Способ очистки частицами твердого криогенного вещества и устройство для его осуществления Российский патент 2022 года по МПК B24C3/06 B24C1/00 B02C18/08 

Область техники

Заявленное изобретение относится к машиностроению, в частности, к устройствам для очистки поверхностей от загрязнений, и может найти применение в различных областях промышленности: автомобилестроении, авиастроении, кораблестроении, атомной промышленности, литейном производстве, машиностроении, химической и нефтегазовой, пищевой, полиграфии, легкой, энергетике и электронике. А именно для очистки насосов и резервуаров, нефтепромыслового оборудования; удаление различных органических покрытий и загрязнений (лаки, краски, масла, воск, мастика, плесень, водоросли, клей, сажа и другие отложения); очистки от ржавчины; удаления граффити со стен; очистки электротехнического оборудования: генераторов, электродвигателей, вентиляторов, компрессоров, радиаторов, печатных плат; очистки пресс-форм, изложниц, стержневых ящиков в литейной промышленности; очистки автомобильных узлов на автомойках; очистки технологического оборудования в пищевой промышленности; удаление радиоактивных загрязнений. При этом очищаемая поверхность может быть металлической, стеклянной, пластмассовой, резиновой, из кирпича и т.д. Также сухой лед может использоваться для процессов охлаждения как при хранении и транспортировке, так и для подачи в сыпучую (пищевые добавки) или вязкую продукцию (фарш) для ее охлаждения в процессе переработки или изменения физических свойств.

Уровень техники

Очистка сухим льдом эффективно используется в широком спектре практического применения - от удаления шлака до очистки печатных плат. Этот способ очистки может быть с успехом использован для эксплуатирующегося оборудования без повреждения и демонтажа, что значительно снижает время его простоя.

В отличие от обычных токсичных химических веществ, воды под высоким давлением и абразивной очистки, при криогенной очистке используются сухие частицы льда в потоке воздуха с высокой скоростью. При этом нет технологических неудобств, связанных с обработкой вторичного сырья и утилизации отходов. Физика процесса очистки частицами твердого криогенного вещества заключается в следующем. Частицы твердого криогенного вещества ускоряются в носителе, в качестве которого используется сжатый воздух. В этом струйная очистка сухим льдом в принципе аналогична пескоструйной обработке. В качестве частиц твердого криогенного вещества используется сухой лед, который имеет относительно низкую плотность, при этом процесс основан на высокой скорости частиц для получения необходимой энергии удара. При столкновении с поверхностью сухой лед сублимирует (испаряется), при этом происходит чрезвычайно быстрый процесс теплообмена между гранулами льда и поверхностью. Влага при испарении сухого льда не образуется. Затем газ расширяется в сотни раз по сравнению с объемом гранулированного сухого льда в течение нескольких миллисекунд, вызывая микровзрыв в точке удара, в результате чего загрязнение разрушается. Из-за большой разности температур между частицами льда и очищаемой поверхностью происходит также тепловой удар, разрушающий загрязняющее покрытие. Это явление особенно ярко проявляется при обработке неметаллического покрытия, например, лакокрасочного на металлической подложке.

Системы дробеструйной очистки существуют уже несколько десятилетий. Как правило, частицы, подают в поток транспортировочного газа и транспортируют в виде захваченных частиц в дутьевую форсунку, из которой частицы выходят, направляясь к заготовке или другой цели.

Из уровня техники известно устройство для струйной обработки сухим льдом (US20190321942, опубл. 24.10.2019). Устройство содержит смеситель, сконфигурированный для выборочного уменьшения размера криогенных частиц от соответствующего начального размера каждой частицы до второго размера, который меньше заданного размера, причем измельчитель содержит: по меньшей мере один первый ролик, вращающийся вокруг первой оси, каждый из которых содержит по меньшей мере один первый ролик, содержащий соответствующую первую периферийную поверхность, при этом каждая соответствующая первая периферийная поверхность вместе содержит множество первых приподнятых гребней; и по меньшей мере один второй ролик, вращающийся вокруг второй оси, каждый из которых содержит по меньшей мере один второй ролик, содержащий соответствующую вторую периферийную поверхность, причем каждая соответствующая вторая периферийная поверхность вместе содержит множество вторых выступающих гребней; зазор, образованный между каждой соответствующей первой периферийной поверхностью и каждой соответствующей второй периферийной поверхностью.

Недостатком данного технического решения является применение гранулы только до 3 мм, для крупных гранул 16-30 мм это уже затруднительно. И вот почему, согласно технологической книге «Измельчение в химической промышленности» автор Сиденко П.М., чтобы куски измельченного материала втягивались вследствие трения между валками, размер кусков должен быть примерно в 20 раз меньше диаметра вала. На практике обычно приминают наибольший диаметр кусков в 20-25 раз меньше диаметра валков. Размер кусков продукта дробления колеблется от 10 до 5 мм, предельно до 2-3 мм». Таким образом, чтобы использовать тот же валковый измельчитель для измельчения гранул размером 16-30 мм потребуются валки диаметром 320-400 мм, при этом их всегда два, что уже сравнимо с размерами обычными машин для очистки сухим льдом.

