RU2021018C1

RU2021018C1 - Working cylinder of bead mill

Info

Publication number: RU2021018C1
Authority: RU
Inventors: А.И. Дудин; Н.А. Дудина; А.А. Цыганок
Original assignee: Дудин Анатолий Иванович
Priority date: 1991-06-17
Filing date: 1991-06-17
Publication date: 1994-10-15

Abstract

FIELD: grinding of pasty materials. SUBSTANCE: working cylinder of bead mill has outer shell 11 and inner shell 12 with space in between intended for circulation of coolant, system of valves to regulate coolant circulation parameters in jacket and system of valves to deliver material to be ground into working chamber with central hole for installation of working rotor 2 and base. Shell 12 has lining in form of separate ring members 13 made of ceramic material with stress compensators in between. Compensators can be made in form of cemented joint or perforated ring made of plastic metallic material, for instance, of aluminium alloy. EFFECT: increased wear resistance in manufacture of nitrocellulose enamel paints. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к средствам измельчения пастообразных материалов, в частности красок и может быть использовано в конструкциях шаровых (бисерных) мельниц, предназначенных для изготовления красок путем измельчения и смешивания их компонентов. The invention relates to means for grinding paste materials, in particular paints and can be used in the construction of ball (bead) mills intended for the manufacture of paints by grinding and mixing their components.

Известна конструкция бисерной мельницы с рубашкой охлаждения, внутренняя поверхность рабочего цилиндра которой имеет керамическое покрытие [1 и 2]. A known design of a bead mill with a cooling jacket, the inner surface of the working cylinder of which has a ceramic coating [1 and 2].

Известна также футеровка цилиндрических корпусов в виде колец [3 и 4]. Also known is the lining of cylindrical bodies in the form of rings [3 and 4].

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является бисерная мельница (прототип), которая содержит наибольшее количество общих с изобретением признаков [5]. Closest to the proposed technical essence is a bead mill (prototype), which contains the largest number of features common with the invention [5].

Цель изобретения - повышение надежности конструкции за счет уменьшения в кольцевых элементах уровня контактных, изгибных и термических напряжений. The purpose of the invention is to increase the reliability of the structure by reducing the level of contact, bending and thermal stresses in the ring elements.

Это достигается тем, что в рабочем цилиндре шаровой мельницы, содержащем наружную и внутреннюю оболочки, основание и крышку, а также системы вентилей, одна из которых предназначена для регулирования параметров циркуляции хладагента в пространстве между внутренней и наружной оболочками, другая - для заправки во внутреннюю оболочку компонентов краски, а в крышке имеются сквозные отверстия: осевое - для установки рабочего ротора и сливное - для слива готового продукта, внутренняя оболочка снабжена футеровкой, выполненной в виде соосно установленных одинаковых кольцевых элементов, изготовленных из керамического материала, между торцами смежных кольцевых элементов размещены компенсаторы механических напряжений, а корпус снабжен устройством стяжки кольцевых элементов. Каждый компенсатор может быть выполнен в виде перфорированного кольца из пластичного металлического материала, например из алюминиевого сплава, а его внутренний диаметр равен внутреннему диаметру кольцевого элемента. This is achieved by the fact that in the working cylinder of the ball mill containing the outer and inner shells, the base and the cover, as well as valve systems, one of which is designed to control the parameters of the refrigerant circulation in the space between the inner and outer shells, and the other for charging into the inner shell components of the paint, and the lid has through holes: axial for installing the working rotor and drain for draining the finished product, the inner shell is provided with a lining made in the form of coaxially mounted Equal identical ring elements made of ceramic material, between the ends of adjacent ring elements are placed stress compensators, and the housing is equipped with a device for tightening ring elements. Each compensator can be made in the form of a perforated ring from a plastic metal material, for example, from an aluminum alloy, and its inner diameter is equal to the inner diameter of the annular element.

