Вибрационный сепаратор для сортировки твердых коммунальных отходов

Полезная модель относится к области переработки твердых коммунальных отходов (ТКО) и может быть использована на мусороперерабатывающих заводах и на предприятиях по перегрузке твердых бытовых отходов (перегрузочных станциях), проводящих предварительную сортировку отходов.
В патенте US 5108589 описано Устройство вибрационного сепаратора, просеивающая поверхность которого состоит из ступенчато расположенных колосников, объединенных в единую обойму. Между колосниками образованы зазоры. Колосники выполнены в виде трапециевидных пластин, загнутых вниз, по направлению к разгрузочному концу короба. Пластины соседних ступеней расположены со сдвигом в поперечном направлении, то есть, расположены в шахматном порядке. Такая конструкция предотвращает забивание просеивающей поверхности. Разделение материала производится в большей степени по крупности, в меньшей - по упругим свойствам.
Вибрационный колосниковый грохот, описанный в патенте ЕР 0815956, является модификацией решения по патенту US 5108589. Просеивающая поверхность состоит из рядов плоских трапециевидных пластин (пальцев), разделенных зазорами и расположенных в шахматном порядке. Отличие состоит в том, что под каждым колосником приварены металлические пластины, образующие вертикальный клин для предотвращения бокового перемещения материала под пальцами.
Преимущество просеивающей поверхности грохота по патенту ЕР 0815956 в том, что клинья препятствуют попаданию крупногабаритной фракции под пластины и застреванию их в межколосниковом пространстве. Таким образом, предотвращается забивание просеивающей поверхности, предотвращается «затягивание» крупной фракции в подрешетный продукт.
Особенностью данной конструкции является большая жесткость и масса колосников. Результатом этого является недостаток - решающим признаком при разделении ТКО является крупность материала, а не упругие свойства, что не вполне подходит для решения задачи разделения ТКО на «деловую» (сухое чистое вторичное сырье) и «не деловую» (влажная биоразлагаемая органика) фракции.
В патенте ЕР 1905519 описан вибрационный грохот, просеивающая поверхность которого образована ступенчатыми рядами трапециевидных плоских колосников, установленных в шахматном порядке. Под рядами колосников установлены пластины, повторяющие форму колосников. При этом пластины имеют возможность перемещаться в пазах перпендикулярно движению материала относительно верхних рядов колосников.
Преимуществом данной конструкции просеивающей поверхности является возможность, не прибегая к разборке, регулировать ширину разгрузочных отверстий. Это экономит время на замену просеивающей поверхности и позволяет подстраиваться под различный гранулометрический состав материала.
Недостатками являются:
- при поломке одного из колосников в ряду необходима замена всего ряда;
- малый относительный размер сечения проходных отверстий. Затруднено выделение материала по упругости в подрешетный продукт.
В грохотах по описанным выше патентам (US 5108589, ЕР 0815956, ЕР 1905519) реализован общий конструктивный признак: формирующие рабочую поверхность консольные пластины (колосники) отогнуты и ориентированы параллельно плоскости движения материала, то есть материал свободно скользит по ним, не встречая препятствий на своем пути. Это решение продиктовано стремлением облегчить самоочистку рабочей поверхности, предотвратить ее забивание. Недостаток таких конструкций в том, что материал слишком быстро скользит по наклонным колосникам, эффективность просеивания может быть недостаточной.
В патенте US 5322170 предложено устройство для выполнения двух функций - сортировки и разуплотнения слежавшихся ТКО. В основу конструкции положен Вибрационный грохот, в котором в качестве просеивающей поверхности применены несколько ярусно расположенных рядов консольно закрепленных стержневых металлических колосников, ориентированных в горизонтальной плоскости. При работе устройства и попадании ТКО на гибкие и упругие колосники они вибрируют в вертикальной плоскости, что приводит к разуплотнению слежавшегося материала и отделению крупных кусков ТКО от грунта, органических остатков и т.д. Таким образом, крупные фрагменты разбиваются на части и перемещаются по стержням в верхний продукт, а в нижний класс поступают мелкие составляющие ТКО, грунт и другие сыпучие составляющие.
В зависимости от скорости вращения вибровозбудителя меняется частота и амплитуда колебаний свободных концов стержней. Колосники могут быть расположены либо параллельно основанию, либо под наклоном в сторону разгрузки, в зависимости от требуемой скорости перемещения материала.
Преимуществами устройства являются:
- способность разбивать слежавшиеся твердые коммунальные отходы;
- возможность замены отдельных колосников, в случае их повреждения. Особенно это касается верхнего ряда, который в наибольшей степени воспринимает нагрузку от подачи материала;
- благодаря вибрационному принципу работы и гладкой цилиндрической форме стержней, данное устройство практически неподвержено забиванию материалом.
