устройство для получения аэровзвеси волокон из волокнистого материала

Формула изобретения

1. Устройство для получения аэровзвеси волокон из волокнистого материала, содержащее цилиндрический корпус с входным и выходным каналами, в корпусе размещены статор и ротор, последний выполнен в виде двух дисковых элементов с расположенными между ними роторными лопатками, статор размещен коаксиально относительно ротора, на поверхности каждого из дисковых элементов ротора со стороны корпуса установлены вентиляторные лопатки с возможностью создания в зазоре между корпусом и дисковыми элементами тяги воздуха от оси ротора к периферии, а в корпусе напротив каждого из дисковых элементов выполнены сквозные отверстия.

2. Устройство по п. 1, в котором отверстия в корпусе расположены между цилиндрической поверхностью, проходящей по образующей внутренних кромок вентиляторных лопаток, и осью устройства.

3. Устройство по п. 1, в котором отверстия в корпусе выполнены концентрически относительно оси ротора.

4. Устройство по п. 1, в котором между статором и внешними кромками роторных лопаток ротора образована кольцевая полость, сообщающаяся через каналы статора с входным каналом устройства.

5. Устройство по п. 1, в котором за внутренними кромками роторных лопаток ротора образована центральная полость, сообщающаяся с выходным каналом.

6. Устройство по п. 1, в котором статор выполнен в виде сплошного тела с тангенциальными к образующей статора каналами.

7. Устройство по п. 1, в котором статор выполнен в виде статорных лопаток с каналами между ними.

8. Устройство по п. 1, в котором дисковые элементы ротора выполнены в виде плоских дисков.

9. Устройство по п. 1, в котором один или оба дисковых элемента выполнены тарельчатой формы и расположены вогнутой стороной к центральной полости ротора.

10. Устройство по п. 1, в котором выходной канал выполнен в виде трубы, внутри которой установлены продольные перегородки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам размалывания волокнистого материала, например целлюлозы, и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности при изготовлении изделий аэродинамическим способом.

К аэровзвеси, используемой для изготовления аэродинамическим способом высококачественных изделий, например бумаги, предъявляются особые требования. Исходный волокнистый материал должен быть разделен на отдельные волокна. Если в аэровзвесь проникает неразволокненный материал, это снижает качество получаемого изделия.

Известна центробежная мельница [1], содержащая корпус с загрузочным патрубком и разгрузочным приспособлением, ротор в виде диска с билами, образующий с внутренней боковой поверхностью корпуса кольцевой канал, отбойное кольцо со щелями, расположенными тангенциально его внутренней поверхности в направлении вращения ротора. При этом вал ротора установлен вертикально и в его нижней части смонтирована крыльчатка. Разгрузочное приспособление выполнено противоположно загрузочному патрубку и охватывает крыльчатку, а величина кольцевого канала между боковой поверхностью корпуса и диском не более суммарной величины щелей в отбойном кольце и щели между торцевыми поверхностями диска ротора и отбойного кольца.

Однако при использовании этой мельницы возможно проникновение не полностью разволокненного материала на выход устройства.

Известно устройство для измельчения [2], содержащее цилиндрический корпус с размещенным в нем ротором, который выполнен в виде диска с разгонными лопатками и закреплен на валу с возможностью вращения, входной и выходной каналы, расположенные коаксиально относительно оси вращения ротора, причем выходной канал выполнен в виде кольца, охватывающего входной канал, и сообщен с отсасывающим циклоном. Разгонные лопатки ротора закреплены на его диске радиально со стороны выходного канала. Устройство содержит обечайку с тангенциальными щелями, которая расположена коаксиально между цилиндрической стенкой корпуса и торцевыми кромками разгонных лопаток ротора и образует с корпусом кольцевую полость, сообщающуюся с тангенциальным каналом для подачи воздуха. Оси симметрии тангенциальных щелей наклонены под углом 7-10 градусов к касательной, проведенной к внутренней стенке обечайки в точке, расположенной на одинаковом расстоянии от двух соседних щелей.

При работе этого устройства также не полностью разволокненный материал может проникнуть на выход.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является диспергатор [3], содержащий корпус, размещенный в нем ротор, выполненный в виде диска с разгонными лопатками, который закреплен на валу с возможностью вращения, входной и выходной каналы, расположенные коаксиально относительно оси вращения ротора. Разгонные лопатки ротора закреплены на его диске преимущественно радиально со стороны выходного канала. Обечайка с тангенциальными щелями расположена коаксиально между цилиндрической стенкой корпуса и торцевой кромкой разгонных лопаток ротора и образует с корпусом кольцевую полость, сообщающуюся с тангенциальным каналом для подачи воздуха. Входной канал расположен со стороны диска ротора, противоположной выходному каналу, диск ротора со стороны входного канала дополнительно содержит разгонные лопатки, закрепленные преимущественно радиально, а выходной канал выполнен в виде цилиндрической трубы, вдоль которой установлены перегородки.

Данное устройство в недостаточной степени обеспечивает разделение исходного материала на отдельные волокна.