Также в известном устройстве измельчение криогенных частиц осуществляется за счет сдавливания между роликами. В результате такого измельчения получаются частицы различного размера и формы. Также в известном устройстве применяется дополнительный верхний дозатор и электрическая система управления, что снижает надежность системы.

В приведенных аналогах двигающиеся элементы задействованы в физическом воздействии на гранулы для измельчения, соприкасаются только с гранулами. В заявленном техническом решении по настоящему изобретению нож лежит на матрице и трется об нее, нож сделан из прочного износостойкого технического пластика, что дает возможность контактировать как с матрицей, так и с верхним фланцем-ножом. Контактирующие поверхности матрицы и фланца гладкие для предотвращения истирания пластика ножа. Кроме того, за счет того, что в заявленном изобретении реализована возможность замены матрицы измельчения (в момент отсутствия гранул в бункере) не требуется большие и сложные системы настройки измельчения как в техническом решении, известном из US20190321942A1.

Также в заявленном техническом решении реализована возможность измельчения гранул под собственным весом за счет гравитации, в отличие от US 0060205326. В известном решении необходим привод прижатия гранул.

В отличие от приведенных аналогов, в техническом решении по настоящему изобретению реализована возможность измельчения гранул размером от 3 до 30 мм, или даже куски блоков сухого льда. Также заявленное изобретение может применяться для получения частиц сухого льда необходимой фракции для процессов охлаждения.

Сущность изобретения

Задачей, решаемой заявленной группой изобретений, является создание надежного и высокопроизводительного устройства для очистки сухим льдом, в котором обеспечена возможность загрузки в бункер установки как крупных гранул сухого льда, так и гранул меньшего размера. Реализация технического решения по настоящему изобретению позволяет использовать в установке гранулы сухого льда, размером менее 1.6 мм гранулы, а также использовать гранулы сухого льда размером более 1.6 мм, в частности, позволяет использовать гранулы размером 3, 6, 9, 16, 20 и даже 30 мм гранулы. При этом размер не ограничен, просто требуется больший диаметр ножей и матриц.

Технический результат заявленной группы изобретений заключается в обеспечении измельчения гранул сухого льда до однородных по форме и размеру частиц в 1-1.5 мм, что позволяет увеличить плотность распределения частиц сухого льда в струе сжатого воздуха и увеличить их скорость за счет меньшей массы, что в комплексе формирует более агрессивную и эффективную очистку на большинстве загрязнений, кроме того технический результат заявленной группы изобретений также заключается в снижении времени и трудоемкости, и повышения надежности смены пропускной матрицы в отличие от варианта, когда приходилось бы снимать узел измельчения с бункера с разборкой всего узла, что приводило бы к повышению времени смены матрицы, и к риску неверной повторной сборки узла измельчителя.

Технический результат заявленной группы изобретений достигается за счет того, что Устройство для очистки твердым криогенным веществом, содержащее: бункер для хранения гранул твердого криогенного вещества; измельчитель гранул твердого криогенного вещества, выполненный с возможностью резания упомянутых гранул твердого криогенного вещества; блок подачи, выполненный с возможностью переноса измельченных гранул твердого криогенного вещества в поток сжатого воздуха; сопло для подачи измельченных гранул твердого криогенного вещества на очищаемый объект; и пневматическую магистраль для транспортировки измельченных гранул твердого криогенного вещества от упомянутого блока подачи к упомянутому соплу; при этом упомянутый измельчитель содержит: корпус измельчителя; стационарную ножевую матрицу, выполненную с по меньшей мере одним стационарным ножом и зафиксированную на упомянутом корпусе измельчителя, вращающуюся ножевую матрицу, выполненную с возможностью вращения вокруг своей оси и выполненную в виде по меньшей мере одного ножа с режущей кромкой; и плоскую пропускную матрицу, размещенную в упомянутом корпусе измельчителя в плоскости, параллельной плоскости вращающейся ножевой матрицы; при этом упомянутая вращающаяся ножевая матрица расположена между плоскостью установки упомянутой стационарной ножевой матрицы и плоскостью установки упомянутой плоской пропускной матрицы и при этом расположена параллельно плоскости упомянутой стационарной ножевой матрицы, при этом стационарная ножевая матрица расположена на расстоянии относительно плоской пропускной матрицы, определяющим размер измельченных гранул твердого криогенного вещества, а плоская пропускная матрица выполнена со множеством сквозных отверстий, выполненных с обеспечением: возможности удержания гранул твердого криогенного вещества с размером, превышающим заданный для очистки, при резании упомянутых гранул в плоскости, определяемой касанием плоской пропускной матрицы и вращающейся ножевой матрицей; и обеспечением последующего пропускания измельченных гранул твердого криогенного вещества с заданным размером для очистки.

