Копия упомянутого выше решения Лискинского районного суда, которую мне удалось, наконец, получить на руки, довольно убедительно (со ссылкой на упомянутое на начальной странице Постановление Пленума ВС РФ от 12.03.2002) доказывает, что на странице действительно содержалась противоправная информация. С Лискинским районным судом я бы, возможно, еще поспорил по сути применяемых формулировок (ЧП не является взрывчатым веществом!), но с Верховным судом не рискую ввиду полной бесперспективности этого занятия. Потому интересующихся отсылаю к другим (возможно, не столь подробным) ресурсам, которые власти посчитали безопасными, а здесь размещаю информацию, в которой непосредственно черный порох ни разу не упоминается.
А именно:В шаровой мельнице главное — шары. Они должны быть из достаточно твердого материала — в идеале из фарфора или другой керамики, но в домашних условиях сойдут и шарикоподшипники, главное найти их источник в достаточном количестве. Самый дешевый источник стальных шаров — шарики для стрельбы из рогаток, они бывают в продаже диаметром 10, 12 и иногда 14 мм, что вполне подходящий размер для наших целей. Свинцовая картечь или грузила, как иногда упоминается на форумах, не подойдут решительно из-за мягкости свинца, равно так же как и пластиковые шары.
Самая серьезная трудность — подобрать метод получения нужной скорости вращения. Шарики должны перекатываться в барабане вне зависимости от гладкости и материала стенок: подниматься на некоторую высоту их заставляет центробежная сила, которой должно, однако, не хватать для того, чтобы заставить шарики вращаться вместе с барабаном 'размазанными' по стенкам. На определенной высоте подъема сила тяжести 'побеждает' центробежную, и щары падают вниз, производя полезную работу. Из этого условия, зная диаметр барабана, несложно рассчитать оптимальную скорость вращения.
Беда в том, что она будет лежать для реальных барабанов небольшого размера в диапазоне единиц-десятков оборотов в секунду, потому подыскать для устройства подходящий двигатель с редуктором — еще та задача. Мощность двигателя для данной цели должна лежать в диапазоне от 10-20 ватт, таких двигателей со встроенным редуктором в продаже встречается очень мало (китайцы их делают, но покупать что-то на 'Али-бабе' — мероприятие для того, у кого в запасе есть еще лишняя пара жизней). А если нужный двигатель найти не удастся, то придется городить редуктор самостоятельно. И, не забудьте, для каждого размера барабана число оборотов будет свое и в довольно узком диапазоне — иначе мельница попросту не будет молоть.
Не забудем, что еще есть теоретическая возможность приобрести лабораторную шаровую мельницу — для дочери Чубайса, живущей в особняке метров в пятьсот квадратных, где есть место для размещения этой мельницы — самое то решение. Обычным же гражданам оно недоступно. По всем этим причинам я остановился на воспроизведении в миниатюре старинной конструкции шаровой мельницы, описанной у Солодовникова [8]. Отличается она тем, что работоспособна в гораздо большем диапазоне скоростей вращения. В принципе такая мельница будет молоть, даже если ее вращать руками со скоростью один оборот в минуту (разумеется, таким способом до достижения какого-то результата крутить ее придется ну очень долго). Обусловлено это наличием на внутренней поверхности обечайки продольных (т.е. параллельных оси барабана) полочек-ребер, которые вне зависимости от скорости будут поднимать шарики на определенную высоту (у Солодовникова речь идет о брусках, набитых на деревянную обечайку изнутри).
Ограничение у этой конструкции по скорости вращения фактически только сверху: скорость не должна превышать предельной (критической), при которой шары будут вращаться вместе с барабаном, не отлипая от стенок. Для шаровых мельниц критическая скорость nкр (об/мин) рассчитывается, исходя из формулы 30/√R, где R — радиус барабана, выраженный в метрах. Приняв для нашей настольной конструкции R= 7,5 см (0,075 м), получим около 110 об/мин. Реально скорость должна быть не более ~0,8 от nкр, чтобы шары не поднимались слишком высоко, т.е. в нашем случае не выше где-то около 85-88 об/мин. Желательно подойти как можно ближе к этой предельной границе — так будет выше производительность.