Задачей, на которую направлено заявляемое изобретение, является создание устройства, позволяющего получить на выходе сплошной равномерный поток аэровзвеси волокон материала и снизить риск проникновения на выход устройства не полностью разволокненного материала.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что устройство для получения аэровзвеси волокон из волокнистого материала содержит цилиндрический корпус с входным и выходным каналами, в корпусе размещены статор и ротор, последний установлен с возможностью вращения и выполнен в виде двух дисковых элементов с расположенными между ними роторными лопатками. Статор размещен коаксиально относительно ротора. На поверхности каждого из дисковых элементов со стороны корпуса установлены вентиляторные лопатки с возможностью создания в зазоре между корпусом и дисковыми элементами тяги воздуха от оси ротора к периферии, а в корпусе напротив каждого из дисковых элементов выполнены сквозные отверстия.

Во время работы устройства происходит интенсивное разволокнение материала за счет чередующегося ударного воздействия на материал роторных лопаток и статора. Частички неразволокненного материала по действием центробежных сил остаются преимущественно в зоне интенсивного разволокнения, а именно между статором и лопатками ротора, а в выходной канал устройства попадет аэровзвесь, состоящая из отдельных волокон.

Дисковые элементы ротора служат направляющими для потока разволокняемого материала, движущегося в процессе разволокнения от периферии ротора к его центру.

Наличие на поверхности каждого из дисковых элементов со стороны корпуса вентиляторных лопаток, которые создают тягу воздуха от оси ротора к периферии, не позволяет частичкам волокнистого материала и отдельным волокнам проникать в пространство между дисковыми элементами и корпусом. Воздух поступает в пространство между дисковыми элементами и корпусом через сквозные отверстия, которые расположены между цилиндрической поверхностью, проходящей по образующей внутренних кромок вентиляторных лопаток, и осью устройства.

Если частички еще неразволокненного материала попадут в зазор между дисковым элементом и корпусом, то они далее могут попасть и в выходной канал. Состав аэровзвеси ухудшится, так как там окажутся частички не полностью разволокненного материала.

Кроме того, попадание большого числа частичек исходного материала и волокон между дисковыми элементами и корпусом может привести к заклиниванию ротора и ухудшению или даже остановке работы устройства.

В одном частном варианте отверстия для подсоса воздуха в корпусе выполнены концентрически относительно оси устройства.

Между статором и торцевой кромкой лопаток ротора может быть образована кольцевая полость, сообщающаяся через каналы статора с входным каналом устройства. Наличие такой полости в устройстве позволяет обеспечить наиболее интенсивное ударное воздействие лопаток ротора на исходный волокнистый материал, что влечет повышение производительности устройства. С другой стороны, материал более длительное время задерживается в полости, чем обеспечивается более полное разволокнение. Кроме того, в полости осуществляется процесс необходимого влагообмена между волокнами материала и воздухом. При этом наличие вентиляторных лопаток на дисковых элементах ротора, расположенных между ними и корпусом, препятствует проникновению частичек материала из кольцевой полости, где идут интенсивные процессы перемешивания и разволокнения, в зазоры между корпусом и дисковыми элементами. За внутренними кромками лопаток ротора также может быть образована центральная полость, сообщенная с выходным каналом.

Дисковые элементы ротора могут быть выполнены в виде плоских дисков.

В другом частном случае один или оба дисковых элемента могут быть выполнены тарельчатой формы и расположены вогнутой стороной к центральной полости ротора. При таком выполнении ротора скорость воздушного потока, двигающегося вдоль роторной лопатки в направлении оси устройства, уменьшается, что также не позволяет неразволокненному кусочку исходного волокнистого материала проскочить в выходной канал.

Статор может быть выполнен в виде сплошного тела с тангенциальными к образующей статора каналами.

Для упрощения технологии изготовления устройства статор может быть выполнен посредством статорных лопаток с каналами между ними.

Выходной канал может быть выполнен в виде трубы, внутри которой установлены продольные перегородки для того, чтобы выходной поток аэровзвеси был более равномерным.

Сущность заявляемого изобретения поясняется графическими материалами, на которых представлено:

фиг.1 - конструкция заявляемого устройства;

фиг.2 - то же, с вырезом части корпуса;

фиг.3 - то же, вид по разрезу А-А;

фиг. 4 - вариант выполнения устройства с дисковыми элементами ротора тарельчатой формы;

фиг.5 - то же, вид по разрезу В-В;

фиг.6 - пример выполнения статора.

Устройство для получения аэровзвеси волокон из волокнистого материала (фиг. 1, фиг. 2) содержит цилиндрический корпус 1 с размещенными в нем статором 2 и ротором 3, Корпус 1 имеет входной канал 4 для воздуха, входной канал 5 для волокнистого материала и осевой выходной канал 6. Ротор 3 закреплен с возможностью вращения и выполнен в виде двух дисковых элементов 7 и 8 с установленными между ними роторными лопатками 9, ориентированными преимущественно в радиальном направлении. Статор 2 содержит каналы 10, при этом статор 2 может быть образован посредством статорных лопаток 20 (фиг.3) или выполнен в виде сплошного тела (фиг.6), имеющего каналы 10. Между статором 2 и внешними кромками роторных лопаток 9 ротора 3 образована кольцевая полость 15. За внутренними кромками роторных лопаток 9 ротора 3 образована центральная полость 16. Выходной канал 6 выполнен в виде трубы 21, вдоль которой установлены перегородки 22 (фиг.5).