В частном случае реализации заявленного технического решения измельчитель выполнен с возможностью разрезания гранул твердого криогенного вещества в плоскости, определяемой касанием стационарной ножевой матрицы и вращающейся ножевой матрицы, и/или в плоскости, определяемой касанием плоской пропускной матрицы и вращающейся ножевой матрицы.

В частном случае реализации заявленного технического решения измельчитель выполнен таким образом, что плоская пропускная матрица выполнена с возможностью боковой установки и извлечения из корпуса измельчителя без демонтажа корпуса, вращающейся ножевой матрицы и стационарной ножевой матрицы.

В частном случае реализации заявленного технического решения сквозные отверстия плоской пропускной матрицы выполнены щелевидной формы и радиально расходящимися.

В частном случае реализации заявленного технического решения сквозные отверстия в плоской пропускной матрице выполнены в виде круга или прямоугольника или треугольника или овала или сложной криволинейной формы.

В частном случае реализации заявленного технического решения вращающаяся ножевая матрица выполнена в виде по меньшей мере двух ножей с режущей кромкой, расходящихся радиально и соединенных между собой внешним ободом.

В частном случае реализации заявленного технического решения стационарная ножевая матрица выполнена в виде по меньшей мере двух стационарных ножей с режущей кромкой, расходящихся радиально и соединенных между собой внешним ободом, который усиливает ножи при их изгибании в плоскостях резания, тем самым ножи можно делать более узкими, что создает больший просвет для попадания в плоскости резания гранул для их последующей резки, что в целом ведет к повышению производительности измельчителя.

В частном случае реализации заявленного технического решения вращающаяся ножевая матрица выполнена из износостойкого полимера, который не теряет своей прочности при температуре сухого льда.

В частном случае реализации заявленного технического решения контактирующая с вращающейся ножевой матрицей поверхность плоской пропускной матрицы и контактирующая с вращающейся ножевой матрицей поверхность верхней стационарной ножевой матрицы выполнены гладкими.

В частном случае реализации заявленного технического решения вращающаяся ножевая матрица установлена на валу, установленном с возможностью вращения в корпусе, и приводимым в движение движителем вращения вала, выполненным в виде электромотора с редуктором.

В частном случае реализации заявленного технического решения вращающаяся ножевая матрица выполнена по окружности с зубьями зацепления, при этом вращающаяся ножевая матрица приводится во вращающееся движение вокруг своей оси посредством зацепления от зубчатой передачи через упомянутые зубья зацепления или посредством цепной передачи от внешнего привода через упомянутые зубья зацепления.

В частном случае реализации заявленного технического решения корпус измельчителя выполнен с внутренней полой цилиндрической частью, при этом в боковой поверхности цилиндрической части корпуса измельчителя выполнено отверстие выхода измельченных гранул твердого криогенного вещества.

В частном случае реализации заявленного технического решения дополнительно в корпусе измельчителя под плоской пропускной матрицей установлена с возможностью вращения крыльчатка для отбрасывания упомянутых измельченных гранул твердого криогенного вещества из упомянутого корпуса.

В частном случае реализации заявленного технического решения целевой размер измельченных гранул твердого криогенного вещества, получаемых после плоской пропускной матрицы, находится в диапазоне от 0.1 до 6 мм.

В частном случае реализации заявленного технического решения физическое геометрическое расстояние между стационарной ножевой матрицей и плоской пропускной матрицей, находится в диапазоне от 1 до 10 мм.

В частном случае реализации заявленного технического решения толщина вращающейся ножевой матрицы, находится в диапазоне от 1 до 10 мм, но не менее физического геометрического расстояния между стационарной ножевой матрицей и плоской пропускной матрицей.

Технический результат заявленной группы изобретения достигается также за счет того, что способ очистки твердым криогенным веществом, реализованный с помощью заявленного устройства, включает этапы, на которых: загружают гранулы твердого криогенного вещества в бункер для хранения гранул твердого криогенного вещества; подают сжатый воздух в блок подачи; подают гранулы твердого криогенного вещества в измельчитель; удерживают гранулы твердого криогенного вещества в сквозных отверстиях плоской пропускной матрицы; разрезают гранулы твердого криогенного вещества в плоскости, определяемой касанием не двигающейся плоской пропускной матрицы и вращающейся ножевой матрицы; пропускают через плоскую пропускную матрицу измельченные гранулы заданного размера для очистки; перемещают измельченные гранулы заданного размера для очистки твердого криогенного вещества в поток сжатого воздуха в блоке подачи, перемещают измельченные гранулы твердого криогенного вещества по пневматической магистрали от блока подачи к соплу; производят очистку очищаемого объекта посредством подачи на него смеси сжатого воздуха с измельченными гранулами твердого криогенного вещества посредством сопла.

