БРОНЕКАМЕРА ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ИЗНОШЕННЫХ ПОКРЫШЕК
ARMORED CHAMBER FOR GRINDING USED TIRES

Изобретение относится к переработке промышленных отходов и может быть использовано при изготовлении бронекамер для измельчения изношенных покрышек с применением взрывчатых материалов с получением резиновой крошки и металла корда.
Известен способ переработки изношенных покрышек с металлическим кордом с применением механического измельчения с помощью установки, снабженной двумя параллельными вращающимися навстречу друг другу валами, на которых закреплены фрезы, снабженные сменными режущими элементами (патент RU 2125908). При измельчении покрышек с металлическим кордом с помощью такого устройства расходуется значительное количество электроэнергии и возникает необходимость периодической остановки процесса для переналадки оборудования и замены режущих элементов. Это существенно ограничивает производительность такого оборудования и снижает рентабельность технологии.
Известна бронекамера, корпус которой выполнен в виде двух усеченных конических обечаек, соединенных между собой широкими основаниями, меньшие основания конических обечаек соединены между собой внешним трубопроводом, который формирует закольцованный рабочий объем бронекамеры (патент RU 2057014). Верхняя часть трубопровода выполнена съемной для загрузки в бронекамеру изношенных покрышек и заряда взрывчатых веществ, а на нижней неподвижной части трубопровода расположен люк для выгрузки продуктов, полученных в результате измельчения покрышек взрывом. С помощью известной бронекамеры реализуется взрывоциркуляционный процесс измельчения покрышек, при котором удается значительно снизить воздействие взрывной волны на корпус бронекамеры за счет особенностей его геометрии. Однако необходимость использования в конструкции внешнего трубопровода с подвижными элементами существенно усложняет конструкцию бронекамеры, повышает вероятность разгерметизации рабочего объема при взрыве, а также существенно увеличивает металлоемкость и размеры бронекамеры.
Наиболее близким к заявляемой бронекамере является устройство для разрушения изношенных покрышек, содержащее бронекамеру, верхний люк с крышкой для загрузки и размещения в ней покрышек, средства для размещения и подрыва взрывчатого вещества, средства для удаления газообразных продуктов взрыва и люк для выгрузки продуктов измельчения покрышек (патент RU №2184035). Конструкция этого устройства позволяет обеспечить эффективное измельчение покрышек за счет определенного соотношения размеров бронекамеры и пакета покрышек, а также выбора мощности заряда. Недостатком известного устройства является то, что при взрыве люк для загрузки покрышек и другие участки корпуса бронекамеры, которые ориентированы по нормали к направлению движения взрывной волны, испытывают высокие ударные нагрузки. Такой характер ударной нагрузки обусловлен геометрической формой заряда взрывчатого вещества и основным направлением движения ударной волны (по оси вверх) в начальной фазе взрыва. Это приводит к необходимости увеличения толщины люка загрузки и стенок корпуса, повышает вероятность разгерметизации бронекамеры, снижает производительность измельчения и существенно ограничивает возможности ее использования для покрышек большого диаметра.
Целью изобретения является снижение удельной металлоемкости бронекамеры, повышение ее стойкости к воздействию взрыва, увеличение производительности измельчения и расширение возможности ее использования для измельчения покрышек большого диаметра. Эта цель достигается за счет технического результата, достигаемого с помощью заявляемого изобретения, который заключается в снижении давления ударной волны при действии на внутреннюю поверхность корпуса бронекамеры в осевом направлении.
Технический результат достигается тем, что в известной бронекамере для измельчения изношенных покрышек (содержащей корпус, в верхней центральной части которого выполнен люк с крышкой для загрузки покрышек и заряда, а в нижней конической части корпуса размещено средство для выгрузки твердых продуктов измельчения покрышек; средство для размещения покрышек, средства для размещения и подрыва заряда взрывчатого вещества и средства для удаления газообразных продуктов взрыва) верхняя периферийная часть корпуса выполнена в форме обращенного внутрь кольцевого желоба, который соединен с боковой обечайкой корпуса и с обечайкой люка, на внутренней поверхности крышки люка установлен обтекатель взрывной волны, рабочая поверхность которого выполнена преимущественно конической формы и плавно сопряжена с рабочей поверхностью кольцевого желоба.
В частном варианте выполнения бронекамеры обтекатель выполнен в виде конической оболочки с углом конусности от 30° до 90°, соединенной с крышкой люка с помощью цилиндрической оболочки, установленной концентрично относительно обечайки люка.
В другом частном варианте выполнения бронекамеры кольцевой желоб выполнен из нескольких соединенных между собой сваркой секций, изготовленных из согнутых пластин или фрагментов труб.
