ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЕСС ДЛЯ КОМПАКТИРОВАНИЯ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ В БОЧКЕ И РАСПРЕССОВКИ ЗАПОЛНЕННОЙ БОЧКИ С КРЫШКОЙ В БРИКЕТ
HYDRAULIC PRESS FOR COMPACTION OF SOLID WASTES IN BARREL AND PRESSING-OUT OF FILLED BARREL WITH COVER INTO BRIQUETTE

Предлагаемое техническое решение относится к оборудованию для компактной упаковки твердых отходов, в частности радиоактивных, поступающих в бочку, с последующей распрессовкой заполненной бочки с крышкой в брикет, и может быть использовано для уменьшения объемов отходов перед их утилизацией или захоронением.
В настоящее время актуален вопрос об увеличении плотности компактирования отходов с целью снижения затрат на их хранение и утилизацию за счет более рационального использования площадей и объемов хранилищ. Получили распространение комплексы оборудования для компактирования отходов с применением суперпрессов (суперкомпакторов) усилием 10…20 МН (1000…2000 тс). Такие комплексы состоят, как правило, из пресса усилием 160…950 кН для компактирования твердых радиоактивных отходов (ТРО) в бочки (подпрессовщика) с комплектом средств механизации (механизмы подачи и выдачи бочек, съема и обжима крышек бочек), промежуточного склада наполненных бочек с комплектом средств механизации и суперпресса с комплектом средств механизации (механизмы подачи бочек и выгрузки брикетов, измеритель высоты брикета, накопитель брикетов и загрузчик контейнеров). Например, см. Карасев М.А., Баранов И.В., Блик Ф.С., Сошников B.C. Кузнечно-прессовое оборудование Уралмашзавода. Екатеринбург: Уральский центр ПР и рекламы, 2004, 480 с.// Блик Ф.С., Шевелев В.В. Прессовый комплекс с гидравлическим прессом усилием 10 МН для брикетирования радиоактивных отходов. - с.219-227; Скачек М.А. Обращение с отработавшим ядерным топливом и радиоактивными отходами АЭС: учебное пособие для вузов. - М.: Издательский дом МЭИ, 2007. - 448 с.; проспекты фирмы NUKEM (ФРГ) "Компактирование радиоактивных отходов»; информационные материалы фирмы FOTIJNE GROTNES (Нидерланды) на стационарные и мобильные прессы - «суперкомпакторы» с усилиями 15 МН, 20 МН и 50 МН.
Такие комплексы занимают значительные площади в дорогостоящих герметичных помещениях, имеют большую металлоемкость и энергопотребление. Часто такие комплексы эксплуатируются несколько раз в году по месяцу и менее, по мере накопления отходов. В Европе получили распространение передвижные суперпрессы, которые доставляют на объекты по мере накопления бочек с отходами для распрессовки их в брикеты (суперкомпактирование). Для территории РФ, характеризующейся большими расстояниями между объектами-источниками ТРО, сложными климатическими условиями и отсутствием сплошной сети качественных дорог, более привлекательно иметь на каждом объекте свой комплекс утилизации ТРО. При низком коэффициенте использования оборудования (менее 0,5) целесообразно получить выигрыш в площадях даже за счет снижения производительности оборудования.
Известен пресс для усиленного сжатия твердых отходов, содержащий станину с верхней и нижней плитами и поворотными цапфами, пресс-штемпель с пресс-шайбой, матрицу, главный гидроцилиндр с плунжером, гидроцилиндр обратного хода, гидроцилиндры перемещения матрицы, стационарную и поворотную опоры, устройство загрузки емкостей с отходами и выгрузки спрессованных пакетов (заявка ФРГ №3319698, МПК G21F 9/36, 1984).
Недостатками известного пресса являются большие габариты и масса, низкая производительность из-за использования крановых операций и невозможность прессования (компактирования) порций отходов непосредственно в пакете (емкости).
Известно устройство для заполнения пакетов твердыми отходами, их уплотнения и упаковки (патент РФ №2111567, МПК G21F 9/36, 1998), содержащее размещенные в защитном корпусе узел упаковки, дозатор, связанный с дозатором с возможностью многократного уплотнения в пакетах дозируемых порций отходов пресс, включающий раму, состоящую из стянутых колоннами верхней и нижней поперечин, смонтированный на колоннах с возможностью перемещения от силовых цилиндров ползун с закрепленной в его нижней части гильзой, установленный на верхней поперечине главный силовой цилиндр, скрепленный с пресс-штемпелем, причем ползун выполнен с центральным сквозным отверстием, совпадающим с центральным отверстием гильзы и образующим с ним общую полость, а пресс-штемпель смонтирован с возможностью перемещения в отверстии ползуна и гильзы, в боковой стенке ползуна размещено загрузочное окно, состыкованное с питателем, толкатель которого соединен с вспомогательным силовым цилиндром.