В частном случае реализации заявленного технического решения дополнительно разрезают гранулы твердого криогенного вещества в плоскости, определяемой касанием стационарной ножевой матрицы и вращающейся ножевой матрицы.

В частном случае реализации заявленного технического решения в бункер загружают гранулы твердого криогенного вещества в бункер диаметром от 1 до 30 мм;

В частном случае реализации заявленного технического решения гранулы твердого криогенного вещества подают из бункера на измельчитель под собственным весом.

Краткое описание чертежей

Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленного технического решения с использованием чертежей, на которых показано:

На фиг.1 - изображена мобильная установка для очистки сухим льдом;

на фиг.2 - общий вид мобильной установки для очистки сухим льдом без боковых дверей и передней обшивки;

на фиг.3 - вид установки без силового изогнутого каркаса и верхней панели и люка;

на фиг.4 - изображен бункер с измельчителем и блоком подачи гранул;

на фиг.5 - вид бункера с встроенным измельчителем;

на фиг.6 - вид измельчителя;

На фиг.7 - процесс изъятия матрицы измельчения из измельчителя;

на фиг.8 - процесс съема измельчителя с нижней части бункера;

на фиг.9 - вид измельчителя как отдельного узла;

на фиг.10 - вид измельчителя со снятыми верхним фланцем-ножом, круговой рамки для фиксации матрицы, дистанционной рамки;

на фиг.11 - вид измельчителя со снятым с вала вращающегося ножа;

на фиг.12 - вид измельчителя со снятыми матрицей, ножом и упором матрицы;

на фиг.13 - вид измельчителя со снятым валом, крыльчаткой, кольцом и корпусом;

на фиг.14 - принцип измельчения;

на фиг.15 - вариант выполнения вращающейся ножевой матрицы с зубьями зацепления;

на фиг.16 - изображен процесс измельчения гранул методом соскребания ножами, в результате чего получается пыль и мелкие хлопья, не имеющие достаточную массу для агрессивной очистки, и годится только для очистки легких загрязнений. К данному методу относится устройство US 20130203325 A1;

на фиг.17 - изображен процесс измельчения гранул методом сдавливания. В данном процессе получают гранулы различного размера и происходит их чрезмерное сдавливание в результате чего может появляться больше количество пыли сухого льда. К данному методу относится устройство US 20190321942 A1;

на фиг.18 - представлен процесс нарезания гранул, в результате чего получают измельченные частицы с заранее заданным размером, так как снизу установлено сито (пропускная матрица), которая либо пропускает частицу, либо задерживает ее для повторного резанья.

На фигурах цифрами обозначены следующие конструктивные элементы:

1 - решетка бункера; 2 - подвеска бункера; 3 - бункер; 4 - измельчитель, присоединенный к бункеру; 5 - блок подачи гранул; 6 - быстроразъемное соединение для подсоединения струйного шланга; 7 - фильтр для отвода капельной влаги в сжатом воздухе; 8 - редуктор сжатого воздуха; 9 - плоская пропускная матрица со сквозными узкими радиальными отверстиями; 10 - фланец бункера; 11 - патрубок выхода измельченных частиц; 12 - редуктор; 13 - электродвигатель;14 - нижняя часть бункера; 15 - гранула твердого криогенного вещества; 16 - фиксатор матрицы с ручным управлением; 17 - сквозные узкие радиальные отверстия; 18 - стационарная ножевая матрица, выполняющая функцию фланца; 19 - круговая рамка для дистанцирования стационарной ножевой матрицы относительно вращающегося ножа; 20 - дополнительная дистанционная рамка; 21 - вращающаяся ножевая матрица; 22 - упор для плоской пропускной матрицы; 23 - крыльчатка для откидывания к периметру внутренней цилиндрической части корпуса; 24 - вал редуктора для передачи крутящего момента к крыльчатке и к вращающемуся ножу; 25 - корпус измельчителя; 26 - пространство между ножами; 27 - зубья зацепления.

Раскрытие изобретения

В общем виде устройство для очистки частицами твердого криогенного вещества может быть выполнено стационарно, а может быть выполнено в виде мобильной установки. Пример такой мобильной установки приведен на фиг.1 - фиг.3. Описание, приведенное ниже, показывает пример исполнения такой мобильной установки.

Мобильное устройство выполнено на раме, установленной на колесах. Внутри, в верхней части рамы размещен бункер (3) для хранения гранул твердого криогенного вещества и блок подачи (5) гранул. Блок подачи (5) гранул соединен с бункером (3) посредством патрубков. Бункер (3) закреплен на раме посредством подвесов (2).