В другом частном варианте изобретения кольцевой желоб корпуса выполнен из N соединенных между собой сваркой секций, боковая обечайка корпуса также выполнена из N сваренных между собой пластинчатых секций, причем каждая секция боковой обечайки соединена сваркой с прилегающей к ней секцией желоба, а число N выбрано не менее 6.
В другом частном варианте изобретения нижняя коническая часть корпуса выполнена также из N сваренных между собой пластинчатых секций, причем каждая секция сварена с прилегающей к ней секцией боковой обечайки.
Сущность изобретения состоит в том, что заявляемая совокупность существенных признаков устройства бронекамеры позволяет сформировать условия, при которых значительно ослабляется воздействие ударной волны в осевом направлении на крышку люка загрузки и стенки бронекамеры. Это достигается за счет того, что при заявленной геометрической форме бронекамеры воздействие ударной волны и продуктов взрыва на ее корпус не вызывает формирования высоких значений параметров взрыва, которые реализуются при воздействии ударной волны по нормали к стенке бронекамеры. В заявленной конструкции воздействие ударной волны на рабочую поверхность обтекателя и на плавно сопряженную с нею рабочую поверхность кольцевого желоба происходит под достаточно острыми углами с формированием циркуляционного потока продуктов взрыва, параллельного рабочим поверхностям бронекамеры. За счет геометрических особенностей выполнения указанных элементов корпуса бронекамеры и характера взаимодействия их с ударной волной и продуктами взрыва обеспечивается существенное снижение ударной нагрузки на наиболее уязвимые элементы бронекамеры, в частности на крышку люка. Это позволяет снизить толщину люка загрузки, стенок бронекамеры, существенно уменьшить материалоемкость бронекамеры без снижения ее взрывостойкости и повысить качество герметизации.
На фиг.1 представлен общий вид бронекамеры в поперечном разрезе.
На фиг.2 представлен вид сверху.
На фиг.1 представлен общий вид бронекамеры в поперечном разрезе. В верхней центральной части корпуса (1) размещен люк, выполненный в виде обечайки (2), крышки (3), запорного устройства (4) и уплотнения (5). В нижней конической части (20) корпуса (1) размещен люк для выгрузки твердых продуктов измельчения покрышек, который выполнен в виде обечайки (6), крышки (7), запорного устройства (8) и уплотнения (9). Внутри бронекамеры размещено средство для размещения покрышек (10), которое выполнено в виде нескольких кронштейнов (11). По оси корпуса (1) и пакета покрышек (10) размещен заряд (12) взрывчатого вещества, который снабжен средством его размещения (13) и средством для его подрыва (14). К бронекамере подсоединено средство (15) для удаления газообразных продуктов взрыва.
Верхняя периферийная часть корпуса (1) выполнена в форме обращенного внутрь кольцевого желоба (16), который соединен сваркой с боковой обечайкой корпуса (1) и с обечайкой (2) люка. На внутренней поверхности крышки (3) люка установлен обтекатель взрывной волны, который выполнен в виде оболочки (17) конической формы, прикрепленной к крышке (3) люка с помощью цилиндрической обечайки (18), установленной концентрично и с зазором относительно обечайки (2) люка. Рабочая поверхность конической оболочки (17) плавно сопряжена с рабочей поверхностью кольцевого желоба (16) и выполнена с углом конусности от 30° до 90°.
Кольцевой желоб (16) может быть выполнен из нескольких соединенных между собой сваркой секций, изготовленных из изогнутых пластин или фрагментов труб. На фиг.2 представлен вариант выполнения бронекамеры, в которой кольцевой желоб (16) состоит из 8 соединенных между собой сваркой секций. В этом случае боковую обечайку корпуса (1) также следует выполнить из 8 соединенных между собой сваркой пластинчатых секций, каждая из которых сварена с прилегающей к ней секцией желоба (16). Восьмигранная форма боковой обечайки корпуса (1) в этом случае определяет наиболее целесообразную форму выполнения нижней конической части корпуса (1) в виде 8 сваренных между собой пластинчатых секций, каждая из которых сварена с прилегающей к ней пластинчатой секцией боковой обечайки корпуса (1). Количество секций (N) для изготовления элементов корпуса зависит от размеров бронекамеры и от технологических возможностей проведения сварных работ из листового толстостенного металла. При значении N меньше 6 снижается эффективность использования рабочего объема бронекамеры и повышается концентрация напряжений при воздействии взрыва в сварных швах соединения секций корпуса бронекамеры.
