Показатели работы конических мельниц

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Значение проектируемой машины в ЦБП

Наряду с ростом выпускаемой продукции в целлюлозно-бумажной промышленности большое внимание уделяется повышению производства полуфабрикатов (волокнистых материалов) и улучшению их качества. Размол волокнистых материалов, используемых для изготовления бумаги, картона и другой продукции, в большинстве случаев осуществляется на конических и дисковых мельницах.

В последние годы совершенствование технологии подготовки бумажной массы в ЦБП идет по пути широкого внедрения в производство высокопроизводительных дисковых и конических мельниц и замены ими менее эффективных машин, таких как роллы.

В настоящее время освоено производство размалывающего оборудования, способно удовлетворить практически все технологические процессы подготовки бумажной массы. Разработаны проекты и налажено серийное производство дисковых мельниц производительности от 5 до 400т/сут. для размола массы низкой концентрации, высокоэффективных конических и пульсационных мельниц для дороспуска макулатуры, молотковых мельниц и мельниц специального назначения для размола щепы в производстве ДВП, а также дисковых мельниц мощностью 5000 кВт для размола щепы при производстве древесной массы.

Проводятся научные исследования по совершенствованию процесса размола и повышению работоспособности оборудования. В промышленности накоплен богатый опыт обслуживания мельниц. Однако производительность этих машин и качество размолотой массы не всегда отвечают все возрастающим требованиям. Недостаточна стойкость размалывающей гарнитуры мельниц.

Конические и дисковые мельницы относятся к размалывающим машинам, имеющим один и тот же принцип воздействия на волокно. Сущность этого воздействия заключается в упругопластическом деформировании волокнистой прослойки, образованной на кромках ножей ротора и статора. В результате происходит продольное расщепление, разрезание, раздавливание, фибриллирование и набухание волокна, благодаря чему достигаются необходимые физико-механические свойства полотна бумаги. На интенсивность размола волокна в конических и дисковых мельницах оказывают влияние гидродинамические явления, возникающие при движении бумажной массы в ячейках ротора и статора, хотя значимость их относительно невелика. Поэтому эти мельницы относятся к одному типу - типу ножевых размалывающих машин.

2. Классификация мельниц

Имея одинаковый принцип воздействия, на волокно, конические и дисковые мельницы отличаются по конструкции. Основное отличие заключается в выполнении рабочих органов, что обусловливает в первую очередь гидродинамические процессы, связанные с транспортирующей способностью, потери энергии и область применения.

В соответствии с классификацией конические мельницы можно разделить на два типа: с горизонтальным и вертикальным валом. Наибольшее распространение получили мельницы с горизонтальным валом, которые делятся на три группы в соответствии с тем, как движется масса по мельнице: от малого диаметра ротора к большому; от большого диаметра к малому (против действия центробежной силы); поперек зоны размола массы до 5-6% и высокой окружной скорости 25-35 м/с.

В зависимости от угла конусности мельницы можно разделить на две группы: с малым углом 16-22° и с большим 40° (мельницы Клафлина). По технологическому назначению конические мельницы принято делить на два типа: мельницы для гидратации и фибриллирования волокон (гидрофайнеры) и мельницы для гидратации с укорочением волокон (собственно конические мельницы, или жорданы).

Чаще всего непрерывный размол бумажной массы ведут в две ступени, в гидрофайнерах и в мельницах Жордана. Иногда его осуществляют в три ступени, используя эти и другие аппараты, например мельницы Мордена и дисковые рафинеры, и применяя различную размалывающую гарнитуру. При выработке массовых видов бумаги из массы сравнительно садкого помола ее размол может быть осуществлен в одну ступень в мельницах Жордана или в гидрофайнерах.

Коническая мельница Жордана (рис. 1.3.1). Она состоит из конического ротора с отдельными, закрепленными на нем, ножами и статора (кожуха) с такими же ножами. Конический ротор (рис. 1.3.2) приводится в движение от электродвигателя через эластичную муфту сцепления, допускающую осевое перемещение конуса относительно неподвижного кожуха, чем достигаются сближение ножей ротора и статора и необходимая присадка размалывающего органа. Перемещать конус в осевом направлении можно с помощью ручного маховичка через червячную или зубчатую передачу, а также с помощью электрического, пневматического или гидравлического серводвигателя. В последнем случае возможна присадка конуса с пульта управления и автоматизация процесса размола.

