СПОСОБ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ИЗНОШЕННЫХ ШИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК B29B17/00 B02C19/18 C08J11/06 B26F3/00 

Изобретение относится к области утилизации промышленных и бытовых отходов, а именно, к технологии переработки изношенных автомобильных и других шин преимущественно с металлокордом, а также к устройствам для осуществления указанной технологии.

Предшествующий уровень техники
Утилизация изношенных шин является в настоящее время технической и экологической проблемой из-за скопления значительного количества таких шин и нерентабельности существующих технологий их переработки из-за больших затрат.

Известно устройство для переработки изношенных автопокрышек (патент РФ N 2080261 C1 6 B 29 B 17/02), содержащее детонационную трубу, соединенную с рабочей камерой, в которой размещено основание для укладки шин, и заполняемую горючей смесью, систему наполнения горючим газом, датчик давления и блок поджига. Устройство для осуществления известного способа, отличающееся простотой конструкции, во-первых, не позволяет эффективно осуществлять процесс измельчения, а во-вторых, не отвечает требованиям безопасности и экологии.

Известен способ разрушения изношенных покрышек и устройство для его осуществления (SU 2057014 C1, МПК6 B 29 B 17/00), включающий воздействие на изношенные покрышки взрывом, осуществляемое в замкнутой кольцевой системе с образованием направленного циркулирующего потока. Дополнительное измельчение осуществляют путем повторной обработки взрывом фрагментов покрышек, полученных в результате взрывного разрушения шин. Устройство выполнено с разрушающими элементами и трубопроводами, образующими с камерой кольцевую систему. Камера выполнена с участком в виде усеченного конуса, на котором установлены разрушающие элементы и узел фиксации взрывчатого вещества. Конический участок камеры меньшим диаметром сообщен с одним концом замкнутого трубопровода через клапан, а большим - с другим концом трубопровода. Указанный способ позволяет не только разрушать изношенные шины, но и измельчать их. Для осуществления способа используется простое оборудование, а процесс подготовки взрывных работ состоит из простых операций. Однако процесс измельчения не отличается эффективностью вследствие значительных потерь энергии взрывного потока на местные сопротивления при его циркуляции по замкнутому трубопроводу. Кроме того, процесс не отвечает требованиям экологии и безопасности проведения взрывных работ.

Раскрытие изобретения
Целью настоящего изобретения является создание такого способа измельчения изношенных шин и устройства для его осуществления, реализация которых обеспечила бы эффективность измельчения шин, а также снижение затрат на осуществление способа при соблюдении требований экологической и взрывной безопасности.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем подготовку шин и их измельчение с помощью взрыва, при подготовке шин осуществляют их деформирование сжатием с получением компактного блока и сохраняют напряженное состояние до взрыва, а воздействие взрывом производят в размещенной внутри рабочего корпуса вихревой камере вращающимся вокруг ее оси вихревым потоком, образованным направляющим аппаратом, выполненным в виде размещенных на стенках вихревой камеры рядов лопаток. Кроме того, при подготовке шин их предварительно разрезают и наматывают друг на друга, при этом осуществляют деформирование намотанных шин, а при намотке обеспечивают радиус кривизны разрезанных шин меньше радиуса кривизны исходных шин. Возможно осуществление деформирования шин внутри камеры. По одному из частных вариантов способа после получения компактного блока производят его охлаждение до температуры охрупчивания, по другому - до температуры охрупчивания охлаждают исходные шины.

Поставленная цель достигается также тем, что устройство для измельчения изношенных шин, содержащее рабочую камеру с загрузочным и разгрузочным узлами, элементы для размещения и разрушения шин и узел фиксации взрывчатого вещества, снабжено вихревой камерой, имеющей форму тела вращения с увеличивающейся вдоль ее продольной оси площадью поперечного сечения и выполненной с направляющим аппаратом в виде размещенных на ее стенках рядов лопаток, при этом вихревая камера размещена внутри корпуса рабочей камеры с образованием компенсационной камеры в виде зазора между их стенками, загрузочный узел выполнен с подвижным герметизирующим шлюзом с отделениями для шин, а элемент для размещения шин образован вырезами в верхней части лопаток направляющего аппарата с образованием опорных ребер.

