Пристрій для утилізації автошин в електромагнітному полі

Реферат: Пристрій для утилізації зношених автошин в електромагнітному полі містить корпус з розміщеними в ньому притискним і спрямовуючим валками, індуктор високочастотного електромагнітного поля, вихідні валки, дифузор з димовідводом, систему живлення і управління. Для забезпечення збереження продуктами утилізації своїх первинних фізико UA 104220 C2 (12) UA 104220 C2 хімічних та механічних властивостей під час утилізації пристрій додатково обладнаний електромагнітно-механічною системою розшарування та видалення металевого корду від протектора та каркаса, яка включає в себе вузол теплової дії на металевий корд та вузол механічної дії, причому вузол теплової дії суміщений з індуктором, а індуктор виконаний з забезпеченням режиму руйнування з'єднуючого шару гума-металокорд опосередковано зміні частоти коливального контуру пристрою; вузол механічної дії складається з двох послідовно встановлених за вихідними валками магнітних барабанів, що обертаються в нерухомих екрануючих секторних кожухах у протилежних напрямках окремими приводами, та двох роз'єднувальних ножів, встановлених, відповідно, за першим та другим магнітними барабанами по ходу бігової доріжки. UA 104220 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до сфери утилізації твердих відходів, конкретніше - відпрацьованих автошин. Відомий пристрій для утилізації автошин у вигляді передньої топки ТЕЦ [1] для спалювання відпрацьованих автошин. Відомий пристрій включає наступні елементи: блок підготовки шин до спалювання з приймальним транспортером і обтискним пристроєм, пічний блок з двома колекторами для подання збагаченого киснем повітря і димоходом, блок збагачення повітря киснем, гільйотинні ножиці, конічний подрібнювач і шнек. Спільними суттєвими відмінними ознаками технічного рішення, що заявляється, та його аналогу [1] є: наявність транспортера, обтискного пристрою, димоходу, гільйотинних ножиць. Недоліком цього пристрою-аналога, є високий рівень забруднення довкілля, що створює екологічну небезпеку з виділенням в атмосферу цинку і окису сірки, і великі додаткові витрати на очищення викидів. Пристрій не перспективний з енергетичної точки зору, з урахуванням ККД тому, що при спалюванні легкової автошини кількість енергії приблизно дорівнює одержуваної від спалювання 3 літрів нафти (у той час, як енергія, накопичена в шині, дорівнює енергії, одержаної при спалюванні 27-30 літрів нафти). Відомий пристрій для термічної переробки (піроліз) зношених шин [2], який містить завантажувальний бункер для подрібнених шин з шнеком, проміжний бункер, шлюзовий живильник, камеру попереднього нагрівання подрібнених шин з шнеком, горизонтальний обертовий реактор з внутрішніми напрямними ребордами, генератор відновного газу, тепловий агрегат з системою підведення піролізного газу і пальниковим пристроєм, приймальним пристроєм для твердої фракції піролізу зі шнеком, шлюзовим живильником, камеру охолодження твердої фракції зі шнеком, водний флотатор для відділення вуглецевої складової твердої фракції від металевого корду і мінеральних включень, канал відбору піролізних газів, циклони, конденсатори рідкопаливної фракції, накопичувач рідкопаливної фракції, піч допалювання димових газів, теплообмінник, скрубер для видалення з димових газів летючих кислот і ангідридів кислот, збірник води, пристрій відведення димових газів в атмосферу. Піроліз проводять, як правило, після попереднього руйнування та подрібнення виробів. Спільними суттєвими відмінними ознаками даного технічного рішення, що пропонується та аналога [2] є пристрій для відведення димових газів. Недоліками пристрою-аналога є необхідність додаткового очищення одержаних в процесі утилізації продуктів перед вживанням, а витрати не покривають вартість отриманих матеріалів. Крім того, спостерігається велика енергоємність процесу - 1 кВтгод./кг, пов'язана з необхідністю нагріву шматків автошин до високих температур. Відомий пристрій озонного руйнування автошин [3], який включає в себе камеру, де відбувається переробка, що має засоби створення деформуючих навантажень, які приводяться в дію сполученим з ними