Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ТОНКОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ
ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ТОНКОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ТОНКОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: устройство предназначено для высокопроизводительного тонкого измельчения полидиспресных материалов до средних размеров частиц диаметром dТ≅ 10 мкм и может быть использовано в горнорудной, строительной, энергетической, химической, пищевой и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: в газодинамическом устройстве корпус камеры основного измельчения имеет верхнюю крышку ввода газовзвеси и нижнюю крышку - сборный кожух с патрубком вывода газовзвеси, дискообразное обтекаемое центральное тело, образующее с боковой стенкой камеры помольный объем кольцевой формы, в котором расположены элементы возмущения полей течения газовзвеси, а также тангенциальные сопла ввода энергоносителя с прямым срезом и щелевых тангенциальных каналов вывода газовзвеси. 5 з. п. ф-лы, 7 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2013134
Класс(ы) патента: B02C19/06
Номер заявки: 93008765/33
Дата подачи заявки: 10.03.1993
Дата публикации: 30.05.1994
Заявитель(и): Артемьев Владимир Константинович
Автор(ы): Артемьев Владимир Константинович
Патентообладатель(и): Артемьев Владимир Константинович
Описание изобретения: Изобретение предназначено для высокопроизводительного тонкого измельчения полидиcперcных материалов до средних размеров частиц диаметром dт ≅ 10 мкм и может быть использовано в горнорудной, пищевой, химической, строительной, энергетической и других отраслях промышленности.
Известна вихревая мельница (1), предназначенная для измельчения материалов до мелкодисперсных фракций. Помольная камера мельницы снабжена тенгенциальным патрубком подачи энергоносителя с регулируемым углом установки для измельчения материалов с различными физико-механическими свойствами, патрубком вывода продуктов измельчения и пылеразделительной головкой. Кроме того, помольная камера содержит источники газодинамического возмущения потока частиц, представляющие собой резонаторы Гельмгольца, расположенные тангенциально камере. Известное устройство не позволяет эффективно измельчать полидисперсный исходный материал, так как разрушению будут подвергаться преимущественно частицы только определенного диапазона размеров, частицы других размеров будут разрушаться слабо. Недостатком данного устройства является также отсутствие в его конструкции элементов возврата из пылеразделительной головки на вход помольной камеры неразрушившихся относительно крупных частиц, что снижает производительность устройства по готовому продукту заданной мелкой дисперсности.
Известно также устройство для вихревого измельчения [2] , содержащее камеру с верхней и нижней крышками и центральным отверстием в одной из них, тангенциальным патрубком подачи энергоносителя, узлы подачи материала и вывода газовзвеси. В процессе работы частиц исходного материала, попадая в периферийный слой энергоносителя и ударяясь об уступы на боковой поверхности стенки камеры, которые являются источниками возмущения потока, а также взаимодействуя между собой, измельчаются.
Повышение степени измельчения в предлагаемом устройстве достигается выполнением узла вывода газовзвеси с измельченными частицами в виде двух плоских каналов, прилегающих к крышкам камеры. В этом случае выход готового продукта из камеры осуществляется через относительно тонкие приторцевые пограничные слои, в которые вместе с энергоносителем могут попасть лишь мелкие частицы материала. Более крупные частицы совершают многократное циркулирование внутри камеры до момента их разрушения. Это несомненное достоинство известного устройства (с точки зрения тонкого помола) увеличивает время пребывания обрабатываемого материала в камере, что снижает производительность устройства по отовому мелкодисперсному продукту. Другим недостатком является использование в конструкции устройства возмущающего элемента только типа уступа на боковой поверхности, реализующего ударно-отражательный механизм разрушения частиц. Такой механизм обычно требует сообщения частицам больших запасов кинетической энергии, которые трудно обеспечить в вихревых камерах с дозвуковыми скоростями движения среды. Это приводит либо к невозможности эффективного разрушения частиц целой группы твердых и сверхтвердых материалов, либо к необходимости накопления внутренних дефектов в частицах путем многократного повторения их ударов об уступы, что ведет к упомянутому выше увеличению времени пребывания частиц в камере и тем самым снижению ее производительности по продукту заданной дисперсности.
