СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ТРИПЛЕКСА И ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF TRIPLEX UTILIZATION AND ELECTROHYDRAULIC UNIT FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к области переработки твердых отходов, в частности к способам и устройствам утилизации многослойных стекол (триплексов), содержащих наружные слои хрупкого кварцевого стекла, прочно связанные с внутренней полимерной пленкой.
Наиболее востребована утилизация автомобильного стекла-триплекс толщиной от 5 до 9 мм. Технология изготовления стекла-триплекс предусматривает прессование при нагреве двух кварцевых стекол с проложенной между ними поливинилбутеральной (ПВБ) пленкой, которая в процессе нагрева размягчается и накрепко связывает между собой слои кварцевого стекла (https://fastmb.ru/auto_shem/3344-steklo-tripleks-dlya-avtomobilya-harakteristiki-i-princip-zaschity.html). Эта связь настолько прочна, что разделение кварцевого стекла от ПВБ пленки является серьезной технической проблемой.
Поэтому известны технологии утилизации триплекса с разделением кварцевого стекла от пленки и без разделения, причем процесс с разделением более предпочтителен с точки зрения дальнейшего использования продуктов переработки, но технологически болен сложен.
Во всех устройствах для утилизации триплекса применяется механический способ воздействия, использующий изгиб, раздавливание, разрезание, удар и их сочетания. Механическое воздействие может создаваться путем непосредственного воздействия металлическими рабочими органами или с использованием физических процессов.
Для непосредственного механического воздействия могут применяться гладкие и зубчатые валки (изгиб, раздавливание, разрезание); молотки (удар). Указанные способы и средства широко используются для измельчения твердых материалов и поэтому одними из первых стали применяться для утилизации триплекса. Представителями таких устройств являются валковые и молотковые дробилки, которые механически измельчают триплекс до кусков заданного фракционного состава. Однако дальнейшее технологическое использование таких продуктов утилизации весьма ограничено и чаще всего они попадают на свалку промышленных отходов.
Более сложные установки для утилизации триплекса дополнительно включают устройства механического отделения кварцевых кусков от обрывков пленки: грохоты (http://www.stromi-nn.ru/site.aspx?SECTIONID=912450&IID=1669442, http://www.tpribor.ru/otchetpomol55.html); сепараторы (патент РФ 98343, 2010; международный патент РСТ/US 96/02198 на изобретение «Устройство для утилизации автомобильных стекол», 1999).
Недостатками данных устройств является повышенный шум и выброс в окружающую среду вредных веществ, а также высокая энергоемкость процесса.
Известна установка для утилизации защитных экранов видеотерминалов и автомобильных стекол типа «триплекс» (патент РФ на полезную модель №127172, 2012 г., патент РФ на изобретение №2540744, 2013 г.), сочетающей механический и термический способы, в которой после механического разрушения материал подвергается термической обработке в печи, при этом из дробленого материала выжигается полимерная пленка. Данный способ еще более энергоемкий, требует дорогостоящего оборудования, загрязняет окружающую среду вредными веществами.
Указанных недостатков лишены устройства для утилизации триплекса с использованием физических процессов, в частности, электрогидравлического эффекта (ЭГЭ), сущность которого состоит в том, что при осуществлении внутри объема жидкости, находящейся в открытом или закрытом сосуде, специально сформированного импульсного электрического разряда вокруг зоны его образования возникают сверхвысокие гидравлические давления, способные совершать полезную механическую работу и сопровождающиеся комплексом физических явлений: высокие и сверхвысокие импульсные гидравлические давления, приводящие к появлению ударных волн со звуковой и сверхзвуковой скоростями; значительные импульсные перемещения объемов жидкости, совершающиеся со скоростями, достигающими сотен метров в секунду; мощные импульсно возникающие кавитационные процессы, способные охватить относительно большие объемы жидкости; ультразвуковые излучения; механические резонансные явления с амплитудами, позволяющими осуществлять взаимное отслаивание друг от друга многокомпонентных твердых тел. Использование всей совокупности вышеперечисленных факторов обеспечивает эффективность процесса разделения стекла и подложки. В отличие от чисто механических электрогидравлические дробилки (ЭГД) не имеют движущихся частей, участвующих в процессе разрушения материалов, изготовляются из обычной конструкционной стали, а их корпус практически не изнашивается. При работе эти устройства не образуют пыли, занимают сравнительно небольшие производственные площади и допускают совмещение в них процессов дробления, перемещения и разделения разрушенных составляющих и фракций материалов. Рабочей средой в электрогидравлических дробилках может служить любая жидкость (в основном техническая вода) (Юткин Л.А. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности. - Ленинград, «Машиностроение», 1986, 138 с. С. 10, 180; Авторское свидетельство РФ на изобретение №334739, 1955 г.).
