Пристрій для гранулювання з гарячим відрізанням

Реферат: Винахід стосується пристрою для гранулювання з гарячим відрізанням, зокрема термопластичної смоли, причому розплавлені в екструдері безперервні жили матеріалу в корпусі (1) гранулятора ріжуться в частки грануляту ножами (11), що обертаються і розташовані на валу (9), який приводиться в дію двигуном (13), при цьому частки грануляту підхоплюються охолоджувальним середовищем, що тече у корпусі (1) гранулятора, охолоджуються та видаляються з корпусу (1) гранулятора, який відрізняється тим, що між валом (9) і зоною корпусу (1) гранулятора, через яку вал (9) проходить у корпус (1) гранулятора, знаходиться наскрізний отвір (17), що встановлює безперервний рідинний зв'язок між внутрішньою частиною корпусу (1) гранулятора і зовнішнім середовищем. UA 100793 C2 (12) UA 100793 C2 UA 100793 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується пристрою для гранулювання згідно з преамбулою першого пункту формули винаходу. Відомі різні типи пристроїв для гранулювання з гарячим відрізанням, де зрізані гранули захоплюються, охолоджуються і видаляються швидкоплинною рідинною плівкою або рідинним, наприклад водним, кільцем. Слабким місцем у таких пристроях є герметизація привідного валу ножів проти води, що обертається в корпусі гранулятора. Необхідно запобігати витіканню води через зону між валом і корпусом гранулятора, оскільки інакше вода може небажано потрапити в зону двигуна. З рівня техніки відомі різні види такої герметизації, які досить добре ущільнюють вал, що обертається навколо своєї осі. Проте ситуація стає більш складною, коли вал обертається не тільки навколо власної осі, але також додатково повинен переміщатися уздовж своєї осі, щоб оптимально підібрати відстань між ножами та перфорованою пластиною та тиск різання цими ножами. Такі пристрої для гранулювання, де вал, що втримує ніж, є регульованим в осьовому напрямку, також відомі в безлічі виконань. У цих випадках герметизація повинна не тільки запобігати витіканню води та витримувати обертання валу в підшипнику, але й забезпечувати можливість його регулювання протягом тривалого часу. Згідно з рівнем техніки, вал головки ножів для цього закріплюють у втулці, виконаній з можливістю аксіального переміщення. Цими засобами також досягається бажаний контактний тиск ножів на перфоровану пластину. Як правило, обертальний момент передається до привідного валу ножів за допомогою зубчастого з'єднання. Якщо як рідина, що охолоджує отримані частки грануляту, використовується вода, що звичайно має місце, привідний вал ножів повинен бути ущільнений відносно корпусу, щоб запобігти просочуванню води через підшипник. При цьому виникають проблеми, залежні від тертя. Осьовий зсув привідного валу ножів також викликає зсув поверхні ковзання кільця герметизації, що здійснює герметизацію відносно води, так що умови тертя безупинно змінюються. Подібним чином параметри тертя зубчастого з'єднання також змінюються під час зсуву привідного валу ножів. Крім того, потрібно звернути увагу на те, що втулка, яка є основою, рухається в підшипнику ковзання, який необхідно змазувати. Тут також у різний час виникають різні параметри тертя, тому що змащувальний засіб (звичайне масло) через деякий час стає більш-менш липким, так що утворюється відносно високий початковий пусковий момент, який відрізняється від припустимого, при якому звичайно бажано тільки незначне осьове тертя. Крім того, дія підшипника ковзання залежить від певних зусиль. Ковзна опора валу в корпусі за допомогою двох кілець герметизації з масляною плівкою між ними також має недоліки, такі як обмежений термін служби ущільнення, коли в певний момент ущільнюючі елементи стають пористими та починають протікати, а масляна плівка витікає та згодом спікається на валу, тим самим позбавляючи його можливості осьового зсуву. З рівня техніки відомі різноманітні варіанти рішення цієї проблеми, наприклад, заміна опорної втулки валу підшипником двигуна. Крім того, розроблені різні підвіски двигунів, які зазначені, наприклад, у патенті Німеччини DE 10 302 645 або в міжнародній публікації WO 2006/122340, для забезпечення можливості осьового зсуву привідного валу ножів протягом тривалого часу. Метою цього винаходу є створення