Устройство для измельчения материала

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИИЯ МАТЕРИАЛА(73) Патентообладатели Кузнецов Виталий Николаевич, Лавров Александр Федорович, Подобедов Александр Васильевич(57) 1. Устройство для измельчения материала, включающее корпус с верхней частью цилиндрической формы и нижней частью, имеющей форму усеченного конуса, который своим большим основанием сопряжен с верхней частью, размещенную на верхней части корпуса крышку, рабочий орган в виде установленных с возможностью вращения на вертикальном валу, по меньшей мере, двух измельчающих элементов, кинематически связанный с вертикальным валом двигатель, установленный на корпусе штуцер для подвода рабочего агента в его полость,расположенное на дне нижней части корпуса разгрузочное отверстие и основание, отличающееся тем, что устройство снабжено расположенным коаксиально в нижней части корпуса кольцеобразным теплообменником,наружная и внутренняя поверхности которого образованы конической поверхностью, и установленным внутри нижней части корпуса успокоителем потока с вертикальными лопастями, при этом рабочий орган размещен в нижней части корпуса внутри теплообменника, а верхняя часть корпуса посредством разъемного соединения герметично соединена с крышкой. Фиг. 1 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что крышка выполнена с загрузочной воронкой. 713. Устройство по одному из пп. 1 или 2, отличающееся тем, что крышка выполнена с краном-заслонкой для герметизации полости корпуса после его загрузки. 4. Устройство по одному из пп. 1-3, отличающееся тем, что крышка выполнена с приспособлением для установки манометра. 5. Устройство по одному из пп. 1-4, отличающееся тем, что крышка выполнена с приспособлением для установки предохранительного клапана. 6. Устройство по одному из пп. 1-5, отличающееся тем, что крышка выполнена с приспособлением для соединения полости корпуса с источником давления при удалении измельченного материала из полости корпуса. 7. Устройство по одному из пп. 1-6, отличающееся тем, что соединение крышки с верхней частью корпуса выполнено с уплотнительным элементом, который расположен между крышкой и корпусом. 8. Устройство по одному из пп. 1-7, отличающееся тем, что корпус выполнен с приспособлением для установки термометра контроля температурных режимов. 9. Устройство по одному из пп. 1-8, отличающееся тем, что теплообменник выполнен в виде спиральной трубки. 10. Устройство по одному из пп. 1-9, отличающееся тем, что измельчающие элементы установлены с возможностью перемещения относительно дна нижней части корпуса и фиксации в промежуточном положении. 11. Устройство по одному из пп. 1-10, отличающееся тем, что измельчающие элементы выполнены в виде ножей. Полезная модель относится к устройствам для измельчения материалов, преимущественно растительного или животного происхождения, и может быть использована в сельском хозяйстве и пищевой промышленности в качестве куттера и миксера для приготовления суспензий из зерновых культур, а также пищевых масс различной плотности и вязкости. Известно устройство для тонкого измельчения материала, которое содержит корпус цилиндрической формы, герметично соединенную с корпусом посредством разъемного соединения крышку, основание, рабочий орган в виде установленных на вертикальном валу режущих элементов, кинематически связанный с вертикальным валом двигатель, установленный на корпусе штуцер для подвода рабочего агента в его полость и разгрузочное отверстие 1. С помощью известного устройства достаточно эффективно осуществляется тонкое измельчение материала или смеси материалов. Однако при переработке пастообразных масс с помощью известного устройства в рабочей зоне его корпуса (в зоне расположения рабочего органа) образуются застойные зоны. Указанное обстоятельство приводит к неравномерной степени измельчения материала или смеси материалов и, следовательно, к ухудшению качества получаемого измельченного материала из-за неоднородности его структуры. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство для измельчения материала, включающее корпус с верхней частью цилиндрической формы и нижней частью, имеющей форму усеченного конуса, который своим большим основанием сопряжен с верхней частью, размещенную на верхней части корпуса крышку, рабочий орган в виде установленных с возможностью вращения на вертикальном валу, по меньшей мере, двух измельчающих элементов, кинематически связанный с вертикальным валом двигатель, установленный на корпусе штуцер для подвода рабочего агента в его полость, расположенное на дне нижней части корпуса разгрузочное отверстие и основание 2. Известному устройству для измельчения материала присущи все недостатки описанного выше аналога,то есть получаемый в процессе переработки измельченный материал может иметь неоднородную степень измельчения, что связано с недостаточной эффективностью перемешивания материала или смеси материалов в процессе их измельчения. Конечно, однородность степени измельчения материала или смеси материалов можно