Патент на изобретение №2343979

(54) ШАРОВАЯ МЕЛЬНИЦА-МЕШАЛКА

(57) Реферат:

Изобретение относится к шаровой мельнице-мешалке. Шаровая мельница-мешалка включает рабочий резервуар, мешалку, привод для вращения мешалки вокруг ее оси, трубопровод подачи измельчаемого материала. Мельница содержит устройство отсоса измельченного материала и отделения вспомогательных мелющих средств. Устройство отсоса состоит из погруженной в подушку из измельчаемого материала и вспомогательных мелющих тел погружной трубы с входным отверстием и соединенного с ней выше рабочего резервуара отсасывающего трубопровода. Входное отверстие погружной трубы имеет выемку, расположенную на противоположной потоку стороне погружной трубы, если смотреть в направлении потока. Находящаяся на противоположной стороне по отношению к направлению потока погружной трубы и в непосредственной близости от входного отверстия зона погружной трубы экранирует выемку в направлении потока. Техническим результатом является снижение конструктивных затрат и повышение прочности исполнения. 14 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к шаровой мельнице-мешалке в соответствии с определением пункта 1 формулы изобретения.

Известная по патенту ЕР 0369149 В1 (соответствует патенту US 4998678) шаровая мельница-мешалка аналогичного типа имеет приводной вращающийся рабочий резервуар, между которым и являющимся крышкой перекрытием, неподвижно соединенным со станиной мешалки, предусмотрено уплотнение, служащее защитой от разбрызгивания. При избыточном давлении подобные мельницы-мешалки работать не могут. Отвод размалываемого материала в этом случае осуществляется без давления, то есть при атмосферном давлении.

На практике известны и опубликованы многочисленные решения, предусматривающие разделение после завершения процесса помола вспомогательных мелющих тел и размалываемого материала. При этом, как известно, необходимо использовать сита или фильтр-патроны, которые отличаются отрицательным свойством забиваться; к тому же рабочая поверхность сита ограничена. Кроме того, известны предусмотренные для разделения вспомогательных мелющих тел и размалываемого материала вращающиеся устройства, которые относительно дороги, а при размоле абразивных материалов склонны к износу.

Известная по патенту ЕР 1323476 А1 (соответствующий патенту US 10/327, 206) шаровая мельница-мешалка оснащена аналогично описанным выше устройствам, причем ее узел разделения мелющих тел и размалываемого материала выполнен таким образом, что погружная труба, по которой отсасывается размалываемый материал, устанавливается максимально близко, без зазора, к перемешивающему диску. Но и такая конструкция отличается склонностью к относительно высокому уровню износа.

Целью изобретения является разработка мельницы-мешалки аналогичного типа, обеспечивающей отделение вспомогательных мелющих тел с малыми конструктивными затратами и очень прочного исполнения.

Эта цель в соответствии с изобретением решается с помощью признаков, сформулированных в отличительной части пункта 1 формулы. Суть изобретения заключается в том, что смесь размалываемого материала и вспомогательных мелющих тел после окончания процесса измельчения отсасывается из мельницы мешалки с помощью погружной трубы, а отделение вспомогательных мелющих тел происходит внутри погружной трубы под действием гравитационных и инерционных сил. Под действием силы тяжести увлекаемые вращающейся под погружной трубой подушкой из вспомогательных мелющих тел отделенные в погружной трубе вспомогательные мелющие тела возвращаются в рабочее пространство. Реализация исключительно проста и малозатратна. Применяемые детали конструкции можно очень просто и с малыми затратами защитить от износа. Могут отделяться и очень мелкие вспомогательные мелющие тела.

Мельницу-мешалку в соответствии с изобретением предпочтительнее использовать для измельчения материалов, вызывающих высокий износ в мельнице-мешалке. При этом речь идет, в частности, о керамических массах, которые в присутствии воды переводятся во взвешенное состояние, превращаясь в относительно жидкий, т.е. маловязкий размалываемый материал. Стоимость такого размалываемого материала относительно мала, и поэтому обусловленные износом затраты на единицу веса размалываемого материала должны быть незначительными. Благодаря своему исполнению в соответствии с изобретением, мельница-мешалка способна надежно работать без износа в течение длительного времени, что не достигается при использовании других устройств отделения вспомогательных мелющих тел. Предлагаемая в соответствии с изобретением конструкция обеспечивает отделение вспомогательных мелющих тел от размалываемого материала непосредственно в зоне устройства всасывания размалываемого материала и отделения от него вспомогательных мелющих тел. В погружной трубе также образуется карман в подушке из вспомогательных мелющих тел, в котором может находиться, или совсем отсутствовать, небольшое количество вспомогательных мелющих тел, увлекаемых в погружную трубу вместе с размалываемым материалом.