Общим недостатком описанных выше устройств является использование в их конструкциях только по одному каналу ввода энергоносителя в камеру измельчения. Для устройств большой производительности (порядка нескольких единиц тонн готового продукта в час) неизбежный рост габаритных размеров камеры и длины пути, проходимого потоком энергоносителя до завершения одного полного оборота по внутреннему периметру камеры, приводит к заметному снижению средней величины скорости потока из-за нарастания различного рода потерь энергии. Это становится причиной снижения накопленной частицами, особенно крупными, кинетической энергии и, следовательно, эффективности их разрушения.
В формуле и описании изобретений (1) и (2) отсутствует указание на использование в этих конструкцих элементов футеровки износоопасных участков проточных каналов и стенок помольной камеры. Незащищенность обтекаемых поверхностей ограничивает область применения известных устройств либо предназначением их для измельчения мягких материалов, либо использованием в процессе работы малых скоростей движения среды. Во втором случае из-за недостаточной кинетической энергии частиц снижается эффективность их измельчения и, следовательно, достижимая тонкость помола.
Известна также струйная аэродинамическая мельница (3), которая является наиболее близким техническим решением из известных к предлагаемому изобретению, и предназначена для тонкого измельчения различных материалов до размеров частиц готового продукта менее 10 мкм.
Основными конструктивными элементами струйной аэродинамической мельницы, обеспечивающими эффект тонкого измельчения преимущественно большой производительности являются:
- камеры предварительного измельчения, соединенные воздуходувочными трубками с камерой основного измельчения;
- несколько тангенциально расположенных каналов подачи газовзвеси в камеру основного измельчения, а также каналов ввода энергоносителя, поступающего в камеру через съемные эжекторы, установленные с возможностью поворота;
- струйные эжекционные насосы для ввода в камеру предварительного и основного измельчения потоков газовзвеси;
- ускоряющие каналы для этих потоков, выполненные в виде сопел Лаваля и организующие неоднородность полей течения, способствующую возникновению газодинамических возмущений в общем потоке частиц, повышающих эффективность их измельчения;
- классификатор для разделения частиц измельчаемого материала по их размерам;
- патрубок для отвода готового материала из камеры основного измельчения через центральное отверстие в одной из крышек ее корпуса;
- каналы обратного поступления для возврата крупнодисперсной части продуктов измельчения из периферийной области помольного пространства камеры основного измельчения на вход в ускоряющие каналы камер предварительного помола;
- изготовление внутренней поверхности камер предварительного и основного измельчения из высокопрочного материала.
К числу недостатков известного технического решения (3) можно отнести следующие.
Слабо используется внутренняя боковая поверхность камеры основного измельчения для создания локальных вихревых зон течения, например, с помощью элементов различного конструктивного исполнения и газодинамической природы, способствующих более разнообразному механизму разрушающего воздействия на частицы материалов различной твердости и исходной дисперсности.
Тангенциальный ввод газовзвеси в помольное пространство камеры основного измельчения организован таким образом, что в каждом из каналов ввода на входе в помольное пространство реализуется так называемое кососрезанное сопло, при истечении из которого на ряде режимов работы камеры вектор средней скорости потока может быть направлен от стенки камеры к ее центральным областям (4, с. 342-347). При этом из факторов, позитивно влияющих на процесс разрушения твердых частиц, на значительном протяжении боковой стенки, особенно в установках высокой производительности, исключается взаимодействие (удар, трение) частиц со стенками, что снижает эффективность измельчения.
Каналы обратного поступления измельчаемого материала из камеры основного измельчения в камеры предварительного помола, ориентированные по нормали к внутренней боковой поверхности камеры основного измельчения, с приемными отверстиями, выполненными заподлицо с боковой поверхностью камеры, плохо работают на отвод из камеры на домол движущихся с большой скоростью инерционных крупнодисперсных частиц. И напротив, в камеры предварительного помола через каналы обратного поступления частично будут поступать менее инерционные мелкие частицы, которые туда направляться не должны. Эти факторы отрицательно влияют на эффективность работы устройства и его производительность.
Цель изобретения - повышение эффективности тонкого измельчения полидисперсных материалов при одновременном обеспечении высокой производительности устройства по готовому продукту путем рационального подбора типов, формы, количества, размеров, расположения и ориентации конструкции газодинамических элементов, позволяющих достичь необходимых скоростных характеристик движения измельчаемых частиц и уровней внутренних и поверхностных напряжений в них, переменности ускорений, местных направлений и кривизны траекторий движения измельчаемых частиц, многократности сжимающих, растягивающих и сдвиговых нагружений части за счет реализации как можно большего количества возмущающих воздействий на частицы от входа в камеру до выхода из нее, а также повторного введения неразрушившихся частиц в процессе измельчения при сохранении близкого к гармоническому характера изменения параметров.