Устройство выполнено с возможностью подачи сжатого воздуха в блок подачи (5) гранул. Для этого устройство снабжено патрубками, расположенными внутри устройства. Устройство снабжено ниппелем для подключения источника сжатого воздуха. Ниппель посредством патрубка соединен с фильтром (7). Фильтр (7) необходим для фильтрации и отвода капельной влаги из сжатого воздуха. При этом патрубки и фильтр (7) снабжены быстроразъемным соединением для съема фильтра. Для регулировки давления поступающего сжатого воздуха в блок подачи (5) гранул устройство снабжено редуктором сжатого воздуха (8), что обеспечивает регулирование агрессивности очистки. Устройство также снабжено пневматическим быстроразъемным соединением (6) для подключения струйного шланга. Быстроразъемное соединение (6) установлено на выходе из блока подачи (5) гранул твердого криогенного вещества.

Гранулы твердого криогенного вещества через решетку (1) бункера закладывают в бункер (3). Из бункера (3) гранулы твердого криогенного вещества под собственным весом попадают в измельчитель (4), присоединенный снизу к бункеру (3). Из измельчителя (4) измельченные частицы твердого криогенного вещества через патрубок, присоединенный к патрубку (11) выхода измельченных частиц твердого криогенного вещества из измельчителя (4), подают к блоку подачи (5). К блоку подачи (5) также подключен сжатый воздух. Внутри блока подачи (5) частицы твердого криогенного вещества смешиваются с сжатым воздухом, далее смесь через струйный шланг подаются к соплу. В сопле гранулы за счет быстрого потока воздуха ускоряются и вылетают из щели.

Далее приведено детальное описание со ссылками на Фиг.4 - Фиг.15 измельчителя (4) гранул. Конструкция измельчителя (4) является предметом настоящего изобретения.

Измельчитель (4) через стационарную ножевую матрицу (18) прикреплен к нижней части (14) бункера (3) через фланец бункера (10). Стационарная ножевая матрица (18) дополнительно выполняет функцию фланца с отверстиями для герметичного присоединения к фланцу бункеру.

Измельчитель содержит корпус (25). Корпус (25) образован нижней и боковой поверхностями и выполнен с внутренней полой цилиндрической частью и снабжен патрубком (11) выхода измельченных частиц твердого криогенного вещества из измельчителя, выполненным в боковой поверхности цилиндрической части корпуса (25). Корпус (25) соединен с редуктором, вал (24) которого продлен внутри полой части корпуса измельчителя, при этом вал (24) выполнен с возможностью передачи крутящего момента к крыльчатке (23) и вращающейся ножевой матрице (21).

Внутри корпуса (25) на валу (24) редуктора расположена крыльчатка (23), предназначенная для откидывания измельченных частиц твердого криогенного вещества к периметру внутренней цилиндрической части корпуса и в процессе вращения к патрубку (11) выхода измельченных частиц твердого криогенного вещества.

Над крыльчаткой (2) размещен упор (22) для плоской пропускной матрицы (9). Упор закреплен на торце боковой поверхности корпуса (25). В упоре (23) выполнено отверстие для вала (24). Вал (24) не взаимодействует с упором (23). Упор (23) для плоской пропускной матрицы (9) служит для ограничения движения плоской пропускной матрицы (9) при ее установке и для формирования полного круга для матрицы (замыкает круг матрицы), чтобы гранулы не проваливались и находились всегда над матрицей. Над упором (22) расположена матрица (9) с неполным кругом заполнения сквозного прохода измельчителя.

Плоская пропускная матрица (9) не взаимодействует с валом (24) и выполнена в виде плоского диска с вырезом от края диска до вала (24). Данный вырез необходим для боковой установки и бокового извлечения из корпуса измельчителя плоской пропускной матрицы, установленной между верхней стационарной ножевой матрицей и вращающейся ножевой матрицей. Боковая установка и боковое извлечение из корпуса измельчителя плоской пропускной матрицы необходима для обеспечения возможности излечения плоской пропускной матрицы из измельчителя без разбора измельчителя. Плоская пропускная матрица (9) в измельчителе зафиксирована посредством фиксатора (16) матрицы с ручным управлением.

При этом плоская пропускная матрица снабжена элементом, за который можно извлечь плоскую пропускную матрицу из измельчителя. Упомянутый элемент в варианте реализации заявленного технического решения выполнен в виде рукоятки, или в варианте реализации заявленного технического решения выполнен в виде дуги или отверстий.

