Канализационный измельчитель

Область техники
Полезная модель относится к области дробления материалов, а именно к устройству для измельчения отходов в самотечных системах канализации.
Уровень техники
Канализационные измельчители предназначены для дробления разнообразного мусора и отходов в сточных водах с целью предотвращения засорения насосного оборудования и линий канализации и обеспечения долговечной и безаварийной работы запорно-регулирующей арматуры. Измельчители устанавливаются в каналах самотечных систем канализации и способны измельчать волокнистые материалы (тряпки, салфетки, текстиль, средства гигиены, веревки), дерево, пластик, органические отходы, трупы мелких животных и птиц, бумагу, картон, стекло, некрупную металлическую проволоку и т.д., находящиеся в сточных водах канализационного потока в количестве до 10% Измельчители не предназначены для дробления крупных камней, большого количества мелких камней, изделий из металла.
Используемые в настоящее время канализационные измельчители содержат ведущий и ведомый валы, на которые набраны режущие фрезы, образующие зону измельчения для прохождения через нее канализационного потока, дробления и протаскивания твердого мусора через корпус устройства (см., например, публикации заявок США US2003089806, 15.05.2003, US2014084095, 27.03.2014, патент США US4961540, 09.10.1990).
Указанная конструкция имеет ряд недостатков. В частности, наличие большого количества песка и камней, проходящих в нижних слоях потока сточных вод, приводит к повышенному износу нижних механических уплотнений, а также кромок режущих фрез. Содержащийся в канализационном потоке волокнистый мусор перестает эффективно разрываться фрезами и начинает наматываться на валы, сильно уплотняя их, что приводит к существенному увеличению нагрузки на дробилку, снижению производительности и повышенному износу остальных элементов измельчителя. Кроме того, разрушение подшипников приводит к увеличению зазора между валами измельчителя, что приводит к дополнительному наматыванию волокнистого мусора и дальнейшему увеличению расстояния, вплоть до потери сцепления шестернями валов и полной остановки вращения ведомого вала.
Для решения части указанных проблем в конструкции измельчителя применяются сепарирующие средства, которые осуществляют отбор твердых компонентов из канализационного потока и их подачу в зону измельчения.
В публикации заявки США US2011084154, 14.04.2011 и европейском патенте EP0704246, 03.04.1996 описан канализационный измельчитель, содержащий средство сепарации в виде вращающегося вертикального барабана.
В патенте США US5061380, 29.10.1991 подающий элемент представляет собой экран из вращающихся дисков.
В патенте США US4919346, 24.04.1990 (наиболее близкий аналог) предложена конструкция измельчителя с сепарирующим средством в виде вращающейся горизонтально сетки.
При использовании указанных решений режущие фрезы не контактируют со всем объемом канализационного потока, что частично снижает нагрузку на рабочие элементы и позволяет увеличить пропускную способность измельчителя.
Однако указанные решения не обеспечивают существенное снижение износа элементов конструкции. Так, вращающийся барабан и дисковый экран подвержены забиванию волокнистым мусором, из-за чего уменьшается пропускная способность измельчителя и увеличивается нагрузка на привод дробилки. Вертикальное расположение средств сепарации во всех описанных конструкциях, обеспечивающее горизонтальную подачу материала, не защищает нижние уплотнения и подшипники от воздействия абразивных элементов (песка, камней, частиц металла и др.). При этом конфигурация подающих элементов не обладает достаточной надежностью, что нередко приводит существенному снижению эффективности или остановке работы устройства.
Раскрытие сущности полезной модели
Задачей заявленной полезной модели является устранение недостатков аналогов и повышение срока службы канализационного измельчителя.
Технический результат полезной модели заключается в снижении износа элементов измельчителя.
Указанный технический результат достигается за счет того, что канализационный измельчитель содержит корпус, установленные в корпусе вертикальные валы с режущими фрезами, образующими зону измельчения, привод для вращения валов, а также сепарирующее средство для отбора твердых компонентов из канализационного потока и их подачи в зону измельчения. Указанное сепарирующее средство включает фильтрующую решетку, установленную в корпусе ниже зоны измельчения для прохождения через нее нижней части канализационного потока, а также маятниковый механизм для вертикальной подачи твердых компонентов с решетки в зону измельчения.
Кроме того, предусмотрены частные варианты реализации полезной модели, согласно которым:
режущие фрезы установлены в корпусе с обеспечением возможности прохождения верхней части канализационного потока через зону измельчения;
фильтрующая решетка имеет нижний вертикальный участок и верхний наклонный участок;
вертикальные валы содержат ведущий вал и связанный с ним ведомый вал;
маятниковый механизм вертикальной подачи твердых компонентов содержит подающую гребенку, установленную шарнирно с размещением зубцов между элементами фильтрующей решетки, а также кривошипно-шатунный механизм, связанный с гребенкой и ведущим валом с возможностью периодического перемещения свободных концов зубцов в направлении зоны измельчения и в обратном направлении;
кривошипно-шатунный механизм связан с ведущим валом через подпружиненный храповой механизм;
зубцы гребенки имеют саблевидную форму;
валы установлены в подшипниках, при этом нижние подшипники расположены выше уровня фильтрующей решетки;
нижние подшипники валов выполнены в виде втулок из антифрикционного материала;
валы выполнены полыми, при этом в верхней части валов установлены автоматические пресс-масленки, выполненные с возможностью подачи смазки в нижние подшипники через отверстия в валах.