Общий вид конической мельницы Жордана: 1 - кожух (статор); 2 - присадочное устройство; 3 - вход массы; 4 - выход массы

Ротор мельницы Жордана: 1 - конус (ротор); 2 - подшипники

Мельницы для гидратации с укорочением волокон работают при сравнительно низких окружных скоростях (15 - 20 м/с.) Гарнитура этих мельниц, как правило, наборная с толщиной ножей 5-10 мм. Гидрофайнеры работают при малых удельных давлениях, повышенной концентрации необходимость применения литой гарнитуры. Технология изготовления гарнитуры обуславливает большую ширину ножа - до 16 - 20 мм, хотя с точки зрения физики процесса размола такая ширина ножей нецелесообразна.

Гидрофайнеры представляют собой скоростные конические мельницы с цельнометаллической литой гарнитурой, предназначенные для расчеса, рафинирования и гидратации массы без существенного укорочения волокна. Они отличаются малым габаритом, очень компактны и обладают вместе с тем сравнительно высокой производительностью. При размоле бумажной массы в гйдрофайнерах степень помола массы растет незначительно, поэтому масса легко обезвоживается на сетке бумагоделательной машины. Наряду с этим улучшаются механические свойства бумаги, особенно сопротивление раздиранию, надрыву и излому, так как волокно хорошо фибриллируется и гидратируется при размоле без значительного укорочения и приобретает пластичность.

Гидрофайнер: 1 - ротор; 2 - статор; 3 - присадочное устройство; 4 - муфта 5 - крыльчатка

Ротор гидрофайнера приводится во вращение от электродвигателя мощностью 150 кет (число оборотов 1450 в минуту) без промежуточного редуктора. При этом окружная скорость по среднему диаметру ротора составляет около 24 м/сек.

Конические мельницы классифицируются по различным признакам:

- по виду гарнитуры: с металлической литой или наборной гарнитурой, с керамической и с другими видами гарнитуры;

- по способу присадки размалывающих поверхностей: с присадкой ротора и с присадкой статора;

- по технологическому назначению: для расщепления щепы на волокна, для гидратации и укорочения волокна; для гидратации волокна;

- по виду механизма присадки: с ручной присадкой, с электромеханической, гидравлической и пневматической присадкой;

- по расположению ротора относительно опор: с консольным расположением ротора и с расположением между опорами;

- по способу подачи массы в зону размола: со шнековой подачей, с подачей при помощи насосов.

3. Выбор базовой машины, с которой сравнивается проектируемая

В настоящее время мельницы все совершенствуются и область применения их расширяется. В мировой практике разработано большое число различных типов гарнитуры, отличающихся конфигурацией рабочей поверхности. В моем дипломном проекте разработана наборная гарнитура со сменными ножами, идея конструкции применима для конических и дисковых мельниц.

По результатам литературного обзора в качестве базового примера выбираем коническую мельницу фирмы Metso - OptiFiner RF - 4, которые предназначены для размола различных волокнистых материалов низкой концентрации в целлюлозно-бумажном производстве, имеет одну зону размола и рассчитана на работу с подачей массы насосом.

Масса подается насосом через патрубок крышки размольной камеры в зону размола. Проходя между размалывающими секторами статора и ротора, масса подвергается гидравлическому и механическому воздействию.

Все узлы размещены в станине. Размольная камера облицована нержавеющей сталью.

Мельница имеет электромеханическую присадку ротором. Управление механизмами осуществляется электрическими приборами и аппаратами. Имеется местная и автоматическая системы управления. Благодаря повышенной стойкости гарнитуры и усовершенствованной системе смазки мельница надежна и долговечна в работе. Срок службы гарнитуры составляет несколько месяцев. Она не подлежит, как правило, ремонту. Изготовление новой гарнитуры методом литья в корковые формы процесс дорогостоящий и продолжительный по времени. Для замены гарнитуры необходимо останавливать процесс размола, что является экономически не выгодно и не рационально.