силовим пристроєм. Газова система пристрою включає в себе озонатор, газорозподільний пристрій, розкладач озону, пристрій підготування газу з компресором, систему замкнутого циклу з частковим оновленням робочого газу. У камері розташовані вентилятори циркуляції газу. Не зважаючи на те, що на створення і підтримку деформованого стану виробів витрачається невелика кількість енергії - 0,1 кВтгод./кг, а для розтріскування гуми мала кількість озону, недоліком пристрою-аналога є сильне окислення продуктів утилізації, що призводить до змін їх фізико-хімічних і механічних властивостей. Останнє обмежує коло використання продуктів утилізації. Відомий пристрій для утилізації автошин з використанням кріогенної технології [4], який складається з вузлу грубого дроблення, де на верстаті відділяється бортове кільце. Після чого шина потрапляє в подрібнювач (шредер), де розрізається на великі шматки і направляється в роторний подрібнювач, де відбувається подрібнення шини з подальшим видаленням металокорду на магнітному сепараторі, і пилу та текстилю на аеросепараторі. Після цього шматки шин надходять в низькотемпературний модуль, який складається з холодильної камери, генератора холоду, молоткового подрібнювача. Після дроблення отримана гумова крихта надходить в блок тонкого очищення, а потім в бункерну систему накопичення та завантаження. Основними недоліками кріогенного пристрою-аналога є великі енерговитрати, пов'язані з необхідністю отримання достатньої кількості рідкого газу, а також досягнення і підтримки низьких температур в робочій камері, в тому числі, і під час механічного дроблення автошин на фрагменти. Сумарні витрати на переробку перевищують 1 кВтгод./кг. Пристрій має істотний недолік, пов'язаний з високою вартістю холодоагентів. Окрім цього, гума повністю втрачає свої первинні фізико-хімічні та механічні властивості, що перетворює її у шламову масу. Вартість комплекту обладнання складає 1.522.000 USD. Термін окупності пристрою - два роки. Відомий пристрій для утилізації автошин, який використовує явище "псевдозрідження" гуми при високому тиску [5]. Пристрій складається з прес-штемпелю, який включає вертикальний 1 UA 104220 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 плунжер, насадку, гумові кільця і гвинт. Гума і текстиль відокремлюються від металевого корду і бортових кілець, подрібнюються і виходять з отворів у вигляді первинної гумовотканинної крихти, яка піддається подальшій переробці: додатковому подрібненню у сепараторі. Металокорд у вигляді спресованого брикету витягується з камери будь-яким механічним пристроєм. Основними недоліками пристрою є великі енергетичні витрати для отримання продуктів утилізації, що складають 0,46 кВтгод./кг. Для монтування лінії необхідні великі площі. Лінія складна для впровадження у виробництво. Відомий пристрій для утилізації автошин методом "магнітного удару" - відділення металу від гуми під дією протилежно спрямованих миттєвих електричних струмів [6, 7] та подальше механічне подрібнення в крихту заданого фракційного складу. Пристрій забезпечений механізмами подачі шин і відведення продуктів руйнування, механізмом відрізу бортів. Пристрій для руйнування виконаний на основі накопичувального реактивного LC-ланцюга, підключеного через комутатор, а засіб для підключення до металокорду у вигляді первинної обмотки трансформатора, співвісного ложементу. Основним недоліком даного аналога є важко реалізоване конструкційне оформлення для застосування у виробництві. Окрім цього, пристрій має громіздку та дорогу енергетичну частину, яка потребує великих площ, процес розділення гуми та металокорду супроводжується сильними шумовими ефектами. Відомий пристрій, що забезпечує механічне подрібнення зношених автошин [8] для їх утилізації, який складається з послідовно встановлених пристроїв - великого подрібнення, приймально-передавальну систему великої фракції, установку для відділення металу, пристрій дрібного подрібнення, вузол первинного сортування, пристрій порошкового подрібнення, вузол вторинного сортування. Пристрій забезпечує подрібнення шин в три стадії. Металевий корд відокремлюють після кожної стадії подрібнення, текстильний