По частным вариантам устройства герметизирующий шлюз может быть размещен как над рабочей камерой, так и в верхней ее части. В случае размещения герметизирующего шлюза над рабочей камерой он может быть выполнен с расположенным соосно с камерой затвором, а также поддоном, отражателем, захватом для шин, установленным на отражателе контактором с блокирующими приспособлениями, приводами затвора, поддона и отражателя, датчиками положений, при этом затвор и шлюз с камерой, отражатель с затвором и поддон со шлюзом образуют соответственно поступательные кинематические пары, захват может быть соединен с затвором цилиндрической парой и снабжен независимыми приводами поступательного перемещения и поворота. В случае размещения герметизирующего шлюза в верхней части рабочей камеры он может быть выполнен подвижным в плоскости, перпендикулярной продольной оси камеры, а отделения для шин могут быть выполнены в виде верхней части вихревой камеры с соответствующими элементами направляющего аппарата и узлом размещения шин и установлены с возможностью перемещения наружу. Герметизирующий шлюз может быть выполнен с расположенным соосно с рабочей камерой затвором, а также отражателем, приводами затвора и отражателя, датчиками положений. При этом затвор с рабочей камерой образуют поступательную кинематическую пару.

Вихревая камера согласно изобретению может быть выполнена из состыкованных друг с другом расширяющегося конуса и цилиндра, причем на конической обечайке лопатки направляющего аппарата размещены по винтовой линии, а на цилиндрической - ряды лопаток последовательно ориентированы в разные стороны. Вихревая камера в нижней ее части может быть выполнена с сужающимся бункером.

Устройство для измельчения изношенных шин согласно изобретению может быть выполнено с размещенным в нижней части рабочей камеры подвижным герметизирующим шлюзом для удаления измельченных продуктов, а также снабжено замкнутой системой очистки газов с нагнетательным и отсасывающим вентиляторами, магистралями, связывающими компенсационную камеру с ресивером и фильтром очистки газов, и предохранительным клапаном.

Сущность заявленных способа и устройства заключается в том, что заявленная совокупность признаков, характеризующих как способ, так и устройство для его осуществления, позволяет создать условия, при которых наиболее экономично реализуется процесс измельчения шин за счет эффективного использования энергии взрыва, осуществляемого в локализованном объеме вихревой камеры.

Выполнение рабочей камеры с размещенной внутри нее вихревой камерой, выполненной в форме тела вращения с увеличивающейся вдоль ее продольной оси площадью поперечного сечения с направляющим аппаратом в виде закрепленных на стенках камеры рядов лопаток, позволяет, во-первых, производить взрыв в локализованном объеме, отделенном от внешних стенок рабочей камеры демпфирующим действием компенсационной камеры, а, во-вторых, максимально эффективно использовать в том же локализованном объеме энергию вращающегося вокруг продольной оси камеры вихревого потока, образующегося в направляющем аппарате вихревой камеры. Последовательная ориентация рядов лопаток направляющего аппарата в разные стороны позволяет полностью использовать энергию вихревого потока в пределах вихревой камеры. Применение заявленных герметизирующих шлюзов, разгрузочного узла, а также системы очистки газов позволяет полностью исключить выброс токсичных продуктов в атмосферу и автоматизировать работу устройства при обеспечении небольших габаритов. Таким образом, реализация заявленных способа и устройства позволяет создать наиболее благоприятные условия для осуществления процесса измельчения изношенных шин.

Преимущества заявленных способа для измельчения изношенных шин и устройства для его осуществления по сравнению с известными заключаются в том, что их реализация позволяет в течение одного цикла (взрыва) получать фракции преимущественно в диапазоне 0,2 - 2,0 мм при обеспечении требований экологии и безопасности проведения взрывных работ.