Коническая мельница: 1 - входная полость; 2 - корпус статора; 3, 4 - ножи статора и ротора; 5 - выходная полость; 6 - механизм прижима; 7 - станина

Подшипники с управляемым натягом

Расширение диапазона регулирования частоты вращения и повышение быстроходности шпиндельных узлов сделали необходимым создание подшипников с управляемым натягом.

В этих подшипниках при малых частотах вращения шпинделя натяг автоматически увеличивается и, обеспечивая существенное повышение жесткости, позволяет вести высокопроизводительную обработку заготовок на черновых режимах при больших силах резания. При высоких скоростях резания, на чистовых режимах, натяг уменьшается до величины лимитируемой температурой нагрева подшипников. Жесткость подшипников шпинделя при этом иногда уменьшается в несколько раз по сравнению с черновыми режимами, но на высоких скоростях обработки, при малых силах резания, она и не требуется высокой.

На рис. 1.4.1 представлена схема конического роликоподшипника типа 2-117732Л с управляемым натягом. Между наружным кольцом подшипника 1 и внутренним кольцом 2 находится поршень 3 с уплотнительной манжетой 4. Через подводящий канал 5 (пробка 6 выворачивается) в замкнутую поршневую полость от специальной насосной установки подводится масло. Давление его автоматически изменяется в соответствии с частотой вращения шпинделя. Увеличение давления масла сопровождается смещением поршня 6 влево, возрастанием силы действующей на ролики 7 и, следовательно, увеличением натяга в подшипнике.

На рис. 1.4.2 изображена схема радиально-упорного шарикоподшипника, в котором, как и в предыдущем случае, при изменении частоты вращения шпинделя автоматически изменяется натяг. По сути это подшипниковый узел, включающий кроме подшипника 1 наружную корпусную обойму 2, внутреннюю обойму 3, поршень 4, уплотнения 5 и 6. При подаче масла под высоким давлением через канал 7 в замкнутую полость, поршень 4 смещается влево и давит на наружное кольцо подшипника 1, создавая нужный натяг. Для предотвращения утечек масла из поршневой полости служат уплотнительная манжета 5 и резиновое кольцо 6.

Примеры описания конструкций шпиндельных узлов

Проектирование шпиндельного узла завершается составлением описания его конструкции. В описании должна содержаться информация о подшипниках установленных в его опорах, регулировании в них зазора - натяга, монтаже и демонтаже подшипников, конструкции уплотнений опор, системе подвода и отвода смазки, конструкции приводного элемента, приспособления для закрепления заготовки или инструмента и других конструктивных элементах.

Шпиндельный узел станка мод. 16К30В (рис. 1.4.3) смонтирован на двух опорах.

В передней опоре установлены два подшипника: двухрядный роликоподшипник (типа 3182100) и упорно-радиальный шарикоподшипник (типа 178000). Первый подшипник воспринимает только радиальную нагрузку, второй - осевую.

Между внутренним кольцом роликоподшипника 1 и буртом шпинделя установлено дистанционное кольцо 2, определяющее величину предварительного натяга. На наружной поверхности дистанционного кольца выполнены маслосбрасывающие канавки с острыми кромками. Масло, сброшенное центробежными силами с острых кромок канавок, стекает по каналу отвода (показан штриховыми линиями) в полость шпиндельной бабки. Для облегчения демонтажа внутреннего кольца роликового подшипника с конической шейки шпинделя в переднем конце шпинделя предусмотрено отверстие, по которому при помощи плунжерного насоса нагнетается масло, осуществляющее гидроразжим внутреннего кольца. Наконечник плунжерного насоса ввертывается в резьбовое отверстие после вывертывания технологической пробки 3.

Между упорно-радиальным и роликовым подшипником установлено дистанционное кольцо 2, которое необходимо для осуществления силового замыкания подшипников в опоре относительно корпуса. Регулирование предварительного натяга в подшипнике 1 и фиксация обоих подшипников на шейке шпинделя осуществляется разрезной гайкой 4. Стопорение гайки на резьбе производится путем затяжки контрящего винта, стягивающего верхние половинки гайки с прорезью.

Передний конец шпинделя выполнен фланцевым с поворотной шайбой 5, что позволяет быстро снимать и закреплять патроны, без свинчивания крепежных гаек.