корд - на етапах сортування, а частинки подрібненої маси, які не пройшли сортування, направляють на повторне подрібнення. Недоліками даного пристрою-аналогу є неповний цикл утилізації, а саме неякісний відрив гуми від металокорду, що не дозволяє ефективно утилізувати відпрацьовані шини. В процесі утилізації частина продуктів не використовується, зокрема, в якості будівельних матеріалів і товарів загального споживання. Гума, отримана в процесі утилізації методом дроблення теж має обмежену сферу застосування. Пристрій енергетично витратний, потребує використання великих площ, вимагає додаткових дотацій, завдає шкоди навколишньому середовищу, тому що в процесі утилізації накопичуються терикони відходів металокорду із залишками гуми. Найбільш близьким до винаходу, що заявляється за сукупністю суттєвих відмінних ознак, спланованих на досягнення технічного результату, є пристрій для утилізації автошин розділенням бігових доріжок способом "локальної термодеструкції" [9], який містить корпус, де розташовані притискний і спрямовуючий валки, індуктор високочастотного електромагнітного поля, ємність з киснем, сопла для подачі кисню, вихідні валки. Пристрій забезпечує утилізацію шини з розділенням бігової доріжки на складові термоокислювальним способом, за рахунок термічного нагріву металокорду та окислення прилеглих шарів гуми протекторної і каркасної частин шляхом подачі кисню в зону нагріву бігової доріжки. Спільними суттєвими відмінними ознаками даного технічного рішення та указаного найближчого аналогу [9] є наявність корпусу (ванни), притискного і спрямовуючого валків, індуктора електромагнітного поля, вихідних валків. Основними недоліками найближчого аналогу є той факт, що при нагріванні у високочастотному електромагнітному полі в присутності кисню відбувається окисне руйнування як з'єднувального прошарку гума-металокорд, так і більш глибоких шарів гуми [10]. Тому отримані продукти утилізації під впливом термічного окислення, у кінцевому рахунку змінюють свої фізико-хімічні та механічні властивості. Так металокорд, отриманий в процесі утилізації з використанням даного пристрою, зберігає свої механічні властивості лише до 80 % [11], що пов'язане з його перегрівом [12]. Значна частина гуми, яку отримано в процесі термодеструкції, піддається додатковому окисленню [9]. Таким чином, даний пристрій має суттєві недоліки, які пов'язані з втратою продуктами утилізації своїх первинних фізико-хімічних, і як наслідок, механічних властивостей. Це обмежує область застосування продуктів утилізації - гуми та металевого корду та не дозволяє використовувати їх за первинним призначенням у повному обсязі. Крім того, необхідність використовувати кисень при утилізації збільшує небезпеку і вартість робіт. Технічною задачею винаходу є створення високоефективного, екологічно чистого, безпечного для довкілля пристрою за типом виробництва замкнутого циклу, яке б займало невеликі площі, мало би порівняно не дороге функціональне обладнання, було прибутковим. Тому пристрій для утилізації зношених автошин в електромагнітному полі, який містить корпус з розміщеними в ньому притискним і спрямовуючим валками, індуктор електромагнітного 2 UA 104220 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 поля, вихідні валки, дифузор з димовідводом, систему живлення і управління, додатково обладнано електромагнітно-механічною системою розшарування та видалення металевого корду від протектора та каркасу, яка включає в себе вузол теплової дії на металевий корд та вузол механічної дії, причому вузол теплової дії суміщений з індуктором, а індуктор виконаний з забезпеченням режиму руйнування зв'язуючого шару гума - металокорд опосередковано зміні частоти коливального контуру пристрою; вузол механічної дії складається з двох послідовно встановлених за вихідними валками магнітних барабанів, що обертаються в нерухомих екрануючих секторних кожухах у протилежних напрямках окремими приводами, та двох роз'єднувальних ножів, встановлених, відповідно, за магнітними барабанами. Вузол теплової дії виконаний з забезпеченням температури металокорду, нижчої від точки Кюрі і вищої від температури руйнування