Цель достигается тем, что в газодинамическом устройстве тонкого измельчения, содержащем систему загрузки и выгрузки обрабатываемого материала, узел предварительного измельчения, соединенный через питатель-аэратор, служащий для формирования газовзвеси, с цилиндрическим корпусом камеры основного измельчения, имеющей сопла ввода энергоносителя, каналы ввода, патрубок вывода и элементы возмущения полей течения газовзвеси, кроме этого содержащем классификатор частиц обрабатываемого материала, струйные эжекционные насосы для подачи в камеру газовзвеси и каналы возврата ее с относительно крупными частицами на домол, корпус камеры основного измельчения имеет верхнюю крышку-завихритель с подсоединенными к ней тангенциальными каналами ввода газовзвеси и нижнюю крышку - сборный кожух с подсоединенным к нему по центру выходным патрубком газовзвеси, дискообразное обтекаемое центральное тело, образующее с боковой стенкой камеры помольный объем кольцевой формы, в котором расположены элементы возмущения полей течения газовзвеси, равномерно распределенные вдоль боковой стенки и представляющие собой набор газодинамических элементов различной конфигурации, ориентации и размеров, состоящий из уступов, глубоких каверн, обращенных своей полостью во внутрь помольного объема, а также из собственно тангенциальных сопел ввода энергоносителя с прямым срезом и щелевых каналов вывода газовзвеси, которые соединены через центральный патрубок вывода с классификатором, соединенным в свою очередь с системой выгрузки материала и через каналы возврата с системой домола.
Кроме того, для повышения эффективности тонкого измельчения завихритель выполнен в виде цилиндрического тела вращения, к которому под углом α подсоединены два тангенциальных канала ввода газовзвеси, связанных через струйные эжекционные насосы один - с питателем-аэратором, другой - через канал возврата с классификатором. В центральную часть крышки коаксиально вмонтирован канал ввода газа высокого давления, переходящий в рассекатель потока газовзвеси, в нижней части которого, на стыке его с дискообразным телом выполнены под некоторым углом β к его местным радиальным осям щелевые косонаправленные отверстия.
Для повышения эффективности тонкого помола полидисперсного материала среди элементов возмущения полей течения газовзвеси количество тангенциальных сопел ввода энергоносителя и щелевых тангенциальных каналов вывода газовзвеси составляет не менее, чем по два каждого, а общее количество остальных элементов возмущения в помольном объеме равно или кратно числу вводов или выводов, причем из числа элементов, расположенных между двумя соседними соплами ввода энергоносителя, щелевой тангенциальный канал вывода газовзвеси наиболее удален по ходу основного движения в кольцевом помольном объеме от предыдущего сопла ввода.
Кроме этого, элементы возмущения полей течения, выполненные в виде каверн, имеют ось симметрии, образующую угол γ с местной радиальной осью корпуса в точке их пересечения, равномерно уменьшающийся для каждой последующей каверны по мере удаления ее от каждого из сопел ввода энергоносителя по ходу основного движения газовзвеси в кольцевом помольном объеме, при этом абсолютные размеры l и h каверн (где l - глубина, а h - ширина) равномерно увеличиваются таким образом, что их отношение остается постоянным.
Для обеспечения заданной гранулометрии готового продукта и высокой производительности устройства система выгрузки обработанного материала содержит циклоны, вентилятор и фильтр. Устройство содержит также элементы автоматики и контрольно-измерительные средства.
На фиг. 1 приведена конструктивно-функциональная схема газодинамического устройства тонкого измельчения; на фиг. 2 - схема камеры основного измельчения; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4 и 5 - схематические картины течения в окрестности щелевого тангенциального канала вывода и каверны соответственно; (А - вихрь сжатия, В - придонный вихрь); на фиг. 6 и 7 - экспериментальные и расчетные данные, поясняющие механизм возникновения местных возмущений газодинамических параметров течения в камере; (на фиг. 6: 2,2. . . 4,7 - значения относительного давления в камере; на фиг. 7: 1-r = 50,75 мм; 2-r , 63,5 мм; 3-r = 76,5 мм; 4 - расчет для газа при r = 63,5 мм); на фиг. 8, 9 - распечатка показаний анализатора Фрича по измерениям гранулометрического состава продуктов измельчения в заявляемом устройстве.