К недостаткам можно отнести то, что на данном устройстве невозможно эффективное разделение ТКО на «деловую» и «не деловую» фракции. Подобные устройства имеют существенные ограничения по крупности исходного сырья. Стержни колосников должны иметь достаточно большое сечение для механической надежности, а это, в свою очередь, приводит к малой амплитуде колебаний колосников и отсутствию эффекта самоочищения колосников от налипших влажных и пленочных материалов, присутствующих в ТКО.
В качестве прототипа выбран Вибрационный грохот для сортировки твердых бытовых отходов, описанный в патенте RU 2484905. Грохот (сепаратор) имеет вибровозбудитель задания вынужденных колебаний, установленный на коробе. Внутри короба установлена просеивающая поверхность, образованная колосниками, консольно закрепленными на поперечных опорных балках, закрепленных параллельными рядами между бортовинами корпуса. Просеивающая поверхность имеет колосники в виде расположенных в шахматном порядке сужающихся к свободному концу пластин, закрепленных под углом к плоскости расположения поперечных балок таким образом, что в рабочем состоянии при установлении короба под углом к горизонту образуются горизонтальные ярусы. В контексте данной заявки под углом наклона сепаратора понимается угол наклона плоскости расположения поперечных балок. Физические параметры пластин подбираются таким образом, чтобы обеспечить частоту свободных колебаний элементов, соответствующую условию 1,05fв≤fс≤1,20fв, где fс - частота свободных колебаний консольного элемента, fв - частота вынужденных колебаний консольного элемента. При загрузке на сепаратор исходных твердых бытовых отходов они под действием вибрации и силы тяжести движутся от зоны загрузки в сторону зоны разгрузки, последовательно перемещаясь с одного яруса на другой, на каждом из которых отходы подвергаются ударному воздействию вибрирующих колосников, вызывающему рыхление материала. В результате чего упругие компоненты отделяются от влажных пластичных, отскакивают от вибрирующих поверхностей колосников, достигают зоны выгрузки и уходят в верхний продукт грохочения. Влажные пластичные компоненты проходят через зазоры между колосниками и падают в подколосниковое пространство, уходя в нижний продукт грохочения. Таким образом, обеспечивается разделение исходных ТКО на «деловую» и «неделовую» фракции.
Недостатком прототипа является то, что он способен разделять поступающий материал только на два продукта: влажную пластичную фракцию, содержащую биоразлагаемые отходы, и сухое вторичное сырье.
В основу полезной модели поставлена задача расширения арсенала средств и создание вибрационного сепаратора ТКО, обеспечивающего разделение потока отходов на три фракции, переработка которых по отдельности максимально повысит качество и производительность всех последующих операций. Это фракции: влажная биоразлагаемая органика, сухое чистое вторичное сырье крупностью менее 250 мм, сухое чистое вторичное сырье крупностью более 250 мм. Достигаемый технический результат полезной модели - обеспечение возможности получения третьего продукта.
Поставленная задача решается изменением конструкции сепаратора.
Заявляемый вибрационный сепаратор для сортировки твердых коммунальных отходов имеет устанавливаемый под углом к горизонту короб с закрепленным на нем вибровозбудителем. Короб снабжен просеивающей поверхностью, образованной колосниками, консольно закрепленными на поперечных опорных балках. Балки закреплены параллельными рядами между боковыми бортовинами корпуса. При этом первая секция просеивающей поверхности имеет колосники в виде расположенных в шахматном порядке сужающихся к свободному концу пластин, закрепленных под углом к плоскости расположения поперечных балок. От прототипа отличается тем, что просеивающая поверхность снабжена второй секцией, расположенной после упомянутой первой секции. Колосники второй секции также консольно закреплены на поперечных опорных балках и имеют форму стержней, установленных под углом к плоскости расположения поперечных балок второй секции с образованием между стержнями зазоров постоянной ширины, превышающей максимальное значение ширины зазора между колосниками описанной первой секции.
Угол наклона колосников обеих секций выбирается из условия обеспечения снижение скорости обрабатываемого материала при перемещении по просеивающей поверхности.
Угол наклона к горизонту плоскости расположения поперечных балок первой секции может отличаться от угла наклона плоскости расположения поперечных балок второй секции.
Наилучший результат достигается при условии, когда поперечные опорные балки обеих секций лежат в одной плоскости и угол наклона колосников обеих секций к плоскости расположения поперечных балок равен углу наклона этой плоскости к горизонту.