пристрою описаного вище типу, у якому конструктивно просто та економічно ефективно досягається щільність ущільнення в зоні валу. Ця мета досягається згідно з ознаками пункту 1 формули винаходу. Передбачено, що між валом і зоною корпусу гранулятора, де вал проходить в корпус гранулятора, виконаний наскрізний отвір, у якому встановлюється рідинний зв'язок між внутрішньою частиною корпусу гранулятора та зовнішнім середовищем. Це рішення засноване на несподіваній реалізації того, що при виведенні текучого охолоджувального середовища з корпусу гранулятора або при відносно швидкому потоку води, як у водоструминному насосі, у корпусі гранулятора утворюється певний вакуум відносно довкілля. За допомогою цього вакууму зовнішнє повітря втягується ззовні через наскрізний отвір усередину корпусу гранулятора. За допомогою повітряного потоку, який спрямований у внутрішню частину, охолоджувальне середовище більше не може виходити назовні цим шляхом, а саме, поруч із валом або уздовж нього проти зустрічного повітряного потоку. Несподівано виявилося, що цей принцип діє задовільно вже при дуже слабому вакуумі в корпусі гранулятора або при дуже невеликих відмінностях вакууму. Із цієї причини або шляхом свідомого створення протікання, або неущільненої зони, або безперешкодного отвору там, де дотепер завжди було необхідно найкраще герметичне ущільнення з одночасною осьовою рухливістю, ущільнення валу за допомогою кілець герметизації або змащувального засобу для запобігання витіканню води між валом і корпусом тепер більше не потрібно, і можна використовувати не настільки добре ущільнююче, твердіше і 1 UA 100793 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 тому більш довговічне ущільнення або можна повністю відмовитися від ущільнення. Тим не менше, забезпечується герметичність ущільнення між валом і корпусом гранулятора і неможливість протікання води. За допомогою такого конструктивно дуже простого способу може бути отриманий пристрій для гранулювання, який, з одного боку, непроникний для протікання охолоджувального середовища в критичній зоні валу та, разом з тим, можна обійтися без використання дорогих і уразливих ущільнень. Додаткові вигідні можливості пристрою або його варіантів втілення визначені ознаками залежних пунктів формули винаходу: За кращим варіантом, вал виконаний з можливістю регулювання або переміщення в напрямку його подовжньої осі так, що ножі зрізують частки грануляту з оптимальним зусиллям різання. Також у контексті цього варіанту пристрою для гранулювання з гарячим відрізанням, у якому вал не тільки обертається навколо своєї осі, але й додатково виконаний з можливістю регулювання в осьовому напрямку, такий пристрій за цим винаходом дає істотні переваги. З одного боку, гарантується герметичність ущільнення також у випадку, коли вал виконаний з можливістю регулювання таким чином в осьовому напрямку. Крім того, як було відзначено спочатку, згідно з рівнем техніки герметизація валу, виконаного з можливістю регулювання в осьовому напрямку, не була задовільною, зокрема, відносно короткого строку служби ущільнень або через обмежену здатність зсуву. Той факт, що згідно з варіантом виконання за цим винаходом схильні до зношування ущільнення більше точно не потрібні, дає додаткову перевагу у тому, що постійно забезпечується здатність валу переміщатися в осьовому напрямку з метою постійного регулювання ножової головки. За кращим варіантом вал повністю та з усіх боків оточений наскрізним для потоку отвором у вигляді кільцеподібного зазору, або циліндричного кільця, або циліндричної оболонки, і вал проходить у корпус гранулятора без контакту, або кільцеподібний отвір виконаний заглибленим. Завдяки цьому знижується тертя валу, який тепер вільно рухається без ковзання, що у свою чергу приводить до економії матеріалів та енергії. Далі, за цим винаходом, краще, щоб вал та/або двигун були закріплені за межами корпусу гранулятора. Завдяки цьому при підтримуванні герметичності ущільнення та терміну служби, тертя валу стає мінімальним, а ефективність повітряного потоку збільшується. В альтернативному варіанті, вал 9, при необхідності, може підтримуватися підшипником, який розташований у внутрішній частині корпусу 1 гранулятора. У ще одному варіанті цього