Аппараты, совмещающие в своем устройстве воздействия на волокна гидродинамических пульсаций и механические воздействия
Совмещение механических воздействий обычных размалывающих устройств с воздействиями гидродинамических пульсаций осуществлено в суперфайнере [211]. Размалывающее устройство этого аппарата так же, как и в фибротоме, состоит из колец
Рис. 124. Схематический разрез рабочего (размалывающего) устройства суперфайнера |
С радиально выфрезерованными ячейками. Однако в отличие от других аппаратов такого типа профиль зубьев ротора супер - файнера не имеет прямоугольной формы, причем одна из сторон каждого зуба скошена под определенным углом и совмещена с таким же скосом на зубе статора. Ротор можно передвигать вдоль его оси, что позволяет устанавливать любой зазор между выступами (зубьями). Такая конструкция позволяет работать как с очень малым зазором между скошенными гранями зубьев, так и с непосредственным контактом между ними. Тогда они будут выполнять роль размалывающих ножей. Схематически разрез размалывающего устройства суперфайнера представлен на рис. 124. Кольца аппарата изготовляются из поковок специальной коррозиоустойчивой стали, стойкой против кавитационных воздействий. Каждое кольцо в отдельности может быть заменено. Окружная скорость на периферийном кольце ротора достигает 40 м/сек. При работе с непосредственным контактом скошенных граней зубьев создается сравнительно большая секундная режущая скорость уреж - Величина этой скорости может быть определена по формуле
М\сек, (86) |
1) |
Реж |
L \{hk2) + (63fe4) + •.. + (kmkm+i)] п 1000 . 60
Где:
L — длина линии соприкосновения граней зубьев, мм; кі — число зубьев (ячеек) в первом ряду; Km — ЧИСЛО зубьев (ЯЧЄЄК) В рЯДу ГП\ tlx— число оборотов ротора в минуту.
Количество протекающей через суперфайиер массы подсчитывают, исходя из тех же основных положений, что и для конических или дисковых мельниц.
Действие суперфайнера, согласно опытным данным, можно регулировать в широком диапазоне. Можно достигнуть результатов, сходных с теми, которые получаются на аппаратах, использующих исключительно пульсации давления. С другой стороны, при соответствующем сближении граней зубьев, можно получить весьма Значительное укорочение волокон. Так, например, при переработке сульфитной целлюлозы было установлено, что за один пропуск массы через суперфайнер, степень помола можно повысить до 10° ШР. Полученная масса была хорошо фибриллирована и обладала большой однородностью. Фибриллирование проникло на некоторое расстояние с поверхности в глубь волокон. Укороченные волокна в результате одновременного воздействия пульсаций давлений оказались расчесанными. Таким образом, суперфайнеры могут быть использованы не только для окончательного роспуска и рафинирования массы, но и для ее размола.
Определение мощности и некоторых других параметров аппаратов с кольцевыми генераторами пульсаций
Мощность электродвигателя к аппарату, использующему гидродинамические пульсации давления, размалывающее устройство которого состоит из колец с радиально выфрезерован - ными ячейками, может быть определена по формуле
= 10 ООО 1,36 Квт> <87)
Где:
| — коэффициент трения (обычно 0,01); у — удельный вес волокнистой массы, г/см?\ п — число оборотов ротора в минуту;
D — диаметр рабочего кольца, (включая последнее (периферийное) кольцо статора, м; т] — механический коэффициент полезного действия (обычно 0,833).
Число пульсаций давления f2, воздействующих на массу, находящуюся в ячейке любого кольца т, определяется по формуле
Fz(m)= 60тШ)0 ПУЛbCICef{> - <88)
Где К(т-1) — число ячеек в предыдущем кольцевом ряду.
Число основных пульсаций давления в ячейках последнего (периферийного) кольца и является той наивысшей частотой, которая, как это доказали своими исследованиями Джейме и
Матцке [212], может быть реально достигнута в аппаратах подобного типа. При прохождении через кольцевые устройства масса подвергается как гидродинамическим воздействиям (ударам, пульсациям давления), так и тангенциальным разрезающим усилиям, в ее соприкасающихся с зубьями (выступами) слоях, в те моменты, когда происходит «открытие» и «закрытие» ячеек. Нельзя исключить также и влияние акустических воздействий, однако выделить эти воздействия из ряда других слишком затруднительно [213]. Джейме и Матцке, а также Розенфельд и Макклей установили, что абсолютно преобладающими воздействиями на волокна являются гидродинамические пульсации давления и разрезающие усилия. Акустическими воздействиями в данном случае можно пренебречь.
Исследование кольцевых пульсационных устройств производилось одновременно с исследованиями чисто акустических генераторов пьезоэлектрического и магнитострикционного типов. Как пульсирующие устройства, так и акустические генераторы дают при переработке на них почти одинаковую массу, вследствие чего в аппаратах пульсационного типа основные размалывающие воздействия стали приписывать звуковым волнам (акустическим колебаниям). Ввиду того, что число основных пульсаций давления fZ(m) [см. формулу (88)], как правило, находится в зоне частот, расположенных гораздо ниже границы ультразвуковых колебаний, для характеристики пульсации была выведена новая величина — общее число пульсаций, которое может быть определено по формуле
/общ Ы = ^60 . 1000 * пульфек, (89)
Где:
/общ.(т) — общее число пульсаций давления в кольцевом ряду «т»;
Km — число ячеек В этом ряду.
Число определенных таким образом гидродинамических пульсаций находится уже в зоне сверхзвуковых частот. Поэтому иногда аппараты, использующие гидродинамические пульсации, относят к числу ультразвуковых устройств. В некоторых литературных источниках [214J приводятся данные, характеризующие длину волн, излучаемых пульсационными размалывающими аппаратами. Длина таких волн К может быть определена из выражения
---- — мм, (90)
•'общ (/га)
Где vz — скорость распространения пульсаций в данной среде, м/сек (для водной среды vz= 1400 м/сек).
Общее число пульсаций давления, подсчитанное по формуле (89), и длина волны, определенная из выражения (90), дают
Представление об условиях, при которых в данный момент протекает работа аппарата в целом. Поскольку у аппаратов с кольцевыми генераторами пульсаций давления эти пульсации не распространяются из одного какого-либо центра, но возникают в каждой отдельной ячейке (углублении между двумя смежными зубьями) более или менее самостоятельно, нельзя сравнивать отдельные типы таких аппаратов ни по общей частоте пульсаций, ни по длине волны. Сопоставимы лишь величины чисел основных пульсаций давления.
Некоторые авторы оценивают аппараты, использующие гидродинамические пульсации давления, в зависимости от того, насколько эффективно в них используется потребляемая аппаратом энергия. Так, например, Виллемс считает [214], что в фиб - ротоме на образование пульсаций давления используется до 80% энергии, потребляемой аппаратом в целом.
В тех случаях, когда известна площадь рабочей поверхности Fp, можно рассчитать удельное количество энергии Е0, расходуемой на 1 см2 этой поверхности, по формуле
0,8*1000 ^ (91)
ҐР
Где N— мощность, потребляемая аппаратом, кет.