Краткое описание чертежей
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены варианты выполнения устройства для измельчения изношенных шин.

На фиг. 1 изображено устройство с герметизирующим шлюзом, размещенным над рабочей камерой. На фиг. 2 изображено устройство с герметизирующим шлюзом, размещенным в верхней части рабочей камеры.

Устройство (фиг. 1 и фиг. 2) содержит рабочую камеру 1, внутри которой соосно с ней размещена вихревая камера 2 с образованием компенсационной камеры 3. Вихревая камера выполнена из расширяющегося тела вращения, например, конуса 4 и последовательно состыкованного с ним цилиндра 5, в нижней части вихревой камеры выполнен сужающийся бункер 6. На внутренних стенках вихревой камеры закреплены лопатки, образующие направляющий аппарат. Причем на конических стенках вихревой камеры лопатки 7 размещены по винтовой линии, а на цилиндрических - последовательные ряды лопаток 8 ориентированы в разные стороны. Устройство выполнено с загрузочным 9 и разгрузочным 10 узлами. Вырезы в верхних частях лопаток направляющего аппарата образуют опорные ребра 11, на которых размешают компактный блок шин 12. Внутри блока шин находится взрывной заряд 13. Герметизирующий шлюз 14 с приводом 15 может быть размещен как над рабочей камерой (фиг. 1), так и в верхней ее части с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной продольной оси камеры (фиг. 2).

Над рабочей камерой соосно с ней размещен затвор 16, выполненный с приводом 17. Затвор герметизирующего шлюза, размещенного над рабочей камерой (фиг. 1), выполнен с отражателем 18, оснащенным приводом 19, поддоном 20 с приводом 21, захватом для шин 22, приводами захвата 23 и 24, задвижкой 25 и блокировочным приспособлением 26.

Лучшие варианты осуществления изобретения
Лучший вариант осуществления способа включает подготовку шин к измельчению, для чего производится укладка исходных шин пакетом торцами на основание узла для размещения шин. Затем с помощью затвора, выполняющего функцию пресса, производят их деформирование сжатием. При этом происходит уменьшение объема и увеличение среднеобъемной плотности блока шин. Лопатки направляющего аппарата вихревой камеры препятствуют перемещению шин в поперечном направлении и позволяют сохранить напряженное состояние и деформации сжатия до взрыва. В качестве дополнительной подготовки шин к измельчению может быть предварительно произведено их криогенное охлаждение до температуры охрупчивания.

Лучший вариант устройства для осуществления заявляемого способа изображен на фиг. 2 и содержит рабочую камеру 1 с размещенной внутри нее вихревой камерой 2 с образованием компенсационной камеры 3. Вихревая камера, выполненная из состыкованных друг с другом расширяющейся конической и цилиндрической частей, снабжена направляющим аппаратом, который выполнен в виде закрепленных на внутренних стенках вихревой камеры рядов лопаток, последовательно ориентированных в разные стороны. При этом лопатки 7, закрепленные на конической части, размещены по винтовой линии, а лопатки 8, закрепленные на цилиндрической части, последовательно ориентированы в разные стороны. Рабочая камера имеет соответственно загрузочный 9 и разгрузочный 10 узлы, выполненные автоматизированными. В верхней части лопаток 7 выполнены вырезы, образующие элемент для размещения блока шин 12 в виде опорных ребер. Внутри блока шин размещен взрывной заряд 13. В верхней части рабочей камеры размещен герметизирующий шлюз 14 с приводом 15. Герметизирующий шлюз выполнен подвижным в плоскости, перпендикулярной продольной оси рабочей камеры. В шлюзе выполнены отделения для шин, представляющие собой верхнюю часть вихревой камеры с соответствующими элементами направляющего аппарата и узла размещения шин. Над рабочей камерой соосно с ней расположен затвор 16, который имеет привод 17.

