Центробежный питатель

 

Изобретение относится к центробежным питателям, предназначенным для непрерывной равномерности подачи материала в две или более емкости, преимущественно в помольные барабаны планетарной мельницы. Центробежный питатель имеет боковые стенки с профилированными внутренними поверхностями, имеющими в поперечном сечении форму логарифмической спирали, описываемой уравнением: = ce^a где радиуса - вектор; c - начальный радиус- вектор; e - основание натуральных логарифмов; a - постоянный параметр; - угол поворота радиуса-вектора. Стенки, находящиеся по ходу вращения питателя за загрузочным отверстием, к которому они примыкают, имеют большую крутизну, чем смежные с ним стенки, находящиеся по ходу вращения питателя перед этим разгрузочным отверстием. Соответственно, параметр a = a₁ логарифмической спирали для поперечного сечения внутренних поверхностей пологих стенок 2 составляет 0,15 - 0,95, а параметр a = a₂ логарифмической спирали для поперечного сечения внутренних поверхностей крутых стенок 3 составляет по меньшей мере 0,8, при этом a₂ = 1,5 a₁. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к центробежным питателям, предназначенным для непрерывной равномерной подачи материала в две или более емкости, преимущественно в помольные барабаны планетарной мельницы.

Известен центробежный питатель планетарной мельницы [1] содержащий приемную емкость в виде усеченного конуса, срезанного по бокам с образованием боковых стенок, поперечное сечение которых имеет форму логарифмической спирали, проведенной из точки, лежащей на оси вращения и описываемой уравнением = ce^a где радиус-вектор; c начальный радиус-вектор; e основание натуральных логарифмов; a постоянный параметр; q угол поворота радиуса-вектора.

В торцевой стенке приемной емкости, соответствующей малому основанию усеченного конуса, выполнено загрузочное отверстие, центр которого лежит на оси вращения питателя. В другой торцевой стенке, соответствующей большому основанию усеченного конуса, по ее периферии выполнены разгрузочные отверстия, сопряженные с соответствующими разгрузочными патрубками цилиндрической формы, установленными параллельно оси вращения питателя. Боковые стенки питателя, имеющие в сечении форму логарифмической спирали как по своим наружным, так и по внутренним поверхностям, примыкают к разгрузочным отверстиям с обоих сторон, если смотреть на питатель в направлении оси его вращения. При этом указанные боковые стенки выполнены с одинаковой крутизной, т.е. параметр a в приведенном выше уравнении логарифмической спирали имеет одну и ту же величину поперечного сечения боковой стенки, отходящей от какого-либо разгрузочного отверстия в одну сторону, или, другими словами, расположенной по ходу вращения питателя, например, за загрузочным отверстием, и для поперечного сечения боковой стенки, отходящей от этого разгрузочного отверстия в другую сторону, т.е. расположенной по ходу вращения питателя перед этим разгрузочным отверстием. Этот параметр a лежит в пределах 0,15 0,35 для сведения к минимуму налипания на стенки питателя загружаемого в мельницу материала.

Однако, как показала практика, такие питатели с высокопроизводительными мельницами работают недостаточно эффективно в силу того, что частицы загружаемого материала, поступающие в питатель через его загрузочное отверстие, попадают на его боковые профилированные стенки и сдвигаются по ним к разгрузочным отверстиям так, что вектор скорости частиц направлен по касательной к стенкам. Поскольку при этом сам питатель вращается с некоторой угловой скоростью, то на частицу материала действует сила Кориолиса, направленная по нормали к внутренней поверхности боковой стенки, на которой находится частица. В связи с этим каждая пара примыкающих к соответствующему разгрузочному отверстию смежных боковых стенок создает неодинаковые условия для движения по ним частиц материала. Более конкретно, на частицу, движущуюся по первой из указанных боковых стенок, расположенной по ходу вращения питателя перед разгрузочным отверстием, сила Кориолиса будет действовать по нормали к внутренней поверхности этой боковой стенки в направлении внутрь питателя, отжимая частицу от стенки и облегчая ее перемещение к разгрузочному отверстию. В противоположность этому, сила Кориолиса действует на частицу, движущуюся по второй боковой стенке, находящейся по нормали к внутренней поверхности этой второй боковой стенки в направлении наружу от питателя, так что в этом случае сила Кориолиса прижимает частицу к боковой стенке питателя, затрудняя ее перемещение к разгрузочному отверстию. Поэтому на стенках, расположенных по ходу вращения питателя за загрузочными отверстиями, могут образовываться скопления материала (застойные зоны), которые при достаточно высокой производительности мельницы могут перекрывать проходное сечение разгрузочных патрубков.

