шаровая мельница

Формула изобретения

1. ШАРОВАЯ МЕЛЬНИЦА, содержащая вертикальный корпус, концентрично с зазором установленный в нем на валу сепаратор, выполненный в виде закрепленных на валу дисков с торцевыми кулачками и конической втулки с ребрами на внешней боковой поверхности, свободно расположенные шары в зазоре между корпусом и втулкой сепаратора, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и эффективности измельчения, втулка сепаратора закреплена на валу, а верхний диск установлен на цапфе вала с возможностью относительного вращения.

2.Мельница по п.1, отличающаяся тем, что ось цапфы установлена под углом к оси вала, при этом угол больше нуля, но меньше или равен arctg (d / D), где d - диаметр шара, D - наименьший диаметр рабочей поверхности торцевого кулачка.

3. Мельница по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что зазор между корпусом и втулкой больше 3, но меньше 3,45 диаметра шара.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для диспергирования и механической активации материалов и может быть использовано в химической, горно-перерабатывающей, строительной и других отраслях промышленности.

Известна центробежная шаровая мельница, содержащая неподвижный цилиндрический вертикальный корпус, коаксиально установленный в нем на валу цилиндрический сепаратор с пазами на внешней поверхности, в которых свободно установлены шары, причем пазы выполнены кольцевыми с наклонной плоскостью симметрии и перпендикулярными стенками к оси сепаратора, на боковой поверхности которого между стенками пазов выполнены вертикальные ребра, а зазор, образованный между стенками пазов и корпусом, больше диаметра шара, но меньше 1,7 диаметра шара (1).

Недостатком центробежной шаровой мельницы является то, что боковая поверхность и перпендикулярные ей стенки пазов сепаратора зафиксированы относительно друг друга, поэтому шары ударяются в корпус и сепаратор в закономерно расположенных точках. Как следствие - неравномерный износ корпуса и сепаратора и низкая надежность устройства. Кроме того, перпендикулярные стенки пазов сепаратора опережают шаровую загрузку в движении вокруг оси сепаратора, а поэтому они подвергаются со стороны шаров интенсивным ударам и трению. Это воздействие также локально в силу однорядной укладки шаров в пазах сепаратора и наряду со снижением надежности устройства оно приводит к непроизводительным затратам энергии.

Наконец, в случае попадания в зазор между корпусом и оребренной поверхностью сепаратора недробимого тела, например части разрушенного шара, происходит заклинивание группы шаров и, как следствие - местная пластическая деформация или выкрашивание материала корпуса и сепаратора, что снижает надежность работы устройства.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является шаровая мельница, содержащая вертикальный корпус, концентрично с зазором установленный в нем на валу сепаратор с кольцевыми пазами на боковой поверхности, каждый из которых выполнен с расположенными между его противоположными стенками прямолинейными ребрами, и свободно установленные в пазах шары, при этом максимальный зазор между корпусом и сепаратором больше диаметра шара, но меньше 1,7 диаметра шара, а сепаратор выполнен в виде закрепленных на валу дисков с торцевыми кулачками и установленных между дисками конических втулок, причем кулачки дисков прилегают к боковым поверхностям втулок и их торцевые поверхности ориентированы перпендикулярно боковой поверхности втулки и эквидистантно друг другу (2).

Недостатком шаровой мельницы является то, что втулки сепаратора выполнены с возможностью медленного смещения относительно дисков, что снижает неравномерность износа корпуса и сепаратора на участках, прилегающих к торцевым кулачкам. Торцевые поверхности дисков сепаратора опережают шаровую загрузку в движении вокруг оси сепаратора, а поэтому они подвергаются со стороны шаров интенсивным ударам и трению. Это действие так же локально в силу однорядной укладки шаров в пазах сепаратора и наряду со снижением надежности устройства оно приводит к непроизводительным затратам энергии.

В случае попадания в зазор между корпусом и втулкой сепаратора с ребрами на внешней поверхности недробимого тела, например части разрушенного шара, происходит заклинивание группы шаров и, как следствие - местная пластическая деформация или выкрашивание материала корпуса и сепаратора, что снижает надежность устройства.