В соответствии с изобретением кольцевой желоб, боковая обечайка и нижняя часть корпуса бронекамеры могут быть выполнены и другой геометрической формы с достижением описанного выше технического результата. В частности, боковая обечайка корпуса может быть выполнена в форме цилиндрической оболочки, а нижняя часть камеры - в форме усеченной конической оболочки.
Бронекамера работает следующим образом. При открытой крышке (3) через люк загрузки в бронекамеру загружают пакет предварительно охлажденных покрышек (10) и устанавливают их на кронштейнах (11). Вводят заряд взрывчатого вещества (12), снабженный средством для его подрыва (14), и подвешивают его внутри пакета покрышек по оси корпуса (1) и пакета покрышек (10) с помощью средства (13), выполненного в виде растяжек. Для нейтрализации вредных газов и охлаждения продуктов взрыва на наружной поверхности заряда размещен в герметичной оболочке слой воды (19) или водного раствора. Крышки (3) и (7) закрывают и уплотняют запорными устройствами (4) и (8) с помощью уплотнений (5) и (9).
В начальной фазе взрыва при инициировании заряда (12) средством (14) детонационная волна движется от верхнего торца заряда (12) к его нижнему торцу. Образовавшиеся ударная волна и газообразные продукты взрыва движутся из точки инициирования заряда в направлении, противоположном направлению распространения детонационной волны, т.е. в направлении вершины конуса обтекателя (17). Ударная волна и газообразные продукты взрыва воздействуют на обтекатель (17) под углом к его рабочей поверхности и отражаются от нее без формирования ударной нагрузки, которая характерна для воздействия ударной волны по нормали к поверхности преграды. Ударная волна и газообразные продукты взрыва перемещаются вдоль рабочей поверхности обтекателя (17), а затем по плавно сопряженной с ней рабочей поверхности кольцевого желоба (16). Поскольку ударная волна падает на рабочую поверхность обтекателя (17) и на рабочую поверхность кольцевого желоба (16) под углом 30-90°, нагрузка на верхнюю часть корпуса бронекамеры (1) снижается в несколько раз по сравнению с прототипом, в котором падением ударной волны на крышку верхнего люка проходит по нормали, т.е. под углом 0°.
После взаимодействия ударной волны и газообразных продуктов взрыва с обтекателем (17) и кольцевым желобом (16) формируется поток в направлении перемещения по касательной к боковой обечайке корпуса (1) бронекамеры и далее в направлении нижней конической части корпуса (1). При таком воздействии ударной волны и продуктов взрыва на боковую обечайку корпуса (1) существенно снижаются параметры ударных нагрузок. Затем ударная волна отражается от нижней конической части корпуса (1) и крышки (7) люка выгрузки и перемещается вверх в направлении обтекателя (17) и кольцевого желоба (16). Таким образом, на начальной фазе взрыва в бронекамере формируется процесс внутренней циркуляции ударной волны и продуктов взрыва при их перемещении сверху вниз по касательной к внутренней поверхности корпуса бронекамеры и снизу вверх - по ее центру.
При действии взрыва на покрышки (10) происходит их расширение в радиальном направлении до достижения напряжений и деформаций, соответствующих условиям их разрушения и образования первичных продуктов их разрушения. При этом продукты разрушения покрышек взаимодействуют с циркуляционным потоком ударной волны и газообразных продуктов взрыва, сформированным на начальной фазе взрыва, что приводит к дополнительному их измельчению.
Под действием взрыва заряда (12) находящийся на его поверхности слой воды разбивается на тонкодисперсные фракции, которые движутся совместно с ударной волной и разогретыми газообразными продуктами взрыва к поверхности покрышек (10). Имеющие высокую теплоемкость тонкодисперсные фракции воды охлаждают продукты взрыва и снижают до безопасных значений термическое действие взрыва на продукты измельчения покрышек (10), а также существенно снижают концентрацию вредных газов (СО и NO), которые присутствуют в газообразных продуктах взрыва.
После завершения процесса взрывного измельчения покрышек с помощью устройства (15) снимают статическую составляющую давления газообразных продуктов взрыва и проводят аспирацию рабочего объема бронекамеры. Затем открывают люк выгрузки (7) и выгружают продукт измельчения покрышек из нижней конической части (20) корпуса бронекамеры.
Заявляемое изобретение существенно снижает параметры воздействия ударной волны на наиболее уязвимые элементы стенки бронекамеры. Это позволяет без значительного увеличения металлоемкости корпуса и при сохранении его высокой стойкости к воздействию взрыва существенно увеличить рабочий объем бронекамеры и расширить возможности ее использования. С наибольшим эффектом заявляемая бронекамера может быть применена для измельчения типовых покрышек с высокой производительностью измельчения, а также для измельчения покрышек большого диаметра.