В задней опоре установлен один роликовый подшипник 3182100. Радиальный натяг-зазор в нем обеспечивается также как и в передней опоре - при помощи дистанционного кольца и регулировочной гайки 6.

Шпиндельный узел станка мод. УТ16А (рис. 1.4.4) смонтирован на высокоскоростных шариковых радиально-упорных подшипниках типа 36000К имеющих 2-й класс точности.

В передней опоре подшипники установлены по схеме триплекс-тандем - «О», в задней - дуплекс - «О». Подшипники обоих опор воспринимают как радиальную, так и осевую нагрузку. Задняя опора выполнена плавающей - между наружным кольцом подшипника 4 и фланцем 1 имеется зазор. При нагреве шпинделя происходит его удлинение, и подшипники задней опоры вместе с концом вала беспрепятственно перемещаются в корпусе благодаря имеющемуся зазору. В противном случае, при нагреве, шпиндель бы выгнуло дугой, и он потерял точность.

Обе опоры имеют щелевые уплотнения, образованные кольцевыми зазорами между шейками шпинделя и поверхностями центральных отверстий во фланцах 1 и 5. Величина зазора кольцевой щели находится в пределах 0,1…0,2 мм. На проставочных втулках 2 и 6 выполнены маслосбрасывающие канавки с острыми кромками при помощи которых масло центробежными силами сбрасывается на поверхности проточек выполненных во фланцах 1 и 5 и, далее, стекает по каналам в нижнюю полость шпиндельной бабки. Предварительный натяг в передней опоре между первым и вторым подшипником (справа - налево), установленных по схеме «спина к спине» или дуплекс-тандем, обеспечивается за счет подшлифовки торцев колец подшипников. Второй и третий подшипник установлены по схеме дуплекс «О». Натяг в них осуществляется за счет дистанционных втулок 7 и 8 имеющих разную длину (втулка 8 короче втулки 7). Гайка 9 при завинчивании, воздействует на проставочное кольцо 10, далее, по цепочке - третий подшипник, дистанционные втулки 7 и 8, второй и первый подшипник, проставочная втулка 6 - обеспечивает силовое замыкание всех деталей опоры на бурт шпинделя. Стопорение гайки 9 от самоотвинчивания осуществляется стопорным винтом 9, который при завинчивании упирается в медную прокладку 11, выполненную в виде шпонки, и вдавливает ее в витки резьбы на теле шпинделя. Смазка к подшипникам передней опоры подводится по каналу в корпусе шпиндельной бабки и отверстию в дистанционной втулке 7.

Предварительный натяг в подшипниках задней опоры осуществляется за счет подшлифовки внутренних колец подшипников. Силовое замыкание всех деталей этой опоры (втулка 2, подшипники, втулка 12, шестерня 13) на тело шпинделя осуществляется при помощи гайки 3. Масло к подшипникам этой опоры подается по медной трубке от централизованной системы смазки.

4. Патентный поиск по гарнитуре мельниц

1) Размалывающая гарнитура дисковой мельницы: Пат. 2228725 Россия, МПК D21D1/30% B02C7/12 / Алашкевич Ю.Д., Ковалев В.И., Невзоров А.И.; Сиб. гос. технол. ун-т. - №2003122181/12; Заявл. 2003.07.15; Опубл. 2004.04.27

Изобретение предназначено для использования в целлюлозно-бумажной промышленности, но может найти применение и в других отраслях, например, в химической, строительной промышленностях. Размалывающая гарнитура дисковой мельницы включает роторный и статорный диски, рабочая поверхность которых разделена на секторы. На секторах выполнены ножи с межножевыми канавками, нанесенными параллельно одной из радиальных кромок сектора. Межножевые канавки закрыты поочередно со стороны входа и выхода, включая и канавки между секторами. Обеспечивается прохождение всего объема суспензии через межножевой зазор, что позволяет интенсифицировать процесс, повысить производительность и снизить энергозатраты размола. [7]

2) Размалывающая гарнитура для дисковой мельницы: Пат. 2227826 Россия, МПК D21D1/30% B02C7/12 / Алашкевич Ю.Д., Ковалев В.И., Саргсян К.Х., Набнева А.А., Щербаков В.Н.; Сиб. гос. технол. ун-т. - №2003122252/12; Заявл. 2003.07.16; Опубл. 2004.04.27