Устройство по патенту РФ №2111567 является наиболее близким заявляемому по технической сущности и выбрано в качестве прототипа. Главным недостатком прототипа является невозможность получения брикета распрессовкой бочки с отходами.
Задача изобретения - устранение перечисленных недостатков аналогов и создание универсального комбинированного пресса, способного максимально уплотнить отходы непосредственно в бочке и распрессовать заполненную отходами бочку, закрытую крышкой, в компактный брикет.
Поставленная задача решается за счет того, что заявляемый пресс, включающий, как и прототип, раму, состоящую из стянутых колоннами верхней и нижней поперечин, смонтированный на колоннах с возможностью перемещения от силовых цилиндров ползун с закрепленной в его нижней части гильзой, установленный на верхней поперечине главный силовой цилиндр, скрепленный с пресс-штемпелем, причем ползун выполнен с центральным сквозным отверстием, совпадающим с центральным отверстием гильзы и образующим с ним общую полость, а пресс-штемпель смонтирован с возможностью перемещения в отверстии ползуна и гильзы, в боковой стенке ползуна размещено загрузочное окно, состыкованное с питателем отходов, отличается тем, что снабжен траверсой, размещенной над ползуном с возможностью перемещения по колоннам, на которой сверху закреплен плунжер главного силового цилиндра, а снизу прикреплен пресс-штемпель, главный силовой цилиндр снабжен нижним фланцем, на котором закреплены цилиндры, штоки которых скреплены с траверсой, опорной пятой, размещенной на нижней поперечине, и пресс-шайбой, приспособленной для установки на крышку бочки при распрессовке, при этом диаметр пресс-шайбы превышает диаметр бочки, внутренний диаметр гильзы превышает диаметр пресс-шайбы.
Кроме того, у заявляемого пресса для компактирования твердых отходов в бочке и распрессовки бочки с крышкой в брикет верхняя поперечина может быть выполнена в виде днища главного силового цилиндра.
Пресс-шайба может быть выполнена с отбортовкой, а в боковой стенке ползуна напротив загрузочного окна выполнено смотровое окно.
Пресс снабжен системой автоматического управления и телевизионной установкой, смонтированной с возможностью наблюдения за процессами прессования. Для установки бочки по оси пресса и пробивания отверстий для слива жидкости из бочки пресс снабжен центрователями.
Пресс снабжен пылезащитным кожухом с патрубком для присоединения к системе пылеулавливания, в кожухе имеются проемы для прохода тележки и подачи отходов в канал ползуна, перекрываемые заслонками, соединенными со штоками цилиндров привода ползуна.
На прилагаемых к заявке рисунках представлен вариант выполнения заявляемого технического решения. На фиг.1 изображен вид А пресса спереди с условно не показанным кожухом, на фиг.2 - вид спереди пресса с кожухом, на фиг.3 - вид сбоку пресса с кожухом.
Пресс для компактирования твердых отходов в бочке и распрессовки заполненной отходами бочки с крышкой в брикет содержит силовую раму, состоящую из стянутых четырьмя колоннами 1 верхней 2 и нижней 3 поперечин. В нижней части силовой рамы колонны 1 посредством гаек крепятся в отверстиях нижней поперечины 3. Между верхней 2 и нижней 3 поперечинами перемещается смонтированный на колоннах 1 ползун 4 с прикрепленной к его нижней части гильзой (матрицей) 5. Перемещение ползуна 4 осуществляется при помощи четырех силовых цилиндров 6 привода ползуна 4. Ползун 4 выполнен с центральным сквозным отверстием 7, совпадающим с центральным отверстием гильзы 5 и образующим с ним общую полость.
На верхней поперечине 2 укреплен корпус главного силового цилиндра 8. Внутри корпуса цилиндра 8 установлен плунжер 9. Верхняя поперечина 2 в данном варианте выполнения пресса является днищем главного силового цилиндра 8. Центральное отверстие в днище (верхней поперечине 2) служит для подвода в цилиндр 8 рабочей жидкости.
Корпус главного силового цилиндра 8 снабжен нижним фланцем 10, на котором установлены кронштейны для крепления цилиндров 11 привода пресс-штемпеля 12. К торцу плунжера 9 крепится подвижная траверса 13, размещенная над ползуном 4 и соединенная при помощи тяг и поперечин со штоками двух цилиндров 11 с возможностью ее перемещения по колоннам 1. На нижней плоскости траверсы 13 укреплен пресс-штемпель 12, смонтированный с возможностью перемещения в отверстиях ползуна 4 и гильзы 5. Диаметр пресс-штемпеля 12 меньше внутреннего диаметра бочки 14 для отходов, а внутренний диаметр гильзы 5 больше наружного диаметра бочки 14.