Плоская пропускная матрица (9) выполнена с множеством радиальных сквозных продолговатых отверстий (17). Сквозные отверстия (17), выполненные в плоской пропускной матрице (9), служат для прохода частиц меньших фракций твердого криогенного вещества и для удерживания частиц более крупных фракций твердого криогенного вещества для повторного резания ножами вращающейся ножевой матрицы (21).

Сквозные отверстия (17), выполненные в плоской пропускной матрице (9), могут иметь различную форму, как например: круг, прямоугольник, треугольник, овал или сложные криволинейные фигуры, у которых главным фактором является такое расстояние между противоположными границами отверстий, чтобы через них могла пройти измельченная частица твердого криогенного вещества только с определенным габаритом, то есть отверстия выполняют роль фильтрации размера частиц.

Разумеется, невозможно в одну ступень плоской фильтрации измельчить 100% фильтрации частиц твердого криогенного вещества по определенному размеру, так как, к примеру продолговатая гранула твердого криогенного вещества цилиндрической формы с диаметром 3 мм может пройти сквозь щелевидное отверстие с шириной щели 3.5 мм либо вдоль через круглое отверстие с диаметром 3.5 мм. То же самое и с неровными частицами твердого криогенного вещества, часть частиц твердого криогенного вещества с более большим размером может пройти через сквозные отверстия (17), но это незначительная часть от всего потока.

При использовании крупных гранул, которые больше зазора между стационарным ножом и пропускной матрицей, то происходит резание в два этапа (в двух плоскостях) в плоскости, определяемой касанием стационарной ножевой матрицы и вращающейся ножевой матрицы, и в плоскости, определяемой касанием плоской пропускной матрицы и вращающейся ножевой матрицы. Если размер гранул меньше зазора - тогда резание в основном происходит только по плоскости, определяемой касанием плоской пропускной матрицы и вращающейся ножевой матрицы. При этом геометрия отверстий может быть любой, главной их функцией являются: удержание частицы/гранул при резании по нижней плоскости и пропускание частиц с размером, подходящих для очистки.

Для повышения эффективности измельчения и фильтрации измельчитель дополнительно содержит второй вращающийся нож, установленный под плоской пропускной матрицей (17) и вторую плоскую пропускную матрицу, установленную под вторым вращающимся ножом.

Над плоской пропускной матрицей (9) на валу (24) расположена вращающаяся ножевая матрица (21).

В варианте реализации заявленного технического решения вращающаяся ножевая матрица (21) выполнена в виде по меньшей мере одного ножа с режущей кромкой.

В варианте реализации заявленного технического решения вращающаяся ножевая матрица (21) выполнена в виде по меньшей мере двух ножей с режущей кромкой, соединенных между собой по окружности внешним ободом.

В предпочтительном варианте реализации заявленного технического решения вращающаяся ножевая матрица выполнена в виде трех, расходящихся радиально, ножей с режущей кромкой, соединенных между собой по окружности внешним ободом.

В варианте реализации заявленного технического решения физическое геометрическое расстояние между стационарной ножевой матрицей и плоской пропускной матрицей, находится в диапазоне от 1 до 10 мм.

В частном случае реализации заявленного технического решения толщина вращающейся ножевой матрицы, находится в диапазоне от 1 до 10 мм, но не менее физического геометрического расстояния между стационарной ножевой матрицей и плоской пропускной матрицей.

Соединение ножей вращающейся ножевой матрицы (21) внешним ободом по окружности необходимо для увеличения прочности вращающейся ножевой матрицы.

Над вращающейся ножевой матрицей (21) размещена дополнительная дистанционная рамка (20) и круговая рамка (19) для дистанцирования стационарной ножевой матрицы (18) относительно вращающейся ножевой матрицы. Обе рамки (19 и 20) жестко закреплены на торцах боковой поверхности корпуса (25). Дополнительная дистанционная рамка (20) необходима для того, чтобы вращающаяся ножевая матрица (21) свободно сидела между стационарной ножевой матрицей (18) и плоской пропускной матрицей (9). Сверху над круговой рамкой (19) размещена стационарная ножевая матрица (18). А плоская пропускная матрица (9) расположена от вращающейся ножевой матрицы (18) ножа на расстоянии, определяющим максимальный размер фракции резания.

Стационарная ножевая матрица (18) помимо того, что выполняет функцию крепления измельчителя (4) к фланцу (10), также выполняет функцию стационарных ножей. Применение стационарной ножевой матрицы обеспечивает возможность предварительного излома/порезки крупных гранул или тонких длинных гранул, что в дальнейшем приведет к более высокой пропускной способности измельчителя.

В варианте реализации заявленного технического решения стационарная ножевая матрица выполнена в виде двух стационарных ножей с режущей кромкой, расходящихся радиально и соединенных между собой внешним ободом.

В варианте реализации заявленного технического решения стационарная ножевая матрица (18) выполнена в виде трех стационарных ножей с режущей кромкой, расходящихся радиально и соединенных между собой по окружности внешним ободом.

