ДЕЗИНТЕГРАТОРЪ взгляд в прошлое или 110 лет эффективного

ДЕЗИНТЕГРАТОРЪ взгляд в прошлое или 110 лет эффективного
применения
Статья составлена с использованием материалов из Энциклопедии промышленных знаний
«Промышленность и техника»
Томъ 4. Обработка камней и земель. Технологiя химическихъ производствъ
1896 годъ
http://www.tpribor.ru/dez110let3.html
перейти к части 1 (Введение в измельчение, Основные типы машин дробления и помола твердых материалов, Щековые дробилки)
перейти к части 2 (Конусные дробилки, Роторные и молотковые дробилки, Шаровые, барабанные мельницы)
ЧАСТЬ 3.



Вибрационные мельницы
Дезинтеграторы
Особенности измельчения твердых материалов методом ударного воздействия
Вибрационные мельницы
Из перечисленных типов машин измельчения вибрационные мельницы являются самыми молодыми. Первая вибрационная машина для мелкого
(тонкого) помола была запатентована около 95 лет назад в Германии. Конструкция вибрационной мельницы во многом напоминает мельницу
шаровую барабанную. Мельницы обоих типов имеют корпус, заполненный мелющими телами различной формы (шары, стержни, ролики). Однако
способ побуждения мелющих тел, и соответственно сам характер измельчения в вибрационных машинах совершенно иной, нежели в барабанных
мельницах. Если движение шаров в корпусе барабанной мельницы вызывается вращением корпуса, то в вибрационной машине побуждение мелющих
тел производит дебалансный вал. Корпус вибрационной мельницы установлен на пружинных либо резиновых опорах и заполнен мелющими телами
относительно небольшого размера. Корпус вибрационной мельницы вибрирует при вращении массивного дебалансного вала, приводимого во
вращение электродвигателем (Рис.9).
Рис.9
В процессе работы мелющие тела, как и сам обрабатываемый материал, приходят во вращательное движение в сторону, противоположную вращению
дебалансного вала. Колебания дебалансного вала передаются от рабочей камеры и от стенок камеры загруженным в нее мелющим телам и
обрабатываемому материалу. Мелющие тела перемещаются относительно друг друга и непрерывно соударяются, в результате чего загруженный
материал истирается. Интенсивность движения мелющих тел повышается с ростом коэффициента трения между телом и
стенками корпуса (Рис.10).
Амплитуда колебаний вибромельницы обычно составляет 1- 3мм, а частота 1500-3000 колебаний в минуту. Так как
размер мелющих тел небольшой, амплитуда колебаний невелика, измельчение материала в вибромельнице происходит
преимущественно методом истирания. Ударные воздействия на обрабатываемый материал, вызванные соударением
мелющих тел, крайне слабы и малоэффективны. При незначительном ударном воздействии на обрабатываемый
материал, истирающее воздействие мелющих тел весьма интенсивное, что позволяет использовать вибрационные
мельницы в различных технологических процессах. Особенно эффективны вибрационные мельницы при производстве
высокодисперсных материалов в ограниченных объемах.
Однако, при увеличении тонкости помола сыпучих материалов на вибрационных мельницах (методом истирания) не
рекомендуется увеличивать удельную поверхность материала сверх определенной величины, так как в противном случае
наблюдается не снижение, а увеличение тонины помола. Увеличение тонины помола вызвано процессами
агрегатирования отдельных частиц материала с образованием хлопьев, сростков и других новообразований существенно
Рис.10
Схема работы
вибромельницы
снижающих площадь контактной поверхности материала.
В настоящее время вибрационные мельницы выпускаются различных размеров и производительности: от лабораторных агрегатов установленной
мощностью менее одного киловатта и объемом помольной камеры в 100см3 до промышленных мельниц большой мощности. Вибрационные
мельницы используются в различных производствах для получения высокодисперсных материалов в относительно небольших объемах. Широкое
распространение вибрационные мельницы получили в химической и фармацевтической промышленности, строительной индустрии в производстве
сухих строительных смесей и т.д.