Эти застойные зоны даже, если и не приводят к забиванию питателя материалом, то создают другие неприятности: после прекращения подачи в питатель материала, предшествующего остановке мельницы, скопившийся в застойных зонах материал не высыпается (или высыпается не полностью) через разгрузочные патрубки и остается в питателе, чтобы его удалить надо разбирать питатель, особенно, если в дальнейшем предполагается работать с другим материалом, смешение которого с обрабатываемом ранее, недопустимо.

Таким образом, описанный известный питатель ограничивает производительность планетарной мельницы.

В основу изобретения была положена задача разработать конструкцию центробежного питателя, в котором боковые стенки приемной емкости имели бы такую конфигурацию внутренних поверхностей, при которой обеспечивается исключение или по меньшей мере вероятности возникновения в питателе застойных зон, образованных скоплением материала при вращении питателя на высоких скоростях.

Поставленная задача решается тем, что предложен центробежный питатель, содержащий приемную емкость с разгрузочными отверстиями и примыкающими к ним боковыми стенками и разгрузочные патрубки, причем боковые стенки приемной емкости выполнены с криволинейными внутренними поверхностями, имеющими в поперечном сечении форму логарифмической спирали, проведенной из точки, лежащей на оси вращения питателя в соответствии с уравнением = ce^a где радиус-вектора; c начальный радиус-вектор;
e основание натуральных логарифмов;
a постоянный параметр;
q угол поворота радиуса-вектора,
в котором, согласно изобретению в каждой паре смежных боковых стенок, примыкающих к одному и тому же разгрузочному отверстию, внутренняя поверхность первой из стенок, расположена по ходу вращения питателя перед этим разгрузочным отверстием, имеет меньшую крутизну, чем внутренняя поверхность второй стенки, расположенной по ходу вращения питателя за этим разгрузочным отверстием, так что логарифмическая спираль, соответствующая поперечному сечению внутренних поверхностей указанных первых стенок, имеет параметр a a₁, лежащий в пределах от 0,15 до 0,95, а логарифмическая спираль, соответствующая поперечному сечению внутренних поверхностей указанных вторых стенок, имеет параметр a a₂, равный по меньшей мере 0,8, при этом a₂ 1,5 a₁.

Благодаря увеличенной крутизне внутренних поверхностей боковых стенок, находящихся по ходу вращения питателя сзади примыкающих к ним разгрузочных отверстий, результирующая сила, действующая на лежащую на такой стенке частицу в направлении наружу от питателя, будет составлять сравнительно небольшой угол с поверхностью этой стенки, как будет показано ниже в подробном описании изобретения. Поэтому частицы материала будут меньше прижиматься к этим стенкам, чем в известном питателе, практически не испытывая торможения по пути к разгрузочному отверстию и не создавая на этом пути заторов движению материала. В результате этого производительность планетарной мельницы, работающей с предлагаемым питателем, может быть увеличена приблизительно вдвое. Отсутствие образованных материалом застойных зон при работе предлагаемого питателя дает возможность полностью опорожнять его после прекращения подачи в него материала.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, разгрузочные патрубки, выполненные цилиндрическими, установлены под углом в пределах от 15 до 45^o к оси вращения питателя.

Согласно другому варианту осуществления изобретения разгрузочные патрубки имеют форму расширяющихся в сторону от питателя раструбов с углом раскрытия в пределах от 30 до 90^o.

Указанные величины угла ориентации цилиндрических разгрузочных патрубков и угла раскрытия разгрузочных патрубков, имеющих форму раструбов, соответствуют углам естественного откоса материалов, обрабатываемых в планетарных мельницах. Это позволяет материалу быстрее высыпаться из разгрузочных патрубков, предотвращая перекрывание их проходных сечений материалом, и забивание питателя. Под углом естественного откоса понимается минимальное значение угла наклона "горки", образованной свободно насыпанным материалом, при котором происходит сползание материала с этой горки.

Ниже в качестве примеров, не ограничивающих объем изобретения, приведено описание вариантов его осуществления.

