Устройство для подготовки формовочной смеси

Полезная модель относится к технологическому оборудованию для производства формованием из различных композитных материалов, в частности, полимерпесчаной смеси, изделий, например, тротуарной и стеновой плитки, черепицы, а также различных строительных конструкций, деталей машин и механизмов, установочных и укладочных конструкций, в частности, для коммуникационных систем, кроме того, изделий сложных объемных форм, в частности, вазонов, декоративных садовых скульптур и т.п.
Известна «Технологическая линия по производству полимерных строительных материалов» (патент РФ №2206452 C1, 7 B29B 17/00, 2003), включающая дозатор, загрузочное устройство, измельчитель пластика, регенератор с устройством выгрузки, измельчитель регенерированных пластиков, смеситель, устройство для подготовки формовочной смеси (реактор), формующее устройство с подвижной нижней плитой формы, сушильный стол.
Известная линия сложна и энергоемка, рассчитана на сложный технологический процесс регенерации пластиков, что зачастую на практике излишне.
Известна «Система изготовления изделий из сыпучих материалов и полимерных отходов» (патент РФ №52360 U1, B28B 15/00, 2006), включающая дробилку с подачей сырья, гидравлический пресс, линию подачи готовых изделий, сушку песка, устройство регенерации полимерных отходов, устройство нагрева и смешивания компонентов из 2-х зон нагрева с датчиками температуры, устройство управления системой и устройства управления агрегатов.
Недостатки системы в том, что она основана на сложном процессе подготовки сырья, включающем сушку песка и регенерацию полимерных отходов, что повышает энерго- и трудоемкость процесса и ухудшает свойства полимера. Устройство смешивания не обеспечивает достаточное проталкивание для смеси, что снижает производительность. Кроме того, может быть налипание смеси.
Известен реактор для подготовки формовочной смеси (патент РФ №34895 МПК В29В 17/00, В29В 7/42, В29С 47/00, В29С 47/76 (2000.01), 2003) включающий установленный на станине корпус, в котором размещено устройство перемешивания в виде вала с установленными на нем ассиметрично лопастями, образующий 3 зоны механической обработки, терморегулирующий механизм с устройством управления, обеспечивающий образование трех температурных зон различной температурной обработки
Недостаток описанного устройства - резкий нагрев смеси во входной зоне, вследствие чего происходит преждевременное, еще до достаточного перемешивания с другими компонентами (например, песком), расплавление полимерной составляющей, что ведет к неравномерности перемешивания и налипанию полимерной массы на корпус и части шнека, что в итоге снижает качество подготавливаемой к формовке смеси.
Известно устройство для подготовки формовочной смеси, включающее корпус, установленный на станине и снабженный терморегулирующим устройством, содержащим электронагреватели, датчики температуры и устройство управления. В корпусе с возможностью вращения установлен вал с расположенными на нем лопастями с образованием трех зон механической обработки, подразделяемых по расположению лопастей на валу. Лопасти расположены по линии, охватывающей вал спирали, витки которой уплотняются в выходной зоне, при этом плотность расположения лопастей в ряду уменьшается к выходной зоне. Электронагреватели установлены снаружи корпуса и содержат защищенные кожухом как минимум два нагревательных элемента, каждый из которых имеет отдельное электропитание (см. патент РФ №116808, B29B 17/00, B29C 43/00, B29B 7/44 (2006.01),2012, п. 5 формулы). Данное решение принято за прототип.
Недостатком указанного устройства является невозможность использования неподготовленного (влажного сырья), поскольку при использовании, например, песка с большей влажностью в обычном режиме работы, происходит естественный выброс горячего пара вместе с продуктами распада (парогазовая смесь) из загрузочной и/или выходной зоны устройства подготовки формовочной смеси, что недопустимо с точки зрения техники безопасности. Кроме того, разогрев и удаление влаги при получении композита занимает длительное время, что в итоге влияет на качество подготавливаемой формовочной смеси.
Техническая проблема, решаемая полезной моделью, заключается в повышении качества получаемой формовочной смеси при обеспечении безопасности работы устройства.
Поставленная проблема решается за счет того, что в устройстве для подготовки формовочной смеси, содержащем установленный на станине корпус с зоной загрузки, в котором с возможностью вращения установлен вал с расположенными на нем по спирали лопастями, с образованием трех зон механической обработки, подразделяемых по расположению лопастей на валу, при этом в выходной зоне витки спирали уплотняются, а плотность расположения лопастей в ряду уменьшается, причем корпус снабжен терморегулятором, содержащим электронагреватели, датчики температуры и контроллер, в соответствии с полезной моделью, устройство снабжено элементом дегазации, выполненным в виде соединенных между собой разветвленных труб, одна из которых имеет на свободном конце раструб, расположенный в зоне загрузки корпуса, одна из труб соединена с отверстием, выполненным в верхней части корпуса.
