - - момент инерции сечения12пластины;- длина пластины;Ь - ширина пластины,Ь - толщина пластины,Е модль упругости мэ 1 ерлалэ пластины,Выражение (2) можно поедстэвить как Энергия, отдаваемая пластиной-резонатором в окружающую среду в единицу времени, определяется по уравнению где и - коэффициент пропорциональности;1 - частота колебаний;А - амплитуда,Отсюда следует, что увеличение мощности гидродинамического генератора возможно при увеличении частоты, либо, что более эффективно, путем увеличения амплитуды колебаний. Но, как показывают эксперименты, при увеличении амплитуды колебэможет работать при амплитудах, не превышэющих: гс 1 ) Ь Ь 800 8 0,58А. Выражение (6) получено исходя из того, чтонапряжения изгиба, действующие в пластина, определяются по уравнению: и они должны быть меньше допустимьх. Извыражения (3) Подставив (8) в (7) получают: Лэ выОэжения (9) максимально возможнаяамплитуда колебаний будет где (сг - 1 ) - допустимые напряжения иэгиОба прл симметричном цикле колебаний,14 з книГИ. где ов - предег вь носливости при растяжении.учитывая характер нагрузки, концентрацию местных напряжений, качество обработки поверхности пластин резонаторов принимают коэффициент запаса прочнсоти а =-5.Тогда для стали 65 значение ов - 10000кг/см, аО о04 пвдКв Кв0000 800 , гБПри амплитудах А1,6 мм происходит10разрушение пластин-резонаторов тем быстрее, чем больше амплитуда превышает допустимое значение,Если для повышения частоты колебаний(уравнение (1 увеличить жесткость пластины-реэонатора, приняв ее величину и =7 мм,то допустимая амплитуда колебаний значительно снижается20Ез 2 106 8 07 з6 з 6 15= 271 кг/смЕои, ) ЬЬг 6 Ж 800 8 07 2 30 6 271 15 Таким образом, в устройстве-прототипе, где пластина-резонатор одновременно выполняет две функции - функцию рабочего 35 тела, воспринимающего энергию струи и преобразующего ее в энергию колебаний, и функцию упругого элемента-накопителя потенциальной энергии в колебательный процесс, имеется ряд недостатков. Во-первых, 40 в силу конструктивных и прочностных условий в устройстве-прототипе амплитуда колебаний пластины-резонатора не превышает 3 - 4 мм и, следовательно, ограничивается мощность пластинчатого вибратора, 45 Вторым недостатком устройства-прототипа являетея малая ширина сопл, составляющая 1 - 2 мм, что не позволяет перерабатывать грубодисперсные материалы с размерами частиц более 2 мм. 50Целью изобретения является увеличение производительности и снижение энергозатрат гидродинамического генератора за счет увеличения объема зоны воздействия на размалываемый материал, 55Зто достигается тем, что в известном устройстве гидродинамического генератора, снабженного консольно закрепленными пластинами-резонаторами, кромки которых заточены под углом 80 - 120, и испытывающими деформации изгиба при работе, пластина-резонатор закреплена в корпусе на стальных пружинах, При этом пластина-резонатор избавлена от деформаций изгиба, так как роль упругого элемента в колеблющейся системе выполняют стальные пружины, через которые пластина-резонатор крепится к корпусу. Плоскость колебания пластины параллельна оси потока, поскольку рабочие кромки расположены посередине между пружинными опорами.Фиг, 1 - 3 поясняют изобретение.На фиг. 1 а,б,в представлено устройство гидродинамического генератора, пластина- резонатор 1 которого укреплена в корпусе 2 с помощью четырех пар стальных пружин 3, сжатых гайками 4 и контргайками 5 на шпильках 6, Каждая шпилька 6 с двумя сжатыми пружинами крепится в прорезях 7 корпуса 2 с помощью гаек 8 и контргаек 9, Пластина-резонатор установлена с помощью гаек 4 и 5 так, чтобы продольная ось пластины и ось сопла 10 полностью совпадали, Растояние между соплом и кромкой пластины-резонатора регулируется при отпущенных гайках 8 и 9 путем перемещения шпилек вдоль прорезей 7 в стенке корпуса 2, Окончательное закрепление пластины- резонатора производится гайками 8 и 9. Верхняя и нижняя часть корпуса скреплены между собой двумя траверсами 11.Пластина-резонатор в плане имеет П- образную форму, Рабочие кромки пластины заточены под углом 80 - 120 и находятся по середине между двумя передними и двумя задними пружинными опорами. Кромки выполняют с толщиной, большей толщины пластины, так что между кромкой и телом пластины с обеих сторон появляется по уступу,Предлагаемое устройство работает следующим образом.Струя жидкости, выходя из сопла 10 под давлением 0,2 - 0,8 мПа, попадает на клинообразную переднюю кромку пластины-резонатора 1. Струя, ударяясь в кромку, срывается на уступах кромки, образует вихри, следующие один за другим с обеих сторон пластины-резонатора. Чередование вихрей вызывает периодически изменяющееся давление по сторонам пластины, что вызывает устойчивые колебания плоскости пластины-резонатора параллельно направлению потока (фиг. 3), Стальные пружины 3, в которых закреплена пластина, являются упругими элементами системы, которые, накопив потенциальную энергию при сжатии, преобразуют ее в кинетическую энергию движения пластины-резонатора, Пластина- резонатор при работе не испытываетдефор 1772274маций изгиба, а пружинная подвеска позволяет в принципе реализовать любые по величине амплитуды. На уступах кромки пластины-резонатора происходит срыв ламинарного потока и развивается вихревое турбулентное течение с чередованием