зв'язуючого шару гума - металевий корд автошини та обладнаний блоком контролю температури металокорду по електро- та теплофізичним властивостям матеріалу корду у взаємодії з частотними характеристиками електромагнітного поля індуктора. Магнітна система механічного видалення металокорду виконана з забезпеченням дії вектора магнітної сили на металокорд у напрямку, що забезпечує мінімальну роботу видалення металокорду від протектору та каркасу автошини. Суть винаходу пояснюється кресленням на Фіг. 1. Пристрій складається з наступних функціональних елементів: 1 - притискний та спрямовуючий валки подачі бігової доріжки; 2 - електромагнітний індуктор; 3 - корпус-ванна; 4 вихідні валки; 5 - магнітні барабани (їх приводи не показані); 6 - екрануючі секторні кожухи; 7 роз'єднувальні ножі; 8 - протектор; 9 - металокорд; 10 - каркас; 11 - дифузор з димовідводом; 12 - збірники протектору, металокорду та каркасу; 13 - технічна вода. На Фіг. 2 зображено блоксхему технологічної лінії з пристроєм для утилізації відпрацьованих автошин в електромагнітному полі, де 14 - автошина; 15 - мийка; 16 - борторізка; 17 - секатор; 18 - система живлення; 19 - система контролю та управління; 20 - газоутилізатор; позиції 1-5, 7, 11, 12 аналогічні зображеним на Фіг. 1. Пристрій приводиться в дію наступним чином: конвеєр (не показано) подає автошину 14 на мийку 15, де під напором технічної води та/чи ультразвуку здійснюється очищення її поверхні від бруду, далі покришка конвеєром доставляється на борторізку 16, де відбувається обрізання бічних кілець. Після цього бігову доріжку, що містить протектор, металокорд і каркас, розрізають упоперек кільця за допомогою секатора 17, встановленого на конвеєрі. Стрічка бігової доріжки подається за допомогою притискного та спрямовуючого валків 1 у електромагнітний індуктор 2, розташований у корпусі 3, де і відбувається руйнування з'єднуючого шару гума-металокорд. Вихідні валки 4 подають розшаровану бігову доріжку на магнітні барабани 5, за рахунок обертання яких відбувається їх послідовне механічне розділення на складові 8, 9, 10 на роз'єднувальних ножах 7. Фрагменти розшарування - каркас 10, металевий корд 9 і протектор 8 розподіляються у відповідні збірники 12. Легколеткі гази, що виділяються при розділенні з'єднуючого шару гума-металокорд, за допомогою дифузора і димовідводу 11 направляються в компресійний утилізатор газу 20. Технічна вода 13 слугує для видалення сфероїдальних часток гуми, що виділяються в процесі розшарування в зоні гума-металокорд. Основною перевагою запропонованого пристрою є зберігання фізико-хімічних та механічних властивостей складових автошини, що утилізується. Останнє дозволяє використовувати перероблену сировину за її первинним призначенням. А саме, виготовлення нових шин для сільськогосподарських машин, високоякісних гумотехнічних виробів, композитних сполук для дорожніх покриттів тощо. Зібрані легколеткі гази можуть використовуватися для енергетичних потреб виробництва, опалення міста тощо. Однією з переваг пристрою є використання невеликих площ - так для однієї лінії, яка здатна 2 утилізувати більше 2000 тонн автошин за рік необхідно лише 150 м . Вартість виробничої лінії з пристроєм приблизно в 1,5 рази дешевше прототипу [11]. Виробництво адаптовано для будьякого регіону і умов місцевості. Ноу-хау технології, які використовується в роботі запропонованого виробничого пристрою, дозволяє адаптувати його для утилізації автошин будь-яких марок та розмірів. Таким чином, запропоноване технічне рішення має всі ознаки винаходу. Отримана в процесі утилізації сировина зберігає всі властивості первинних продуктів за рахунок локального впливу енергії поля у наношарі гума-металокорд [13]. Розроблений пристрій заснований на способі руйнування зв'язків наношару зв'язуючого поверхню металокорду бігової доріжки автошини з її гумово-полімерними протекторною і каркасною частинами в електромагнітному полі при температурних режимах нагріву металокорду нижче точки Кюрі металу та гумового регенерату [12, 14], що дозволяє зберігати всі властивості складових компонентів бігової доріжки шин. 3 UA 104220 C2 5 10 15 20 25 30 35 На пристрої було