УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ СЫПУЧЕГО И ТЕКУЧЕГО ЗАГРУЖАЕМОГО МАТЕРИАЛА ПУТЕМ ЕГО УПЛОТНЕНИЯ
DEVICE FOR DEHYDRATION OF LOOSE AND FLUID LOADED MATERIAL BY MEANS OF ITS COMPACTION

Изобретение касается устройства для обезвоживания сыпучего и текучего загружаемого материала путем его уплотнения согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
В аппаратных и технологических процессах исходный материал обычно перерабатывается в ходе его последовательной обработки в желаемый конечный продукт. Это происходит, как правило, поэтапно во время его прохождения через различные стадии обработки.
Примером такого вида обработки является подготовка лигноцеллюлозных материалов, как, например, древесины, однолетних растений, соломы, багассы и тому подобных. Здесь одна за другой проходят стадии обработки: предварительное измельчение, мойка, обезвоживание, предварительная дезодорация, варка, расщепление на волокна, сушка и разделение. Полученные таким образом волокна могут затем служить для производства целлюлозы в бумажной промышленности или как древесные волокна при производстве древесно-волокнистых продуктов, например МДФ-продуктов.
Изобретение касается устройства, с помощью которого загружаемый материал обезвоживается путем уплотнения. В вышеприведенном процессе такое устройство может быть расположено, например, в виде подающего шнека перед варочным аппаратом с назначением обеспечить подачу сыпучего загружаемого материала в последующую нагружаемую давлением систему при одновременном обезвоживании загружаемого материала.
Принципиальная конструкция такого устройства предусматривает наличие корпуса с трубой-оболочкой, в которой вращается червячный вал, снабженный окружным винтовым элементом и транспортирующий еще рыхлый загружаемый материал во взаимодействии с расположенными по оси ребрами к противоположному концу трубы-оболочки. Вследствие сужения трубы-оболочки на конус к этому концу или уменьшения шага винта червячного вала загружаемый материал сильно уплотняется, и содержащаяся в нем остаточная вода отжимается. Отвод отжатой воды осуществляется через отверстия в трубе-оболочке, форма и размер которых адаптированы к виду загружаемого материала.
Наряду с отжимом остаточной воды при уплотнении загружаемого материала из него создается дополнительная высокоплотная пробка из материала, которая способствует герметизации впускного отверстия от нагружаемой давлением системы варочного аппарата.
Недостаток такого рода устройств обусловлен высокой степенью уплотнения загружаемого материала, вследствие чего возникает высокое усилие нажима на внутреннюю стенку оболочки шнека. Это вызывает высокий износ как винта шнека, так и оболочки трубы, из-за чего названные устройства должны регулярно обновляться либо облицовываться твердым сплавом. Связанные с этим простои и производственные потери снижают экономический эффект таких устройств.
Другой недостаток вытекает из регламентированной геометрии участвующих в обезвоживании элементов, что делает невозможным адаптацию названных устройств к конкретным особенностям меняющихся загружаемых материалов.
На этом фоне в основу изобретения положена задача усовершенствовать подобного рода устройства с учетом их экономичности.
Эта задача решается посредством устройства с признаками пункта 1-38 формулы изобретения.
Предпочтительные формы выполнения приведены ниже.
Основная идея изобретения состоит в том, что поверхность внутренней оболочки устройства выполнена просто и быстро заменяемой, по меньшей мере, в сильно нагруженных местах. Это удалось благодаря разделению функциональных компонентов на компоненты со статическими несущими функциями и компоненты, связанные с функцией обезвоживания. Несущие функции принимает на себя массивный корпус, соответственно труба-оболочка устройства, которая с учетом вида загружаемого материала снабжена относительно крупными пропускными отверстиями. Функция обезвоживания, т.е. отделения от загружаемого материала остаточной воды, передана относительно тонкой внутренней трубе, которая опирается на внутреннюю поверхность трубы-оболочки и имеет в области пропускных отверстий адаптированные к виду загружаемого материала отверстия для слива остаточной воды. Такое разделение функций позволяет достичь целенаправленного согласования предлагаемого устройства как со статическими, так и технологическими требованиями с целью оптимизации как конструктивного выполнения, так и качества обработки.