В целом вибрационные мельницы являются достаточно сложными, узкоспециализированными машинами измельчения сыпучих
материалов методом истирания. Сохраняя основные недостатки шаровых барабанных мельниц, таких как относительно большой намол
металла, громоздкость, малая производительность и высокая энергонагруженность, вибрационные мельницы проигрывают шаровым
барабанным мельницам в плане надежности. Однако в производстве некоторых видов материалов, вибрационные мельницы
зарекомендовали себя достаточно хорошо, более того при измельчении материалов методом истирания вибрационные мельницы без
сомнения более эффективные машины измельчения, нежели мельницы барабанные шаровые.
Дезинтеграторы
Все более возрастающая потребность в больших объемах тонкодисперсных сыпучих материалов заставляла искать новые способы эффективного
измельчения.
Метод измельчения твердых материалов высоконагруженным ударом, когда разрушение материала происходит в местах спаянности, структурных
дефектов и напряжений, как наименее энергоемкий и наиболее эффективный способ измельчения, без сомнения является перспективным
направлением развития технологии измельчения твердых материалов.
Конструкция машины разрушения сыпучих материалов методом высоконагруженного удара или дезинтегратора была предложена Карром в 1859
году.
Различая способы разрушения твердых материалов о неподвижную преграду (роторные дробилки, дисмембраторы) и разрушение материала
рабочими органами, движущимися в противоположных направлениях (дезинтеграторы), при получении тонкодисперсных материалов второй способ
объективно является более рациональным. Это прекрасно понимали и более ста лет назад. Недаром в Энциклопедии промышленных знаний
«Промышленность и техника» за 1896 год измельчителям- дезинтеграторам посвящена отдельная глава. При описании производства различных
материалов, дезинтеграторы упоминаются гораздо чаще остальных машин измельчения, что лишний раз подчеркивает востребованность
измельчительного оборудования этого типа, эффективно разрушающего твердые материалы методом высоконагруженного удара. Более ста лет назад
дезинтеграторы использовались в различных областях производственной деятельности, в частности:
- стекольное производство (для окончательного измельчения кварцевого песка);
- химическая промышленность (производство серной кислоты, производство суперфосфатов) и т.д. (Рис.11)
Рис.11
Дезинтеграторъ Карра
Дезинтеграторъ Карра состоитъ изъ несколькихъ концентрическихъ рядовъ круглыхъ стальныхъ прутьевъ, движущихся въ
противоположныхъ направленияхъ; кварцъ, засасываемый в аппарат через воронку, вследствие центробежной силы ударяется о прутья и
выходитъ въ виде совершенного мелкаго порошка.
Дезинтеграторы
представляетъ собою мельницы, которыя состоятъ въ общемъ изъ 4, 6 или 8 концентрическихъ, вращающихся
одинъ въ другомъ, барабановъ, цилиндрическия наружныя стенки которыхъ состоятъ изъ прутьевъ, впаяныхъ однимъ концомъ въ
пластинки, другимъ въ кольца.
Измельчаемый материалъ поступаетъ через воронку во внутрь аппарата. Изъ внутренняго перваго барабана материалъ черезъ
щели между прутьями действиемъ центробежной силы выбрасывается во второй, вращающийся въ противоположномъ направлении,
изъ него материалъ въ отчасти измельченномъ виде поступаетъ въ третий барабанъ, вращающийся по направлению перваго, нзъ
третьяго, все более и более измельчаясь, материалъ поступаетъ въ 4 и т.д. и выбрасывается наконецъ въ виде порошка поверхностью
наружнаго барабана.
Материалъ проходить аппарата скорее, чемъ въ одну секунду. Специально для очень затруднительнаго измалывания влажнаго супер-
фосфата въ настоящее время употребляются съ болыпимъ успехомъ дезинтеграторы, состоящие изъ 3 барабановъ, изъ которыхъ лишь
средний вращается. Для измелъчения обыкновеннаго суперфосфата употребляются дезинтегратор, изъ 4 барабановъ, снабжелныхъ какъ на
перпферии, такъ и съ боков щетками для предохранения наружнаго кожуха отъ забивки.