У меня был в распоряжении китайский 12-вольтовый двигатель JGB37-555 мощностью 16 ватт (такие употребляются в робототехнике, например, в качестве привода видеокамер) со встроенным редуктором и числом оборотов в минуту, равным 47, что отлично ложится в наш расчет. Крутящий момент3 у этого двигателя достаточно высокий — по уверению производителя, он равен 33 кгсм при 47 об/мин. Проверим прикидочным расчетом, не превысим ли мы этой величины.
По идее в мельницу можно загружать объем шаров до 40% от полного объема барабана (считается, что загрузка вместе с материалом не должна достигать уровня оси вращения). Этот объем шаров сможет смолоть половинный объем материала (то есть материал должен заполнить промежутки между шарами, считая коэффициент упаковки шаров равным 0,5). Размеры шаров принимаются в пределах 1/15-1/20 от диаметра обечайки (часто мельницы загружают разнокалиберными шарами с разбросом по диаметру в пределах двух-трех раз — считается, что так помол будет тоньше). Мы примем размер шариков 10 мм, сотня таких шаров 'для рогаток' стоит порядка 150 рублей. Т.е. максимально в мельницу диаметром 15 см и длиной 14 см, имеющую, как несложно подсчитать, объем около 2,5 литров, можно загрузить примерно 1000 10-миллиметровых шариков, занимающих объем в 1 литр.
Мы не будем размахиваться на предельную загрузку (1000 шаров будут весить 4 килограмма, и наша самодельная мельница запросто развалится от их тяжести), и ограничимся загрузкой 300 шаров, которые будут весить 1,2 кг и займут объем 300 см3.
Для проверки необходимой мощности мотора предположим, что эти 300 шариков общим весом 1,2 кг собрались все вместе на расстоянии 8 см от оси. В реальности они, конечно, несколько распределятся вдоль радиуса, т.е. мы берем заведомо большую величину, к тому же округляя 7,5 см до 8. Тогда они потребуют для своего вращения около 1,2×8 = 9,6 кгсм, то есть мотор с крутящим моментом 33 кгсм проходит с большим запасом, даже если учесть трение в опорах. А оно довольно велико, причем не столько само по себе трение, сколько сопротивление вращению из-за всех неизбежных при такой наколеночной технологии несоосносностей и перекосов.
Еще лучше взять фарфоровые шары, которые можно приобрести в интернет-магазинах. Они легче (насыпной вес около 1,3) и, с учетом этого, оказываются даже дешевле стальных. Их можно загружать по полному допустимому объему, то есть около 1 литра, который будет весить примерно столько же, сколько 300 грамм стальных шаров. Чтобы не перегружать двигатель, я загружаю немного меньше: смесь из фарфоровых шариков 10-13 мм 1:1 по объему, в количестве около 0,7-0,8 литра (около килограмма). Фарфоровые шары лучше еще тем, что позволяют без проблем промыть мельницу водой, не выгружая шаров. Сушка в этих условиях займет много времени, даже если продувать мельницу вентилятором, так что стальные шары обязательно покроются ржавчиной.
Сделать такую конструкцию можно неисчислимым числом способов, в зависимости от материала, который есть под рукой. Я не советую ее клеить из пластика: пересыпающийся уголь в пластиковом барабане — неплохая электростатическая машина, а мы все-таки имеем дело с горючими веществами. Не очень сложно буквально повторить конструкцию, описанную у Солодовникова, изготовив барабан из дубовых планок. Если набрать по окружности, например, 16 штук паркетин шириной 3 сантиметра со скошенными краями под углом 79 градусов (точное значение 78,75°), то можно получить деревянный барабан диаметром около 15 сантиметров. Но у того же Солодовникова упомянуто, что деревянные барабаны быстро изнашиваются, потому он их употребляет только для наиболее опасного вещества — бертолетовой соли. И при этом, разумеется, ни о каких стальных шарах речи не идет — шары у него из бронзы или сверхтвердой древесины (бакаута). Нам взять бронзовые или бакаутовские шары неоткуда, потому мы в качестве материала барабана выберем металл.