Особенно эффективно применение изобретения в соответствии с пунктом 2 формулы изобретения, т.е. с принудительным вращением рабочего резервуара и образованием потока вспомогательных мелющих тел в рабочем резервуаре. Эксцентрическое расположение погружной трубы в соответствии с пунктом 3 формулы изобретения приводит к тому, что опускающиеся вниз по погружной трубе вспомогательные мелющие тела увлекаются вращающейся подушкой из размалываемого материала и вспомогательных мелющих тел, поскольку погружная труба входит в зону рабочего пространства с самой высокой интенсивностью перемещения подушки из размалываемого материала и вспомогательных мелющих тел. Этому способствует и эксцентрическое расположение по меньшей мере одной мешалки в соответствии с пунктом 4 формулы изобретения, а также расположение погружной трубы в соответствии с пунктами 5 и 6 формулы изобретения.

Последующие подпункты формулы изобретения содержат многочисленные варианты усовершенствования устройства в соответствии с изобретением.

Остальные признаки, преимущества и особенности изобретения приводятся ниже в описании конкретного примера исполнения устройства, изображенного на чертежах.

на Фиг.1 – вертикальное центральное продольное сечение мельницы-мешалки;

на Фиг.2 – горизонтальное сечение мельницы-мешалки, изображенной на фиг.1.

Изображенная на фиг.1 и 2 мельница-мешалка имеет в основе кругло-цилиндрический рабочий резервуар размалывания 1 с вертикальной центральной продольной осью 2, т.е. рабочий резервуар размалывания расположен вертикально. Снизу он замыкается перпендикулярным к оси 2 основанием 3. Через расположенную концентрически к оси 2 вращающуюся опору 4 он упирается в обозначенную на чертеже лишь символически станину машины 5, т.е. рабочий резервуар 1 способен вращаться вокруг своей центральной продольной оси 2. В качестве привода вращения рабочего резервуара 1 предусмотрен закрепленный на станине машины 5 приводной электродвигатель 6, вал которого 7 проходит параллельно к оси 2 и который, посредством зубчатой передачи 8 и расположенного по наружной поверхности в нижней части рабочего резервуара 1 зубчатого венца 9, вращает рабочий резервуар 1 в направлении, указанном стрелкой 10. Подбором соответствующего передаточного числа зубчатой передачи 8 и зубчатого венца 9 можно установить сравнительно невысокую скорость вращения рабочего резервуара 1. Вместо зубчатой передачи 8, естественно, можно использовать и фрикционную передачу.

В рабочем резервуаре 1 размещена мешалка 11 (узел), состоящая обычно из вала 12 мешалки и радиально расположенных лопастей 13 мешалки. Под лопастями 13 мешалки в данном случае понимаются диски мешалки со сквозными отверстиями 14. Вал 12 мешалки своей противоположной основанию 3 верхней частью упирается в свой подшипник 15. Этот подшипник 15 закреплен на невращающейся, соединенной со станиной машины (не показано) верхней торцевой крышке 16. Между крышкой 16 и верхней кромкой 17 рабочего резервуара 1 установлена защита от разбрызгивания 18, расположенная концентрически по отношению к центральной продольной оси 2 рабочего резервуара 1. Защита от разбрызгивания 18 не соединена с кромкой 17 рабочего резервуара 1, поскольку последний является вращающимся, а служащая кожухом крышка 16 неподвижна, хотя и может быть снята со станины машины 5. Поскольку крышка 16 с защитой от разбрызгивания 18 не обеспечивают герметичности рабочего резервуара 1, то рабочий резервуар 1 находится под атмосферным давлением; в рабочий резервуар может поступать воздух.