винаходу перевагою може бути те, що в зоні проходження валу у корпус гранулятора, у його середині встановлений фланцевий елемент, що охоплює вал, причому наскрізний отвір, виконаний у фланцевому елементі, оточує вал у вигляді циліндричної оболонки або у вигляді кільцевого зазору. Завдяки фланцевому елементу, виникають додаткові перешкоди для проходу охолоджувального середовища. Крім того, фланцевий елемент може виконувати функції напрямної для валу. За ще одним кращим варіантом наскрізний отвір постійно відкритий або забезпечує постійне надходження або проникнення газу, що дозволяє уникнути можливих закупорок через воду або частки грануляту. Далі, перевагою є те, що в наскрізному отворі відсутні засоби герметизації, зокрема одне або декілька кілець герметизації та/або плівки змащувального засобу. Завдяки повній відсутності цих додаткових засобів герметизації, пристрій - при одночасному підтримуванні герметичності ущільнення - є, при зниженні тертя та поліпшенні здатності осьового переміщення, менш пошкоджуваним, більш економічно вигідним і конструктивно простішим. За іншим кращім варіантом, в наскрізному отворі, краще у фланцевому елементі, може бути встановлена або розташована зворотна різьба, яка охоплює вал і спрямована усередину, завдяки чому існує певний захист від можливого протікання води у випадку закупорки наскрізного отвору або чогось подібного, і вода, що входить у зазор, транспортується назад у корпус гранулятора також без участі повітряного потоку. Наступним кращим варіантом даного пристрою є пристрій, виконаний у вигляді відомого пристрою для гранулювання з гарячим відрізанням, у корпусі гранулятора якого здійснюється циркуляція рідинного кільця або рідинної оболонки, наприклад води, водно-гліколевої суміші та т.п., причому швидкість потоку води може бути підібрана таким чином, щоб для запобігання проникненню або протіканню води через наскрізний отвір, через нього надходив досить сильний потік повітря. За допомогою збільшення швидкості потоку охолоджувального середовища або під час її витікання з корпусу створюється підвищений вакуум або низький тиск, внаслідок чого збільшується герметичність системи. 2 UA 100793 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В альтернативному варіанті або додатково можна забезпечити або приєднати до корпусу гранулятора вакуумний насос, що принаймні частково створює вакуум у корпусі. При цьому навіть у випадку припинення водного потоку або занадто малого водного потоку може підтримуватися герметичність ущільнення. За цим винаходом краще, коли корпус гранулятора стійкий до вакууму та коли він виконаний таким чином, що протікання корпусу гранулятора настільки малі, що у внутрішню частину корпусу гранулятора через наскрізний отвір завжди втягується достатня кількість повітря і для запобігання витіканню або проникненню води через наскрізний отвір встановлюється досить сильний повітряний потік. Зокрема краще, якщо корпус гранулятора під час дії, крім того, що він має наскрізний отвір та лінії подання та розвантаження охолоджувального середовища, виконаний газонепроникним. Ефект потоку через наскрізний отвір таким чином максимізується. Додаткові ознаки та переваги винаходу випливають з опису кращих прикладів виконання, які схематично представлені на кресленнях. На фіг. 1 представлений пристрій згідно з цим винаходом. На фіг. 2 представлений альтернативний варіант виконання пристрою. Кращий варіант пристрою, представлений на фіг. 1, має циліндричний корпус 1 гранулятора, обмежений з одного боку, зокрема, з боку екструдера, перфорованою пластиною 2, а з іншого боку - торцевою стінкою 14. У перфорованій пластині 2 знаходиться магістральний канал 3, що призначений для пластифікованого матеріалу, що підлягає гранулюванню, або розплаву, зокрема, для термопластичної смоли, що тече в напрямку стрілки 4 від магістрального каналу 3 у кілька розподільних каналів 5, які закінчуються на передній грані 6 перфорованої пластини 2 у соплах 7, які розташовані по колу та на рівних відстанях навколо центральної подовжньої осі 8 корпусу 1 гранулятора. Ця подовжня вісь 8 одночасно є віссю обертання валу 9, до якого на кінці, зверненому до перфорованої пластини 2, приєднана ножова головка 10, оснащена рядом ножів 11, які