Газодинамическое устройство тонкого измельчения содержит узел 1 предварительного измельчения, представляющий собой агрегат механического дробления (фиг. 1), например, валкового типа для предварительной обработки исходного материа- ла и доведения его частиц до средних диаметров эквивалентных по объему сфер dт ≅ 5 мм; питатель-аэратор 2 для формирования обрабатываемой среды в виде газовзвеси; струйные эжекционные насосы 3; камеру 4 основного измельчения, обеспечивающую разрушение частиц твердой фазы до диаметров 1. . . 2 мкм ≅ dт ≅50. . . 70 мкм; камеру 5 домола, которая обеспечивает в случае необходимости доведение диаметров частиц 95% массы твердой фазы до заданной средней величины dт95 ≅ 10 мкм; классификатор 6, например центробежного типа, для возврата в камеру 4 основного измельчения частиц с размерами dт > 70 мкм, ввода в камеру 5 домола частиц с размерами 40 мкм ≅ dт ≅ 70 мкм, выделения при необходимости из потока газовзвеси частиц узких фракций. В систему выгрузки обработанного материала входят: циклоны 7 для осаждения из потока газовзвеси после камер 4, 5 основной массы обработанной твердой фазы; разгрузочные бункеры 8; газовый (воздушный) компрессор (не показан) для обеспечения всех газопотребляющих агрегатов устройства сжатым газом; вентилятор 9 для засасывания с выхода циклонов 7 газовой фазы с остатками массы твердой фазы; фильтр 10 с развитой тканевой фильтрующей поверхностью для очистки газовой фазы от сверхтонких частиц до экологических норм; каналы 11-19 подвода и отвода обрабатываемого материала, газа, газовзвеси к агрегатам устройства и внешним накопителем готового продукта (на фиг. 1 не показаны); транспортировочно-эксплуатационный контейнер 20 с элементами крепления к нему и между собой агрегатов устройства; запорно-регулирующая арматура, контрольно-измерительные средства, элементы автоматики (на фиг. 1 не показаны).
Камера 4 основного измельчения (фиг. 2) состоит из завихрителя 21, к которому под некоторым углом α присоединены тангенциальные каналы 22 и 23, связывающие его через струйные насосы 3 соответственно с питателем-аэратором 2 и классификатором 6. Центральный канал 24 завихрителя 21, служащий для ввода в последний сжатого газа от компрессора, переходит в рассекатель 25 потока газовзвеси, в нижней части которого равномерно под некоторым углом β к его местным радиальным осям и с угловым шагом Δϕ расположены щелевые отверстия 26 для вдува в поток газовзвеси закручивающих газовых струй. Рассекатель 25 жестко связан, например, сваркой с дискообразным обтекаемым центральным телом 27, которое вместе с боковой стенкой корпуса 28 камеры 4 образует помольный объем 29 кольцевой формы. В нижней части корпуса камеры расположено центральное отверстие 30, а к самому корпусу 28 c помощью фланцевого соединения прикреплен сборный кожух 31 с центральным патрубком 32 вывода газовзвеси.
Вдоль боковой стенки 33 камеры 4 (фиг. 3) равномерно распределены элементы возмущения полей течения, представляющие собой набор газодинамических элементов различной конфигурации, ориентации и размеров: не менее чем по два тангенциальных сопла 34 с прямым срезом ввода энергоносителя и щелевых канала 36 вывода газовзвеси со своими рессиверами 35 и 37 соответственно; уступы 38; каверны 39 с различными абсолютными геометрическими размерами l, h и варьируемыми равномерно углами γ их наклона к местным радиальным осям. Причем из числа элементов, расположенных между двумя соседними соплами ввода энергоносителя, щелевой тангенциальный канал вывода газовзвеси наиболее удален по ходу основного движения в кольцевом помольном объеме от предыдущего сопла ввода.
Износоопасные участки поверхностей завихрителя 12, рассекателя 25, центрального тела 27, а также торцевые и боковая поверхности помольного объема 29 футеровки износостойкими материалами (на фиг. 2,3 не показаны).
Устройство работает следующим образом.