Все ЭГД имеют общие конструктивные элементы:
- корпус (бак) с технологической жидкостью (водой), в котором организована зона, иногда камера, дробления, включающая электроды и расположенные в непосредственной близости от них элементы зоны дробления (решетки, стержни, подложки), в которой находится обрабатываемый материал;
- систему питания электродов, причем к электродам прикладывается положительный контакт питающего устройства, а к элементам зоны дробления - отрицательный;
- систему подачи исходного материала в зону дробления и выгрузки готового материала, причем система выгрузки иногда снабжается устройствами для разделения продуктов дробления по фракциям;
- систему циркуляции технологической жидкости, предназначенную для очистки рабочей зоны от препятствующих прохождению разряда примесей, разделению готового материала на фракции, собственно очистки жидкости, причем указанные функции могут выполняться отдельными подсистемами, имеющими собственные насосы, баки, фильтры, циклоны и т.п.
Эффективность работы ЭГД определяется степенью конструктивного и технологического совершенства их систем, элементов, процессов.
Конструктивной особенностью ЭГД для утилизации триплексов является формирование зоны дробления из двух плоских решеток, между которыми располагается обрабатываемое изделие. В процессе обработки триплекс под действием ударных волн и других воздействий, вызываемых ЭГЭ, ударяется о решетки, в результате чего дробится стекло и отделяется от пленки.
Расположение триплексов в зоне дробления может быть вертикальным и горизонтальным. С точки зрения эффективности процесса дробления стекла оба варианта расположения триплексов равнозначны и их выбор основан на специфике организации технологического процесса.
Процесс обработки триплексов может быть организован циклично или непрерывно, причем последний способ более предпочтителен, т.к. позволяет достичь большей производительности. ЭГД непрерывного действия снабжаются устройствами для непрерывной подачи и выгрузки материалов. Расположение триплексов в зоне дробления ЭГД непрерывного действия выбирается, как правило, горизонтальным. При цикличной организации рабочего процесса триплексы в основном располагаются вертикально, т.к. с вертикально расположенного триплекса удобнее организовать процесс удаления разрушенного и отслоившегося стекла.
Следует отметить еще одно преимущество ЭГД непрерывного действия, заключающееся в том, что в процессе движения триплекса в рабочей зоне он проходит на минимальном расстоянии от электродов, где воздействие ЭГЭ максимально, и, следовательно, происходит наиболее интенсивное отделение стекла от пленки, что повышает эффективность технологического процесса.
Известно электрогидравлическое устройство для дробления твердых материалов, с том числе листового армированного металлической сеткой стекла, подаваемого в разрядную камеру навалом или в пакетах (SU 1655012, 1988 г.). Устройство содержит генератор импульсных токов, технологическую емкость с жидкостью, установленную в ней разрядную камеру с зонами дробления и с высоковольтным электродом в каждой зоне, составленную из установленных с зазором относительно друг друга и скрепленных между собой пластин, загрузочный бункер и разгрузочное приспособление, пластины разрядной камеры выполнены в виде установленных вертикально U- или V-образных ребер.
Недостаток известного устройства заключается в невысокой производительности в силу периодичности (цикличности) его работы, т.к. при каждой загрузке очередного триплекса требуется остановка устройства.
Известен трехстадийный способ отделения стекла от пленки при переработке многослойного стекла (US 5855325, 1997 г.) с помощью электроимпульсного ударного устройства без повреждения полимерной пленки с последующим нагревом в ванне с жидкостью и обработкой высоко напорной струей жидкости.
Недостатками описанного способа являются:
- сложность конструкции, низкая производительность установки и высокая энергоемкость процесса;
- механическое ударное воздействие на первой стадии производится в воздушной среде, что не позволяет исключить или уменьшить воздействие таких вредных факторов как шум и пыль.