Несмотря на металлический барабан, при работе с такой мельницей необходимо соблюдать меры защиты от статического электричества. Летом в сарае на даче, где влажность всегда высокая, скорее всего, ничего случиться не может. А если вы будете работать с такой мельницей в квартире или ином городском отапливаемом помещении, то нужно, во-первых, предусмотреть заземление барабана: приделать скользящий контакт, подключенный к заземлению. В старых квартирах, где заземление отсутствует, на этот предмет есть металлические водопроводные трубы; в крайнем случае можно организовать 'зануление' — подключение к нулевому проводу однофазной бытовой сети (хотя это и нежелательно). Во-вторых, нужно соблюдать правила защиты от статики: не работать в синтетической одежде, не ходить в обуви с пластиковыми подошвами по линолеуму и ламинату, перед тем, как дотронуться до мельницы, подержаться за заземленный предмет и т.д. Не отмахивайтесь от этих правил: моя собственная супруга тушила пожар в лаборатории, вызванный искрой к клеемешалке, наполненной смесью каучука с бензином, от руки лаборантки в симпатичном нейлоновом рабочем халатике.
Барабан мельницы проще всего согнуть из оцинкованной жести (чем тоньше, тем проще ее гнуть). Как вариант, можно взять готовый обрезок оцинкованной (или нержавеющей печной, но с не слишком толстыми стенками) трубы диаметром 150 мм и длиной 13-15 см. Если гнуть самостоятельно, то место стыка либо собирается 'в замок', как делают профессиональные жестянщики, либо скрепляется болтиками и обязательно потом еще пропаивается, как минимум, изнутри. Это делается для обеспечения герметичности стыка. Вместо пайки щель можно промазать эпоксидкой (но не герметиком, который слишком мягкий для этой цели). Этими же болтиками закрепляется изнутри одна из четырех 'полочек', остальные три равномерно распределяются по окружности. 'Полочки' можно сделать из алюминиевого уголка 15 мм, или согнуть из обрезков той же жести. В обечайке посередине делается лючок примерно 4×5 см, который закрывается крышкой с подклеенной пористой резиной для уплотнения. Резину можно заменить на одноразовые прокладки из пенополиэтилена (из туристических ковриков или теплозоляции) — они потребуют замены после каждого уплотнения. Для крепления крышки служат болтики М5, припаянные головками изнутри, чтобы они торчали резьбой наружу. Крышка лючка прижимается гайками с барашками, навинченными на эти болтики. Через лючок происходит загрузка и выгрузка.
Обечайка с обеих сторон прижимается фланцами, выпиленными из обрезков полового ламината (см. фото). После сборки стыки обечайки с фланцами промазываются сантехническим герметиком (в расчете на то, что барабан разбираться больше не будет). Ось сделана из шпильки М8; она проходит через оба фланца и они сжимаются гайками с двумя подложенными шайбами (на фото лежат внизу) — вторая вырезана из мягкого линолеума (лучше даже из резины) и служит не только для герметичности, но и для увеличения трения, чтобы барабан не проворачивался на оси. Концы оси обмазаны краской или герметиком и обтянуты термоусадочным кембриком для снижения трения, и закреплены с обеих сторон в подшипниках скольжения, изготовленных из фторопласта. Фторопласт можно заменить на полиэтилен, винипласт или любой другой пластик (гетинакс или ламинат лучше промазать силиконовой смазкой).
Перед сборкой нарисуйте на барабане стрелочку, обозначающую направление вращения: на изображенном на фото барабане уголки ('полочки') ориентированы так, что он должен вращаться против часовой стрелки. В процессе сборки надо следить за полной герметичностью всех щелей. Для проверки в готовую мельницу насыпается сотня шаров и полстакана угля. Прокрутив все это минут пять, вы легко обнаружите все неплотности. После чего мельницу останавливают, промазывают герметиком обнаруженные дырки, дожидаются его застывания и проверяют еще раз. Даже не думайте убрать абсолютно все щели: уголь все равно будет просачиваться понемногу. И это даже хорошо, потому что служит индикатором процесса: мельница начинает пылить тогда, когда уголь уже достаточно измельчен, и это сигнал, что все идет, как надо.
Длинный конец оси через муфту соединяется с двигателем, установленным на подставке так, чтобы высота его оси точно совпадала с осью барабана мельницы. Питание двигателя осуществляется от автомобильного зарядника 12 вольт, из тех, что годятся 'для питания электронной аппаратуры' (см. также далее главу о бертолетовой соли, где этот же зарядник используется для питания электролизера). Мельница в сборе показана на фото.
