Устройство для измельчения охлажденного полимерного материала

Полезная модель относится к области измельчения и переработки полимерных материалов и может быть применена в химической и отходоперерабатывающей отраслях промышленности, а также в отрасли производства строительных материалов.
Известно устройство для измельчения полимерного материала, содержащее бункер с входом и выходом для полимерного материала и барабан с входом для полимерного материала и выходом измельченного полимерного материала, при этом вход барабана подключен к выходу бункера, а сам барабан имеет ребра на внутренней поверхности и внутри него установлен ротор, состоящий из двух параллельных друг другу дисков и закрепленных между ними лопаток, при этом лопатки установлены перпендикулярно дискам на их окружностях и направлены к их центрам [US 3232543 A, дата публикации: 01.02.1966 г. МПК: B02C 13/00; B02C 13/09; B26D 1/38].
Недостатком известного технического решения является низкая производительность устройства для измельчения полимерного материала, обусловленная тем, что в процессе измельчения, движущиеся части измельчающего оборудования нагреваются и передают в виде тепла основное количество энергии измельчаемому полимерному материалу, который, обладая термопластичностью, становится вязким и плавится, вследствие чего усложняется процесс его измельчения и увеличивается длительность этого процесса.
В качестве прототипа выбрано устройство для измельчения охлажденного полимерного материала, содержащее бункер с входом для полимерного материала и выходом для охлажденного полимерного материала и барабан с входом для охлажденного полимерного материала и выходом измельченного охлажденного полимерного материала, при этом вход бункера выполнен с возможностью подключения к средству криогенного охлаждения полимерного материала, вход барабана подключен к выходу бункера, а сам барабан имеет ребра на внутренней поверхности и внутри него установлен ротор, состоящий из диска и лопаток, при этом лопатки установлены перпендикулярно диску на его окружности и направлены к центру диска, а угол, под которым лопатки установлены относительно друг друга, не раскрывается [GB 2053944 A, дата публикации: 11.02.1981 г., МПК: B02C 19/18; B29B 17/04; C08J 3/12].
Преимуществом прототипа перед известным техническим решением является повышение производительности устройства для измельчения охлажденного полимерного материала за счет обеспечения возможности криогенного охлаждения полимерного материала, вследствие чего он становится более хрупким и легче поддается измельчению, по сравнению с полимерным материалом, измельчаемым в нагретом состоянии.
Однако недостатком прототипа остается низкая производительность устройства для измельчения охлажденного полимерного материала, обусловленная тем, что конструкция ротора, при которой не известен угол установки лопаток на диске относительно друг друга, не позволяет достичь стабильных характеристик работы устройства, обеспечивающих такое количество соударений частиц охлажденного полимерного материала о поверхности лопаток ротора и ребер барабана, которое является достаточным для наиболее тонкого и быстрого измельчения охлажденного полимерного материала. Вследствие этого может возникнуть необходимость в его повторном измельчении или в увеличении длительности этого процесса, что приводит к нагреву частиц охлажденного полимерного материала и может потребовать дополнительных затрат времени и энергии для их измельчения ввиду увеличения вязкости этих частиц, что существенным образом снижает производительность устройства для измельчения охлажденного полимерного материала.
Техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, заключается в необходимости улучшения эксплуатационных характеристик устройства для измельчения охлажденного полимерного материала.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в повышении производительности устройства для измельчения охлажденного полимерного материала.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Устройство для измельчения охлажденного полимерного материала, содержащее корпус, внутри которого расположен бункер с входом и выходом для охлажденного полимерного материала и барабан с входом для охлажденного полимерного материала и выходом для измельченного охлажденного полимерного материала, при этом вход бункера выполнен с возможностью подключения к средству криогенного охлаждения полимерного материала, вход барабана подключен к выходу бункера, а сам барабан имеет ребра на внутренней поверхности и внутри него установлен ротор, состоящий из диска и лопаток, при этом лопатки установлены перпендикулярно диску на его окружности и направлены к центру диска. В отличие от прототипа лопатки установлены под углом 12° относительно друг друга.
Барабан выступает в качестве неподвижной части устройства и содержит вход для охлажденного полимерного материала и выход для измельченного охлажденного полимерного материала. Вход для охлажденного полимерного материала барабана обеспечивает прием материала внутрь барабана. Вход барабана подключен к выходу бункера. Выход для измельченного охлажденного полимерного материала барабана обеспечивает удаление из него измельченного материала. Выход барабана может быть выполнен с возможностью подключения к емкости для измельченного охлажденного полимерного материала. Вход и выход барабана могут быть выполнены в виде отверстий или патрубков.
Барабан имеет ребра на внутренней поверхности. Ребра могут быть выполнены в виде выступов, имеющих трапециевидный или П-образный профиль и расположенных на внутренней поверхности барабана таким образом, что вершины ребер параллельны торцам лопаток ротора. Дополнительно для повышения производительности устройства для измельчения охлажденного полимерного материала ребра могут быть выполнены в виде выступов, имеющих треугольный профиль, при котором также может обеспечиваться режущее воздействие на частицы измельчаемого полимерного материала, что дополнительно уменьшает длительность процесса измельчения полимерного материала. Расстояние между вершинами ребер и торцами лопаток ротора может составлять от 1 до 3 мм, в зависимости от необходимого размера получаемых на выходе из барабана частиц полимерного материала.