Компенсатор, кроме того, может быть выполнен в виде клеевого шва между смежными кольцевыми элементами. Клеевой шов выполнен из клеевого состава на основе эпоксидного компаунда, например, на основе клея марки ЭД-9. Толщина δ клеевого шва 0,20-0,25 мм. При этом операцию стяжки кольцевых элементов осуществляют до полимеризации клеевого состава. Клеевой шов позволяет компенсировать напряжения, возникающие из-за перекосов, технологических неточностей кольцевых элементов, а также термические напряжения в смежных кольцевых элементах. Описанные компенсаторы эффективны в корпусах, которые имеют рабочий диаметр (внутренний диаметр кольцевого элемента) в пределах 350-400 мм. При большем диаметре процесс компенсации клеевого состава осуществить технологически сложно из-за большой протяженности клеевого шва по периметру кольца. The compensator, in addition, can be made in the form of an adhesive joint between adjacent annular elements. The glue line is made of an adhesive composition based on an epoxy compound, for example, based on glue of the ED-9 brand. The thickness δ of the adhesive joint is 0.20-0.25 mm. In this case, the operation of the screed of the ring elements is carried out before the polymerization of the adhesive composition. The glue line allows you to compensate for stresses arising due to distortions, technological inaccuracies of the ring elements, as well as thermal stresses in adjacent ring elements. The described compensators are effective in housings that have a working diameter (inner diameter of the annular element) in the range of 350-400 mm. With a larger diameter, the process of compensating the adhesive composition is technologically difficult to implement due to the large length of the adhesive joint around the perimeter of the ring.

Компенсатор в виде алюминиевого кольца более технологичен, однако оптимальное количество и площадь перфораций в каждом конкретном случае подбираются экспериментально. Оптимальная толщина кольца 0,5-0,8 мм. Перфорации нужны для выбора оптимальной жесткости кольца в условиях как сжимающих, так и сдвиговых нагрузок, создаваемых смежными кольцевыми элементами. В качестве компенсаторов опробованы также кольца из алюминиевой и медной проволоки. Однако при этом часть поверхности торцов кольцевых элементов оказывается неподкрепленной, что приводит со временем к их скалыванию и разрушению кольцевых элементов. Поэтому кольца элементов в виде перфорированного кольца являются оптимальным для рабочих диаметров 350-400 мм. The compensator in the form of an aluminum ring is more technologically advanced, however, the optimal number and area of perforations in each case are selected experimentally. The optimal thickness of the ring is 0.5-0.8 mm. Perforations are needed to select the optimal ring stiffness under both compressive and shear loads created by adjacent ring elements. Rings made of aluminum and copper wire have also been tested as compensators. However, at the same time, part of the surface of the ends of the ring elements is not supported, which eventually leads to their chipping and destruction of the ring elements. Therefore, rings of elements in the form of a perforated ring are optimal for working diameters of 350-400 mm.

Выполнение футеровки в виде керамических колец позволяет повысить износостойкость внутренней оболочки корпуса за счет использования керамического материала. Оптимальные геометрические параметры каждого кольцевого элемента, например бисерной мельницы для изготовления нитрокрасок - наружный диаметр D, высота Н и толщина Т, определены уравнениями
Н = (0,4...0,9)D
Т = (0,03...0,05)D
Оптимальные размеры кольцевого элемента найдены в результате экспериментов по созданию максимально допустимого на практике градиента температур по высоте корпуса и соответствующего ему уровня термических напряжений. Оптимальные размеры подобраны так, чтобы градиент температуры не превышал 1^о на 1 см по высоте и толщине кольцевого элемента при температуре среды 20-100^оС.The performance of the lining in the form of ceramic rings allows you to increase the wear resistance of the inner shell of the housing through the use of ceramic material. The optimal geometric parameters of each ring element, for example a bead mill for the manufacture of nitro-paints - the outer diameter D, height H and thickness T, are determined by the equations
H = (0.4 ... 0.9) D
T = (0.03 ... 0.05) D
The optimal dimensions of the ring element were found as a result of experiments to create the maximum temperature gradient acceptable in practice over the height of the casing and the corresponding level of thermal stresses. The optimal dimensions are selected so that the temperature gradient does not exceed 1 ^about 1 cm in height and thickness of the annular element at a medium temperature of 20-100 ^about C.

Проведены исследования по патентной и научно-технической литературе. В результате поиска технические решения, содержащие признаки отличающие предложение от прототипа, не выявлены. Поэтому предлагаемое решение может быть признано соответствующим критерию "существенные отличия". Studies on patent and scientific and technical literature. As a result of the search, technical solutions containing features distinguishing the offer from the prototype were not identified. Therefore, the proposed solution can be recognized as meeting the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 показан схематический корпус рабочего цилиндра шаровой (бисерной) мельницы; на фиг.2 - фрагмент рабочего цилиндра; на фиг.3 - фрагмент компенсатора механических напряжений. In FIG. 1 shows a schematic casing of a working cylinder of a ball (bead) mill; figure 2 is a fragment of the working cylinder; figure 3 is a fragment of a mechanical stress compensator.