проведено більше 200 випробувань, які підтвердили теоретичні розрахунки щодо відділення металокорду від гумово-протекторної і каркасної частин бігової доріжки автомобільних шин в електромагнітному полі та дозволили виділити наступні переваги: вирішення екологічної проблеми утилізації за типом замкнутого циклу; утилізація автошин будь-яких марок та виробників; отримана сировина зберігає фізико-хімічні та механічні властивості вихідного продукту; економія природної сировини для виготовлення шин; техніко-економічні показники виробництва на 50-70 % вищі, ніж в середньому по існуючим методам утилізації; мінімальні енерговитрати (близько 0,1 кВтгод./кг); 2 невеликі виробничі площі (1 лінія - 150 м ); гнучка зміна обсягів виробництва; виробництво адаптовано для будь-якого регіону і умов місцевості Україні; виробництво є безвідходним. Джерела інформації: 1. Патент Російської Федерації №: 2184908; МПК: F23G7/00,10.07.2002. 2. Патент Російської Федерації 2391359 С1; МПК: C08J11/20, В29В17/00, 10.06.2010. 3. Патент Російської Федерації № 2111859; МПК: C08J11/10, В29В17/00, 27.05.1998. 4. А.С. SU 1684062 А1 В 29 В 17/00, В 29 С 35/16, 15.10.1991. 5. Патент Російської Федерації №2348524; МПК: В29В, 01.01.2011. 6. Патент Російської Федерації №2050287; МПК: B26F3/06, 20.12.1995. 7. United States Patent US 6,391,930 B1, May 21, 2002. 8. Патент Російської Федерації № 2162015; МПК: В02С, 20.01.2001. 9. United States Patent US 5,290,380 B1, March 1, 1994. 10. Шленский О.Ф., Афанасьев Н.В., Шашков А.Г. Теория разрушения материалов. М- 1996,288 с. 11. Гительман А.И. Локальная термодеструкция - оригинальная технология переработки шин. Экология окружающей среды стран СНГ, 2001. 12. Котєнєв Ф.О., Прохур М.З., Явдощук В.Є. Дослідження нелінійних взаємодій електродинамічних, теплофізичних та концентраційних полів в композитних сполуках. Технічна електродинаміка, К - 2000,-2, С. 11-13. 13. Котєнєв Ф.О., Прохур М.З., Ладіков-Роєв O.K. Моделювання нелінійних взаємодій електродинамічних і теплофізичних полів у металево-полімерних сполуках. Технічна електродинаміка, К - 2002, -2, С. 16-18. 14. Бабат Г.И. Индукционный нагрев металлов и его промышленное применение. М. - Л., 1965, - 552 с. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 50 55 1. Пристрій для утилізації зношених автошин в електромагнітному полі, який містить корпус з розміщеними в ньому притискним і спрямовуючим валками, індуктор високочастотного електромагнітного поля, вихідні валки, дифузор з димовідводом, систему живлення і управління, який відрізняється тим, що він додатково обладнаний електромагнітно-механічною системою розшарування та видалення металевого корду від протектора та каркаса, яка включає в себе вузол теплової дії на металевий корд та вузол механічної дії, причому вузол теплової дії суміщений з індуктором, а індуктор виконаний з забезпеченням режиму руйнування з'єднуючого шару гума-металокорд опосередковано зміні частоти коливального контуру пристрою; вузол механічної дії складається з двох послідовно встановлених за вихідними валками магнітних барабанів, що обертаються в нерухомих екрануючих секторних кожухах у протилежних напрямках окремими приводами, та двох роз'єднувальних ножів, встановлених, відповідно, за першим та другим магнітними барабанами по ходу бігової доріжки. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що вузол теплової дії виконаний з забезпеченням температури металокорду, нижчої від точки Кюрі і вищої від температури руйнування з'єднуючого шару гума-металокорд. 3. Пристрій за будь-яким з пп. 1-2, який відрізняється тим, що вузол теплової дії обладнаний блоком контролю температури металокорду по електро- та теплофізичним властивостям матеріалу корду у взаємодії з частотними характеристиками електромагнітного поля індуктора. 4. Пристрій за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що магнітна система механічного видалення металокорду виконана з забезпеченням дії вектора магнітної сили на металокорд у 4 UA 104220 C2 напрямку, що забезпечує мінімальну роботу видалення металокорду від протектора та каркаса автошини. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5