Благодаря очень гибкой конструкции элементов, обеспечивающих функцию обезвоживания, в противоположность уровню техники, где сливные отверстия из-за толщины стенок трубы-оболочки имеют трехмерный характер, а мельчайшие частицы загружаемого материала несут с собой опасность засорения отверстий, возникает по сути двухмерная обезвоживающая область, при которой засор отверстий не угрожает. Благодаря выполнению сливных отверстий ступенчатыми этот эффект еще более возрастает. В результате оказывается возможным выбрать площадь этих отверстий в целом меньше и ограничить при этом проход твердых частиц через сливные отверстия.
Поскольку элементы, составляющие поверхность внутренней оболочки, очень тонкие, они могут без особого увеличения производственных расходов изготавливаться из высокопрочного материала, что к тому же противодействует быстрому износу. Из-за большего срока службы и интервалов профилактического осмотра возникает дополнительный экономический эффект для эксплуатирующих соответствующее изобретению устройство.
Во взаимодействии вышеприведенных функциональных компонентов выявилось как преимущество, если площадь сливных отверстий во внутренней трубе составляет от 20% до 40%, предпочтительно от 25% до 30% от поперечного сечения пропускных отверстий в трубе-оболочке и трубе-заглушке. Здесь устанавливается взвешенное соотношение между достаточной прочностью и высокой производительностью обезвоживания.
На практике оказались подходящими сливные отверстия диаметром от 2 мм до 10 мм, предпочтительно от 4 мм до 8 мм. Другие диапазоны размеров сливных отверстий находятся также в рамках изобретения.
При этом обнаружилось преимуществом выполнение сливных отверстий таким образом, чтобы они расширялись в направлении слива, что может быть как конической, так и ступенчатой формы. Таким образом, уменьшается сопротивление протеканию, что способствует отводу остаточной воды и облегчает профилактику сливных отверстий от засоров.
Для минимизации износа достаточно только устанавливать устройство согласно изобретению в конце трубы-оболочки или в области трубы-заглушки, поскольку там находится область наибольшего давления и потому наибольшего износа.
При варианте выполнения изобретения с опорной шейкой на конце ведущего вала имеется возможность оказывать целенаправленное влияние на степень уплотнения в области трубы-заглушки посредством соответствующей формы шейки. Например, уплотнение возрастает при увеличенной в направлении подачи (сырья) конической опорной шейке в трубе-заглушке. Через убывающий к концу диаметр шейки опоры возможно достижение постепенного снижения давления на загружаемый материал, в то время как цилиндрическая опорная шейка ведет себя нейтрально.
Другим преимуществом является конструкция конца трубы-оболочки как отдельного элемента в форме трубы-заглушки, что облегчает работы по обслуживанию и ремонту.
В простом варианте выполнения изобретения внутренняя труба крепится к трубе-оболочке или трубе-заглушке винтами, чтобы уменьшить возможные относительные движения обеих частей друг относительно друга. Предпочтительная альтернатива с точки зрения быстрого монтажа или замены внутренней трубы предусматривает средства с геометрическим замыканием, которые делают возможным аксиальное вдвигание внутренней трубы и блокируют ее от проворачивания относительно трубы-оболочки. В осевом направлении движение внутренней трубы относительно трубы-оболочки исключается посредством упоров.
Изобретение поясняется далее с помощью примера выполнения, представленного на чертежах.
На фиг.1 представлен продольный разрез по вертикали устройства согласно изобретению.
На фиг.2 представлен разрез по вертикали представленного на фиг.1 устройства по линии II-II.
На фиг.3 представлен продольный разрез по горизонтали представленной на фиг.2 области по линиям III-III.
На фиг.4 представлена часть разреза по вертикали другого варианта выполнения изобретения.
На фиг.5 представлен продольный разрез по вертикали следующего варианта выполнения устройства согласно изобретению.
На фиг.1 представлено устройство согласно изобретению в форме набивного шнека 1 с корпусом 3, расположенным вокруг горизонтальной оси 2 вращения. Корпус 3 включает в себя загрузочную зону 4 цилиндрической формы, на которую сверху установлен бункер 5. Расположенный с торцевой стороны затвор 6 корпуса 3 выполнен в виде ввода 7 для вала с подшипником для расположенного по продольной оси 2 вращения ведущего вала 8. Ведущий вал 8 своим концом, расположенным вне корпуса 3, соединен с ротационным приводом (здесь не представлен).