Мешалка 11 приводится в движение соединенным со станиной машины 5 приводным электродвигателем 19, вал 20 которого расположен параллельно оси 21 мешалки, но с эксцентриситетом е по отношению к последней. Вращательное движение вала электродвигателя передается на вал мешалки 12 ременной передачей 22. Приводной электродвигатель вращает мешалку 11 в направлении, указанном стрелкой 23, которое может совпадать с направлением вращения, указанным стрелкой 10; однако направления вращения, указанные стрелками 10 и 23, могут быть и противоположными.

Через невращающуюся крышку 16 проходит и крепится подающий трубопровод 24 размалываемого материала, выходное отверстие 25 которого находится вблизи основания 3 рабочего резервуара 1. В приведенном примере исполнения этот трубопровод 24 показан в качестве изменяющего направление потока дефлектора 26. Этот дефлектор 26 может иметь такую площадь отклонения 27, которая обеспечивает для поступающего потока 29 размалываемого материала и вспомогательных мелющих тел (показано только на фиг.2) направление радиально внутрь. Трубопровод 24 расположен вблизи внутренней стенки 28 рабочего пространства. По трубопроводу подачи 24 размалываемый материал 30 нагнетается насосом 31 подачи размалываемого материала, который поступает через выходное отверстие 25 в нижней части рабочего резервуара 1, т.е. вблизи основания 3.

Через крышку 16 проходит также выполненное герметичным устройство 32 отсоса размалываемого материала и отделения от него вспомогательных мелющих тел. Оно выполнено в виде круглоцилиндрической погружной трубы 33, которая входит в рабочее пространство 34 рабочего резервуара 1. Находящийся в рабочем пространстве 34 нижний конец трубы имеет входное отверстие 35. Это входное отверстие 35 погружается в зеркало 36 смеси, образующейся при заполнении рабочего пространства 34 размалываемым продуктом и вспомогательными мелющими телами 37. Т.е. погружная труба 33 входит в ограничиваемую сверху зеркалом 36 подушку из размалываемого материала 30 и вспомогательных мелющих тел. На верхнем, находящемся вне рабочего пространства 34 конце трубы имеется устройство 32 воронкообразной формы с сужающимся вверх отрезком 38, закрытым по окружности. Из него вверх выходит отсасывающий трубопровод 39, в котором находится насос 40, отсасывающий размалываемый материал 30. На этом же сужающемся участке 38 расположен вибратор 41, передающий свои колебания устройству 32.

Погружная труба 33, как это видно на фиг.2, расположена между дефлектором 26 и мешалкой 11, т.е. в зоне, где имеет место сильное уплотнение потока в направлении течения 29. В принципе цилиндрическая погружная труба 33 имеет достаточно большой внутренний диаметр d, позволяющий разместить погружную трубу 33 в обозначенном месте. В отношении внутреннего диаметра D цилиндрического рабочего резервуара 1, как и в отношении внутреннего диаметра D рабочего пространства 34, применимо соотношение: 10dD4d. Предпочтительнее использовать: 8dD5d. Диаметр d погружной трубы 33, как это видно из фиг.1, значительно больше диаметра а отсасывающего трубопровода 39. Диаметр d погружной трубы 33, а следовательно, и диаметр d входного отверстия 35, значительно больше диаметра b самого большого из используемых вспомогательных мелющих тел 37. Применимо соотношение: 10bd, но предпочтительнее соотношение 20bd. Для диаметра b вспомогательных мелющих тел 37 применимо соотношение: b2,0 мм. Диаметр b неиспользованных, т.е. неизношенных, новых вспомогательных мелющих тел 37 должен быть в пределах от 2 до 10 мм, но предпочтительнее – в пределах от 4 до 7 мм: Как правило, они выполнены из стали или, что предпочтительнее, из керамики, например, Al₂O₃ или ZrO₂, или же из других подходящих материалов.

В своей нижней части у входного отверстия 35 погружная труба 33 имеет выемку 42, которая находится на направлении потока 29 вспомогательных мелющих тел, изображенного только на фиг.2. Там же выемка 42 изображена в своем правильном по отношению к потоку 29 положении, тогда как на фиг.1, в целях наглядности, погружная труба 33 вместе со своей выемкой 42 показана повернутой на 90° вокруг своей продольной оси. Выемка 42 – относительно направления потока 29 – находится на противоположной стороне погружной трубы 33 так, что выемка 42 отсюда и до нижней задней кромки 43 выступающей нижней задней части 44 погружной трубы 33 укрыта или экранирована от потока 29. Таким образом, в выемку 42 не попадают вовсе, или попадают только отдельные вспомогательные мелющие тела 37. Т.е. в зоне выемки 42, в погружной трубе 33 ниже зеркала 36, образуется определенная свободная зона, или зона разгрузки, в которой отсутствуют, или находится очень мало вспомогательных мелющих тел 37.