Изобретение предназначено для использования в целлюлозно-бумажной промышленности и может найти применение при размоле различных волокнистых материалов. Размалывающая гарнитура дисковой мельницы включает закрепленное на несущем основании металлическое ножевое размалывающее кольцо с ножами, выполненными в форме усеченных секторов. Сектора равномерно расположены по окружности так, что прямые линии их режущих кромок сходятся в центре кольца. Ширина межножевого канала равномерно увеличивается от входа к периферии на всей длине ножа. Глубина межножевого канала равномерно уменьшается от входа к периферии на всей длине ножа в соотношении, равном увеличению ширины межножевого канала. Обеспечивается равенство площади поперечного сечения межножевого канала на всей длине ножа от входа к периферии, что повышает надежность работы гарнитуры, эффективность и качество процесса размола. [7]

3) Гарнитура дисковой мельницы: Пат. 94024631 Россия, МПК D21D1/30 / Матвеев А.И., Куимов С.Д., Замотаев А.В.; Акционерное общество открытого типа «Пермский научно-исследовательский технологический институт»; №94024631/12; Заявл. 1994.07.08; Опубл. 1996.07.27

Изобретение может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности для размола щепы и различных волокнистых полуфабрикатов. Технический результат - повышение эксплуатационных характеристик гарнитуры за счет стойкости секторов и стабильности процесса размола, а также возможность замены части сектора в случае ее износа. [7]

4) Размалывающая гарнитура дисковой мельницы: Пат. 2262384 Россия, МПК D21D1/30% B02C7/12 / Алашкевич Ю.Д., Спарнш С.В., Ковалев В.И., Браун В.В.; Открытое акционерное общество «Канский машиностроительный завод «Сегмент» - №2004122055/30; Заявл. 2004.07.21; Опубл. 2005.10.20

Изобретение предназначено для измельчения волокнистых материалов. Размалывающая гарнитура дисковой мельницы включает роторный и статорный диски, разделенные на секторы, рабочая поверхность которых имеет периферийную фронтальную кольцевую зону, цельные ножи, рабочая поверхность секторов имеет дополнительную центральную коническую зону с наклоном образующей относительно опорной плоскости секторов под углом 2…5° со стороны входной окружной кромки секторов, открытые межножевые цельные канавки чередуются с межножевыми канавками закрытыми дополнительными перемычками, образующими сдвоенные ножи - цельные и укороченные. Все ножи могут быть размещены по касательным к окружности входного отверстия диска. Рабочая поверхность укороченных сдвоенных ножей может быть выполнена под углом относительно опорной плоскости секторов, равным 5…8°. Нерабочие донные поверхности цельных межножевых канавок и канавок цельных и укороченных сдвоенных ножей относительно опорной плоскости секторов выполнены под углом, равным 2…5°. Технический результат заключается в повышении интенсификации процесса измельчения и улучшении его качества. [7]

5) Размалывающая гарнитура дисковой мельницы: Пат. 99122767 Россия, МПК D21D1/30% B02C7/00 / Чистова Н.Д., Алашкевич Ю.Д., Кутовая Л.В.; Сиб. гос. технол. ун-т. - №99122767/12; Заявл. 1999.11.01; Опубл. 2001.10.10

Размалывающая гарнитура дисковой мельницы, содержащая систему ножей, отличающаяся тем, что рабочие поверхности ножей и канавок между ними выполнены волнообразными, при этом, высота волны обоих поверхностей равна h= 2/3 от высоты ножа H, а длина волны равна 1=1/3 от длины ножа L. [7]

6) Мельница для размола волокнистых материалов: пат. 108042, Россия, МПК D21D1/30 (2006.01) Вихарев С.Н., Агарков М.С.; Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный лесотехнический университет» - №2011102792/12; Заявл. 25.01.2011; Опубл. 10.09.2011

Полезная модель относится к целлюлозно-бумажной промышленности, в частности к дисковым мельницам. Техническая задача заявляемого изобретения - повышение эффективности машины и качества бумажной массы. [4]

конический мельница подшипник шпиндельный

6. Тенденции развития конических мельниц

Основные пути развития конструкции конических мельниц является повышения надежности самого изнашивающегося элемента - гарнитуры, а так же подшипникового узла.