повысить путем увеличения времени обработки материала или повторным измельчением уже измельченного материала, но в этом случае значительно увеличивается энергоемкость процесса измельчения материала и, следовательно, существенно возрастает стоимость конечного продукта (измельченного материала). Полезная модель направлена на решение задачи по созданию такого устройства, которое позволяло бы повысить качество получаемого конечного продукта за счет однородности степени его измельчения при одновременном снижении энергоемкости процесса измельчения. Технический результат, который может быть 71 получен при реализации полезной модели, заключается в повышении эффективности перемешивания измельчаемого материала в процессе и исключении застойных зон в рабочей зоне корпуса устройства. Поставленная задача решена за счет того, что устройство для измельчения материалов, которое содержит корпус с верхней частью цилиндрической формы и нижней частью, имеющей форму усеченного конуса, который своим большим основанием сопряжен с верхней частью, размещенную на верхней части корпуса крышку, рабочий орган в виде установленных на вертикальном валу с возможностью вращения, по меньшей мере, двух измельчающих элементов, кинематически связанный с вертикальным валом двигатель, установленный на корпусе штуцер для подвода рабочего агента в его полость, расположенное на дне нижней части корпуса разгрузочное отверстие и основание, снабжено расположенным коаксиально в нижней части корпуса кольцеобразным теплообменником, наружная и внутренняя поверхности которого образованы конической поверхностью, и установленным внутри нижней части корпуса успокоителем потока с вертикальными лопастями, при этом рабочий орган размещен в нижней части корпуса внутри теплообменника, причем верхняя часть корпуса посредством разъемного соединения герметично соединена с крышкой. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что крышка выполнена с загрузочной воронкой. Такой вариант конструктивного выполнения устройства позволяет повысить производительность устройства за счет сокращения затрат времени на вспомогательные операции по загрузке устройства материалом. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что крышка выполнена с краном-заслонкой для герметизации полости корпуса после его загрузки. Такой вариант конструктивного выполнения устройства позволяет повысить производительность устройства за счет сокращения затрат времени на вспомогательные операции по герметизации полости корпуса перед началом измельчения материала. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что крышка выполнена с приспособлением для установки манометра, что позволяет улучшить качество измельчаемого материала или смеси материалов за счет обеспечения контроля над технологическими параметрами процесса измельчения. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что крышка выполнена с приспособлением для установки предохранительного клапана. Такой вариант конструктивного выполнения устройства позволяет повысить безопасность проведения работ. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что крышка выполнена с приспособлением для соединения полости корпуса с источником давления при удалении измельченного материала из полости корпуса, что позволяет повысить производительность устройства за счет сокращения затрат времени на вспомогательные операции по удалению измельченного материала после окончания процесса его измельчения. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что соединение крышки с верхней частью корпуса выполнено с уплотнительным элементом, который расположен между крышкой и корпусом. При таком варианте конструктивного выполнения устройства повышается надежность герметизации соединения крышки с корпусом при одновременном сокращении трудозатрат при ремонте устройства. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что корпус выполнен с приспособлением для установки термометра контроля температурных режимов, что позволяет улучшить качество получаемого измельченного материала (конечного продукта) за счет обеспечения контроля над технологическими параметрами процесса измельчения и возможности оперативного вмешательства в процесс измельчения материала или смеси материалов. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что теплообменник выполнен в виде спиральной трубки. Такой вариант конструктивного выполнения устройства обеспечивает снижение затрат на изготовление устройства при одновременном повышении его ремонтопригодности. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что измельчающие элементы установлены с возможностью перемещения относительно дна нижней части корпуса и фиксации в промежуточном положении. При таком варианте конструктивного выполнения устройства появляется возможность изменять степень измельчения материала или смеси материалов в зависимости от его первоначального состава и степень интенсивности его перемешивания в процессе измельчения. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что измельчающие элементы выполнены в виде ножей, что позволяет значительно проще регулировать интенсивность измельчения и перемешивания продукта. Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено устройство для измельчения материала, на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1 и на фиг. 3 - разрез по Б-Б на фиг. 1. Устройство для измельчения материала содержит корпус с верхней частью 1 цилиндрической формы и нижней частью 2, имеющей форму усеченного конуса, который своим большим основанием сопряжен с верхней частью 1. Таким образом, диаметр большего основания усеченного конуса, определяющего форму нижней части 1 корпуса, равен диаметру цилиндра, определяющего форму верхней части 1 корпуса. Верхняя 1 и нижняя 2 части корпуса устройства могут быть выполнены как две отдельные детали, герметично соединенные между собой с помощью разъемного или неразъемного соединения, или наиболее пред 3 71 почтительно могут быть выполнены как одна деталь. В последнем случае корпус устройства не имеет сварных соединений и может быть выполнен из металла с применением технологии ротационной вытяжки, что обеспечивает возможность снижения веса конструкции при одновременном сохранении ее необходимой прочности. На торце верхней части 1 корпуса установлена крышка 3. Крышка 3 может быть выполнена из отдельных элементов, соединенных между собой с помощью разъемного или неразъемного соединения, или наиболее предпочтительно в виде одной детали. При последнем варианте конструктивного выполнения крышки 3 она не имеет сварных соединений и может быть выполнена из металла с применением технологии ротационной вытяжки. Верхняя часть 1 корпуса посредством разъемного соединения 4 герметично соединена с крышкой 3. В качестве разъемного соединения 4 верхней части 1 корпуса с крышкой 3 может быть использовано любое известное приспособление, обеспечивающее достаточно прочное и герметичное соединение указанных деталей, например болтовое или резьбовое соединения (на чертежах не изображено). Для обеспечения минимальной трудоемкости при монтаже и демонтаже указанных узлов наиболее предпочтительным является такой вариант конструктивного выполнения указанного соединения, при котором крышка 3 и верхняя часть 1 корпуса устройства соединены между собой с помощью равномерно расположенных по периметру барашков (фиг. 1). Для улучшения герметичности соединение 4 крышки 3 с верхней частью 1 корпуса устройства может быть выполнено с уплотнительным элементом 5, который расположен между обращенными друг к другу торцевыми поверхностями соответственно крышки 3 и верхней части 1 корпуса. В качестве уплотнительного элемента 5 может быть использовано, например, кольцо или манжета из резины или термостойкого пластика. Рабочий орган устройства выполнен в виде установленных с возможностью вращения на вертикальном валу 6, по меньшей мере, двух измельчающих элементов 7 и 8, которые могут быть выполнены, например, в виде лопастей с режущими кромками, дисков с измельчающими поверхностями (на чертежах не изображены). Измельчающие элементы 7 и 8 закреплены на вертикальном валу 6 с помощью разъемного соединения любой известной конструкции, что обеспечивает возможность их снятия для заточки или замены в случае необходимости. Наиболее предпочтительным является такой вариант выполнения измельчающих элементов, при котором они выполнены в виде ножей (фиг. 1-3). В случае варианта конструктивного выполнения измельчающих элементов 7 и 8 в виде ножей наиболее целесообразно, чтобы они отличались направлением угла их заточки. Выходной вал двигателя 9 кинематически связан с вертикальным валом 6. Двигатель 9 может быть расположен соосно с вертикальным валом 6 и закреплен на дне 10 нижней части 2 корпуса устройства или на основании 11 с помощью разъемного соединения. В этом случае кинематическая связь его выходного вала с вертикальным валом 6 может быть выполнена, например, в виде муфты (на чертежах не изображена). Возможен и такой вариант конструктивного выполнения устройства, при котором выходной вал двигателя 9 и вертикальный вал 6 расположены параллельно. В этом случае их кинематическая связь может быть осуществлена, например, с помощью редуктора или ременной передачи (на чертежах не изображены). На корпусе устройства расположен штуцер 12 для подвода рабочего агента, используемого для дополнительного воздействия на измельчаемый материал. В качестве рабочего агента в зависимости от применяемой технологии могут быть использованы, например,пар, вода или специальные добавки. Штуцер 12 посредством магистрали соединен с источником (на чертежах не изображен) для выработки рабочего агента. На дне 10 нижней части 2 корпуса устройства расположено разгрузочное отверстие 13, которое может быть сообщено, например, с транспортным трубопроводом 14, оборудованным задвижкой 15. В нижней части 2 корпуса устройства коаксиально расположен кольцеобразный теплообменник 16. Теплообменник 16 имеет входной патрубок 17 и выходной патрубок 18,предназначенные соответственно для подвода и отвода, в зависимости от используемой при измельчении