Как вытекает из фиг.1 и 2, погружная труба 33 наклонена в направлении, противоположном направлению потока 29 размалываемого материала и вспомогательных мелющих тел 37 таким образом, что если смотреть сверху вниз, то входное отверстие 35 несколько выступает в направлении потока 29 в сравнении с ее верхним концом с сужающимся участком 38 и со всасывающим трубопроводом 39. Тем самым, нижняя кромка 43 с нижней задней частью 44 погружной трубы 33 погружается еще глубже в подушку из размалываемого материала и вспомогательных мелющих тел ниже уровня зеркала 36. Верхняя часть 45 выемки 42 находится на уровне зеркала 36, так что поступающий в направлении, указанном стрелкой потока 46, в рабочий резервуар 1 воздух может засасываться в погружную трубу 33, если уровень зеркала 36 опускается ниже верхней кромки выемки 42.

Принцип действия.

Размалываемый материал в способном к перекачиванию состоянии, как правило, в виде суспензии, питающим насосом 31 подается по трубопроводу 24. То есть имеет место так называемое мокрое измельчение. В рабочем пространстве 34 находится подушка из вспомогательных мелющих тел 37 в виде частично заполненного вспомогательными мелющими телами 37 рабочего пространства 34, ограничиваемого сверху уровнем зеркала 36. Мешалка 11 приводится в движение в направлении вращения 23, рабочий резервуар 1 приводится в движение в направлении вращения 10. Скорости вращения выбираются такими, чтобы подушка из вспомогательных мелющих тел 37 удерживалась бы в виде компактной подушки; таким образом вспомогательные мелющие тела не проникают в размалываемый материал. В рабочем пространстве 34 устанавливается движение вспомогательных мелющих тел в направлении потока 29, оказывающих интенсивное воздействие на размалываемый материал, приводящее к одновременному измельчению и диспергированию размалываемого материала. В стационарном состоянии мельницы-мешалки устройство 32 отсоса материала и отделения вспомогательных мелющих тел отсасывает измельченный материал, т.е. устройство 32 отсасывает измельченный материал насосом 40, работающим при своей номинальной нагрузке. Если мощность всасывающего насоса 40 превышает мощность насоса 31 подачи размалываемого материала, то уровень зеркала 36 автоматически достигает верхней кромки выемки 42. Если же уровень зеркала опускается ниже верхней кромки выемки 42, то начинает засасываться воздух, а всасывающая способность жидкости насосом 40 снижается. При пониженной всасывающей способности жидкости насосом 40 уровень зеркала 36 вновь поднимается выше верхней кромки выемки 42 и герметично ее перекрывает. Поскольку воздух во всасывающий насос более не попадает, он вновь начинает работать с номинальной мощностью и работает до тех пор, пока уровень зеркала 36 не опустится ниже верхней кромки выемки 42. Таким образом осуществляется регулирование уровня заполнения рабочего пространства 34. Поскольку в погруженную в подушку из размалываемого материала и вспомогательных мелющих тел часть погружной трубы 33 могут попасть лишь несколько мелющих тел 37, то они не поднимаются по погружной трубе 33 с восходящим потоком измельченного материала, а вновь осаждаются вниз. Это обеспечивается тем, что скорость потока отсасываемого измельченного материала в погружной трубе из-за ее большого диаметра d весьма мала, а плотность вспомогательных мелющих тел 37, в сравнении с плотностью измельченного материала, значительно выше. При этом следует учесть, что измельчаемый материал имеет весьма незначительную вязкость, приближающуюся к вязкости воды. Предпочтительнее использовать устройство для измельчения керамических масс, которые, суспендируясь в воде, остаются жидкотекучими. Не подлежат измельчению пастообразные и высоковязкие среды.