В боковых стенках ползуна 4 размещены загрузочное окно 15 для подачи отходов и смотровое окно 16 для наблюдения за процессами прессования. Ползун 4 с гильзой 5 в сборе служит для прохода твердых отходов в бочку при выполнении операций подпрессовки, а также для формирования брикета при распрессовке заполненной бочки 14.
На верхней плоскости нижней поперечины 3 закреплена опорная пята 17 и два центрователя 18 для дополнительного центрирования бочки 14 по оси пресса и для пробивки отверстий в стенке бочки 14 для слива жидкости при прессовании влажных отходов.
Пресс снабжен также пресс-шайбой 19, приспособленной для установки на крышку бочки 14 при распрессовке, причем диаметр пресс-шайбы 19 должен быть больше наружного диаметра бочки 14, а внутренний диаметр гильзы 5 должен превышать диаметр пресс-шайбы 19. Пресс-шайба 19 может иметь отбортовку, охватывающую крышку бочки 14 снаружи.
Заявляемый пресс снабжен автоматической системой управления с пульта и телевизионной установкой, смонтированной с возможностью наблюдения за процессами прессования (на рисунках не показаны). Кроме того, все узлы пресса размещаются в пылезащитном кожухе 20. Кожух 20 крепится к неподвижным базовым деталям пресса и служит для изоляции рабочей зоны пресса, в которой при прессовании отходов может образовываться пыль.
В противоположных стенках пылезащитного кожуха 20 выполнены проемы с вертикально перемещаемыми заслонками 21 для входа и выхода тележки с бочкой 14. Заслонки 21 соединены с силовыми цилиндрами 6 через установленные на их штоки кронштейны. Загрузочное окно 15 может открываться и закрываться заслонкой 22, соединенной со штоком одного из цилиндров 6.
Колонны 1 с гайками воспринимают как осевую нагрузку рабочего цилиндра 8, так и изгиб, возникающий от эксцентричного приложения рабочей нагрузки на пресс-штемпель 12, которая передается на внутреннюю стенку гильзы 5. Конструкция рамы опирается на четыре опоры, которые крепятся к боковым поверхностям нижней поперечины 3. Опоры устанавливаются на фундамент и крепятся к нему фундаментными болтами.
Работа пресса осуществляется в следующем порядке.
В исходном положении пресс-штемпель 12 и гильза 5 подняты в крайнее верхнее положение, заслонки 21 для прохода тележки подняты, заслонка 22 загрузочного окна 15 закрывает полость подачи отходов, центрователи 18 находятся в крайнем разведенном положении.
Пустая бочка 14 с крышкой устанавливается на тележку с приводом и перемещается под механизм съема и обжима крышки (на рисунке не показан). Механизм съема крышки опускается на крышку бочки 14, захватывает ее и поднимается в верхнее положение.
Тележка с бочкой 14 без крышки доставляется под пресс через проем в кожухе 20. На позиции пресса бочка 14 устанавливается по его оси центрователями 18, которые одновременно пробивают отверстия в стенке бочки 14 для выхода влаги при компактировании. По сигналам датчиков крайнего сдвинутого положения центрователей 18 они возвращаются в исходное положение.
Затем на бочку 14 опускается ползун 4 с гильзой 5, охватывающей бочку 14 снаружи, накрывая ее. В конце хода гильза 5 упирается в тележку, на которой установлена бочка 14 и сжимает пружины подвески, прижимая платформу тележки к опорной пяте 17 нижней поперечины 3, Одновременно с ползуном 4 опускаются заслонки 21 кожуха 20, герметизируя зону прессования. Ось загрузочного канала ползуна 4 совмещается с осью подачи отходов и опускается заслонка 22 окна 15 загрузки, открывая полость подачи отходов. По сигналу датчика крайнего нижнего положения гильзы 5 при нахождении пресс-штемпеля 13 в крайнем верхнем положении подаются отходы в бочку 14.
Гидроцилиндры 11 перемещают пресс-штемпель 12 вниз, он заходит в бочку 14 (так как его диаметр меньше диаметра бочки 14), производя подпрессовку отходов в бочке 14. Предварительное прессование (подпрессовка) отходов производится с использованием только цилиндров 11 привода перемещения пресс-штемпеля 12 с подвижной траверсой 13. Влага, содержащаяся в прессуемых отходах, выдавливается через отверстия, пробитые в стенках бочки 14, и стекает по внутренней стенке гильзы 5 на тележку, а из нее подается в отвод трапных вод. Далее следует еще несколько циклов подпрессовки до тех пор, пока бочка 14 не заполнится. Наблюдение ведется через смотровое окно 16 ползуна 4 с помощью телевизионной установки.