На фиг.1 изображен центробежный питатель (вид сбоку), выполненный согласно одному из вариантов осуществления изобретения, с частичным размером; на фиг. 2 вид по стрелке А на центробежный питатель (фиг. 1), со снятой крышкой; на фиг. 3 вид сбоку на питатель, выполненный согласно другому варианту осуществления изобретения, с частичным разрезом; на фиг. 4 силы, действующие при вращении питателя на частицу материала, находящуюся на боковой стенке питателя, выполненного согласно изобретению, и на частицу материала, находящуюся на боковой стенке известного питателя.

Центробежный питатель (фиг. 1, 2), например, планетарной мельницы, содержит приемную емкость 1 в виде плоской коробки с профилированными боковыми стенками 2₁, 2₂, 2₃, 2₄ и 3₁, 3₂, 3₃, 3₄, (общие позиции 2 и 3). Емкость 1 закрыта съемной крышкой 4 с загрузочным отверстием 5, ось которого совпадает с осью 6 вращения питателя. Крышка 4 прикреплена, например, болтами 7 к фланцу 8, приваренному к боковым стенкам 2 и 3 заподлицо с их краями. По периферии плоской торцевой стенки 9 емкости 1 выполнены разгрузочные отверстия 10₁, 10₂, 10₃, 10₄ (общая позиция 10), расположенные на одинаковых расстояниях друг от друга. От этих отверстий 10 отходят разгрузочные патрубки 11, приваренные к стенке 9 (или выполненные с ней за одно целое). Эти разгрузочные патрубки 11 соединяются с помольными барабанами (не показаны) планетарной мельницы.

В варианте выполнения питателя, показанном на фиг. 1 и 2, разгрузочные патрубки 11 имеют цилиндрическую форму и их оси 12 составляют угол a лежащий в пределах от 15 до 45^o с осью 6 вращения питателя по соображениям, изложенным ниже.

Каждая из боковых стенок 2 и 3 емкости 1 выполнена с криволинейной внутренней поверхностью, образованной движением отрезка прямой (образующей), параллельной оси 6 вращения питателя, по логарифмической спирали (фиг.2), проведенной из точки, лежащей на этой оси 6, в соответствии с уравнением:
= ce^a
где радиус-вектор, т. е. расстояние от точки, относительно которой построена спираль, до данной точки спирали;
c начальный радиус-вектор;
e основание натуральных логарифмов;
a постоянный параметр;
q угол поворота радиуса-вектора относительно начального.

На фиг. 1, 2 форму логарифмической спирали имеют в поперечном сечении как внутренние, так и наружные поверхности боковых стенок 2 и 3, что с точки зрения изготовления питателя представляется более технологичным. Однако для сущности изобретения имеет значение форма рабочих, т.е. внутренних поверхностей боковых стенок питателя, поэтому в описании и пунктах патентования говорится о форме именно внутренних поверхностей (или подразумеваются внутренние поверхности) боковых стенок питателя. Внутренние поверхности боковых стенок 2 и 3 снабжены футеровкой (не показаны).

Боковые стенки 2 и 3 имеют в поперечном сечении форму логарифмической спирали, но крутизна этих стенок, определяемая параметром a уравнения логарифмической спирали, является различной в каждой паре смежных боковых стенок 2 и 3, отходящих (если смотреть в направлении оси 6 вращения питателя) от какого-либо разгрузочного отверстия 10, как показано на фиг. 2. Для того, чтобы стало более понятным, цифровые позиции 10 разгрузочных отверстий обозначены на фиг. 2 индексами 1, 2, 3 и 4 в соответствии с их количеством, а позициями 2 и 3 каждой пары боковых стенок придан такой же индекс, какой имеется у разгрузочного отверстия, к которому эти боковые стенки примыкают с обеих сторон.

Расположение менее крутой боковой стенки, например стенки 2₁, и смежной с ней более крутой боковой стенки 3₁ относительно соответствующего разгрузочного отверстия 10₁, к которому эти стенки примыкают, определяет направление вращения питателя, а именно это направление должно быть таким, чтобы менее крутая боковая стенка находилась по ходу вращения перед разгрузочным отверстием, а более крутая за разгрузочным отверстием. В частности питатель (фиг. 2) должен вращаться против часовой стрелки, как показано стрелкой w, поскольку, если смотреть в указанном направлении, то боковые стенки 2₁, 2₂, 2₃ и 2₄ с более пологими внутренними поверхностями находятся впереди разгрузочных отверстий 10₁, 10₂, 10₃ и 10₄ соответственно, а боковые стенки 3₁, 3₂, 3₃ и 3₄ с более крутыми внутренними поверхностями сзади этих разгрузочных отверстий. Параметр a₁ логарифмической спирали, соответствующей поперечному сечению пологих стенок 2₁ 2₄, лежит в пределах от 0,15 до 0,95, а параметр a₂ логарифмической спирали, соответствующей поперечному сечению крутых стенок 3₁ 3₄ равен по меньшей мере 0,8, при этом a₂ 1,5a₁.