Шаровая мельница (фиг. 1) содержит перевозной ковш, в котором налиты компоненты краски, соединенный при помощи трубопроводов и насоса (не показаны) с рабочим цилиндром 1, в котором установлен рабочий ротор 2. На рабочем роторе 2 установлены соосно с ним рабочие диски 3. Верхняя часть рабочего ротора 2 связана кинематически с приводом 4. В нижней части ротора 2 установлен стабилизирующий диск 5, который не касается стенок и дна рабочего цилиндра 1. Последний снабжен соответственно задвижками 6, 7 для входа охлаждающей воды и выхода использованной воды из рубашки рабочего цилиндра (не показаны). В рабочем цилиндре 1 имеется фильтрующее сито 8 для удержания шариков мельницы (не показаны) от измельчаемой краски и отверстия для подачи компонентов 9 и для слива 10 готовой краски. Шарики имеют диаметры 3-5 мм и изготовлены из стекла. Рабочий цилиндр 1 содержит наружную 11 и внутреннюю оболочки, изготовленные из стали. Зазор между оболочками 11 и 12 необходим для прокачки через него охлаждающей воды. Внутренняя оболочка 12 снабжена футеровкой, выполненной в виде набора соосно установленных керамических элементов 13 (фиг.2). Кольцевые элементы 13 разделены компенсаторами 14 механических напряжений. Компенсаторы 14 могут быть изготовлены в виде перфорированных колец из пластичного металлического материала, например из сплава на основе алюминия (фиг.3) или в виде клеевого шва. При этом применяют клей на основе эпоксидного компаунда, например ЭД-9. Количество перфораций 15 компенсатора 14 и их диаметр подбирают экспериментально. Задача компенсаторов 14 - сохранить целостность кольцевых элементов 13 при монтаже внутренней оболочки 12 с футеровкой, а также при различных механических и термических воздействиях, возникающих при изготовлении нитрокрасок. Рабочий цилиндр 1, кроме того, снабжен устройством стяжки кольцевых элементов 13 с компенсаторами 14 (не показано), состоящим из двух фланцев, между которыми зажимаются кольцевые керамические элементы и компенсаторы 14. При сборке рабочего цилиндра весь набор кольцевых элементов 13 вместе с компенсаторами 14 располагают между фланцами стяжного устройства, расположенными внутри оболочки 12, и стягивают их технологическим винтовым механизмом с динамометрическим ключом, затем фланцы стяжного устройства приваривают к стальной оболочке 12, а технологический винтовой механизм удаляют из оболочки 12. В результате получают неразъемное соединение керамических элементов 13, компенсаторов 14 с оболочкой 12. The ball mill (Fig. 1) contains a transport bucket in which paint components are poured, connected by pipelines and a pump (not shown) to the working cylinder 1, in which the working rotor 2 is mounted. On the working rotor 2, working disks 3 are mounted coaxially with it The upper part of the working rotor 2 is kinematically connected with the drive 4. In the lower part of the rotor 2, a stabilizing disk 5 is installed, which does not touch the walls and the bottom of the working cylinder 1. The latter is equipped with valves 6, 7, respectively, for entering cooling water and leaving used Cylinder jacket (not shown). In the working cylinder 1 there is a filter sieve 8 for holding the mill balls (not shown) from the crushed paint and the hole for supplying the components 9 and for draining the finished paint 10. Balls have diameters of 3-5 mm and are made of glass. The slave cylinder 1 contains an outer 11 and an inner shell made of steel. The gap between the shells 11 and 12 is necessary for pumping cooling water through it. The inner shell 12 is provided with a lining made in the form of a set of coaxially mounted ceramic elements 13 (figure 2). The ring elements 13 are separated by compensators 14 mechanical stresses. Compensators 14 can be made in the form of perforated rings from a plastic metal material, for example, from an alloy based on aluminum (Fig. 3) or in the form of an adhesive joint. In this case, an adhesive based on an epoxy compound, for example ED-9, is used. The number of perforations 15 of the compensator 14 and their diameter are selected experimentally. The task of the compensators 14 is to maintain the integrity of the annular elements 13 during the installation of the inner shell 12 with the lining, as well as various mechanical and thermal stresses arising in the manufacture of nitro-paints. The slave cylinder 1, in addition, is equipped with a device for tightening the ring elements 13 with compensators 14 (not shown), consisting of two flanges between which annular ceramic elements and compensators 14 are clamped. When assembling the working cylinder, the entire set of ring elements 13 together with compensators 14 are between the flanges of the clamping device located inside the shell 12, and tighten them with a technological screw mechanism with a torque wrench, then the flanges of the clamping device are welded to the steel shell 12, and the techno the logical screw mechanism is removed from the shell 12. As a result, an integral connection of ceramic elements 13, compensators 14 with the shell 12 is obtained.