Гарнитура является самой ответственной составляющей мельницы. От вида и рода размалывающей гарнитуры мельниц зависит качество конечной продукции, которое порой невозможно исправить последующими технологическими операциями.

Анализ патентной и научно-технической информации показал, что работы в области совершенствования гарнитуры идут по трем направлениям:

- совершенствование серийной металлической гарнитуры, способ ее изготовления, использования новых сплавов, применения термообработки и различных способов упрочнения;

- применение различных неметаллических материалов, например, керамики и пластмасс;

- применение композиционных материалов.

Тенденция к уменьшению ширины и шага ножей литой гарнитуры, а следовательно, повышению секундной режущей длины, делает возможным приблизить эффективность конических мельниц к дисковым. Простота конструкции и технического обслуживания, меньшая стоимость конических мельниц и повышенной срок службы гарнитуры делают эти мельницы конкурентоспособными по сравнению с дисковыми при установке на средних по производственной мощности бумажных фабриках при массном размоле. Особенно целесообразно их использование для получения специальных видов бумаги с высокой степенью помола, ведь сама конструкция конической мельницы позволяет получать более качественную бумажную массу. Так как при размоле не происходит укорачивания волокон.

С целью улучшения эксплуатационных характеристик размалывающей гарнитуры использовались различные способы упрочнения размалывающих ножей: закалка секторов с помощью ТВЧ, электроискровое легирование, плазменное напыление.

Закалка ТВЧ относится к рядовой технологии, позволяющей управлять твердостью размалывающих ножей, структурой материала и их ударной вязкостью. Правильное выполнение этой технологии повышает износостойкость гарнитуры на 10-15%.

Применение электроискрового легирования и плазменного напыления, по мнению авторов перспективно. Однако до сих пор в отечественной практике эти методы не нашли широкого применения и по существу ими пользуются, в основном исследователи.

Гарнитура с направленным износом - это биметаллическая гарнитура, у которой передняя кромка размалывающего ножа покрыта слоем менее износостойкого материала, обеспечивающая малое укорочение волокна, и гарнитура с повышенной твердостью слоя, прилегающего к передней грани, обеспечивающая малое укорочение волокна, и гарнитура с повышенной твердостью слоя, прилегающего к передней грани, обеспечивающая интенсивное укорочение волокна. Эти модификации гарнитуры позволяют длительно поддерживать оптимальные параметры размалывающих поверхностей, однако существенного увеличения срока службы гарнитуры при этом не получено. Были предприняты попытки разработать размалывающую гарнитуру из неметаллических материалов, таких как базальт, керамика, пластические материалы. Однако гарнитура из перечисленных материалов по своей надежности и износостойкости еще не может конкурировать с серийной металлической, хотя она гораздо дешевле и технологичнее в изготовлении. Особый интерес представляют композиционные материалы позволяющие изготовлять изделия с заданными свойствами. В настоящее время разработаны различные композиционные материалы, из которых предложено изготавливать размалывающую гарнитуру, в том числе на органической и металлической связке.

Выводы

Приведена классификация размалывающих мельниц, используемых в ЦБП. Описаны преимущества и недостатки конических мельниц. Рассмотрены материалы из которых изготовляются гарнитуры. Описан современный технический уровень мельниц, аналогичных проектируемой, достигнутый в мировой практике. Выбрана базовая машина - коническая мельница фирмы Metso - OptiFiner RF - 4, с которой сравнивается проектируемая мельница. Произведен патентный поиск. Рассмотрены тенденции развития мельниц. В технологической части будут затронуты вопросы технологии производства механической массы в целом, применительно к производству. В исследовательской части планируется выяснить факторы, влияющие на неравномерность межножевого зазора, а также разработать механизм регулировки зазоров в подшипниках. В конструктивной части будут произведены расчёты подшипниковых узлов, как в статике, так и в динамике. В технологии машиностроения осветим вопросы технологии изготовления конкретного узла машины. В главе монтаж и ремонт рассмотрим порядок монтажа и ремонта конических мельниц. В части, посвященной БЖД, рассмотрим вопросы охраны труда и безопасности на рабочем месте. В экономической части необходимо рассчитать экономическую эффективность при внедрении предлагаемой разработки.

Размещено на Allbest.ru