Указанные диапазоны параметров a₁ и a₂, полученные экспериментально, обеспечивают эффективную выгрузку из питателя широкого круга материалов, обрабатываемых в планетарных мельницах. Конкретные значения параметров a₁ и a₂ внутри указанных диапазонов выбирают в зависимости от свойств материала, для работы с которым предназначен питатель. Так, в случае слеживаемых материалов, таких как глина, имеющих большой угол естественного откоса, параметры a₁ и a₂ должны быть больше, чем в случае более сыпучих материалов, таких как речной песок, имеющий угол естественного откоса.

Как показано на фиг. 1 и сказано выше, разгрузочные патрубки 11 имеют цилиндрическую форму и установлены под углом a лежащим в пределах от 15 до 45^o к оси 6 вращения питателя. Этот угол a зависит от материала загрузки, чем выше сыпучесть материала, тем угол a меньше, и наоборот. Преимущество такой установки разгрузочных патрубков состоит в том, что предотвращается перекрывание их проходного сечения материалом, вызванное его высыпанием под углом естественного откоса, зависящим от свойств материала. Такое перекрывание патрубков может иметь место, когда цилиндрические разгрузочные патрубки ориентированы параллельно оси вращения питателя, работающего на больших скоростях вращения. Наклонное положение разгрузочных патрубков под углом в пределах от 15 до 45^o, соответствующих углам естественного откоса большинства материалов, обрабатываемых в планетарных мельницах, позволяет также без угрозы забивания патрубков выполнить их более длинными, что желательно с точки зрения обеспечения надежного их сопровождения с загрузочными отверстиями помольных барабанов мельницы. В случае установки цилиндрических разгрузочных патрубков параллельно оси вращения питателя длина их, особенно если питатель работает с мелкодисперсным материалом, может оказаться недостаточной, чтобы надежно соединить разгрузочные патрубки с помольными барабанами, в частности обеспечить необходимые для этого уплотнения.

На фиг. 3 показан другой вариант выполнения разгрузочных патрубков в центробежном питателе, согласно которому эти патрубки 13 имеют форму раструбов, т.е. усеченного конуса, расширяющегося в направлении от питателя. Угол b раскрытия или угол конуса раструбов 13, т.е. угол между расположенными диаметрально противоположно образующими конуса, лежит в пределах от 30 до 90^o и выбирается в зависимости от материала загружаемого в питатель. Очевидно, что выполненные согласно фиг. 3 разгрузочные патрубки 13 обеспечивают такие же преимущества, что и цилиндрические наклонные разгрузочные патрубки 11 (фиг. 1), хотя и некоторая часть внутреннего объема каждого из патрубков 13, обращенная к оси 6 вращения, практически не используется.

Центробежный питатель работает следующим образом.

Перед подачей питания в мельницу ее помольным барабанам (не показаны) и питателю придают вращение с требуемой угловой скоростью в направлении стрелки w (фиг. 2). Через отверстие 5 (фиг. 1, 3) в питатель загружают подлежащий обработке материал, который попадает на боковые стенки 2 и 3 приемной емкости 1, имеющие в поперечном сечении форму логарифмической спирали. Логарифмическая спираль соответствует профилю естественного откоса материала, насыпанного на внутреннюю боковую поверхность цилиндра, благодаря чему достигается наименьшее трение частиц о внутренние поверхности стенок и скатывание их по стенкам. Частицы материала, попавшие на пологие боковые стенки 2 (фиг. 2), не испытывают каких-либо затруднений, перемещаясь по этим стенкам к соответствующим разгрузочным отверстиям 10, поскольку длина радиуса-вектора логарифмической спирали, описывающей профиль стенок 2, увеличивается в направлении к разгрузочным отверстиям, так что боковая стенка 2 как бы отходит от частиц по мере ее продвижения к разгрузочному отверстию 10. Такая же картина в отношении боковых стенок, расположенных по ходу вращения питателя перед его разгрузочными отверстиями, имеет место и для известного питателя (авт. св. СССР N 862981).