Соединение ножей с режущей кромкой внешним ободом по окружности необходимо для увеличения прочности стационарной ножевой матрицы. Внешний обод усиливает ножи при их изгибании в плоскостях резания, тем самым ножи можно делать более узкими, что создает больший просвет для попадания в плоскости резания гранул для их последующей резки, что в целом ведет к повышению производительности измельчителя.

В бункер (3) подают гранулы твердого криогенного вещества размером от 1 до 30 мм. Далее торец гранулы твердого криогенного вещества или вся гранула твердого криогенного вещества попадает между ножами с режущими кромками вращающейся пропускной матрицы (21) и касается плоской пропускной матрицы (9). Далее ножи вращающейся пропускной матрицы (21) начинают протаскивать гранулы к одному из стационарному ножу стационарной ножевой матрицы (18) измельчителя.

Далее измельченные частицы твердого криогенного вещества, которые получились меньше, чем ширина сквозных отверстий (17), выполненных в плоской пропускной матрице (9), пролетают в эти отверстия и попадают в корпус (25) с крыльчаткой (23), которая их выкидывает их из корпуса измельчителя через патрубок (11).

Частицы твердого криогенного вещества, которые получились больше, чем ширина сквозных отверстий (17) в плоской пропускной матрице (9), застревают в указанных отверстиях и далее ножи вращающейся матрицы (21) режут их повторно, при этом этому способствует либо упор частиц о стационарную ножевую матрицу (18), либо давление гранул твердого криогенного вещества, подающихся сверху из бункера (3).

В заявленном техническом решении вращающаяся ножевая матрица (21) лежит на плоской пропускной матрице (9) и трется об нее. Вращающаяся ножевая матрица (21) выполнена из прочного износостойкого технического пластика, что позволяет реализовать возможность контактировать как с плоской пропускной матрицей, так и со стационарной ножевой матрицей (18). Контактирующие поверхности плоской пропускной матрицы и стационарной ножевой матрицы выполнены гладкими для предотвращения истирания пластика ножа.

Благодаря конструкции заявленного технического решения достигаются следующие преимущества:

- возможность применения цилиндрических гранул твердого криогенного вещества с диаметром от 1 до 30 мм;

- измельчение по принципу «Резание» дает более однородный размер частиц твердого криогенного вещества;

- гранулы твердого криогенного вещества измельчаются под собственным весом без дополнительных приспособлений, что повышает надежность системы;

- за счет встроенной матрицы размер частиц твердого криогенного вещества получается контролируемый, больший размер не проскочит;

- легкий способ замены матрицы, так как не требуется точных регулировок и настроек.

Изобретение относится к очистке поверхностей от загрязнений частицами твердого криогенного вещества. Устройство содержит корпус, вращающуюся ножевую матрицу, стационарную ножевую матрицу, зафиксированную на корпусе, и плоскую пропускную матрицу, зафиксированную в корпусе. Вращающаяся ножевая матрица расположена между плоскостью установки верхней стационарной ножевой матрицы и плоскостью установки плоской пропускной матрицы. Вращающаяся ножевая матрица выполнена с возможностью резки гранул твердого криогенного вещества в плоскости касания стационарной ножевой матрицы и вращающейся ножевой матрицы и/или в плоскости касания плоской пропускной матрицы и вращающейся ножевой матрицы. Плоская пропускная матрица расположена от вращающейся матрицы на расстоянии, определяющим максимальный размер фракции резания и выполнена с множеством сквозных отверстий. В результате повышается надежность устройства, а также производительность процесса очистки. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 18 ил.

1. Устройство для очистки твердым криогенным веществом, содержащее:

бункер для хранения гранул твердого криогенного вещества;

измельчитель гранул твердого криогенного вещества, выполненный с возможностью резания упомянутых гранул твердого криогенного вещества;

блок подачи, выполненный с возможностью переноса измельченных гранул твердого криогенного вещества в поток сжатого воздуха;

сопло для подачи измельченных гранул твердого криогенного вещества на очищаемый объект; и

пневматическую магистраль для транспортировки измельченных гранул твердого криогенного вещества от упомянутого блока подачи к упомянутому соплу;

при этом упомянутый измельчитель содержит:

корпус измельчителя;

стационарную ножевую матрицу, выполненную с по меньшей мере одним стационарным ножом и зафиксированную на упомянутом корпусе измельчителя:

вращающуюся ножевую матрицу, выполненную с возможностью вращения вокруг своей оси и выполненную в виде по меньшей мере одного ножа с режущей кромкой;

и плоскую пропускную матрицу, размещенную в упомянутом корпусе измельчителя в плоскости, параллельной плоскости вращающейся ножевой матрицы;