Ротор выступает в качестве подвижной части устройства и состоит из диска и лопаток. Диск обеспечивает закрепление на нем лопаток, а также закрепление ротора на валу электродвигателя, обеспечивающего его вращение.
Лопатки ротора, а также ребра барабана обеспечивают измельчение полимерного материала за счет образованных между ними полостей. Лопатки могут быть выполнены в виде плоских пластин прямоугольной, треугольной или трапециевидной формы. Лопатки установлены перпендикулярно диску на его окружности и направлены к его центру. Лопатки установлены на диске под углом 12° относительно друг друга, что обеспечивает уменьшение длительности процесса измельчения полимерного материала и, как следствие, повышение производительности устройства для измельчения охлажденного полимерного материала.
Бункер обеспечивает прием и подачу охлажденного полимерного материала к измельчающему оборудованию и содержит для этого вход и выход. Вход для охлажденного полимерного материала бункера выполнен с возможностью подключения к средству криогенного охлаждения полимерного материала и может быть снабжен средством подачи криоагента. Бункер может содержать средства для удаления жидких и газообразных криоагентов из полости бункера. Выход для охлажденного полимерного материала бункера может содержать средства подачи охлажденного полимерного материала к измельчающему оборудованию. Средства подачи охлажденного полимерного материала могут быть выполнены в виде шнекового питателя, конвейера, самотечного или пневматического транспортера.
Корпус может содержать емкость для измельченного охлажденного полимерного материала.
Полезная модель может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о ее соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Полезная модель характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что лопатки установлены под углом 12° относительно друг друга, что позволяет создать полости, образованные соседними лопатками ротора и ребрами барабана, с такими геометрическими параметрами и в таком их количестве, при которых обеспечивается количество соударений частиц охлажденного полимерного материала о поверхности лопаток ротора и ребер барабана достаточное для получения частиц измельченного охлажденного полимерного материала требуемого размера и уменьшения количества времени и энергии, затрачиваемых в процессе измельчения.
Благодаря этому обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении производительности устройства для измельчения охлажденного полимерного материала, тем самым улучшаются его эксплуатационные характеристики.
Полезная модель характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о ее соответствии критерию патентоспособности «новизна».
Полезная модель поясняется следующими фигурами.
Фиг.1 - Устройство для измельчения охлажденного полимерного материала, вид сбоку.
Фиг. 2 - Ротор, установленный внутри барабана устройства для измельчения охлажденного полимерного материала, вид сбоку (для наглядности одна из стенок барабана удалена).
Фиг. 3 - Таблица результатов испытаний устройства по полезной модели и устройства по прототипу.
Для иллюстрации возможности реализации и более полного понимания сути полезной модели ниже представлен вариант ее осуществления, который может быть любым образом изменен или дополнен, при этом настоящая полезная модель ни в коем случае не ограничивается представленным вариантом.
Устройство для измельчения охлажденного полимерного материала содержит корпус 1. Внутри корпуса 1 расположен бункер 2 с входом и выходом для охлажденного полимерного материала и барабан 3 с входом для охлажденного полимерного материала и выходом для измельченного охлажденного полимерного материала (выходной патрубок). К входу бункера 2 подключено средство криогенного охлаждения полимерного материала. Выход бункера 2 подключен к входу барабана 3. Барабан 3 имеет ребра 4, расположенные на его внутренней поверхности. Ребра 4 выполнены в виде выступов, профиль которых имеет треугольную форму. Внутри барабана 3 установлен ротор, состоящий из диска 5 и лопаток 6. Лопатки 6 установлены перпендикулярно диску 5 на его окружности и направлены к центру диска. При этом лопатки 6 установлены под углом α=12° относительно друг друга, а расстояние между торцами лопаток 6 и ребрами 4 составляет s=2 мм.
Полезная модель работает следующим образом.
N
2
хр
В бункер 2 помещается лом из полиамида массой 10 кг, размер частиц лома составляет от 50 до 150 мм. Одновременно с этим на вход бункера 2 при помощи подключенного к нему средства криогенного охлаждения подается газообразный азот . Внутри бункера 2 частицы лома из полиамида охлаждаются до температуры хрупкости равной t=-140°C, после чего они поступают на вход барабана 3, внутри которого вращается ротор. Охлажденные частицы лома попадают в пространство между ротором и внутренней поверхностью барабана 3. Охлажденные частицы лома ударяются о поверхности полостей, образованных двумя соседними лопатками 6, установленными под углом α=12° относительно друг друга, и ребрами 4, расстояние от вершин которых до торцов лопаток 6 составляет s=2 мм, и измельчаются в результате ударного воздействия до частиц размером от 0,5 до 2 мм. После этого измельченный охлажденный полиамид поступает в выходной патрубок барабана 3 и удаляется из устройства для измельчения охлажденного полимерного материала. Расположение лопаток под углом α=12° относительно друг друга, а также выполнение диска 5 и лопаток 6 таким образом, что расстояние между торцами лопаток 6 и вершинами ребер 4 составляет s=2 мм, позволяет создать полости, с такими геометрическими параметрами, при которых увеличивается количество соударений частиц измельчаемого полимерного материала с поверхностями лопаток 6 и ребер 4, за счет чего количество времени, требуемого для измельчения охлажденного полимерного материала, сокращается от 94 до 58 мин в сравнении с устройством по прототипу, что видно из таблицы результатов испытаний представленной на фиг. 3.
Таким образом, обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении производительности устройства для измельчения охлажденного полимерного материала, тем самым улучшаются его эксплуатационные характеристики.