материала или смеси материалов технологии, теплоносителя или хладагента. Наружная и внутренняя поверхности теплообменника 16 образованы конической поверхностью соответствующего конуса вращения. Теплообменник 16 может иметь любую известную конструкцию. Наиболее предпочтительным является такой вариант конструктивного выполнения теплообменника 16, при котором он выполнен в виде спиральной трубки, один конец которой сообщен с входным патрубком 17, а другой - с выходным патрубком 18. Внутри нижней части 2 корпуса устройства установлен успокоитель 19 потока с вертикальными лопастями 20. Успокоитель 19 потока может быть выполнен, например, в виде диска, который установлен коаксиально с кольцевым зазором относительно внутренних стенок корпуса устройства. Вертикальные лопасти 20 равномерно расположены по окружности, центр которой расположен на продольной оси симметрии устройства, и закреплены на указанном диске. Наиболее целесообразным является такой вариант конструктивного выполнения устройства, при котором диск устанавливают в месте сопряжения верхней 1 и нижней 2 частей корпуса устройства. При этом диск может быть закреплен на корпусе устройства с помощью специальных крепежных элементов 21 в случае выполнения корпуса устройства в виде одной детали. При одном из вариантов конструктивного выполнения устройства для крепления диска могут быть использованы крепежные элементы, используемые для соединения верхней 1 и нижней 2 частей устройства. Рабочий орган расположен в нижней части 2 корпуса устройства внутри теплообменника 16. Между измельчающими эле 4 71 ментами 7 и 8 рабочего органа и внутренней поверхностью теплообменника 16 расположены вертикальные лопасти 20 успокоителя 19 потока. Крышка 3 может быть выполнена с загрузочной воронкой 22, которая расположена соосно с корпусом устройства. Загрузочная воронка может быть выполнена из нескольких жестко соединенных между собой деталей или в виде единой детали, изготовленной с применением технологии ротационной вытяжки. Крышка 3 может быть выполнена с краном-заслонкой 23 для герметизации полости корпуса устройства после его загрузки материалом. Крышка 3 может быть выполнена с приспособлением для установки манометра 24. Указанное приспособление может быть выполнено, например, в виде штуцера с посадочным местом для соединения с манометром 24. Крышка 3 может быть выполнена с приспособлением для установки предохранительного клапана 25. Указанное приспособление может быть выполнено, например, в виде штуцера с посадочным местом для соединения с предохранительным клапаном 25. Крышка 3 может быть выполнена с приспособлением для соединения полости корпуса устройства с источником давления (на чертежах не изображен) при удалении измельченного материала из полости корпуса. Указанное приспособление может быть выполнено, например, в виде штуцера 26, к которому присоединяется через распределительный узел (на чертежах не изображен) источник давления. В качестве источника давления может быть использован, например, компрессор. Корпус устройства может быть выполнен с приспособлением для установки термометра контроля температурных режимов (на чертежах не изображено). Указанное приспособление может быть выполнено, например, в виде гнезда или штуцера. Измельчающие элементы 7 и 8 рабочего органа могут быть установлены с возможностью перемещения относительно дна 10 нижней части 2 корпуса устройства и фиксации в промежуточном положении. Указанное перемещение измельчающих элементов осуществляется вдоль продольной оси вертикального вала 6. Измельчающие элементы 7 и 8 закреплены на валу с помощью нажимного элемента 27. На вертикальном валу 6 между измельчающими элементами 7 и 8, а также между измельчающим элементом 8 и дном 10 нижней части 2 корпуса устройства установлены с возможностью монтажа и демонтажа дистанционные кольца 28. Устройство для измельчения материала работает следующим образом. Перед началом измельчения материала в случае необходимости осуществляют настройку степени измельчения материала режущим органом. Для настройки рабочего органа с помощью дистанционных колец 28 осуществляют установку измельчающих элементов 7 и 8 рабочего органа в определенном положении относительно дна 10 нижней части 2 корпуса устройства, которое соответствует требуемой степени измельчения материала. После монтажа (или демонтажа) дистанционных колец 28 на вертикальном валу 6 измельчающие элементы 7 и 8 фиксируют в новом положении на вертикальном валу 6 с помощью нажимного элемента 27. В случае необходимости перед началом процесса измельчения подлежащий измельчению материал или смесь материалов подвергают предварительной технологической обработке, например производят термообработку, и после этого осуществляют загрузку материала в полость корпуса устройства. Для этого предварительно крышку 3 с помощью разъемного соединения 4 отсоединяют от верхней части 1 корпуса устройства и загрузку материала осуществляют через открытый торец верхней части 1 корпуса. После загрузки материала в полость корпуса крышку 3 с