Подготовленная в агрегате механического дробления, питателе-аэраторе 2 и струйном насосе 3 газовзвесь подается по тангенциальным каналам 22 в камеру 4 основного измельчения через завихритель 21, в котором частицы твердой фазы за счет значительного увеличения длины пути контакта между собой и со стенками в процессе винтового движения с относительно малыми скоростями подвергаются истиранию. В радиальном канале между верхней плоской поверхностью центрального тела 27 и верхней торцевой стенкой корпуса 28 газовзвесь ускоряется и дополнительно закручивается газовыми струями, вдуваемыми через плоские щелевые отверстия 26. На этом участке продолжается истирание твердых частиц и происходит их транспортировка в кольцевой помольный объем 29. Центральное тело 27 занимает значительную часть внутреннего объема корпуса камеры, что обеспечивает два положительных для разрушения частиц эффекта: увеличивается площадь поверхно- сти контакта частиц со стенками; при прочих равных условиях увеличивается энергонапряженность единицы помольного объема. Вдув в помольный объем 29 высокоскоростных струй газа-энергоносителя из плоских тангенциальных сопел 34 еще больше увеличивает среднерасходную скорость движения газовзвеси, что способствует интенcификации процесса разрушения частиц путем включения в этот процесс механизма ударно-отражательного взаимодействия. Выполнение сопел 34 с прямым срезом устраняет опасность отрыва потока энергоносителя от боковой поверхности камеры и снижения тем самым эффективности работы устройства.
Для обеспечения большой производительности камера 4 основного измельчения снабжена не только центральным выходным отверстием 30, но и поперечными (по всей высоте камеры) тангенциальными щелевыми каналами 36 вывода газовзвеси с измельченным материалом. При этом каналы 36 являются наиболее удаленными от сопел 34 (по ходу движения в помольном объеме). Скорость такого движения в районе приемных отверстий щелевых каналов 36 уже не очень велика, поэтому в каналы 36 вместе с несущей газовой фазой могут проникать не только самые мелкие, но и среднего размера частицы с диаметром dт ≅ 40 мкм, что способствует быстрому освобождению помольного объема от твердой фазы и повышению производительности устройства. Более крупные частицы продолжают циркулировать в помольном объеме до момента их разрушения. Самые мелкие частицы, не попавшие в тангенциальные щелевые каналы 36, вытесняются из помольного объема инерционными крупными частицами и выносятся через нижний торцевой пограничный слой и центральное отверстие 30 в объем, ограниченный сборным кожухом 31. Здесь они перемешиваются с частицами, вышедшими из помольного объема 29 через щелевые каналы 36 и рессиверы 37, в которых скорость движения уменьшается до транспортировочной, и выводятся через центральный патрубок 32 и канал 13 в классификатор 6, откуда частицы с размерами dт> 70 мкм возвращаются в завихритель 21 по тангенциальному каналу 23. В случае необходимости существенного снижения среднего размера основной массы частиц твердой фазы газовзвесь с фракциями 40 мкм ≅ dт≅ 70 мкм из классификатора 6 может быть направлена по каналу 12 в камеру 5 домола. После циклонов 7 и фильтра 10 готовый продукт по каналу 18 подается во внешний накопитель.
Интенсивное разрушение частиц обрабатываемого материала в помольном объеме камеры основного измельчения осуществляется за счет использования рациональной комбинации газодинамических элементов, являющихся источниками возмущения параметров течения в помольном объеме. Эти возмущения реализуются в виде зон ускорения и торможения потока, локального отрыва и последующего присоединения потока к стенкам камеры; пульсационных (турбулентной и расходной природы) и акустических колебаний параметров с изменяющимися в широких пределах амплитудами и особенно частотами колебаний; замкнутых областей типа "отрывных пузырей" с неустойчивой границей пузыря и возвратно-циркуляционным характером течения в нем; стационарных и периодических вихревых движений с различной ориентировкой осей вихрей; прямых и обратных осевых вращающихся потоков в камере со слоями смешения на границах их раздела и большими градиентами параметров поперек этих слоев.