Элемент дегазации снабжен вентилятором.
Отверстие в верхней части корпуса выполнены в зоне перемешивания.
Отверстие в верхней части корпуса выполнены в зоне перемешивания и разогрева.
Технический результат от использования всех существенных признаков полезной модели заключается в повышении качества получаемой формовочной смеси за счет эффективного отвода влажных паров и газа, выделяющихся при смешивании компонентов формовочной смеси и их нагреве. При этом дополнительно снижается энергоемкость потребления и повышается безопасность эксплуатации.
Наличие элемента дегазации, выполненного в виде соединенных между собой разветвленных труб, одна из которых имеет на свободном конце раструб, расположенный в зоне загрузки корпуса, одна из труб соединена с отверстием, выполненным в верхней части корпуса, позволяет отводить горячий влажный пар и газ, выделяющиеся при смешивании компонентов формовочной смеси и их нагреве создавая стабильные условия для подготовки формовочной смеси, что улучшает её качество. При этом выделяющиеся пар и газ отводят в безопасную для персонала зону, что обеспечивает безопасность работы устройства. Дегазация позволяет исключить предварительную сушку компонентов формовочной смеси, что снижает энергозатраты.
Дегазацию с использованием вентилятора применяют, когда необходимо удаление большого количества влаги.
На фигуре показан общий вид устройства с отверстием дегазации в корпусе, расположенным в зоне перемешивания и разогрева.
Устройство для подготовки формовочной смеси состоит из закрепленного на станине 1 металлического корпуса 2, в котором установлен с возможностью вращения шнек в виде вала 3 с расположенными на нем ассиметрично лопастями 4. Лопасти расположены таким образом, что образуют три участка (I, II, III) - зоны механической обработки: зона I продвижения загружаемой смеси, зона II просушки и перемешивания и разогрева связующего, различаемые по плотности размещения лопастей на валу, от чего зависит интенсивность перемешивания и скорость продвижения массы внутри корпуса, зона III выхода массы. Вращение вала обеспечивается приводом 5, через передаточный механизм 6, в частности, зубчатую передачу.
Устройство снабжено терморегулятором, который состоит, как минимум, из двух датчиков температуры 7 и двух электронагревателей 8, подключенных к контроллеру 9.
Устройство снабжено элементом дегазации 10, расположенным над корпусом 2 и выполненным в виде соединенных между собой разветвленных труб 11, 12, 13. Труба 11 имеет на свободном конце раструб 14, расположенный в зоне загрузки корпуса над загрузочным бункером 15. Труба 12 соединена с отверстием 16, выполненным в верхней части корпуса 2 на границе зон I и II механической обработки. Элемент дегазации 10 связан с корпусом посредством трубы 12. Трубы 11, 12, объединены между собой трубой 13. На выходе трубы 12 может быть установлен вентилятор 18, который включают в работу при максимально высокой влажности сырья.
Дегазация в первую очередь должна происходить в загрузочной зоне I и на границе зон I и II с минимальной температурой, где происходит разогрев и смешивание компонентов и выделяется максимальное количество пара.
Элемент дегазации 10 позволяет удалять из корпуса летучие вещества (газ и водяной пар), образующиеся при непрерывном процессе подготовки формовочной смеси. Длина зоны дегазации, образованной за счет установки в устройстве элемента дегазации 10, равна зоне I механического ворошения и частичного расплава полимера-связующего под воздействием зоны II температурного воздействия. При подготовке композита в устройстве, снабженном элементом дегазации, за счет чего образована зона дегазации, процесс от стадии загрузки компонентов формовочной смеси до выхода готового композита проходит за более короткий временной период.
Наличие элемента дегазации 10 позволяет эффективно удалять влагу из загруженных в корпус устройства полимера-связующего и наполнителя. Допустимая влажность при переработке большинства полимеров менее 0,2 %. Используемые вторичные полимер-связующие и наполнитель имеют высокое содержание влаги, которое значительно превышает эту величину. Для получения качественной продукции из таких связующих и наполнителей требуется их предварительная сушка. Наличие элемента дегазации 10 позволяет отказаться от предварительной сушки.
За счет разработанной конструкции шнека 3 в зоне дегазации при перемешивании компонентов и начальной стадии расплава полимера-связующего высокого давления не образуется, низкое давление объясняет невозможность утечки расплава через вентиляционное отверстие, налипание на стенки внутренней части корпуса 2 расплавленного полимера-связующего не происходит, при этом лопасти соскабливают и очищают корпус 2, что предотвращает выход массы через отверстие 16 зоны дегазации в элемент дегазации 10. Кроме того, при перемешивании компонентов происходит обновление поверхности, что способствует большему выделению влажных паров и повышению эффективности дегазации.