Наконец, при коническом исполнении втулки сепаратора шаровая загрузка сосредотачивается при работе устройства вблизи верхнего диска. Поэтому кулачок на этом диске изнашивается интенсивнее нижнего кулачка и непроизводительные затраты энергии здесь высокие.

Цель изобретения - повышение надежности и эффективности измельчения.

Указанная цель достигается тем, что в шаровой мельнице, содержащей вертикальный корпус, концентрично с зазором установленный в нем на валу сепаратор, выполненный в виде закрепленных на валу дисков с торцевыми кулачками и конической втулки с ребрами на внешней боковой поверхности, свободно расположенные шары в зазоре между корпусом и втулкой сепаратора, причем втулка сепаратора закреплена на валу, а верхний диск установлен на цапфе вала с возможностью относительного вращения.

Оси цапфы может быть выполнена под углом к оси вала, при этом угол больше нуля, но меньше или равен arctg(d/D), где d - диаметр шара, D - наименьший диаметр рабочей поверхности торцевого кулачка. Кроме того, зазор между корпусом и втулкой сепаратора больше 3, но меньше 3,45 диаметров шара.

Верхний диск, установленный на цапфе вала с возможностью относительного вращения, приводится за счет шаровой загрузки в синхронное с ней движение. Поэтому интенсивность трения и ударные импульсы с непроизводительными потерями энергии между шарами и торцевым кулачком низкие.

При этом торцевой кулачок верхнего диска обеспечивает установку шаров каждого кольцевого ряда на разных высотах, которая, практически, сохраняется при работе устройства в силу низких ударных импульсов между кулачком и шаровой загрузкой. Это способствует равномерному износу ребер втулки и корпуса.

В случае установки цапфы под углом к оси вала обеспечивается прецессия верхнего диска, приводящая к возвратно-поступательному перемещению шаровой загрузки по высоте, что дополнительно способствует равномерному износу ребер втулки и корпуса. Этот дополнительный эффект не снижается при любой степени износа выступов торцевого кулачка вплоть до полного их исчезновения.

Угол ограничен диапазоном от нуля до величины arctg(d/D), где d - диаметр шара, D - наименьший диаметр рабочей поверхности верхнего торцевого кулачка, когда перемещение шаровой загрузки по высоте за счет прецессии диска соответственно больше нуля и не менее диаметра шара. При этом крайнее верхнее значение полностью исключает "мертвые" зоны на поверхностях втулки и корпуса между смежными по высоте кольцевыми слоями шаров и дальнейшее увеличение поэтому не целесообразно.

Выполнение зазора между корпусом и втулкой сепаратора больше 3 диаметров шара предотвращает заклинивание группы шаров в случае попадания недробимого тела, например, части разрушенного шара, поскольку весь массив шаров совместно с измельчаемым материалом имеет возможность свободного перемешивания. Кроме того, исключается локальность воздействия шаров на рабочую поверхность торцевого кулачка в силу уже указанного свободного перемешивания и многослойности шаровой загрузки в радиальном направлении корпуса.

Ограничение максимального зазора величиной 3,45 диаметров шара обусловлено нецелесообразностью укладки шаров в радиальном направлении корпуса в 4 слоя и более, когда ударные импульсы со стороны ребер втулки затухают и в слое шара вблизи корпуса измельчение материала уже не эффективно. Диапазон, ограничивающий зазор между корпусом и втулкой от 3 до 3,45 диаметров шара, следует из расчета мгновенно создающихся плотных упаковок в шаровой загрузке и расчетные данные подтверждаются экспериментом.

При мгновенно создающихся плотных упаковках центры тяжести смежных шаров располагаются в вершинах тетраэдра, а расстояние (h) между соседними слоями шаров определяется по формуле h = = dsin[arccos(1/2 - cos 30^o)], где d - диаметр шара. Величина зазора () между корпусом и втулкой (кратчайшее расстояние от поверхности корпуса до впадины между ребрами втулки) составляет = h + d. Отсюда следует, что при 4-х слоях шаров = 3,45 d.

На чертеже изображена шаровая мельница, общий вид в разрезе.