Оптические и визуализационные экспериментальные исследования показали (фиг. 4, 5), что обтекание тангенциальных щелевых каналов вывода и каверн на боковой поверхности помольного объема камеры основного измельчения, кроме специфических особенностей, обладает и общими физическими аспектами. В частности, характерно наличие нестационарной линии раздела двух потоков ST и пульсационное течение в окрестности таких элементов при дозвуковых скоростях движения газовзвеси. Согласно одной из версий природы этого явления (например, (5), т. 1, с. 54-57; т. 2, с, 12-13, с. 20) нестационарность и пульсации обусловлены интенсивным обменом массами между внешним течением в объеме 29 и полостью канала 36 или каверны 3. В случае тангенциального выходного канала картина осложняется образованием также нестационарного отрывного пузыря 40 (фиг. 4), а в случае каверны - нескольких неустойчивых вихревых образований (фиг. 5), количество и интенсивность которых зависит от размеров каверны, угла γ, скорости движения среды и других параметров. Процесс сопровождается акустическим излучением. При уменьшении скорости частоты пульсаций и акустических излучений снижаются. Излучения больших частот лучше поглощаются мелкими частицами твердой фазы, а малых частот - крупными. Поглощение увеличивает уровень внутренних и поверхностных напряжений в частицах, особенно при больших частотах, когда зарождающиеся в частицах микродефекты структуры (вакансии, дислокации, трещины) не успевают аннигилировать, а упомянутые частоты находятся в резонансной близости с частотами излучений, возникающий в вершинах трещин внутри частиц. Рассматриваемые эффекты полезны для разрушения частиц при ударе или даже их саморазрушения. Можно считать, что высокочастотное пульсационное и акустическое воздействие на частицы вносит в процесс их разрушения дополнительный механизм, усиливающий эффективность ударно-отражательного измельчения. Следовательно, для измельчения полидисперсного материала целесообразно реализовывать широкий спектр частот пульсационных и акустических излучений в помольном объеме, для чего следует по мере удаления каверн от сопла вдува энергоносителя в направлении основного движения равномерно уменьшать угол γ и также равномерно увеличивать абсолютные размеры каверн. Соответствующие конструктивные признаки отсутствуют в известных технических решениях [1-3] .
Распределение параметров течения в возмущенном движении внутри помольного объема камеры при прочих равных условиях связано с типом (конфигурацией) конкретных используемых конструктивно-газодинамических элементов, с их количеством и расположением. На фиг. 6 приведены полученные данные измерений давления на внутренних поверхностях газодинамической камеры, снабженной двумя источниками возмущений в виде плоского дозвукового сопла ввода энергоносителя и плоского тангенциального канала вывода. На криволинейной боковой поверхности камеры кратно количеству источников возмущения образуется по две чередующиеся локальные области минимумов и максимумов давлений, то есть области относительного разрежения и уплотнения. При движении в этих областях частицы испытывают чередующиеся сжимающие и растягивающие напряжения. Указанные области наиболее ярко выражены в периферийной части помольного объема, в котором преимущественно происходит разрушение частиц обрабатываемого материала. Чередование этих областей приводит к периодическому знакопеременному ускорению частиц, искривлению траектории их движения как в радиальном, так и в окружном направлениях и, следовательно, действию на частицы перегрузок и внешних напряжений различных знаков. Все это ведет к усилению внутреннего напряженно-деформированного состояния частиц, способствует умножению и росту микродефектов внутренней структуры частиц и их разрушению. Описанная плоская картина в реальных случаях значительно усложнена влиянием различного рода трехмерных эффектов, к числу которых относятся поперечные перетекания несущей газовой фазы с мелкими несомыми частицами через торцевые пограничные слои, вытеснение мелких частиц крупными из периферийных областей течения, турбулентности, парные вихри Гертлера [6, c. 167-179] и т. п.
Чем большее количество возмущающих воздействий испытывает каждая частица на ее пути от входа в камеру до выхода из нее, тем выше уровень накопленных ею внутренних напряжений и тем большая вероятность ее разрушения. Следовательно, целесообразно увеличивать количество располагаемых по периметру помольного объема конструктивно-газодинамических элементов до тех пределов, пока располагаемые энергетические запасы и сумма потерь энергии на этих элементах еще обеспечивают сообщение частицам необходимой скорости их движения, а общие энергетические затраты на измельчение в предложенном устройстве остаются меньшим, чем соответствующие затраты в известных технических решениях.