Применение в заявленной конструкции сепарирующего средства, имеющего фильтрующую решетку, расположенную ниже зоны измельчения, обеспечивает прохождение нижней части канализационного потока, содержащего мелкие абразивные частицы (песок и т.п.), через измельчитель без контакта с режущими фрезами, снижая нагрузку на фрезы, подшипники и другие элементы конструкции и уменьшая их износ.
Использование маятникового механизма для вертикальной подачи твердых компонентов препятствуют попаданию абразива на нижние фрезы и подшипники, а также забиванию измельчителя волокнистым мусором.
Таким образом, все приведенные признаки полезной модели направлены на достижение указанного технического результата.
Приведенные частные варианты реализации полезной модели также направлены на снижение износа элементов конструкции.  В частности, конфигурация маятникового механизма подачи материала препятствует забиванию измельчителя мусором, а также попаданию в зону измельчения тяжелых камней и металлических элементов, а расположение нижних подшипников и выполнение системы смазки повышает срок их работы и не требует обслуживания.  Однако приведенные частные случаи не являются единственно возможными вариантами воплощения полезной модели. При этом технический результат полезной модели достигается и без применения указанных дополнительных особенностей.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется чертежами, где:
на фигуре 1 показан общий вид заявленного измельчителя в нижнем (а) и в верхнем (б) положениях устройства подачи,
на фигуре 2 показана конфигурация валов измельчителя, а также конструкция узла подачи смазки в нижние подшипники;
на фигуре 3 показана конструкция маятникового устройства подачи материала,
на фигуре 4 показана схема работы устройства подачи в нижнем (а) и в верхнем (б) положениях,
на фигурах 5 - 7 показана схема работы измельчителя в канализационном канале.
Элементы устройства и обозначены на фигурах следующими позициями:
1 – корпус,
2 – ведущий вал,
3 – ведомый вал,
4 – шестеренная редукторная передача,
5 – режущие фрезы,
6 – нижние подшипники скольжения,
7 – пресс-масленки,
8 – отверстия в валах,
9 – фильтрующая решетка,
9a – вертикальный участок решетки;
9b – наклонный участок решетки;
10 – маятниковое устройство;
11 – подающая гребенка;
12 – кривошипно-шатунный механизм;
13 – вращающийся элемент;
14 – храповой механизм;
15 – цапфа;
16 – корпус маятникового устройства;
17 – канализационный поток;
18 – легкие частицы;
19 – тяжелые мелкие частицы;
20 – крупные камни и металлические элементы;
21 – тяжелые частицы более 5 мм.
Осуществление полезной модели
Заявленный измельчитель представляет собой устройство для дробления материала, содержащее корпус (1), в котором установлено два или более вертикальных вала (2,3). При этом один из валов (2), предпочтительно, является ведущим, а другой вал (3) – ведомым, связанным с ведущим валом (2) шестеренной редукторной передачей (4), реализующей механизм самоочистки валов дробилки. На указанных валах размещены режущие фрезы (5), пространство между которыми образует зону измельчения. При этом указанные фрезы чередуются с шайбами-проставками (на чертежах не показаны) и последовательно набраны на ведущий и ведомый валы с минимальным зазором (порядка 0,3-0,5 мм) таким образом, что каждая режущая фреза одного вала располагается напротив шайбы-проставки другого вала (т.е. в шахматном порядке) для обеспечения вращения фрез на валах друг навстречу другу, раскалывания, раздавливания и разрыва твердого материала и его одновременное протаскивание через корпус.
Валы (2,3) с режущими фрезами (5), предпочтительно, приподняты над нижней частью корпуса таким образом, что зона измельчения контактирует только с верхней частью потока.
В корпусе измельчителя также установлен привод для вращения валов (на чертежах не показан), который может быть выполнен в виде мотор-редуктора, включающего электродвигатель и планетарный редуктор.
Корпус (1) измельчителя изготавливается, как правило, из чугуна, валы (2,3), режущие фрезы (5) и шайбы-проставки – из легированной термообработанной стали.
Ведущий (2) и ведомый (3) валы фиксируются сверху и снизу подшипниками. Нижние подшипники скольжения (6), предпочтительно, расположены не в самой нижней точке измельчителя, что позволяет избежать попадания на них тяжелых частиц, как следствие, уменьшить абразивный износ. При этом нижние подшипники (6) выполнены предпочтительно в виде втулок из антифрикционного материала.  Для смазывания указанных подшипников (6) предусмотрены автоматические пресс-масленки (7), например, типа «Simalube 125 CC», которые навинчены на верхние торцы валов (2,3). Указанные масленки (7) обеспечивают подачу дозированного количества консистентной смазки в заданный период времени к нижним подшипникам (6) через отверстия (8) в валах (2,3).