Высокой производительностью обладают известные
электрогидравлические установки непрерывного действия для разрушения твердых материалов (RU 2090265, 1996 г.; RU 2673265, 2018 г.), содержащие загрузочное устройство, бак с жидкостью, электроды с системой электропитания, классификационные решетки и расположенный под ними транспортер с перегородками для разгрузки продуктов измельчения. Установки обеспечивают высокую производительность за счет непрерывности процесса дробления, однако не приспособлены для измельчения листовых хрупких материалов типа триплекса, т.к. не содержат специальных узлов для их подачи и обработки.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является способ утилизации триплекса и устройство электрогидравлического дробления (заявка на изобретение RU 2015151143, 2015 г.), в котором электрогидравлические удары осуществляются непосредственно в корпусе (технологической емкости) устройства электрогидравлического дробления, куда помещается стекло-триплекс, подлежащее обработке, скалывание стекла с одной стороны подложки триплекса осуществляется с помощью электрических разрядов, параметры которых зависят от емкости разрядного конденсатора и напряжения и подбираются в зависимости от вида стекла-триплекса, а скалывание стекла с другой стороны подложки триплекса происходит за счет его удара об опорную решетку устройства электрогидравлического дробления, используемого для осуществления предлагаемого способа, причем удар стекла об опорную решетку вызван теми же электрическими разрядами.
Для интенсификации процесса дробления организуется циркуляция жидкости в замкнутом контуре с помощью системы циркуляции жидкости.
Указанное устройство электрогидравлического дробления, содержит источник питания, импульсный конденсатор, пульт управления, соединительные кабели, воздушный разрядник, корпус (технологическую емкость), рабочий разрядник, систему циркуляции жидкости с циркулярным насосом, устройство подачи стекла-триплекса, решетку-классификатор, отверстие для удаления пленки, емкость для сбора дробленого стекла, решетчатую корзину, включающую опорную решетку с рифлеными выступами и поддерживающую решетку.
Недостатками устройства являются:
- организация процесса удаления полимерной пленки из рабочей зоны через зазор между нижними горизонтальными стержнями опорной и поддерживающей решеток за счет собственного веса, да еще с изгибом, что не исключает возможность застревания пленки;
- неудобство извлечения пленки вручную после дробления, т.к. она остается на дне корпуса;
- цикличность работы установки и, следовательно, низкая производительность;
- расположение обрабатываемого стекла триплекса параллельно рабочему разряднику приводит к ускоренному износу изоляции - распарыванию ее вдоль оси электрода, поэтому обрабатываемое стекло триплекса следует располагать перпендикулярно рабочему разряднику, что резко повышает эффективность работы установки в целом, т.к. энергия разряда передается стеклу-триплексу в виде окружности, т.е. симметрично относительно оси рабочего разрядника.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение - повышение эффективности и технологичности процесса утилизации стекол-триплексов.
Поставленная задача достигается тем, что в электрогидравлической установке для утилизации триплекса применен непрерывный способ обработки материала, включающий совокупность последовательных действий над обрабатываемым материалом: до попадания в корпус устройства стекло-триплекс помещается на наклонный стол, затем поступает в корпус по внутреннему наклонному лотку и попадает в вертикальную сужающуюся зону между наклонным лотком и перегородкой корпуса, откуда захватывается двумя вращающимися навстречу друг другу гладкими валками и передается вниз в вертикальном направлении на ломающий валок с выступами, на котором происходит излом листа-триплекса, изгиб и продвижение в горизонтальном направлении в пространство между решетками зоны дробления, в которой под действием электрогидравлического эффекта происходит измельчение стекла триплекса и отделение стекла от полимерной пленки, причем в зоне дробления электроды располагаются вертикально над горизонтальными решетками, т.е. перпендикулярно обрабатываемому триплексу, обеспечивая максимальную эффективность процесса, измельченное стекло проваливается через нижнюю решетку на горизонтальный участок ленточного транспортера с перегородками, на него после прохождения нижней решетки поступает и полимерная пленка, далее по наклонной части транспортера, направленной вверх под углом, превышающим угол трения стекла о полимерную пленку, куски стекла и полимерная пленка поднимаются к месту разгрузки, причем куски стекла, попавшие на пленку, соскальзывают с нее и располагаются между перегородками ленты транспортера, в конце транспортера лента поступает на наклонный лоток, по которому соскальзывает в емкость для приема пленки, а осколки стекла через разгрузочную воронку поступают в емкость для битого стекла.
