淺談立式水力碎漿機專利技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)

李娜

摘要：碎漿設(shè)備是廢紙漿生產(chǎn)的第一道重要設(shè)備。本文從立式水力碎漿機的動力來源：葉輪轉(zhuǎn)子、螺旋轉(zhuǎn)子、高壓射流和超聲波分析專利技術(shù)發(fā)展路線，深入了解立式水力碎漿機技術(shù)發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：立式水力碎漿機 葉輪轉(zhuǎn)子 螺旋轉(zhuǎn)子 高壓射流 超聲波

目前常見的碎漿設(shè)備主要包括：立式水力碎漿機、臥式水力碎漿機和轉(zhuǎn)鼓碎漿機。立式水力碎漿機的碎漿主要依賴轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動能產(chǎn)生大量的能量，但這些能量大部分都傳遞給水，因此造成水強烈的湍動。水又將能量進一步傳遞給紙料，紙片進而相互之間有碰撞和摩擦，最終達到碎漿的效果。立式水力碎漿機的技術(shù)起源最早、發(fā)展時間最長、技術(shù)相對成熟，專利申請量遠多于其他兩者申請量。以下從立式水力碎漿機的動力來源分析專利技術(shù)發(fā)展路線。

一、葉輪轉(zhuǎn)子

水力碎漿機的葉輪轉(zhuǎn)子屬于湍流循環(huán)形轉(zhuǎn)子，其包括伏克斯型轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)子。早在1967年公開號US3339851A的專利申請公開了一種造紙機，其碎漿機主要包括圓柱形槽體、伏克斯轉(zhuǎn)子、導(dǎo)流板；伏克斯轉(zhuǎn)子標志性特征是8片翼狀外伸葉片，其主要作用是碎解漿料，同時又起到循環(huán)漿料的作用；導(dǎo)流板設(shè)置在槽體底壁附近，促進其附近的物料湍動加強，加快其向碎漿機底部中心轉(zhuǎn)子區(qū)域聚攏。1975年公開號為US3889875A的專利申請公開了一種碎漿機，其發(fā)明核心在于對US333985IA專利申請中的伏克斯轉(zhuǎn)子的改進，其是在伏克斯轉(zhuǎn)子基礎(chǔ)上新增加間隔4片彎葉片，4片彎葉片設(shè)置在翼狀外伸葉片表面上，4片彎葉片有效分擔了翼狀外伸葉片的循環(huán)漿料的工作，進而使翼狀外伸葉片可以完全作用于碎解漿料上，此種轉(zhuǎn)子被稱為節(jié)能型轉(zhuǎn)子。1983年公開號為DE3300476A、1991年公開號為JP3-279478A、1994年公開號為JP6-128887A、2000年公開號為EP1036877A，均是對伏克斯轉(zhuǎn)子進行多元化改進，改進方式包括：葉片下表面設(shè)置刀片、葉片設(shè)置齒形結(jié)構(gòu)、葉片為分段式、葉片的側(cè)端設(shè)置刀片，從而增加泵送能力和碎漿能力。1986年公開號為F1860156A公開了一種碎漿機，其發(fā)明核心是將螺旋轉(zhuǎn)子與伏克斯轉(zhuǎn)子組合進行碎漿，將螺旋轉(zhuǎn)子設(shè)置在槽體上端，伏克斯轉(zhuǎn)子設(shè)置在槽體下端，兩者對置設(shè)置，不僅增加湍流動能，而且防止物料沉積聚集。

1978年公開號為BE860386A的專利申請公開了一種碎漿機，其包括轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)子和導(dǎo)流板，轉(zhuǎn)盤的表面上設(shè)有彎葉片，彎葉片的側(cè)面設(shè)有齒，提高了碎漿的效率，導(dǎo)流板設(shè)置在側(cè)壁上，可以對漿料的圓周向流動進行阻撓，可以將物料導(dǎo)向水平向中心區(qū)作用，不能導(dǎo)向中心底部方向作用，容易使物料浮在漿池表面而減少與轉(zhuǎn)子的接觸。1981年公開號為JPS56140118A專利申請公開了一種用于分解纖維材料的設(shè)備和方法，其發(fā)明核心在于對轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進行改進，轉(zhuǎn)盤的表面上設(shè)有彎葉片，轉(zhuǎn)盤的外圓周上設(shè)置刀齒，從而提高碎漿效率和質(zhì)量。