Мельница содержит неподвижный конический корпус 1 с зазором, установленный в нем на валу 2 сепаратор, состоящий из верхнего 3 и нижнего 4 дисков с торцевыми кулачками 5, конической втулки 6 с ребрами 7. В зазоре 8 между корпусом 1 и втулкой 6 свободно расположены шары 9. Втулка 6 и нижний диск 4 сепаратора закреплены на валу 2, а верхний диск 3 установлен на цапфе 10 вала 2 с возможностью относительного вращения, например, за счет пары скольжения. На корпусе 1 размещены загрузочный 11 и разгрузочный 12 патрубки.

Ось цапфы выполнена под углом к оси вала 2, как это показано на чертеже. При этом больше нуля, но меньше или равен arctg(d/D), где d - диаметр шара, D - наименьший диаметр рабочей поверхности торцевого кулачка.

Зазор 8 между корпусом 1 и втулкой 6 сепаратора больше 3, но меньше 3,45 диаметров шара.

Шаровая мельница работает следующим образом.

В момент ее пуска торцевой кулачок 5 нижнего диска 4 отбрасывает шаровую загрузку в верхнюю часть кольцевого зазора 8, а далее, в стационарном режиме работы мельницы взаимодействие этого кулачка с шаровой загрузкой эпизодическое.

Обрабатываемый материал, например, кварцевый песок, поступающий через загрузочный патрубок 11, равномерно разносится верхним диском 3 и, перемещаясь по внутренней поверхности корпуса 1, диспергируется, после чего выгружается через патрубок 12. При этом шары 9 совершают колебания в радиальном направлении, одновременно перемещаясь вокруг оси втулки 6, а также вверх и вниз в результате взаимодействий с ребрами 7 на боковой поверхности втулки 6, с корпусом 1, торцевым кулачком 5 верхнего диска 3 и между собой. Верхний диск 3, установленный на цапфе 10 вала 2 с возможностью относительного вращения, приводится за счет шаровой загрузки в синхронное с ней движение. Поэтому интенсивность трения и ударные импульсы с непроизводительными потерями энергии между шарами и торцевым кулачком 5 верхнего диска 3 низкие.

При выполнении цапфы 10 соосно с валом 2 (на чертеже не показано) кулачок 5 верхнего диска 3 обеспечивает установку шаров каждого кольцевого ряда на разных высотах, которая практически сохраняется при работе устройства в силу низких ударных импульсов между кулачком 5 верхнего диска 3 и шаровой загрузкой. Это способствует равномерному износу ребер 7 втулки 6 и корпуса 1.

В случае установки цапфы 10 под углом к оси вала 2 обеспечивается прецессия верхнего диска 3, приводимая к возвратно-поступательному перемещению шаровой загрузки по высоте, что дополнительно способствует равномерному износу ребер 7 втулки 6 и корпуса 1. Этот дополнительный эффект не снижается при любой степени износа выступов торцевого кулачка верхнего диска 3 вплоть до полного их исчезновения.

Угол ограничен диапазоном от нуля до величины arctg(d/D), где d - диаметр шаров 9, D - наименьший диаметр рабочей поверхности торцевого кулачка верхнего диска 3, когда перемещение шаровой загрузки по высоте за счет прецессии диска соответственно больше нуля и не менее диаметра шара. При этом крайнее верхнее значение перемещения полностью исключает "мертвые" зоны на поверхностях втулки 6 корпуса 1 между смежными по высоте кольцевыми слоями шаров.

Зазор 8 между корпусом 1 и втулкой 6 сепаратора, который больше 3-х диаметров шара, предотвращает заклинивание группы шаров в случае попадания недробимого тела, например части разрушенного шара, поскольку весь массив шаров совместно с измельченным материалом имеет возможность свободного перемешивания. Кроме того, исключена локальность воздействия шаров на рабочую поверхность торцевого кулачка 5 верхнего диска 3 в силу уже указанного свободного перемешивания и многослойности шаровой загрузки в радиальном направлении корпуса 1. Вследствие ограничения максимального зазора между втулкой 6 и корпусом 1 величиной 3,45 диаметров шара, шары укладываются в радиальном направлении корпуса 1 не более чем в 3 слоя. Поэтому ударные импульсы на шары 9 со стороны ребер 7 с малым затуханием передаются шарам, прилегающим к корпусу 1.

Применение предлагаемого устройства позволит снизить мощность привода на 10-15%, повысить надежность устройства.