Именно непрерывность технологического процесса обеспечивает повышение производительности по сравнению с прототипом, и, следовательно, повышение эффективности. Технологичность повышается за счет того, что в зоне дробления электроды располагаются вертикально над горизонтальными решетками, т.е. перпендикулярно обрабатываемому триплексу, обеспечивая максимальное силовое воздействие ЭГЭ, а также сокращения доли ручного труда на извлечение пленки из установки и исключения возможности застревания пленки в установке.
Реализацию непрерывного способа утилизации триплекса обеспечивает конструкция электрогидравлической установки, содержащей бак (технологическую емкость), устройство подачи стекла-триплекса, электроды с источником питания, две решетки для размещения между ними обрабатываемого триплекса, систему циркуляции жидкости с насосом, устройства для извлечения дробленого стекла и пленки из корпуса, емкость для сбора дробленого стекла:
- устройство подачи стекла-триплекса выполнено в виде стола с механизмом для изменения его угла наклона к горизонту, внутреннего наклонного лотка и перегородки бака, пары ведущих валков и ломающего валка;
- решетки, между которыми располагается обрабатываемое стекло-триплекс, установлены горизонтально ниже электродов, а под решетками расположено устройство для извлечения дробленого стекла и пленки из бака, выполненное в виде изогнутого ленточного транспортера с перегородками, причем верхний конец наклонной части транспортера расположен выше уровня жидкости в баке и снабжен разгрузочной воронкой для дробленого стекла и выходным лотком для пленки, под которыми установлены емкости для приема дробленого стекла и пленки;
- ведущие и ломающий валки снабжены приводом, один из пары ведущих валков установлен с возможностью горизонтального перемещения по отношению к другому валку посредством деформации пружин, причем ведущие валки имеют гладкую поверхность, а ломающий валок имеет выступы;
- угол подъема ленты наклонной части транспортера превышает угол трения стекла о материал пленки;
- в нижней части корпуса транспортера установлена изогнутая перегородка.
Выполнение устройства подачи стекла-триплекса в виде стола с механизмом для изменения его угла наклона к горизонту обеспечивает удобство ручной загрузки листа триплекса для обработки: пока обрабатывается предыдущий лист, на стол укладывается следующий; как только предыдущий лист будет полностью втянут ведущими валками, следующий лист легко проталкивается по наклонному столу в зону между внутренним наклонным лотком и перегородкой бака.
Наличие внутреннего наклонного лотка и перегородки бака создает условия для точного направления листа триплекса в зону его захвата ведущими валками.
Наличие привода вращения ведущих валков и возможность перемещения одного из них в горизонтальном направлении за счет сжатия пружин обеспечивает захват листов триплекса различной кривизны и, в то же время, создает достаточную для протягивания листов силу трения.
Расположение ломающего валка под ведущими приводит к изгибу и излому подаваемого листа и направлению его в зону между решетками. Выполнение ломающего валка приводным и снабжение его выступами улучшает его протягивающую и изламывающую способность.
Горизонтальная установка решеток, между которыми располагается обрабатываемое стекло-триплекс, ниже электродов является удачным компоновочным решением, сокращающим вертикальные габариты установки по сравнению с прототипом, а также обеспечивает прохождение обрабатываемого листа в зоне наиболее интенсивного воздействия ЭГЭ. При данном компоновочном решении обрабатываемое стекло триплекса располагается перпендикулярно рабочему разряднику, что резко повышает эффективность работы установки в целом по сравнению с прототипом, т.к. энергия разряда передается стеклу триплексу в виде окружности, т.е. симметрично относительно оси рабочего разрядника. Также при перпендикулярном положении триплекса по отношению к разряднику повышается срок службы последнего, т.к. снижается нагрузка на его изоляцию.
Расположение устройства для извлечения дробленого стекла и пленки из бака под решетками и выполнение его в виде изогнутого ленточного транспортера с перегородками обеспечивает непрерывность процесса удаления продуктов дробления триплекса из бака.
Установка в нижней части корпуса транспортера изогнутой перегородки создает условия для извлечения из-под транспортера провалившихся под него осколков стекла путем их захвата движущимися перегородками ленты, что исключает аварийную остановку машины по причине засора. Следует отметить, что это одна из причин, почему ленту транспортера надо снабжать перегородками.