С противоположной затвору 6 стороны цилиндрической зоны 4 загрузки примыкает сужающаяся на конус труба-оболочка 9, которая соосно закреплена на цилиндрической загрузочной зоне 4 с помощью фланца. Таким образом, в осевом направлении по оси 2 вращения образуется сплошное пространство 10 для подачи и уплотнения загружаемого материала. На граничащих с пространством 10 внутренних поверхностях имеются направленные примерно вдоль оси транспортировочные канавки 11, которые равномерно распределены по внутреннему пространству. В трубе-оболочке 9 выполнены дополнительно радиальные отверстия 12 для стока отжатой воды, через которые выводится выступающая в ходе уплотнения остаточная вода из загружаемого материала.
Труба-оболочка 9 по периметру окружена цилиндрическим металлическим кожухом 13, который образует улавливающую ванну для обозначенной позицией 38 отжатой воды. В ее нижней части виден выпускной патрубок 14 для отжатой воды и в верхней части выпускное отверстие 15 для воздуха и пара.
Вдоль пространства 10 для подачи и уплотнения загружаемого материала по оси 2 вращения проходит ведущий вал 8 с червяком 16, проходящим по его наружной поверхности по винтовой линии. Уменьшение внешнего диаметра червяка 16 по ходу трубы-оболочки 9 обеспечивает во взаимодействии с транспортировочными канавками 11, соответственно кромками на внутренней стороне пространства 10 продольную подачу загружаемого материала.
Конец ведущего вала 8 образует опорную шейку 17, которая окружена так называемой трубой-заглушкой 18. Эта труба-заглушка 18 представляет собой аксиальное продолжение трубы-оболочки 9 и служит для создания герметичного и устойчивого к давлению соединения с последующими элементами технологической цепи, например с варочным аппаратом с избыточным давлением. Присоединение осуществляется высокоуплотненным загрузочным материалом, образующим пробку, которая одновременно представляет собой радиальный подшипник для опорной шейки 17.
Более подробная конструкция трубы-заглушки 18 представлена на фиг.2 и 3, из которых вытекает, что труба-заглушка 18 состоит из двух расположенных соосно оси 2 вращения получаш, образующих цилиндрический отрезок 19 трубы, на обоих концах которого выполнены кольцевые фланцы 20 и 21. Эти фланцы 20, 21 служат, с одной стороны, для присоединения трубкы-заглушки 18 к имеющемуся на конце трубы-оболочки 9 кольцевому фланцу, и, с другой стороны, для создания возможностей крепления присоединительного трубопровода 22 для дальнейшей транспортировки уплотненного загрузочного материала к последующим стадиям переработки.
Кольцевые фланцы 20 и 21 окружены двумя имеющими форму получаш ваннами 23 и 24, которые собраны в единую цилиндрическую конструкцию. У каждой из ванн 23 и 24 имеется по два полукруглых несущих профиля 25, к которым с внешней стороны по периметру крепится металлический кожух 26 круглого сечения. Эти ванны 23 и 24 соединены посредством противолежащих продольных фланцев 27 в один пустотелый цилиндр, который в собранном состоянии полностью охватывает трубу-заглушку 18 и принимает отжатую из загружаемого материала воду 38. В области основания нижней ванны 24 видно выпускное отверстие 28 для отвода уловленной отжатой воды 38.
В аксиальной области перекрытия с опорной шейкой 17 в отрезке 19 трубы-заглушки 18 имеются радиальные пропускные отверстия 29 прямоугольной формы, которые расположены с распределением по окружности в двух сдвинутых по оси радиальных плоскостях, так что в этой области на узком пространстве получается решетчатая структура. Обращенные к концу трубы-оболочки 9 пропускные отверстия 29 могут к тому же суживаться по направлению наружу по толщине стенки отрезка 19 трубы.
В области пропускных отверстий 29 отрезок 19 трубы расточен изнутри, чтобы образовалось ступенчатое увеличение внутреннего диаметра. Это служит для установки внутренней трубы 30, которая таким образом задвигается по оси в трубу-заглушку 18 до тех пор, пока не упрется своим торцом в буртике 31. При этом с другого конца внутренняя труба 30 запирается заподлицо торцом трубы-заглушки 18.
Как преимущество, для быстрого монтажа и демонтажа внутренняя труба 30 может быть как целой, так и составлена из двух половин и изготовлена из износостойкого материала. Вдоль ее внутреннего пространства видны в продолжение транспортировочных кромок 11 ребра 32. Крепление и герметизация внутренней трубы 30 в трубе-заглушке 18 осуществляется посредством винтов 33, которые проходят радиально через цилиндрический отрезок 19 трубы-заглушки 18 и своей резьбовой частью вворачиваются в представленные на поперечном разрезе ребер 32 резьбовые отверстия во внутренней трубе 30. Таким образом, затяжное усилие винтов 33 через транспортировочные ребра 32 по поверхности распределяется на внутренней трубе 30.