при этом упомянутая вращающаяся ножевая матрица расположена между плоскостью установки упомянутой стационарной ножевой матрицы и плоскостью установки упомянутой плоской пропускной матрицы и при этом расположена параллельно плоскости упомянутой стационарной ножевой матрицы,

при этом стационарная ножевая матрица расположена на расстоянии относительно плоской пропускной матрицы, определяющим размер измельченных гранул твердого криогенного вещества,

а плоская пропускная матрица выполнена со множеством сквозных отверстий, выполненных с обеспечением возможности удержания гранул твердого криогенного вещества с размером, превышающим заданный для очистки, при резании упомянутых гранул в плоскости, определяемой касанием плоской пропускной матрицы и вращающейся ножевой матрицей и обеспечением последующего пропускания измельченных гранул твердого криогенного вещества с заданным размером для очистки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что измельчитель выполнен с возможностью разрезания гранул твердого криогенного вещества в плоскости, определяемой касанием стационарной ножевой матрицы и вращающейся ножевой матрицы, и/или в плоскости, определяемой касанием плоской пропускной матрицы и вращающейся ножевой матрицы.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что измельчитель выполнен таким образом, что плоская пропускная матрица выполнена с возможностью боковой установки и извлечения из корпуса измельчителя без демонтажа корпуса, вращающейся ножевой матрицы и стационарной ножевой матрицы.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сквозные отверстия плоской пропускной матрицы выполнены щелевидной формы и радиально расходящимися.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сквозные отверстия в плоской пропускной матрице выполнены в виде круга или прямоугольника или треугольника или овала или сложной криволинейной формы.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вращающаяся ножевая матрица выполнена в виде по меньшей мере двух ножей с режущей кромкой, расходящихся радиально и соединенных между собой внешним ободом.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что стационарная ножевая матрица выполнена в виде по меньшей мере двух стационарных ножей с режущей кромкой, расходящихся радиально и соединенных между собой внешним ободом.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вращающаяся ножевая матрица выполнена из прочного износостойкого материала.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контактирующая с вращающейся ножевой матрицей поверхность плоской пропускной матрицы и контактирующая с вращающейся ножевой матрицей поверхность верхней стационарной ножевой матрицы выполнены гладкими.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вращающаяся ножевая матрица установлена на валу, установленном с возможностью вращения в корпусе, и приводимым в движение движителем вращения вала, выполненным в виде электромотора с редуктором.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вращающаяся ножевая матрица выполнена по окружности с зубьями зацепления, при этом вращающаяся ножевая матрица приводится во вращающееся движение вокруг своей оси посредством зацепления от зубчатой передачи через упомянутые зубья зацепления или посредством цепной передачи от внешнего привода через упомянутые зубья зацепления.

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус измельчителя выполнен с внутренней полой цилиндрической частью, при этом в боковой поверхности цилиндрической части корпуса измельчителя выполнено отверстие выхода измельченных гранул твердого криогенного вещества.

13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно в корпусе измельчителя под плоской пропускной матрицей установлена с возможностью вращения крыльчатка для отбрасывания упомянутых измельченных гранул твердого криогенного вещества из упомянутого корпуса.

14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что целевой размер измельченных гранул твердого криогенного вещества, получаемых после плоской пропускной матрицы, находится в диапазоне от 0.1 до 6 мм.

15. Способ очистки твердым криогенным веществом с помощью устройства по п.1, включающий этапы, на которых:

загружают гранулы твердого криогенного вещества в бункер для хранения гранул твердого криогенного вещества;

подают сжатый воздух в блок подачи;

подают гранулы твердого криогенного вещества в измельчитель;

удерживают гранулы твердого криогенного вещества в сквозных отверстиях плоской пропускной матрицы;

разрезают гранулы твердого криогенного вещества в плоскости, определяемой касанием не двигающейся плоской пропускной матрицы и вращающейся ножевой матрицы;

пропускают через плоскую пропускную матрицу измельченные гранулы заданного размера для очистки;

перемещают измельченные гранулы заданного размера для очистки твердого криогенного вещества в поток сжатого воздуха в блоке подачи,

перемещают измельченные гранулы твердого криогенного вещества по пневматической магистрали от блока подачи к соплу;

производят очистку очищаемого объекта посредством подачи на него смеси сжатого воздуха с измельченными гранулами твердого криогенного вещества посредством сопла.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что дополнительно разрезают гранулы твердого криогенного вещества в плоскости, определяемой касанием стационарной ножевой матрицы и вращающейся ножевой матрицы.

17. Способ по п.15, отличающийся тем, что в бункер загружают гранулы твердого криогенного вещества в бункер диаметром от 1 до 30 мм.

18. Способ по п.15, отличающийся тем, что гранулы твердого криогенного вещества подают из бункера на измельчитель под собственным весом.