Заметим, что дезинтегратор из «Энциклопедии промышленных знаний» в плане технических решений был совершенно не типичен для
оборудования того времени. Напротив, относительно легкая рама агрегата, высокие обороты рабочих дисков (корзин), возможность быстрого
отведения рабочих дисков для их осмотра или ремонта, легкосъемный кожух и приемный бункер, без сомнения являются вполне зрелыми
техническими решениями, используемыми при конструировании современных машин измельчения.
Возможность эффективного измельчения сыпучих материалов при высокой скорости обработки, универсальность, а также относительно небольшая
себестоимость помола, позволили измельчителям-дезинтеграторам занять лидирующие позиции среди машин измельчения, используемых в
различных технологических процессах связанных с получением тонкодисперсных порошкообразных материалов.
Конструкция дезинтегратора представляет собой два вращающихся в противоположных направлениях ротора (корзины) насаженных на отдельные
соосные валы и заключённых в кожух. Роторы расположены на одной геометрической оси, каждый с отдельным приводом. На дисках роторов по
концентрическим окружностям расположены ряды стержней – пальцев-бил таким образом, что каждый ряд пальцев одного ротора свободно входит
между двумя рядами пальцев другого (Рис.12).
Измельчаемый материал подаётся в центральную часть ротора и, перемещаясь к
периферии, подвергается многократным ударам пальцев, вращающихся во встречных
направлениях. Каждая частица соударяется с пальцами-билами, последовательно
испытывая высокоэнергетические механические воздействия (удары), приводящие к
быстрому разрушению материала и уменьшению тонины помола.
Зерно песка либо иного сыпучего материала, коснувшись пальцев первого от центра
ротора ряда, получает соответствующую этому ряду скорость и под действием
центробежной силы выбрасывается с траектории первого ряда пальцев. Песчинка,
имея одно направление с вектором скорости пальца, от которого она получила удар,
пересекает траекторию второго ряда пальцев, движущихся в противоположном
направлении. Получая удар от пальца второго ряда, песчинка отскакивает от него,
меняя вектор скорости, и выбрасывается с траектории второго ряда пальцев дальше,
пересекая траекторию третьего ряда. Такое переменно-противоположное движение
зерен сыпучего материала (например, песка) и соответственно его измельчение
Рис.12
продолжается до тех пор, пока зерно не будет выброшено из дезинтегратора.
2,3 Рабочие диски (корзины) 1,4 Приводные валы
Особенностью данного способа измельчения является разрушение материала в местах
структурных дефектов, а также преимущественно осколочная форма частиц. Также к
несомненным преимуществам измельчения и тонкого помола на дезинтеграторе можно отнести небольшой процент переизмельченного
(некондиционного) материала, отсутствие хлопьев, сростков, комков и других новообразований, обычно возникающих при увеличении тонины
помола, эффект самоочищения корзин от обрабатываемого материала склонного к адгезии. Перечисленные достоинства, как и практически полное
отсутствие альтернативных типов машин тонкого помола сыпучих материалов, способствовали широкому распространению измельчителейдезинтеграторов, как более ста лет назад, так и в наше время.
Рис.13
Современные измельчители - дезинтеграторы серий «Горизонт-3000МК» и «Поток 3000 М»
Измельчители-дезинтеграторы - машины измельчения твердых сыпучих материалов наиболее рациональным методом – методом свободного
высоконагруженного удара. Конструкция дезинтегратора, предложенная в 1859 году Карром, оказалась очень удачной. Тот факт, что
современные дезинтеграторы имеют практически аналогичную компоновочную схему (Рис.12), легко узнаваемые узлы и детали - лучшее
тому подтверждение. Развитие измельчителей-дезинтеграторов шло по классической схеме улучшения основных техникоэксплуатационных показателей, повышения эффективности и надежности оборудования.