Что касается стенок 3, расположенных по ходу вращения сзади примыкающих к ним разгрузочных отверстий 10, то благодаря выполнению этих стенок крутыми, условия перемещения по ним частиц в предлагаемом питателе облегчаются по сравнению с таковыми в известном питателе. Это поясняется с помощью фиг. 4, на которой показана часть поперечного сечения питателя в зоне одного из разгрузочных отверстий 10 и силы, действующие на частицу 14, попавшую на представляющую интерес крутую стенку 3, при вращении питателя в направлении стрелки w Для сравнения на фиг. 4 показаны также силы, действующие на частицу 14', находящуюся на стенке 3', изображенной пунктирной линией и имеющую такую же крутизну (т.е. такой же параметр a логарифмической спирали), что и боковая стенка 2. Иными словами, стенка 3' выполнена такой же, как в указанном выше известном питателе. При этом рассматриваемые частицы 14 и 14' находятся на стенках 3 и 3' соответственно на одинаковом удалении r от оси вращения питателя.

На частицу 14 при вращении питателя в указанном направлении действует центробежная сила F₁, направленная по радиусу r окружности, центр которой лежит на оси 6 вращения питателя, и сила F₂ Кориолиса, направленная по нормали к поверхности стенки 6 в точке, где находится эта частица 14, в сторону от питателя. Равнодействующая указанных сил обозначения буквой F. Аналогичные силы, действующие на частицу 14', находящуюся на стенке 3' известного питателя, обозначены соответственно F'₁ и F'₁, а их равнодействующая F'. Как видно на фиг. 4, результирующая сила F, действующая на частицу 14, меньше по величине, чем результирующая сила F', действующая на частицу 14', а угол g между направлением силы F и касательной к поверхности 3 в точке нахождения частицы 14 значительно меньше угла g между направлением силы F' и касательной к поверхности 3' в точке нахождения частицы 14'. В результате этого частица 14 прижимается к поверхности 3 слабее, чем находящаяся на таком же расстоянии r от оси вращения частица 14', прижимается к поверхности 3', и таким образом, практически исключается вероятность скопления частиц материала на стенке 3 и образование внутри питателя застойных зон.

Следует понимать, что возможны различные изменения и модификации изобретения без отклонения от его сущности и в рамках его объема определенного прилагаемыми ниже пунктами патентных притязаний. Например, центробежный питатель может иметь не четыре, как показано на чертеже, а большее или меньшее количество разгрузочных отверстий и, соответственно разгрузочных патрубков.

Кроме того, возможно использование предлагаемого центробежного питателя для центрифуг с двумя и более стаканами (пробирками). Далее, наружная боковая поверхность питателя может быть не профилированной, а иметь правильную форму, например, с поперечным сечением в виде квадрата или круга, при этом внутренняя боковая поверхность питателя будет образована профилированными сегментами, установленными по периферии между разгрузочными отверстиями.

Формула изобретения

1. Центробежный питатель, содержащий приемную емкость с разгрузочными отверстиями и примыкающими к ним боковыми стенками и разгрузочные патрубки, причем боковые стенки приемной емкости выполнены с криволинейными внутренними поверхностями, имеющими в поперечном сечении форму логарифмической спирали, проведенной из точки, лежащей на оси вращения питателя в соответствии с уравнением
P = ce^a,
где Р радиус-вектор;
с начальный радиус-вектор;
е основание натуральных логарифмов;
а постоянный параметр;
- угол поворота радиуса-вектора,
отличающийся тем, что в каждой паре смежных боковых стенок, примыкающих к одному и тому же разгрузочному отверстию, внутренняя поверхность первой из этих стенок, расположенной по ходу вращения питателя перед этим разгрузочным отверстием, имеет меньшую крутизну, чем внутренняя поверхность второй стенки, расположенной по ходу вращения питателя за этим разгрузочным отверстием так, что логарифмическая спираль, соответствующая поперечному сечению внутренних поверхностей указанных первых стенок, имеет параметр а а₁ 0,15 - 0,95, а логарифмическая спираль, соответствующая поперечному сечению внутренних поверхностей указанных вторых стенок, имеет параметр а а₂, равный по меньшей мере 0,8, при этом а₂ 1,5 а₁.

2. Питатель по п.1, отличающийся тем, что разгрузочные патрубки выполнены цилиндрическими и установлены под углом 15 45^o к оси вращения питателя.

3. Питатель по п.1, отличающийся тем, что разгрузочные патрубки имеют форму расширяющихся в сторону от питателя раструбов с углом раскрытия 30 - 90^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4