Реализация лучших вариантов способа и устройства для его осуществления раскрывается в приведенных ниже примерах.

Пример 1.

Металлокордовые покрышки типа 6,45-13 разрезают поперек с отделением бортовых колец и наматывают их на барабан, диаметр которого меньше диаметра исходных шин. Конец наружного слоя шин закрепляют любым удобным способом. Подготовленный таким образом блок шин помещают в холодильную камеру и охлаждают до температуры охрупчивания (-100^oC). Охлажденный компакт-блок шин с взрывным зарядом помещают в открытое отделение герметизирующего шлюза, а затем перемешают внутрь рабочей камеры, где производят взрыв. Максимальный размер фракций измельченных таким образом шин не превышает 2,0 мм, а массовая доля фракций менее 0,2 мм составляет 25%.

Пример 2.

Охлажденные до температуры -100^oC шины помещают в открытое отделение шлюза и перемещают под поднятый затвор. При опускании затвора происходит деформирование шин и сохранение напряженного состояния до взрыва. Далее опускают отражатель с взрывным зарядом, блокировочное приспособление не допускает возможности открывания шлюза и затвора. После взрыва затвор поднимают, производят выгрузку. Максимальный размер фракций не превышает 2 мм, массовая доля фракций менее 0,2 мм составляет около 25%.

Существующие способы измельчения позволяют получать преимущественно размер фракций в диапазоне 20-50 мм.

Промышленная применимость
Заявляемые способ измельчения изношенных шин и устройство для его осуществления позволяют повысить эффективность воздействия взрыва по сравнению с известными способами и устройствами и производить не только разрушение покрышек, но и их измельчение. Реализация заявленных изобретений позволяет существенно снизить энергозатраты и себестоимость процесса. Опытные испытания показали, что технологический процесс измельчения покрышек в соответствии с заявленными изобретениями может быть реализован с обеспечением взрывной и экологической безопасности.

Заявленные способы и устройство для измельчения изношенных покрышек могут найти широкое применение в промышленности на предприятиях вторичной переработки.

В способе измельчения изношенных шин подготавливают шины путем их деформирования сжатием с получением компактного блока и сохраняют деформации сжатия до взрыва. Затем измельчают с помощью взрыва. Воздействие взрывом производят в размещенной внутри рабочего корпуса вихревой камере вращающимися вокруг ее оси вихревым потоком, образованным направляющим аппаратом, выполненным в виде закрепленных на стенках вихревой камеры рядов лопаток. Устройство для измельчения изношенных шин содержит камеру с загрузочным и разгрузочным узлами, элементы для размещения и разрушения шин и узел фиксации взрывчатого вещества. Устройство снабжено вихревой камерой, имеющей форму тела вращения с увеличивающейся вдоль ее продольной оси площадью поперечного сечения и выполненной с направляющим аппаратом в виде закрепленных на ее стенках рядов лопаток. Вихревая камера размещена внутри корпуса рабочей камеры с образованием компенсационной камеры в виде зазора между их стенками. Загрузочный узел выполнен с подвижным герметизирующим шлюзом с отделениями для шин. Элемент для размещения шин образован вырезами в верхних частях лопаток направляющего аппарата с образованием опорных ребер. Изобретение позволяет не только разрушать покрышки, но и измельчать их. Изобретение позволяет снизить энергозатраты и себестоимость процесса. Изобретение экологически безопасно. 2 с. и 14 з.п.ф-лы. 2 ил.