Современные модели измельчителя-дезинтегратора (Рис. 13) в отличие от дезинтегратора Карра имеют сменные пальцы-билы,
установленные консольно на рабочих дисках либо с фиксирующими кольцами, что облегчает их замену и ревизию. Мощные электромоторы
привода роторов (корзин) позволили не только значительно увеличить производительность оборудования, но и сделали возможным
получение высоких скоростей движения пальцев-бил (на некоторых моделях до 100м/сек), что позволило более полно использовать
возможности ударной дезинтеграции на высокоскоростных режимах. В качестве материала пальцев-бил в настоящее время используются
износостойкие стали, а также современные композитные материалы. Таким образом, измельчители-дезинтеграторы без сомнения являются
наиболее эффективными машинами грубого, среднего и мелкого (тонкого) помола твердых сыпучих материалов. Помимо непосредственного
измельчения (увеличение показателей удельной поверхности), дезинтегратор также способен эффективно решать задачи смешивания
многокомпонентных продуктов. И, наконец, именно измельчители-дезинтеграторы позволяют проводить механоактивацию твердых
сыпучих материалов с приданием им совершенно исключительных свойств.
Особенности измельчения твердых материалов методом ударного воздействия
Реализация принципа высокоскоростного ударного измельчения (дезинтегрирования) твердых сыпучих материалов с использованием измельчителядезинтегратора позволила совершенно по новому взглянуть на явление механоактивации в различных производственных процессах.
Еще в 1962 году И. Хинт в своем фундаментальном труде: «Основы производства силикальцитных изделий» отмечал, что свойства силикальцитных
изделий зависят не столько от дисперсности используемых компонентов, сколько от типа помольного механизма и соответственно от способа
разрушения частиц.
При одинаковых показателях удельной поверхности кварцевого песка, помолотого на шаровой мельнице и дезинтеграторе, прочность на сжатие
образцов с дезинтегрированным песком была во всех случаях выше, чем у образцов, изготовленных с песком, молотым в шаровой или
вибромельнице. Разница в прочности образцов достигала 80%!
Правильность вывода, сделанного И.Хинтом о том, что помол песка как средства повышения его активности следует проводить с использованием
именно агрегатов измельчения ударного действия (дезинтеграторов) неоднократно подтверждалась различными исследователями, как в нашей стране,
так и за рубежом. Доказано, что глубокая механоактивация материалов возможна только в строго определенных типах измельчительного
оборудования, в частности дезинтеграторах. Получение такой же дисперсности с использованием агрегатов измельчения истирающего действия,
эффекта активации компонентов практически не обеспечивает.
Заключение
Основными задачами экономического и социального развития страны без сомнения является повышение технического уровня оснащения
производства, внедрение в производственную практику последних достижений научно-технического прогресса, техническое перевооружение и
реконструкция действующих предприятий.
В России объемы измельчаемых материалов составляют сотни миллионов тонн. Значительную долю в этом объеме занимают сыпучие
тонкоизмельченные материалы.
Для производства тонкодисперсных порошкообразных веществ отечественные машиностроительные заводы выпускают самые разнообразные
машины измельчения, причём наряду с созданием новых агрегатов происходит непрерывное изменение и совершенствование существующих
конструкций машин. Большое внимание при создании машин и технологических линий дробления и тонкого помола материалов различного
происхождения отводится вопросам повышения эффективности и надежности оборудования, улучшения условий труда обслуживающего персонала,
механизации и автоматизации трудоёмких процессов, обеспечению действующих в России санитарных норм по допустимому уровню шума,
вибрации и запылённости.
Авторы серии статей «Строительная лоция» сотрудники
ООО «СтройМеханика» Векслер М.В.
Липилин А.Б.
С использованием материалов:
«Промышленность и техника» Томъ 4. Обработка камней и земель. Технологiя химическихъ производствъ. 1896 год
И.А.Хинт «Основы производства силикальцитных изделий», 1962 год
С.С. Добронравов «Строительные машины и оборудование», 1991 год
Д.П.Волков, В.Я.Крикун «Строительные машины и средства малой механизации», 2002 год