В качестве примера, не имеющего какого-либо ограничительного характера, ниже описан предпочтительный вариант реализации сепаратора с просеивающей поверхностью, имеющей две различные по конструкции и выполняемой функции секции. Пример иллюстрируется схематичными чертежами, на которых представлен сепаратор (рама и виброизоляторы не показаны): Фиг. 1 - вид сепаратора в плане, Фиг. 2 - продольное сечение.
Конструкция имеет короб с боковыми бортовинами 1 и 2, бортовиной 3 с загрузочной стороны и открытый со стороны разгрузки. Короб оснащен вибровозбудителем 4, сообщающим коробу орбитальные в вертикальной плоскости колебания. Короб оснащен поперечными опорными балками 5, закрепленными параллельными рядами на боковых бортовинах 1 и 2. Просеивающая поверхность образована колосниками, консольно закрепленными на опорных балках 5 и имеет две функциональные секции, обозначенные на Фигурах как "секция 1" и "секция 2". Колосники 6 секции 1 выполнены в виде сужающихся к свободному концу пластин (максимальная ширина зазора - между свободными концами пластин) и закреплены на соседних опорных балках в шахматном порядке. Колосники 7 секции 2 выполнены в виде стержней цилиндрической или прямоугольной формы. Незакрепленные концы колосников 6 и 7 направлены в сторону разгрузки сепаратора. Короб устанавливают под углом 30° к горизонту и этот угол равен углу наклона к горизонту плоскости расположения поперечных балок 5 обеих секций.
В частном случае угол наклона колосников 6 и 7 обеих секций к плоскости расположения поперечных балок может быть равен углу наклона этой плоскости к горизонту.
Таким образом, колосники, как и в прототипе, образуют горизонтальные ярусы, которые составляют рабочую поверхность сепаратора. Поскольку колосники 7 выполнены в форме параллельно установленных стержней, зазоры между колосниками секции 2 имеют постоянную ширину, и эта ширина превышает максимальное значение ширины зазора между колосниками секции 1 для обеспечения выхода третьего продукта сепарации, представленного крупным вторичным сырьем.
Вибровозбудитель 4 размещен в зоне стыка секций. Как и в прототипе, физические параметры колосников подбираются таким образом, чтобы обеспечить частоту свободных колебаний элементов, соответствующую условию 1,05fв≤fс≤1,20fв, где fс - частота свободных колебаний колосника, fв - частота вынужденных колебаний колосника. Угол наклона колосников, может быть, на несколько градусов больше или меньше угла наклона плоскости поперечных балок. В этом случае образуются наклонные к горизонту ярусы. Это условие определяется технологическими режимами, преимущественным составом, состоянием (влажностью) коммунальных отходов и прочими условиями переработки.
Сепаратор работает следующим образом. При загрузке исходных твердых коммунальных отходов они под действием вибрации и силы тяжести движутся по первой секции с колосниками 6 от зоны загрузки в сторону зоны разгрузки сепаратора, последовательно перемещаясь с одного яруса на другой, на каждом из которых отходы подвергаются ударному воздействию вибрирующих колосников. В результате этого упругие компоненты отделяются от влажных и пластичных, отскакивают от вибрирующих поверхностей колосников, достигают выхода и уходят в надрешетный продукт грохочения. А влажные и пластичные компоненты проходят через зазоры между колосниками 6 и падают в подколосниковое пространство, переходя в подрешетный продукт грохочения. В процессе движения по поверхности сепаратора происходит рыхление материала колосниками, расположенными горизонтально, то есть под углом к плоскости движения ТКО. Далее упругие компоненты попадают на секцию 2 с колосниками 7 с зазором постоянной ширины, например 250 мм, что больше максимального значения ширины зазора между колосниками 6, и на колосниках 7 происходит отделение мелких упругих компонентов в подрешетный продукт. Крупногабаритные компоненты остаются в надрешетном продукте и выходят со стороны зоны разгрузки сепаратора. Горизонтальное расположение колосников (возможно отклонение на несколько градусов), как и в прототипе, несколько тормозит движение ТКО по просеивающей поверхности, увеличивая время пребывания материала на ней, что в свою очередь увеличивает эффективность грохочения при заданном угле наклона грохота.
Таким образом, заявляемое устройство, по сути, является объединением в единую конструкцию двух последовательно расположенных грохотов, что позволяет разделять ТКО на три фракции: влажная биоразлагаемая органика; сухое чистое вторичное сырье крупностью менее 250 мм; сухое чистое вторичное сырье крупностью более 250 мм. В этом заключается преимущество по отношению к прототипу, имеющему только одну секцию, и в котором разделение, соответственно, происходит только на две фракциям.