В нижней части корпуса размещено сепарирующее средство, образованное фильтрующей решеткой (9) и маятниковым устройством (10) для подачи твердых компонентов в зону измельчения.
Фильтрующая решетка (9) установлена ниже зоны измельчения с обеспечением прохождения через нее нижней части канализационного потока и отбора из этого потока твердых компонентов (отходов, мусора и т.п.). Решетка (9) имеет зазоры около 4 мм. В предпочтительном варианте реализации полезной модели фильтрующая решетка имеет Г-образную форму и содержит нижний, по существу, вертикальный участок (9а), предназначенный для фильтрации нижнего слоя нижней части канализационного потока (у самого дна канала), а также верхний наклонный участок (9b) для фильтрации верхнего слоя нижней части канализационного потока. Указанная конфигурация позволяет задерживать на вертикальном участке (9a) в самом нижнем слое потока тяжелые твердые частицы (камни, металлические элементы и т.п.) и не подавать их в зону измельчения.
Маятниковое устройство (10) обеспечивает подачу твердых компонентов, осевших на наклонном участке (9b) фильтрующей решетки (9), вертикально вверх в зону измельчения (пространство между валами). Указанное устройство, предпочтительно, содержит подающую гребенку (11), имеющую набор вогнутых вниз саблевидных зубцов, размещенных между элементами решетки и утопленных относительно них. Один конец указанной гребенки (11) закреплен шарнирно с возможностью периодического поднятия другого конца вверх в направлении зоны измельчения и последующего опускания конца в обратном направлении. Для приведения гребенки (11) в движение предусмотрен кривошипно-шатунный механизм (12), вращающийся элемент (13), которого образует червячную редукторную пару с подпружиненным храповым механизмом (14), связанным с цапфой (15) ведущего вала (2). Указанные механизмы (12,14) размещены в корпусе (16) маятникового устройства. При работе маятникового устройства крутящий момент через ведущий (приводной) вал (2) измельчителя передается на червячную редукторную пару. Далее через кривошипно-шатунный механизм (12) и систему рычагов вращательное движение преобразуется в движение по дуге подающей гребенки (11) на угол 120°. Подпружиненный храповой механизм (14) препятствует обратному ходу гребенки при незавершенном цикле в случае включения реверса измельчителя, что обеспечивает стабильность работа цикла работы подающей гребенки.
Заявленный измельчитель работает следующим образом.
В системах городской канализации поток движется в трубопроводах со скоростью около 1 м/с. При поступлении стоков в канализационно-насосную станцию (КНС) трубопровод, как правило, переходит в участок канала, в который устанавливается средства первичной механической очистки стоков (решетки, решетки-дробилки, механические решетки и т.д.). После этого стоки поступают в приемный резервуар, откуда перекачиваются канализационными насосами далее по системе канализации. При переходе из трубопровода в канал скорость течения потока замедляется, тяжелые частицы (камни и т.п.) оседают в потоке ближе ко дну канала под действием гравитации. Более легкий мусор (пластик, дерево и т.д.) движется по всему потоку и нередко всплывает на поверхность.
При прохождении потока (17) через измельчитель легкий мусор (18) из верхней части потока попадает непосредственно в зону измельчения и дробится фрезами.
Тяжелые частицы (19) размером менее 5 мм (песок и т.п.) проходят в нижней части потока сквозь решетку (9) и уносятся далее без контакта с режущими фрезами (5).
Крупные камни и металлические изделия (20) (болты, гайки) в большинстве своем оседают на вертикальном участке (9a) решетки (9) перед измельчителем и также не подаются в зону измельчения. Впоследствии указанные частицы могут быть извлечены персоналом станции при профилактических работах.
Крупные частицы (21) размером более 5 мм оседают на наклонной части (9b) решетки (9). Гребенка (11) маятникового устройства (10) на прямом ходе захватывает осевший на решетке (9) мусор и поднимает его в зону измельчения. При обратном ходе гребенка (1) измельчает мягкий мусор успевший осесть на решетку (9). При этом за счет вогнутой формы зубцов гребенки (11) тяжелые твердые частицы на обратном ходу откидываются с наклонной части (9b) решетки (9) и далее не участвуют в процессе измельчения.
Процесс работы измельчителя реализуется непрерывно. При большой суточной неравномерности потока сточных вод возможна настройка периодов работы для экономии электроэнергии и рабочего ресурса устройства.
Таким образом, конструкция измельчителя препятствует чрезмерному износу элементов. Кроме того, за счет отсутствия в верхней и нижней части дорогостоящих и специфических картриджных уплотнений снижается стоимость и упрощается технологические процедуры технического обслуживания.