Во внутренней трубе 30 имеются многочисленные зоны 34 отвода воды, которые конгруэнтно пропускным отверстиям 29 распределены по периметру. Каждая такая зона 34 имеет многочисленные следующие друг за другом решетчатые сливные отверстия 35, через которые отжатая вода 38 удаляется из трубы-заглушки 18. Таким образом, пропускные отверстия 29 и сливные отверстия 35 взаимодействуют при отводе отжатой воды 38.
При эксплуатации устройства согласно изобретению загружаемый материал свободно засыпается в бункер 5, как обозначено стрелкой 36, в котором он под действием силы тяжести соскальзывает вниз и попадает в зону действия набивного шнека 1. Там он захватывается червяком 16 и транспортируется в направлении стрелки 37. Вследствие постоянного сужения внутреннего пространства 10 в направлении 37 транспортировки загружаемый материал постепенно уплотняется, пока не достигнет своего наибольшего уплотнения в конце трубы-оболочки 9. Отжатая в процессе уплотнения вода 38 отводится через сливные отверстия 12 в ванну, образованную цилиндрическим кожухом 13, и через выпускной патрубок 14.
Чтобы можно было дополнительно удалять воду из уплотненного загрузочного материала, в области внутренней трубы 30, соответственно в области наибольшего давления имеется возможность для высвобожденной воды вытекать из устройства через сливные отверстия 35 и радиальные пропускные отверстия 29, собираться в ванне 24 и отводиться через выпускное отверстие 28.
На фиг.4 представлен вариант выполнения изобретения с альтернативным выполнением внутренней трубы 30'. В остальном фиг.4 соответствует представленной на фиг.2 части поперечного сечения, так что для идентичных элементов используются те же ссылочные обозначения.
Представленная на фиг.4 внутренняя труба 30' составлена, по существу, из полосовидных дуговых секций 40, которые в осевом направлении вставляются в трубу-заглушку 18 до тех пор, пока зоны 34' отвода воды не совпадут в радиальном направлении с пропускными отверстиями 29 на трубе-заглушке 18. С направленных внутрь продольных кромок 41 полосовидных дуговых секций 40 снимается фаска.
Крепление дуговых секций 40 осуществляется посредством представляющих собой также дуговые секции транспортировочных направляющих 32', которые винтами 33 притягиваются снаружи к внутренней оболочке патрубка 19. Область основания транспортировочных направляющих 32' сужается в направлении своей базовой поверхности на внутренней поверхности трубы-заглушки 18, так что стороны транспортировочных направляющих 32' образуют клинообразные плоскости, которые взаимодействуют с продольными кромками 41 дуговых секций 40 со снятыми фасками. При затягивании винтов 33 создается, таким образом, зажимное действие дуговых секций 40, которое обеспечивает их надежную посадку внутри трубы-заглушки 18. Такой вид крепления имеет преимущество, позволяющее заменять отдельные дуговые секции 40.
На фиг.5 представлено устройство, в значительной мере идентичное описанному набивному шнеку 1, так что для подобных элементов действительны те же обозначения. Различие состоит только в концевой части трубы-оболочки 9', у которой расположенный в последней трети по направлению подачи 37 участок 41 снабжен пропускными отверстиями 29' и может быть сравним с  трубой-заглушкой 18. Внутри отрезка 41 трубы изображена внутренняя труба 30'', по конструкции и назначению аналогичная внутренней трубе 30. Во внутренней трубе 30'' имеются многочисленные участки 34'' обезвоживания со сливными отверстиями 35', которые соосны в радиальном направлении с пропускными отверстиями 29' в трубе-оболочке 9'. Касательно конструктивных элементов действительны приведенные ранее замечания к фиг.1-4. Такой вариант выполнения изобретения имеет преимущество в том, что наряду с эффективным обезвоживанием позволяет просто и быстро производить замену изношенных элементов, образующих внутреннее пространство устройства, не только в области опорной шейки 17, но и на последнем участке трубы-оболочки 9', в котором приводной вал 8 еще имеет червяк 16.
Данное изобретение включает в себя также непредставленные варианты выполнения, в которых отсутствуют шейка опоры и  труба-заглушка, и потому уплотнение и обезвоживание согласно изобретению происходит на последнем участке трубы-оболочки.