УСТАНОВКА ЗАМОРАЖИВАНИЯ ШИН Российский патент 2007 года по МПК B29B17/00 F25D3/10 

Установка замораживания шин предназначена преимущественно для замораживания шин различных видов и их типоразмеров, а также им подобных крупно- или малоразмерных предметов из резиновых и полисинтетических материалов, преимущественно бывших в употреблении.

Ввиду возникновения проблемы утилизации шин до сих пор эта проблема не решена в полной мере, о чем свидетельствует производственный опыт Волжского завода утилизации шин.

В настоящее время шины утилизируют путем разрезания, однако оборудование для разрезания шин требует многочисленного технологического и транспортирующего оборудования с его установочной мощностью, превышающей тысячу кВт, немалых капитальных затрат, а также трудовых и энергоресурсов. Получаемый при этом вулканизат засорен тканевым кордом и металлическим кордом, для удаления которого используется высокопроизводительное аспирационное и магнито-сепарирущее оборудование. АО "ЭКОШИНА" осуществляет обработку шин резанием и истиранием, используя современную технологию для производства резинопластовых плит из полученной при переработке шин крошки (8, с.150).

Однако надо признать, что в США, Германии, Японии и других развитых странах (8, с.80-100) отмечен значительный прогресс в эффективной утилизации шин с их замораживанием жидким азотом. В настоящее время используют охлажденный воздух для замораживания шин с коэффициентом конвективного теплообмена порядка 5-10 Вт/мК. Эта известная технология требует занятия немалых площадей морозильными камерами при минимальных КПД и громадных энергозатратах (8, с.120), поскольку коэффициент теплоотдачи жидкого азота составляет до 250 Вт/мК и длительность глубокого замораживания шин находится в пределах 1 минуты.

Техническим результатом заявленной установки является значительное снижение капитальных затрат на основное технологическое оборудование для утилизации шин и на морозильные установки, требующие специальных материалов и специальных технологий, значительно увеличивающих их себестоимость, а также высокоэффективный процесс замораживания шин с использованием прогрессивных достижений, обеспечивающих высокорентабельную утилизацию разнотипных шин.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что в установке для замораживания шин и других предметов из полисинтетических и натуральных материалов, содержащей морозильную ванну с вертикальными стенками, расположенными ниже посадочных отверстий шины для ее закрепления соосным бандажом, и днищем внешнего кожуха, выполненным с радиусом, превышающим радиус ванны на толщину теплоизоляции, и с ванной жидкого азота, радиус дна которой выполнен превышающим внешний радиус шины, согласно изобретению бандаж для закрепления шины выполнен в виде внешних зажимных фланцев, первый из которых снабжен запорным кольцом с цанговым участком и радиальными прорезями и жестко связан с подшипниковым корпусом, в который запрессован внешний конец штока силового пневмоцилиндра, установленного на консольной площадке установки, а второй из фланцев выполнен упорным, расположенным навстречу первому фланцу и снабжен внешней кольцевой проточкой, образующей коническую поверхность, для раскрытия цангового участка первого фланца при рабочем ходе силового пневмоцилиндра, а с наружной стороны второго фланца закреплена полумуфта для соединения второго фланца с приводным валом мотор-редуктора, неподвижно закрепленного на опорном каркасе установки и установленного соосно силовому пневмоцилиндру.

Конструктивное решение установки для замораживания шин обеспечивается возможностью использования обычных малоуглеродистых сталей, например Ст.3 спокойной плавки, при изготовлении морозильной ванны с двойными вертикальными стенками и днищами, верхняя из которых является ванной жидкого азота с радиусом дна, превышающим радиус замораживаемой шины до 0,02 м. Днище кожуха выполнено превышающим радиус ванны на толщину теплоизоляции, например пенополиуретановой, равной зазору между их вертикальными стенками. Верхний уровень стенок ограничивается нижним уровнем посадочных отверстий шин, используемых для бандажного закрепления шин к электроприводу морозильной установки.

Электропривод обеспечивает вращение шины с частотой до 1 с^-1 при орошении шины жидким азотом с теплотой испарения порядка 200 кДж/кг за счет сливания избыточных капель азота в ванну с осесимметричным расположением шины. При медленном вращении шины обеспечивается равномерное смачивание ее внешней поверхности с глубоким замораживанием до 70К и с остеклованием до 15-30% и переходом вулканизата из упруговязкого в достаточно хрупкое состояние при последующих минимальных энергозатратах на разрушение его структурной прочности с мелким его дроблением или тонким измельчением. При размещении морозильной ванны в герметизируемой камере газообразный азот с температурой порядка 80-100К может вторично использоваться рециркуляцией в криогенную машину или на дробилку.