Формула изобретения

1. Шаровая мельница-мешалка, включающая

рабочий резервуар (1),

охватывающий рабочее пространство (34) с диаметром (D),

закрытый снизу основанием (3),

имеющий верхнюю крышку (16) и

вертикальную центральную продольную ось (2),

мешалку (11),

имеющую ось (21) мешалки, расположенную параллельно центральной продольной оси (2), и

оснащенную в рабочем пространстве (34) лопастями (13),

привод (19) для вращения мешалки (11) вокруг ее оси (21),

входящий в рабочее пространство (34) трубопровод (24) подачи измельчаемого материала, при этом рабочее пространство (34) частично заполнено вспомогательными мелющими телами (37) с диаметром (b), которые способны перемещаться в направлении потока (29) с образованием формы подушки из размалываемого материала и вспомогательных мелющих тел, и

выходящее из рабочего пространства (34) устройство (32) отсоса измельченного материала и отделения вспомогательных мелющих средств, состоящее из погруженной в подушку из измельчаемого материала и вспомогательных мелющих тел погружной трубы (33) с внутренним диаметром (d) и с входным отверстием (35), и соединенного с ней выше рабочего резервуара (1) отсасывающего трубопровода (39) с отсасывающим устройством (40) измельченного материала, отличающаяся тем, что входное отверстие (35) погружной трубы (33) имеет выемку (42), расположенную на противоположной потоку стороне погружной трубы (33), если смотреть в направлении потока (29), при этом находящаяся на противоположной стороне по отношению к направлению потока (29) погружной трубы (33) и в непосредственной близости от входного отверстия (35) зона (44) погружной трубы (33) экранирует выемку (42) в направлении потока (29).

2. Шаровая мельница-мешалка по п.1, отличающаяся тем, что рабочий резервуар (1) снабжен приводом (6) вращения.

3. Шаровая мельница-мешалка по п.1, отличающаяся тем, что погружная труба (33) расположена с эксцентрисистетом по отношению к центральной продольной оси (2).

4. Шаровая мельница-мешалка по п.1, отличающаяся тем, что мешалка (11) расположена с эксцентрисистетом по отношению к центральной продольной оси (2).

5. Шаровая мельница-мешалка по п.1, отличающаяся тем, что подача измельчаемого материала осуществляется через введенный в рабочее пространство (34) подающий трубопровод (24).

6. Шаровая мельница-мешалка по п.5, отличающаяся тем, что погружная труба (33) расположена между мешалкой (11) и подающим измельчаемый материал трубопроводом (24).

7. Шаровая мельница-мешалка по п.5, отличающаяся тем, что подающий измельчаемый материал трубопровод (24) выполнен в виде отклоняющего поток дефлектора (26).

8. Шаровая мельница-мешалка по п.1, отличающаяся тем, что внутренний диаметр (d) погружной трубы (33) превышает диаметр (b) наибольшего, вспомогательного мелющего тела (37).

9. Шаровая мельница-мешалка по п.8, отличающаяся тем, что для соотношения внутреннего диаметра (d) погружной трубы (33) и диаметра (b) вспомогательного мелющего тела (37) применимо соотношение: d10b, предпочтительнее d20b.

10. Шаровая мельница-мешалка по п.1, отличающаяся тем, что для соотношения диаметра (D) рабочего пространства (34) и диаметра (d) погружной трубы (33) применимо соотношение: 10dD4d, предпочтительнее 8dD5d.

11. Шаровая мельница-мешалка по п.1, отличающаяся тем, что погружная труба (33) выполнена непрерывной и цилиндрической.

12. Шаровая мельница-мешалка по п.1, отличающаяся тем, что погружная труба (33) в зоне входного отверстия (35) имеет выгнутую вверх в направлении потока (29) кромку (43).

13. Шаровая мельница-мешалка по п.1, отличающаяся тем, что верхняя зона (45) выемки (42) расположена вблизи верхнего уровня зеркала (36) подушки из измельчаемого материала и вспомогательных мелющих частиц рабочего пространства (34).

14. Шаровая мельница-мешалка по п.1, отличающаяся тем, что погружная труба (33) расположена наклонно к вертикали.

15. Шаровая мельница-мешалка по п.1, отличающаяся тем, что питающий трубопровод 24 для подачи измельчаемого материала опущен практически до основания (3) рабочего пространства (34).

РИСУНКИ