После завершения процесса подпрессовки отходов в бочке 14 ползун 4 с гильзой 5 цилиндрами 6, а затем и пресс-штемпель 12 цилиндрами 11 поднимаются в верхнее положение, освобождая бочку 14. При этом открываются заслонки 21 для прохода тележки. Тележка подает заполненную бочку 14 на устройство ее укупорки крышкой. Механизм съема и обжима крышки (на рисунке не показан) опускает на бочку 14 крышку и обжимает ее, укупоривая бочку 14. Тележка с укупоренной бочкой 14 перемещается на позицию укладки пресс-шайбы 19, на которой манипулятор укладывает пресс-шайбу 19 на крышку бочки 14.
Укупоренная бочка 14 с уложенной на ее крышке пресс-шайбой 19 вновь подается тележкой под пресс. На позиции пресса бочка 14 снова устанавливается центрователями 18, пробивающими одновременно в стенке бочки 14 отверстия для выхода влаги при прессовании. Затем на бочку 14 с пресс-шайбой 19 опускается ползун 4 с гильзой 5, охватывающей бочку 14 снаружи, и прижимающий тележку с бочкой 14 к опорной пяте 17. Одновременно с ползуном 4 опускаются заслонки 21 кожуха 20, герметизируя зону прессования.
Пресс-штемпель 12 опускается цилиндрами 11 на пресс-шайбу 19. Затем рабочим ходом главного цилиндра 8 бочка 14 распрессовывается в брикет. Влага, содержащаяся в прессуемых отходах, выдавливается через отверстия в стенке бочки 14 и удаляется через отвод трапных вод.
После брикетирования ползун 4 с гильзой 5 начинает подниматься, а пресс-штемпель 12 остается прижатым к брикету - происходит выталкивание брикета из гильзы 5. Затем ползун 4 с гильзой 5 и пресс-штемпель 12 поднимаются в их крайние верхние положения, освобождая брикет с пресс-шайбой 19, заслонка 22 загрузочного окна 15 закрывает полость подачи отходов, а заслонки 21 для прохода тележки полностью открываются.
Тележка перемещает брикет на позицию разгрузки, где с него снимается пресс-шайба 19. Брикет замеряется по высоте и массе и укладывается в контейнер, а тележка возвращается на позицию пустой бочки 14. Далее цикл повторяется.
Отличительные признаки заявляемого технического решения обеспечивают прессу существенные преимущества по сравнению с известными прессами, в том числе с прессом-прототипом. Создана конструкция комбинированного пресса, совмещающего в одной машине как устройство компактирования твердых отходов в бочке, так и устройство для распрессовки заполненных бочек в брикеты. Прессование позволит уменьшить объем отходов в 8-12 раз.
Применение подвижной траверсы, перемещаемой по колоннам пресса, к которой крепятся плунжер главного силового цилиндра, пресс-штемпель и штоки вспомогательных цилиндров, обеспечивающих процессы прессования отходов в бочке, опускание пресс-штемпеля к заполненной бочке при брикетировании и подъем пресс-штемпеля в исходное верхнее положение приводит к существенной экономии энергопотребления, так как главный силовой цилиндр работает при распрессовке только после соприкосновения пресс-штемпеля с заполненной отходами бочкой, а насосная установка пресса оснащается регулируемым аксиально-поршневым насосом. Кроме того, благодаря подвижной траверсе, перемещаемой по колоннам, пресс-штемпелю обеспечивается надежная устойчивость при подпрессовке и брикетировании.
Работа комбинированного пресса полностью автоматизирована, наблюдение за технологическим процессом ведется с помощью датчиков и приборов системы управления, а также телевизионной установки, из пылезащищенного кожуха пресса производится отсос загрязненного воздуха в систему пылеулавливания, тем самым обеспечивается защита обслуживающего персонала и окружающей среды от вредных воздействий пыли из отходов.
Комбинированным суперпрессом бочка брикетируется сразу после укупорки, что позволяет обходиться без склада хранения заполненных бочек и дополнительных средств механизации для передачи заполненных бочек от подпрессовщика (как в аналогах) к суперпрессу. Это дает экономию производственных площадей, существенно снижает металлоемкость и значительно упрощает комплекс средств механизации за счет концентрации операций на одном комбинированном прессе.