Конструктивное решение установки для дробления шин является предельно простым.

На фиг.1 изображен общий вид установки, на фиг.2 изображено то же, поперечное сечение.

Установка включает шину 1, запорный бандаж 2, электропривод 3, смонтированный на опорном каркасе 5 морозильной установки 4 и на собственной опорной площадке 14. На противоположной от шины 1 стороне и осесимметрично шине и установке на консольной площадке 6 неподвижно закреплен силовой пневмоцилиндр 7, внешний конец штока которого запрессован в подшипниковый корпус, который осесимметрично закреплен на первом нажимном фланце 9 бандажа 2.

Первый нажимной фланец 9 снабжен запорным кольцом 10 с цанговым участком и радиальными прорезями, который встречно обращен ко второму фланцу 11, выполненному упорным. На встречном участке второго фланца 11 имеется внешняя кольцевая проточка, образующая коническую поверхность, обеспечивающая раскрытие цангового участка запорного кольца 10 при рабочем ходе поршня пневмоцилиндра 7, с надежной фиксацией шины 1 бандажом 2 и их совместным вращением при включении мотор-редуктора 13.

Бандаж 2 вращается от привода 13, с которым бандаж 2 связан посредством полумуфты, закрепленной на приводном валу привода. Полумуфта осесимметрично крепится на упорном фланце 11 бандажа 2.

Работает установка для замораживания шин с частотой вращения замораживаемой шины до 1 c^-1 соосно продольной оси установки 4 с равномерным орошением ее сверху жидким азотом.

При орошении образуется тонкая быстро испаряемая пленка на внешней поверхности шины. Излишние капли стекают в ванну 15 жидкого азота с контактным теплоотбором тепла от вулканизата шины, с теплотой испарения азота не менее 200 кДж/кг.

Вулканизат шины быстро замораживается и происходит его остеклование примерно до 30% (2, с.102), что обеспечивает переход его в хрупкое состояние с последующими минимальными затратами на разрушение его структурной прочности. Вулканизат посредством раздельной утилизации разделяют на тканевый корд и металлокорд.

После завершения замораживания шина 1 посредством электротали на гибкой подвеске подается на раздельную утилизацию, с предварительным извлечением первого нажимного фланца 9 при обратном ходе поршня пневмоцилиндра 7 и смещением шины со второго упорного фланца 11.

Таким образом шина 1 освобождается от запорного бандажа 2 механизированным способом, который может быть и полностью автоматизирован.

Следует также отметить, что за счет использования высокоэффективной теплоизоляции в виде, например, пенополиуретановых гибких плит 16 между ванной 15 жидкого азота и кожухом 17 и выполнения ванны 15 и кожуха 17 из обычных малоуглеродистых сталей, например Ст.3, обеспечивается практически низкая себестоимость морозильной установки 4 при минимальных тепловых потерях процесса замораживания жидким азотом вулканизата шин 1. В связи с тем что шина медленно вращается, обеспечивается динамичность тепломассообмена с минимально возможным расходом жидкого азота.

Поскольку проблема их утилизации является глобальной, предлагаемая установка позволит производить утилизацию шин с минимальными затратами на этот процесс.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Силенок С.Г. «Механическое оборудование», М., 1975 г.

2. Кошкин Н.Н. и др. «Справочник по физике», М., 1983 г.

3. Ерохин и др. «Сборник задач по теплотехнике, М., Энергия, 1989 г.

4. Итоги науки и техники, охрана природы и воспроизводство ресурсов» т.10-15, М., ВИНТИ.

5. «Технологическая линия сортировки бытовых отходов» RU №2140328, опублик. 27.10.1999 г., патентообладатель Б.А.Куцемелов.

6. «Практическое руководство» Даннель Эймен, М., 1989 г.

7. «Справочник по физике», Х.Кухлинг, М., Мир, 1986 г.

8. Топилин В.М. и др. «Использование изношенных шин», Ростов-на-Дону, 2001 г.

9. Журнал «Экология и промышленность России» №4, 2002 г.