Периодичность изменения давления и других газодинамических параметров на боковой поверхности камеры при дозвуковых скоростях движения газовзвеси (фиг. 7), заимствованной из работы [7] , передается во все внутренние области течения и частицам в них. При близком к гармоническому характере этих изменений создаются условия потери устойчивости газовых границ раздела областей течения и возникновения дополнительных нестационарных вихревых образований [8, 9] , вносящих свой вклад в процесс разрушения частиц. Близкий к гармоническому характер изменения параметров наиболее вероятен в случае равномерного распределения конструктивно-газодинамических элементов и, следовательно, возмущающих воздействий по периметру боковой стенки камеры. Кроме того, близость к гармоническому характеру изменения газодинамических параметров возрастает при условии кратности возмущающих воздействий одного и того же типа, обусловленных газодинамическими элементами, расположенными между соседними соплами ввода энергоносителя. Следовательно, общее количество таких элементов должно быть равно или кратно количеству сопел ввода, что, в отличие от известных технических решений [1, 2, 3] , учтено в предлагаемом устройстве.
При опытной проверке возможностей предлагаемого устройства производительностью = 3. . . 5 т/ч на мягких (тальк) и твердых (кристаллический кальцит) материалах средний диаметр измельченных частиц dт95 оказался в пределах 8. . . 10 мкм. Поставленная цель изобретения достигнута.
Таким образом, полная совокупность конструктивных признаков, характеризующих заявляемое устройство, их взаимное расположение и функциональные связи, а также количественные признаки до настоящего времени ни в одной области техники не известны. Каждый признак необходим, а их совокупность достаточна для достижения поставленной цели.
Формула изобретения: 1. ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ТОНКОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ, содержащее систему загрузки и выгрузки обрабатываемого материала, узел предварительного измельчения, соединенный через питатель-аэратор, служащий для формирования газовзвеси, с цилиндрическим корпусом камеры основного измельчения, имеющий сопла ввода энергоносителя, каналы ввода, патрубок вывода и элементы возмущения полей течения газовзвеси, кроме того, содержащее классификатор частиц обрабатываемого материала, струйные эжекционные насосы для подачи в камеру газовзвеси и каналы возврата ее с относительно крупными частицами на домол, отличающееся тем, что корпус камеры основного измельчения имеет верхнюю крышку в виде завихрителя с подсоединенными к нему тангенциальными патрубками ввода газовзвеси и нижнюю крышку - сборный кожух с подсоединенным к нему по центру патрубком вывода газовзвеси, дискообразное обтекаемое центральное тело, образующее с боковой стенкой камеры помольный объем кольцевой формы, в котором расположены элементы возмущения полей течения газовзвеси, равномерно распределенные вдоль боковой стенки и представляющие собой набор газодинамических элементов различной конфигурации, ориентации и размеров, состоящий из уступов, глубоких каверн, обращенных своей полостью вовнутрь помольного объема, а также из собственно тангенциальных сопл ввода энергоносителя с прямым срезом и щелевых тангенциальных каналов вывода газовзвеси, которые соединены через центральный патрубок вывода с классификатором, соединенным с системой выгрузки и через каналы возврата с системой домола.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что завихритель выполнен в виде цилиндрического тела вращения, а тангенциальные каналы ввода в него газовзвеси через струйные эжекционные насосы связаны одни с питателем аэратором, другие через каналы возврата - с классификатором, а в центральную часть крышки коаксиально вмонтирован канал ввода газа высокого давления, переходящий в рассекатель потока газовзвеси, в нижней части которого равномерно под углом к его местным радиальным осям расположены щелевые отверстия.
3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что среди элементов возмущения полей течения газовзвеси количество тангенциальных сопл ввода энергоносителя и щелевых тангенциальных каналов вывода газовзвеси составляет не менее чем по два, а общее количество остальных элементов возмущения в помольном объеме равно или кратно числу вводов или выводов, причем из числа элементов, расположенных между двумя соседними соплами ввода энергоносителя, щелевой тангенциальный канал вывода газовзвеси наиболее удален по ходу основного движения в кольцевом помольном объеме от предыдущего сопла ввода.
4. Устройство по пп. 1 - 3, отличающееся тем, что каверны имеют ось симметрии, образующую острый угол с местной радиальной осью корпуса в точке их пересечения, равномерно уменьшающийся для каждой последующей каверны по мере удаления ее от каждого из сопл ввода энергоносителя по ходу основного движения газовзвеси в помольном объеме, при этом абсолютные размеры каверн, глубина и ширина, равномерно увеличиваются так, что их отношение остается постоянным.
5. Устройство по пп. 1 - 4, отличающееся тем, что система выгрузки обработанного материала содержит циклоны, вентилятор и фильтр.
6. Устройство по пп. 1 - 5, отличающееся тем, что система домола содержит камеру домола.