Дегазацию с использованием вентилятора применяют, когда необходимо удаление большого количества влаги, продуктов расплава компонентов композитной массы. Элемент дегазации может быть включен в общую вентиляцию цеха или помещения.
Исходным материалом является предварительно необработанное вторичное полимерное сырье, предпочтительно пластики, характеризующиеся одним диапазоном температуры плавления, выбранные из группы «мягких» (полиэтилен высокого давления - ПВД, полиэтилен низкого давления - ПНД и т.п.) или «жестких» (АБС-пластик, Полиэтилентерефталат - ПЭТ пластик, полистирол и т.п.) термопластов. Вторым компонентом, с которым перемешивается полимер-связующее в установленных пропорциях, является песок без примеси камней, глины и т.п., естественная влажность которого может составлять до 15%.
Функциональные особенности заявляемого устройства далее описаны для преимущественного варианта, когда в качестве композитного материала применена полимерпесчаная смесь, при этом полимерная составляющая получена измельчением вторичного полимерного сырья, т.е. бывших в употреблении полимерных изделий и отходов производства
Электропитание подается на все энергетически зависимые устройства, узлы и механизмы.
В устройство для подготовки формовочной смеси через загрузочный бункер 10 загружают компоненты (полимер-связующее и наполнитель - песок) в установленных пропорциях, в зонах (I, II) механической обработки компоненты перемешивают и постепенно расплавляют. В зоне загрузки I и в зоне II перемешивания и предварительного нагрева осуществляют дегазацию - отвод влажного пара через раструб 15 и отверстие 16, соединенное с трубой 12 элемента дегазации 10. За счет проведения дегазации перемешиваемых компонентов снижается влажность, предотвращается появление паровоздушных пузырей в смеси и на выходе получают формовочную смесь повышенного качества.
Композиция из перечисленных ингредиентов подвергается постоянному механическому перемешиванию и температурному воздействию, продвигаясь последовательно по трем температурным зонам с разной степенью нагрева с образованием однородной пластичной массы. При прохождении с различной скоростью по разнотемпературным зонам за один проход композитная масса приобретает нужную для формования консистенцию, при этом использование устройства с элементом дегазации - в варианте полимерпесчаной смеси - позволяет использовать песок без предварительной просушки и получать высококачественную формовочную смесь на выходе.
Особенностью расположения лопастей на валу являетсярасположение лопастей последовательно друг за другом по линии спирали, охватывающей вал. При этом витки спирали расположены более плотно на одном из концов вала, соответствующем III зоне на выходе устройства (т.е. конечному этапу обработки формовочной смеси). Таким образом, по мере продвижения по зонам обработки к выходу устройства, плотность витков спирали, по линии которой располагаются лопасти, увеличивается и становится максимальной на выходе, в III зоне, одновременно шаг между соседними в ряду лопастями становится большим, по отношению к зонам I, II.
Нагревание постоянно перемешиваемой массы и поддержание необходимого температурного режима внутри корпуса осуществляется посредством терморегулятора, который состоит из как минимум двух датчиков температуры 7 и двух электронагревателей 8, подключенных к контроллеру 9. Количество электронагревателей и датчиков, применяемых в конструкции устройства для подготовки формовочной смеси, определяется с учетом длины корпуса (и, соответственно, протяженности и площади зон нагрева и зон перемешивания с различной плотностью расположения лопастей) и соображений рационального энергопотребления и электробезопасности.
В качестве нагревательных элементов могут быть применены любые известные ТЭНы, конструктивно отвечающие задаче нагревания корпуса со всех сторон.
Заявленная конструкция устройства для подготовки формовочной смеси позволяет получить качественную формовочную смесь и при этом исключить предварительную сушку песка и полимера-связующего.
Как показали испытания предлагаемое устройство для подготовки формовочной смеси при применении дегазации обеспечивает повышение качества формовочной смеси, снижение энергоемкости потребления и повышения безопасности эксплуатации.
Заявляемое устройство для подготовки формовочной смеси может быть изготовлено на современном оборудовании, с применением известных узлов и агрегатов.
Устройство для подготовки формовочной смеси может быть использовано для производства формованием из различных композитных материалов, в частности, полимерпесчаной смеси, изделий, например, тротуарной и стеновой плитки, черепицы, а также различных строительных конструкций, деталей машин и механизмов, установочных и укладочных конструкций, в частности, для коммуникационных систем, кроме того, изделий сложных объемных форм, в частности, вазонов, декоративных садовых скульптур и т.п.