10. «Эксплуатация и ремонт оборудования», Справочник, М., 1993 г.

Установка замораживания шин (далее по тексту "УЗШ") предназначена преимущественно для ускоренного и глубокого замораживания шин различных видов и типоразмеров и им подобных крупногабаритных предметов из замораживаемых полисинтетических, органических и им подобных материалов. Поскольку проблема утилизации шин и даже легковых автомобилей, возникшая, фактически, одновременно с появлением "самодвижущихся средств" и въехавшая "в новое тысячелетие на колесах" самодвижителей, "бесчисленно размножившихся" практически во всех "цивилизованных" странах мира, ставшая поэтому поистине "мировой проблемой", поскольку она не из "разряда легких задач" сугубо прикладной науки, "которая не чета фундаментальной", решающей "глобальные" проблемы и за "казенный счет", следует полагать, что "блестящая идея замораживания шин" впервые "осенила именно прикладника", а не "маститого академика фундаменто-металлиста", вероятно, "успешно воплотившего в металле утилизацию шин" обработкой резанием, теоретические основы коей он "эффектно излагает" из года в год "зеленым менеджерам или нуворишкам" за "казенный счет". Однако несмотря на "глубину мысли и изящество изложения" коллега-прикладник, "на ощупь оценивший разницу между резиной и металлом", впервые предложивший преобразовать замораживанием вулканизат шин из вязкоупругого в достаточно хрупкое состояние, позволяющее дробить и измельчать шины, как обычный отечественный кирпич "полусухого прессования", и, вероятно, с благословения академической науки "воспользовался прославленным сосудом Дюара" или "по его образцу и подобию" создавший "морозильную ванну", потребовавшую изрядного расхода жидкого азота, являющегося на "отечественном рынке товаров и услуг" довольно дорогостоящим хладагентом", и "дюаровская ванна" оказалась весьма дорогостоящим изделием, требующим "спецматериалов и тонких спецтехнологий", а в сумме с "непредвиденными расходами" ярко блеснувшая идея замораживания может "изрядно поблекнуть" и стать "неконкурентоспособной" даже с "традиционной резательной технологией", а проблема утилизации шин может "перекочевать в разряд не просто мировых", но "вечных"!... На основании вышеизложенного и руководствуясь "здравым смыслом", а также собственным и "далеко не всегда сладким производственным опытом" и "изрядно покорпев" над "теоретическими основами тепломассообмена" (3, с.63), мне удалось разработать простейшую конструкцию" термосной морозильной установки, включающей ванну жидкого азота из малоуглеродистой Ст.3 "спокойной плавки" с кривизной днища, превышающей радиус погружаемой в жидкий азот шины до нижнего уровня "посадочных отверстий шины" с его подъемом в ванне до ее верхнего уровня, и огибающим ванну дном кожуха с зазором между ними, равным толщине теплоизолирующего слоя, например пенополиуретанового или из другой высокоэффективной полисинтетической теплоизоляции, с последующим вращением шины с частотой до 1 с^-1. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Установка для замораживания шин и других предметов из полисинтетических и натуральных материалов, содержащая морозильную ванну с вертикальными стенками, расположенными ниже посадочных отверстий шины для ее закрепления соосным бандажом и днищем внешнего кожуха, выполненным с радиусом, превышающим радиус ванны на толщину теплоизоляции, и с ванной жидкого азота, радиус дна которой выполнен превышающим внешний радиус шины, отличающаяся тем, что бандаж для закрепления шины выполнен в виде внешних зажимных фланцев, первый из которых снабжен запорным кольцом с цанговым участком и радиальными прорезями и жестко связан с подшипниковым корпусом, в который запрессован внешний конец штока силового пневмоцилиндра, установленного на консольной площадке установки, а второй из фланцев выполнен упорным, расположенным навстречу первому фланцу и снабжен внешней кольцевой проточкой, образующей коническую поверхность, для раскрытия цангового участка первого фланца при рабочем ходе силового пневмоцилиндра, а с наружной стороны второго фланца закреплена полумуфта для соединения второго фланца с приводным валом мотор-редуктора, неподвижно закрепленного на опорном каркасе установки, и установленного соосно силовому пневмоцилиндру.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что между ванной для жидкого азота и кожухом расположена пенополиуретановая изоляция, выполненная в виде гибких плит.3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что для подачи шины на установку для замораживания используют электроталь с гибкой подвеской.