вихрей по обеим сторонам пластины,По сравнению с прототипом, где пластины-резонаторы консольно защемлены в корпусе фиг. 2), предлагаемое устройство имеет следующие преимущества. Во-первых, при использовании пружин как упругих элементов амплитуду колебаний пластины- резонатора можно увеличивать до любых разумных величин не опасаясь ее разрушения, При этом мощность гидродинамического генератора увеличивается пропорционально квадрату амплитуды, что дает возможность перерабатывать прочные материалы, увеличить производительность аппарата, снизить удельный расход электроэнергии, Во-вторых, увеличение амплитуды реализуется только при соответствующем увеличении ширины сопла. поскольку между амплитудой, шириной сопла и толщиной передней кромки пластины имеется прямая связь. Практически эти величины примерно равны одна другой, Поэтому ширина сопла в предлагаемом устройстве составляет не менее 10 мм, что позволяет перерабатывать грубо дисперсные суспензии с размерами частиц до 10 мм, В-третьих, в отличие от прототипа, где вибрирует только свободный конец пластины-резонатора, а амплитуда колебаний быстро убывает от максимального значения у кромки до нуля около места крепления (фиг, 2), в предлагаемом устройстве амплитуда по всей площади пластины-резонатора одинакова и равна максимальному значению фиг, 3). Это позволяет увеличить объем зоны вибрации и тем самым интенсифицировать процесс обработки материала.Пластина-резонатор. изготовленная из стали 65, имея жесткость Ж = 154 кг/см, может эксплуатироваться при амплитудах не более А = 1,6 мм, Если превысить зту величину, то ресурс работы пластины начнет резко снижаться, и пластина сломается, Эта пластина работала с соплом шириной 2 мм,Если воспользоваться предлагаемым решением, то для получения амплитуды колебаний А - 10 мм при жесткости упругой системы Ж = 154 кг/см необходима подвеска из четырех пар спиральных пружин диаметром О = 63 мм, диаметром проволоки б = 9 мм, имеющих 7 рабочих витков, Эти параметры определяются следующим расчетом, Принимают чтоамплитуда колебанийпластины резонатора,жесткостьсистемы ,.отношение диаметрапружины к диаметру А 10 мм,Ж 154 кг/см,С 70Д 1 проволоки ,материалпроволоки ,сталь 65,предел прочности стали 65на растяжение о -104 кг/см 2,допустимое напряжениекручения х -1 = 0,22 пв=2200 кг/см,принимают к расчету напряжение20 кручения Г ХЬ== 1100 кг/см 2,модуль сдвига пружинных сталейусилие сжатия пружины ,. б=1,6 /Хр 35-6 фТТ Лай "ТТ1100 40 =089 см м 9 мм.Диаметр пружины будет О = С б =79 =63 мм.45 Количество рабочих витков пружины будет Абб 1 8 10 в 950 9 С Р 8, 71 385Для описанного устройства используетсясопло шириной 10 мм. О -8105 кг/см 2,25Р - Ж/4=1772274 10 Результаты испытаний устройства-прототипа и предлагаемое устройства при распушке асбеста Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет в несколько раз увеличить амплитуду колебаний пластины-резонатора без опасения ее разрушения. Вследствие этого увеличиваются глубина и скорость обработки материала. Увеличение ширины сопла позволяет перерабатывать грубодисперсные материалы.Эффективность работы предлагаемого устройства проверялась при сравнении с работой пластины-резонатора, имеющий параметры описанные выше, при распушке асбеста, При работе прототипа использовалось сопло шириною 2 мм, длиною 60 мм, площадью 120 мм . В предлагаемом устройстве сопло имело ширину 10 мм, длину 12 мм, а площадь, как и в прототипе, 120 мм,2Полученные результаты показывают, что крепление пластины-резонатора в пружинной подвеске позволило увеличить амплитуду колебаний почти в 3 раза и увеличить производительность установки при распушке асбеста более чем в 10 раэ по сравнению с прототипом. При этом затраты энергии на процесс распушки в устройстве-прототипе и предлагаемом устройстве были практически одинаковы. Увеличение ширины сопла до 10 мм в предлагаемом устройстве позволяет перерабатывать низкосортные виды асбеста, имеющие посторонние включения размером б - 8 мм,Использование предлагаемого устройства позволяет увеличить амплитуду колебаний пластины-резонатора, сохраняя безопасные условия работы упругих эле ментов системы, Если в устройстве-прототипе увеличение амплитуды колебаний невозможно из-за возникновения напряжений изгиба, превышающих предельно допустимые, то в предлагаемом устройстве 10 увеличение амплитуды не имеет принципиальных ограничений, При желании, увеличив диаметр проволоки и количество витков пружины, можно получить амплитуду, значительйо большую по величине, чем в опи санном выше устройстве - примереконкретного выполнения,Формула изобретения Устройство для размола волокнистых 20 материалов, содержащее смонтированное вкорпусе сопла и закрепленную в корпусе соосно соплу пластину-резонатор. имеющую рабочие кромки, образующие между собой угол заточки, вершиной обращенный 25. в сторонусопла, о тл и чаю щеес я тем,что, с целью повышения производительности за счет увеличения обьема зоны воздействия на размалываемые волокнистые материалы, и снижения энергозатрат, пла стина-резонатор закреплена в корпусе обоими концами на пружинных опорах, а ее рабочие кромки расположены посередине между пружинными опорами.Заказ 3820 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4(5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101