Внизу показана та же мельница, приводимая во вращение от точильного станка с червяным редуктором. Есть такие станки с двумя кругами, причем второй (большой и широкий) сидит не на общей оси, как обычно, а на отдельной перпендикулярно основной. Он вращается медленно (обычно в пределах 120-150 об/мин) и служит для 'мокрого' шлифования, как указано в характеристиках станка. Такое количество оборотов многовато для нашей цели, потому мельница связана с червячным редуктором станка через понижающую зубчато-ременную передачу примерно 2:1, для которой использованы детали от старого электрорубанка. Городить такую конструкцию пришлось потому, что китайский движок всем хорош, кроме ресурса: он все-таки не предназначен для круглосуточной работы под нагрузкой. Безотказно смолов одну порцию угля, движок вышел из строя в самый последний момент, когда уже шло окончательное смешение — он даже не сгорел, а просто у него внутри что-то рассыпалось.
От станка мельница работала без проблем — там даже крутящий момент проверять не приходится, потому что движок 250 ватт должен вращать три таких мельницы и этого не замечать. Правда, каждые тридцать-сорок минут агрегат приходится останавливать и давать 'отдохнуть' двигателю в течение такого же времени: в станках такого рода двигатель не имеет вентилятора охлаждения (он бы мог засасывать металлические опилки, разлетающиеся при заточке), потому сильно греется и периодически нужно давать ему остынуть. Серьезная проблема была только в остановке: прежде чем встать, редуктор станка делает еще несколько оборотов и угадать так, что барабан встал лючком вверх, очень непросто. Для этого передача сделана разъемной — мельницу можно повернуть на небольшой угол, снять ремень и вращать барабан руками. Кстати, оставшийся точильный круг, видимый на фото, лучше тоже демонтировать, чтобы максимально разгрузить двигатель при долгой непрерывной работе.
Теперь давайте прикинем количество материала, загружаемого в мельницу. В предельной загрузке шаров оно не может превышать объема пустот между шарами (иначе суммарная загрузка превысит уровень оси барабана, что не допускается). По неведомым мне причинам коэффициент пустот в загрузке шаров в шаровых мельницах принимается равным 0,5 (наиплотнейшая упаковка, как известно, имеет объем пустот около 0,26, но составители пособий, наверное, знают лучше). При максимальной загрузке этот объем будет равен 0,5 литра, что и есть полезный объем материала, который мы можем молоть, не перегружая мельницу.
В нашем случае, когда шарами заполнена только треть от максимально возможного (300 мл), полезный объем мы можем принять большим, чем половина от объема шаров. Эксперимент показал, что наша мельница при загрузке шарами на треть от максимума, может спокойно переварить примерно 0,6-0,7 литра угля в крупинках 1-3 мм (покупной активированный уголь). В реальности автор чаще всего ограничивался объемом 250-300 мл. Насыпной вес (насыпная плотность4) такого угля составляет 0,2-0,25 кг/л, то есть за раз мололось примерно 50-60 грамм угля. Надо учитывать еще, что по мере помола уголь увеличивает свой насыпной вес до величины 0,5, то есть уменьшается в объеме, способствуя лучшему помолу.
Помол угля длится часа 3-4 (с перерывами полчаса через полчаса работы получается где-то 6-8 часов). Дольше крутить мельницу бессмысленно: можно оставить молоться хоть на всю ночь, но мельче уже не получится. Когда цикл помола закончен, мельница останавливается лючком вверх, лючок отвинчивается, вместо него устанавливается сетка, которая привинчивается теми же барашками. Под мельницу устанавливается длинный лоток (тот, что изображен на фото со станком в качестве привода), под все это подстилается газета и мельница опять приводится в движение. Перемолотый материал высыпается в лоток через сетку, а шары остаются внутри (идея такой выгрузки без разборки агрегата также заимствована в [8]). Чтобы вытряхнуть весь уголь, нужно крутить минут пятнадцать-двадцать. Потери (утечки за счет оставшихся неплотностей, рассеяние при выгрузке и остатки в щелях) составляют около 3-5%.
3Связь между мощностью и крутящим моментом двигателя: N = Mn/97,37; где N - мощность (Вт), M - крутящий момент (кгсм), n - обороты вала (об/мин).(назад к тексту)
4См. сноску 1 в разделе Оборудование и материалы. 'Насыпная плотность' еще меньше отвечает смыслу термина в сравнении со всем понятным 'насыпным весом', чем 'массовые доли' в сравнении с 'весовыми'.(назад к тексту)