Расположение верхнего конца наклонной части транспортера выше уровня жидкости в баке является необходимым условием функционирования установки, а также обеспечивает удаление технологической жидкости с продуктов дробления триплекса перед разгрузкой.
Снабжение верхнего конца наклонной части транспортера разгрузочной воронкой для дробленого стекла и выходным лотком для пленки, под которыми установлены емкости для приема дробленого стекла и пленки, обеспечивает раздельную выгрузку и складирование продуктов дробления триплекса.
Выполнение угла подъема ленты наклонной части транспортера большим угла трения стекла о материал пленки обеспечивает очистку пленки от лежащих на ней осколков стекла в процессе подъема к месту разгрузки. При этом соскальзывание самой пленки с ленты транспортера исключается, т.к. в силу неровности пленки она будет гарантированно захватываться перегородками ленты.
Конструкция электрогидравлической установки для утилизации триплекса поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид сбоку; на фиг. 2 - укрупненный фрагмент общего вида на зону дробления.
Электрогидравлическая установка для утилизации триплекса содержит, стол 1 подачи с механизмом 2 регулировки угла наклона, бак 3 с двумя крышками 4, наполненный водой. Внутри бака установлены нижняя 5 и верхняя 6 решетки, пара ведущих валков 7 и ломающий валок 8, внутренний наклонный лоток 9, перегородка 10, электроды 12, установленные на влагонепроницаемом коробе 13 внутри бака 3, и погруженные нижней своей частью в жидкость над решеткой 6.
Бак 3 установлен на корпус 14 ленточного транспортера 15 с перегородками для транспортировки продуктов разрушения триплекса (стекольного боя и пленки) к месту выгрузки. Транспортер выполнен изогнутым. В верхней части транспортера 15 установлены привод 16, воронка 17, под которой расположен контейнер 19, и выходной лоток 18, под которым находится контейнер 20. В нижней части корпуса 14 транспортера установлена изогнутая перегородка 21. Верхний конец наклонной части транспортера 15 расположен выше уровня жидкости в баке 3.
Валки 7 и 8 выполнены приводными и установлены посредством подшипников на боковых стенках бака 3, причем правый из валков 7 установлен с возможностью горизонтального перемещения по отношению к левому валку 7 посредством деформации пружин 11. Валки 7 имеют гладкую поверхность, а валок 8 имеет выступы.
Установка работает следующим образом.
Триплекс вручную помещается на стол 1 подачи с последующим перемещением по внутреннему лотку 9 в зону ведущих валков 7, которые направляют стекло в сторону ломающего валка 8. Перегородка 10 способствует перемещению триплекса в зону между валками 7. Протягивание листа триплекса между валками 7 происходит за счет силы трения между листом и валками. Усилие сжатия листа между валками 7 и адаптация межосевого расстояния между ними к величине кривизны листа происходит за счет деформации пружин 11.
Установка ломающего валка 8 предусмотрена с таким смещением по отношению к ведущим валкам 7, чтобы сломать и направить стекло в сторону пространства между верхней 6 и нижней 5 решетками. В момент прохождения стекла под электродами 12 генерируются периодические разряды на верхнюю решетку 6, вызывающие ЭГЭ, сопровождающийся описанными выше физическими воздействиями, разрушающими стеклянную составляющую изделия «триплекс». Частично стеклянная масса сразу попадает на ленту транспортера 15, оставшаяся часть стекла скатывается на ленту в процессе углового подъема пленки. Угол подъема ленты транспортера 15 превышает угол трения стекла о материал пленки (35-40 град.), что обеспечивает гарантированное скатывание осколков стекла с пленки.
Осколки битого стекла, провалившиеся под транспортер 15, захватываются перегородками транспортера, перемещаются по дну корпуса 14 транспортера влево до изогнутой перегородки 21 и, скользя по ней, перемещаются на верхнюю ветвь транспортера 15.
В зоне смены направления движения ленты (верхний конец транспортера 15), происходит разгрузка стекольной массы и пластиковой пленки. Стекольный бой попадает в контейнер 19 через воронку 17, а пластиковая пленка, перемещаясь по выходному лотку 18 поступает в контейнер 20.
Вода в процессе работы оборудования откачивается из бака 3 насосом в отдельно стоящий циркуляционный бак с очисткой от технологических загрязнений посредством циклона с последующим возвратом очищенной воды в систему.
Технический результат - повышение эффективности и технологичности процесса утилизации стекол-триплексов.