Процесс стяжки при использовании компенсаторов 14 в виде клеевого шва осуществляют до полимеризации клеевого состава, после чего весь набор клеевых элементов с оболочкой и технологическим винтовым механизмом 12 помещают в термостат, где проводят полимеризацию клеевого состава. Затем фланцы стяжного устройства приваривают к оболочке 12, как и в первом случае. The screed process when using compensators 14 in the form of an adhesive joint is carried out before the polymerization of the adhesive composition, after which the entire set of adhesive elements with a shell and a technological screw mechanism 12 is placed in a thermostat where the adhesive composition is polymerized. Then the flanges of the coupling device are welded to the sheath 12, as in the first case.

Рабочий цилиндр работает следующим образом. The slave cylinder operates as follows.

В процессе изготовления нитрокраски в рабочий цилиндр 1 подают компоненты нитрокраски, сообщают вращательное движение рабочему ротору 2 с дисками 3 и стеклянными шариками. Благодаря футеровке внутренней оболочки 12 рабочего цилиндра 1, выполненной в виде набора керамических кольцевых элементов 13, изготовленных из карбида кремния, износ футеровки абразивными пастообразными массами оказывается незначительным. При этом в кольцевых элементах 13 уровень сжимающих напряжений, возникающих в процессе нагрева за счет трения проходящих через рабочий цилиндр 1 пастообразных абразивных материалов, оказываются существенно ниже допустимого для керамики. Это достигается применением футеровки в виде отдельных кольцевых элементов 13, между которыми установлены компенсаторы 14, обеспечивающие компенсацию как термических, так и сдвиговых напряжений в керамике. In the process of manufacturing nitro-paint, components of the nitro-paint are fed into the working cylinder 1, rotational movement is reported to the working rotor 2 with disks 3 and glass balls. Due to the lining of the inner shell 12 of the working cylinder 1, made in the form of a set of ceramic annular elements 13 made of silicon carbide, the wear of the lining by abrasive paste-like masses is negligible. Moreover, in the ring elements 13, the level of compressive stresses arising during the heating process due to the friction of the pasty abrasive materials passing through the working cylinder 1 is significantly lower than the allowable value for ceramics. This is achieved by the use of a lining in the form of separate ring elements 13, between which compensators 14 are installed, providing compensation for both thermal and shear stresses in ceramics.

Поэтому по сравнению с прототипом изобретение позволяет повысить износостойкость внутренней оболочки и, как следствие, увеличить ресурс бисерной мельницы в целом. Therefore, compared with the prototype, the invention improves the wear resistance of the inner shell and, as a result, increase the resource of the bead mill as a whole.

Claims

1. A WORKING CYLINDER OF BEAD MILLS, containing an outer jacket bounding the cooling jacket, a lining bounding the working chamber in the form of a set of coaxially mounted wear-resistant ring elements, a device for screeding the latter, a base and a cover with an axial hole for installing the working rotor and a drain for dispensing the finished product, as well as a valve system for regulating the parameters of the circulation of the refrigerant in the jacket and a valve system for supplying crushed material to the working chamber, characterized in that, with in order to increase reliability, it is equipped with an inner shell adjacent to the outer surface of the lining and compensators of mechanical stresses placed between the ends of adjacent annular elements, and the annular elements are made of ceramic material.

2. The cylinder according to claim 1, characterized in that the stress compensator is made in the form of a perforated ring of plastic metal material and its inner diameter is equal to the inner diameter of the annular element.

3. The cylinder according to claim 1, characterized in that the stress compensator is made in the form of an adhesive joint.