二、螺旋轉(zhuǎn)子

水力碎漿機的螺旋轉(zhuǎn)子屬于渦流循環(huán)型轉(zhuǎn)子。早在1968年公開號為GB1109895A的專利申請公開了一種處理纖維材料的設(shè)備和方法，其碎漿機包括圓柱形槽體和螺旋式轉(zhuǎn)子，采用螺旋式轉(zhuǎn)子能夠在整個槽體中進行攪拌防止碎解中物料沉積聚集，同時將物料粉碎。1976年公開號為BR7505817A的專利申請公開了一種碎漿機，其發(fā)明核心是采用多種碎解部件進行組合來充分碎解物料，其碎漿機包括圓柱形槽體、螺旋式轉(zhuǎn)子、表面上設(shè)有彎葉片的轉(zhuǎn)盤以及與轉(zhuǎn)盤相對設(shè)置的刀片，從而將物料粉碎。1984年公開號為EP0122991A、1997年公開號為CN1155916A、1998年公開號為DE19704065A、2003年公開號為EP1347093A，均是對螺旋轉(zhuǎn)子進行多元化改進，改進方式包括：螺旋葉片下部設(shè)置獨立片狀葉片，螺旋葉片下部帶齒，螺片旋葉端部帶齒、下部葉片是偏心設(shè)置，螺旋葉片上端大、下端小、螺旋葉片下部設(shè)置獨立片狀葉片，增加了漿料的中心吸力與循環(huán)推進力，提高碎漿效率和質(zhì)量。2010年公開號為EP2163683A1公開了一種碎漿機，其發(fā)明核心是將螺旋轉(zhuǎn)子、帶有刀的轉(zhuǎn)軸和與其配合的槽體內(nèi)壁上設(shè)置的長條狀凸起、磨球組合進行碎漿，提高碎漿質(zhì)量。

三、高壓射流和超聲波

高壓射流和超聲波碎漿機不同于轉(zhuǎn)子型碎漿機，其不會產(chǎn)生機械功能損耗，其技術(shù)發(fā)展相對于轉(zhuǎn)子型碎漿機較晚。最早是在1998年公開號為JPH11217781A的專利申請公開了一種促進廢紙原料溶解的方法，該專利不同于利用轉(zhuǎn)子進行機械性碎漿，其屬于一個新的發(fā)展方向，其碎漿機包括圓柱形槽體、槽體底部設(shè)置的高壓氣體噴嘴和超聲波發(fā)射器，其是向混合有水和廢紙的槽體中通入高壓氣流，高壓氣流產(chǎn)生渦旋動能對廢紙進行碎解，同時槽體底部超聲波發(fā)射器所發(fā)出的超聲波使周圍區(qū)域的水流形成高壓氣泡，而高壓氣泡在破裂時，會將其儲存的能量以沖擊動能的形式作用在附近流體，從而輔助碎解廢紙，其克服了以下技術(shù)問題：轉(zhuǎn)子在碎漿過程中，有一部分的能量消耗在機械的無功損耗上；由于轉(zhuǎn)子運動要克服流體的阻力，這在一定程度上要消耗大量的機械能。2012年公開號為DE102011006095A1的專利申請公開了一種碎漿機，其發(fā)明核心是向混合有水和廢紙的槽體中通入高壓水流，高壓水流產(chǎn)生渦旋動能對廢紙進行碎解。2014年公開號為CN104060489A的專利申請公開了一種超聲波紙漿機，其發(fā)明核心是在槽體內(nèi)設(shè)置超聲波發(fā)生裝置，超聲波發(fā)生裝置上設(shè)置圓盤和刀片，當超聲波發(fā)生裝置轉(zhuǎn)動時帶動圓盤和刀片一起旋轉(zhuǎn)，從而采用超聲波和圓盤、刀片配合進行碎漿。2015年申請人濟南大學(xué)、發(fā)明人安延濤等人申請了一系列碎漿機專利（例如：CN104818636A），其技術(shù)核心是采用高壓氣流產(chǎn)生渦旋動能對廢紙進行碎解，其設(shè)置了不同的高壓氣體供應(yīng)和渦旋破碎結(jié)構(gòu)，從而提高高壓氣流碎漿效率和質(zhì)量。

總結(jié)：通過技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)的梳理，可知立式水力碎漿機技術(shù)發(fā)展相對完善和成熟，其技術(shù)重點主要在于碎漿動力，包括轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、高壓射流和超聲波等，通過對碎漿動力結(jié)構(gòu)的逐漸改進和完善，提高了碎漿的效率和質(zhì)量，因此立式水力碎漿機也是碎漿中最常用的設(shè)備，其技術(shù)發(fā)展相較其他碎漿機技術(shù)分支更加細化和完善。