На поверхности каждого из дисковых элементов 7 и 8 со стороны корпуса установлены вентиляторные лопатки 11 и 12, предназначенные для создания в зазоре между корпусом 1 и опорными элементами 7 и 8 тяги воздуха в направлении от оси 18 устройства к его периферии. В корпусе 1 напротив каждого из дисковых элементов 7 и 8 между цилиндрической поверхностью, проходящей по образующей внутренних кромок вентиляторных лопаток, и осью устройства выполнены сквозные отверстия 13 и 14.

На фиг. 1 и фиг. 2 показаны дисковые элементы 7 и 8 ротора 3 в виде плоских дисков. В другом варианте выполнения устройства (фиг.4) дисковый элемент 19 ротора 3 выполнен тарельчатой формы. Другой дисковый элемент 7 ротора 3 выполнен в виде плоского диска. В последнем случае ротор 3 получается переменным по высоте в радиальном направлении, что обеспечивает расширение потока аэровзвеси, перемещающегося от периферии ротора 3 к центральной полости 16, и как следствие, уменьшение скорости его перемещения. Подача волокнистого материала через входной канал 4 может осуществляться совместно с потоком воздуха.

Устройство работает следующим образом. Через входной канал 5 подают увлажненный волокнистый органический материал, например измельченную целлюлозу, а через входной канал 4 - воздух, которые попадают в каналы 10 статора 2 и далее в кольцевую полость 15 между статором 2 и ротором 3. В полости 15 материал подвергается ударному воздействию роторных лопаток 9 ротора 3. Под действием этих ударов частички материала вовлекаются во вращательное движение в кольцевой полости 15, где и происходит разделение частичек материала на отдельные волокна. Одновременно с этим в кольцевой полости 15 воздух интенсивно перемешивается с разделяемым материалом и насыщается испаряемой с поверхности волокон водой. Поверхность волокон подсыхает, благодаря чему предотвращается слипание разделенных волокон. В полости 15 образуется вращающийся воздушно-волокнистый слой, который постоянно перемешивается под действием ударов о лопатки 20 статора 2 и лопатки 9 ротора 3.

Если частички волокнистого материала или отдельные волокна попадут в зазор между дисковым элементом 7 или 8 и корпусом 1, то благодаря тяге, создаваемой вентиляторными лопатками 11 и 12, подсасывающими воздух через отверстия 13 и 14 соответственно в корпусе 1, они снова возвращаются в рабочую зону устройства, где подвергаются дальнейшей обработке.

Частички материала, не полностью разделенные на волокна, не могут пройти в центральную полость 16 ротора 3, так как отбрасываются центробежной силой. В центральную область ротора 3 с потоком воздуха попадают только волокна полностью разделенного исходного материала, то есть аэровзвесь волокон. При этом волокна не слипаются, так как их поверхностный слой подсушен. Воздушный поток насыщен влагой, что позволяет не терять при дальнейшей транспортировке влажности волокон.

Процесс разделения исходного материала происходит до тех пор, пока частицы целлюлозы не разделятся на отдельные волокна и не произойдет подсушивание поверхности волокон и насыщение влагой воздушного потока.

Степень разделения материала на волокна определяется, главным образом, скоростью вращения ротора 3, расходом подаваемого через каналы статора 2 воздуха, удельным весом, влажностью и другими физическими параметрами исходного материала.

Для предотвращения закручивания выходного потока аэровзвеси выходной канал 6 выполнен в виде трубы 21 и в ней установлены продольные разделительные перегородки 22.

При работе устройства, представленного на фиг.4, ротор 3 которого имеет увеличивающуюся высоту по направлению к оси вращения, можно в большей мере регулировать баланс действия на частички еще не полностью разволокненного материала центробежной силы и силы аэродинамического давления потока воздуха. В роторе 3, расширяющемся к оси вращения, действие силы аэродинамического давления потока воздуха по мере удаления от периферии падает, поэтому, под действием центробежной силы частицы материала возвращаются в кольцевую полость 15, где происходит активное разделение частичек материала на волокна.

Таким образом, исходный волокнистый материал эффективно разделяется на отдельные волокна. Неразволокненные частички материала не попадут на выход устройства через зазоры между ротором и корпусом. Кроме того, на выходе устройства волокна не будут содержать влаги на поверхности, при этом сохранится влага внутри волокна. Устройство также обеспечивает насыщение потока воздуха влагой, испаренной в процессе разделения с поверхности волокон, чтобы в процессе дальнейшей транспортировки аэровзвеси не терялось их влагонасыщение.

Источники информации

1. Авторское свидетельсчтво СССР 1636043, В 02 С 13/08, опубл. 23.03.91.

2. Авторское свидетнльство СССР 1629094, В 02 С 13/26, опубл. 23.02.91.

3. Патент РФ 2154706, D 21 D 1/34, опубл. 20.09.2000 - прототип.