помощью разъемного соединения 4 герметично соединяют с верхней частью 1 корпуса. Следует отметить, что дополнительная герметизация разъемного соединения 4 крышки 3 и верхней части 1 корпуса осуществляется с помощью уплотнительного элемента 5. При варианте выполнения устройства с загрузочной воронкой 22 крышку 3 не отсоединяют от корпуса устройства, а материал или смесь материалов, подлежащих дальнейшему измельчению, загружают непосредственно в загрузочную воронку 22. Затем открывают кран-заслонку 23 и материал из загрузочной воронки 22 поступает в полость корпуса устройства. После загрузки полости корпуса материалом кран-заслонку 23 закрывают и она герметизирует полость корпуса от окружающей среды. Затем с пульта управления (на чертежах не изображен) включают двигатель 9. При вращении двигателя 9 вращающий момент от его выходного вала передается на кинематически связанный с ним вертикальный вал 6, который также начинает вращаться. Вместе с вертикальным валом 6 совершают вращательное движение закрепленные на нем измельчающие элементы 7 и 8 рабочего органа, которые при вращении осуществляют одновременное измельчение и перемешивание находящегося в полости корпуса устройства материала или смеси материалов. Одновременно с началом процесса измельчения материала рабочим органом в соответствии с используемой технологией и характером измельчаемого материала в полость корпуса устройства через штуцер 12 подают рабочий агент, который осуществляет дополнительную обработку измельчаемого сырья. Следует отметить, что конструкция устройства позволяет поддерживать в полости корпуса избыточное давление, поскольку полость корпуса надежно изолирована от окружающей среды. При механическом воздействии измельчающими элементами 7 и 8 рабочего органа в рабочей зоне измельчения, которая расположена в нижней части 2 корпуса устройства, температура измельчаемого материала изменяется. Так, для исключения изменения структуры измельчаемого 5 71 материала под воздействием повышенной температуры к входному патрубку 17 теплообменника 16 подают хладагент, например предварительно охлажденный газ или жидкость, который возвращается в систему циркуляции через выходной патрубок 18. Таким образом, циркулирующий в теплообменнике 16 хладагент забирает излишнее тепло от измельчаемого материала в рабочей зоне измельчения, не допуская изменения его структуры. Если в соответствии с используемой технологией необходимо обеспечить дополнительное температурное воздействие на материал в зоне его измельчения, то к входному патрубку 17 теплообменника 16 подают теплоноситель, например, предварительно нагретый газ или жидкость, который возвращается в систему циркуляции через выходной патрубок 18. Таким образом, с помощью циркулирующего в теплообменнике 16 теплоносителя повышают температуру измельчаемого материала в рабочей зоне, осуществляя дополнительное температурное воздействие на материал. Как указывалось выше, при вращении измельчающие элементы 7 и 8 рабочего органа одновременно с измельчением материала осуществляют его интенсивное перемешивание. Такое перемешивание измельчаемого материала может привести к возникновению его кругового перемещения в рабочей зоне корпуса устройства в направлении вращения измельчающих элементов 7 и 8 рабочего органа. Такое круговое перемещение измельчаемого материала вслед за измельчающими элементами 7 и 8 может привести к его неравномерному измельчению. Установленные в нижней части 2 корпуса устройства вертикальные лопасти 20 успокоителя 19 потока препятствуют образованию кругового перемещения измельчаемого материала и, следовательно, способствуют более равномерному измельчению материала. При этом успокоитель потока 19 препятствует образованию пены на поверхности измельчаемого материала. Контроль над технологическими параметрами процесса измельчения материала осуществляют с помощью манометра 24 и термометра, которые могут быть размещены на пульте управления. После окончания процесса измельчения материала выключают двигатель 9, прекращают подачу рабочего агента в полость корпуса и осуществляют удаление конечного продукта из корпуса устройства через разгрузочное отверстие 13. Для этого открывают задвижку 15 на транспортном трубопроводе 14, и измельченный материал из полости корпуса устройства через разгрузочное отверстие 13 по транспортному трубопроводу 14 поступает на следующую стадию технологического цикла. Для ускорения процесса удаления измельченного материала из полости корпуса устройства к штуцеру 26 через распределительный узел присоединяют источник давления. При включении распределительного узла сжатый воздух от компрессора поступает в полость корпуса устройства и вытесняет измельченный материал из корпуса через расположенное в дне 10 нижней части 2 корпуса отверстие 13. Следует отметить, что удаление измельченного материала из полости корпуса устройства может быть осуществлено путем создания в полости корпуса разряжения, создаваемого вакуум-насосом (на чертежах не изображен). Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.