1. Способ измельчения изношенных шин, включающий подготовку шин и их измельчение с помощью взрыва, отличающийся тем, что при подготовке шин осуществляют их деформирование сжатием с получением компактного блока и сохраняют деформации сжатия до взрыва, а воздействие взрывом производят в размещенной внутри рабочего корпуса вихревой камере вращающимся вокруг ее оси вихревым потоком, образованным направляющим аппаратом, выполненным в виде закрепленных на стенках вихревой камеры рядов лопаток. 2. Способ измельчения изношенных шин по п.1, отличающийся тем, что при подготовке шин их предварительно разрезают и наматывают друг на друга с одновременным деформированием, при этом при намотке обеспечивают радиус кривизны разрезанных шин меньше радиуса кривизны исходных шин. 3. Способ измельчения изношенных шин по п.1, отличающийся тем, что деформирование шин осуществляют внутри камеры. 4. Способ измельчения изношенных шин по пп.1 и 2, отличающийся тем, что после получения компактного блока его охлаждают до температуры охрупчивания. 5. Способ измельчения изношенных шин по пп.1 и 3, отличающийся тем, что предварительно шины охлаждают до температуры охрупчивания. 6. Устройство для измельчения изношенных шин, содержащее рабочую камеру с загрузочным и разгрузочным узлами, элементы для размещения и разрушения шин и узел фиксации взрывчатого вещества, отличающееся тем, что снабжено вихревой камерой, имеющей форму тела вращения с увеличивающейся вдоль ее продольной оси площадью поперечного сечения и выполненный с направляющим аппаратом в виде закрепленных на ее стенках рядов лопаток, при этом вихревая камера размещена внутри корпуса рабочей камеры с образованием компенсационной камеры в виде зазора между их стенками, загрузочный узел выполнен с подвижным герметизирующим шлюзом с отделениями для шин, а элемент для размещения шин образован вырезами в верхних частях лопаток направляющего аппарата с образованием опорных ребер. 7. Устройство для измельчения изношенных шин по п.6, отличающееся тем, что герметизирующий шлюз размещен над рабочей камерой. 8. Устройство для измельчения изношенных шин по п.7, отличающееся тем, что герметизирующий шлюз выполнен с размещенным соосно с камерой затвором, поддоном, отражателем, захватом для шин, установленным на отражателе контактором с блокирующими приспособлениями, приводами затвора и отражателя, датчиками положений, при этом захват снабжен независимыми приводами поступательного перемещения и поворота. 9. Устройство для измельчения изношенных шин по п.6, отличающееся тем, что герметизирующий шлюз размещен в верхней части рабочей камеры. 10. Устройство для измельчения изношенных шин по п.9, отличающееся тем, что герметизирующий шлюз выполнен подвижным в плоскости, перпендикулярной продольной оси камеры, а отделения для шин выполнены в виде верхней части вихревой камеры с соответствующими элементами направляющего аппарата и узлом размещения шин и установлены с возможностью перемещения наружу. 11. Устройство для измельчения изношенных шин по п.10, отличающееся тем, что герметизирующий шлюз выполнен с размещенным соосно с камерой затвором, отражателем и приводами затвора и отражателя. 12. Устройство для измельчения изношенных шин по п.6, отличающееся тем, что вихревая камера выполнена из состыкованных конуса и цилиндра, при этом на конической обечайке лопатки размещены по винтовой линии, а на цилиндрической ряды лопаток последовательно ориентированы в разные стороны. 13. Устройство для измельчения изношенных шин по п.12, отличающееся тем, что вихревая камера в нижней ее части выполнена с сужающимся бункером. 14. Устройство для измельчения изношенных шин по п.13, отличающееся тем, что снабжено размещенным в нижней части рабочей камеры подвижным герметизирующим шлюзом для удаления измельченных продуктов. 15. Устройство для измельчения изношенных шин по любому из пп.6 - 14, отличающееся тем, что дополнительно снабжено замкнутой системой вентиляции с нагнетательным и отсасывающим вентиляторами, магистралями, связывающими компенсационную камеру с ресивером и фильтром для очистки газов, и предохранительным клапаном. 16. Устройство для измельчения изношенных шин по любому из пп.6 - 15, отличающееся тем, что рабочая камера содержит основание для укладки шин, систему наполнения горючим газом и блок поджига.