під час обертання валу 9 навколо його осі в напрямку стрілки 12 сковзають по отворах сопел 7 і таким чином для гранулювання часток зрізують безперервну жилоподібну пластмасову масу, що виходить під тиском із сопел 7. Вал 9 обертається за допомогою двигуна 13, що розташований за межами корпусу 1 гранулятора за торцевою стінкою 14. Для забезпечення постійного ковзання ножів 11 по отворах сопел 7 з бажаним контактним тиском або оптимальним тиском різання, вал 9, який згідно з цим варіантом, зокрема, містить двигун 13, що приводить вал у рух, виконаний з можливістю переміщатися або регулюватися в осьовому напрямку подовжньої осі 8 відносно корпусу 1 гранулятора. У цьому випадку така можливість забезпечується пристроєм регулювання 27, що може бути виконаний у вигляді приводу довільного типу, наприклад за допомогою гвинтової різьби, магніту, двигуна та т.п. У радіальному напрямку вал 9 є нерухомим або незначно рухомим. Пристрій регулювання згідно з варіантом на фіг. 1 прикріплений до корпусу 1 гранулятора і входить у зчеплення з корпусом двигуна 13, причому можливість осьового регулювання валу 9 може бути здійснена по-різному. Під час дії охолоджувальне середовище, зокрема, охолоджувальну воду або суміш води та гліколю, вводять усередину корпусу 1 гранулятора. Охолоджувальна вода подається по дотичній через лінію 21 у напрямку стрілки 22 і тече в кільцеподібний простір 23, що оточує перфоровану пластину 2, звідки вода надходить принаймні через один отвір 24 усередину корпусу 1 гранулятора, простягається по внутрішній стороні стінки 16 у вигляді водяної плівки або водяного кільця та у такий спосіб підхоплює та охолоджує частки грануляту, які були відрізані ножами 11, відразу після їхнього створення, щоб запобігти спіканню часток разом. Охолоджені частки грануляту вивантажують із корпусу 1 гранулятора разом з охолоджувальною водою через лінію розвантаження 25 у напрямку стрілки 26. У випадку пристрою на фіг. 1 мова йде насамперед про відомий пристрій гранулювання з гарячим відрізанням, у якому видалення часток грануляту відбувається за допомогою водної плівки, що обертається. Вал 9 проходить через корпус 1 гранулятора у центрі середньої зони торцевої стінки 14. Вал 9 не підтримується в торцевій стінці 14 корпусу 1 гранулятора, однак головним чином, він утримується двигуном 13. Вал 9 вільно проходить через корпус 1 гранулятора без контакту і тому без тертя, або він знаходиться на відстані від корпусу 1 гранулятора. Зона між валом 9 і корпусом 1 гранулятора, якщо вона вільна від ковзного тертя, означає відсутність ущільнення у цій зоні, а саме, відсутність як ущільнюючих кілець, так і плівок мастильних засобів або подібних засобів. Тому між внутрішньою частиною корпусу 1 гранулятора і зовнішнім середовищем створений постійно відкритий наскрізний отвір 17, через який може проходити повітря в напрямку стрілки 31 ззовні у внутрішню частину корпусу 1 гранулятора. Наскрізний отвір 17 безпосередньо межує із валом 9 або проходить 3 UA 100793 C2 5 10 15 20 25 30 35 безпосередньо уздовж валу 9, або вал 9 оточений наскрізним отвором 17 повністю та з усіх боків циліндричною оболонкою. Утворений наскрізний отвір 17 своєю формою походить на циліндричне кільце або кільцевий зазор, або подібний відкритий простір утоплений. За допомогою вивантаження текучого охолоджувального середовища з корпусу 1 гранулятора (стрілка 26) або відносно швидкого потоку води, зокрема на виході 25, у корпусі 1 гранулятора утворюється певний вакуум в порівнянні із зовнішнім середовищем, аналогічно водоструминному насосу. На величину вакууму також впливають форми виходу 25 і переміщення охолоджувального середовища в ущільненій системі, наприклад шланг. За допомогою цього вакууму навколишнє повітря втягується по стрілці 31 ззовні через наскрізний отвір 17 уздовж валу 9 усередину корпусу 1 гранулятора. Через цей повітряний потік 31, що спрямований усередину, охолоджувальне середовище не може виходити назовні через наскрізний отвір 17 проти повітряного потоку 31. Несподівано виявилося, що цей принцип діє задовільно вже при незначному вакуумі в корпусі 1 гранулятора. Отже зона, через яку вал 9 проходить в корпус 1 гранулятора, ущільнена від витікання охолоджувального середовища, завдяки чому в цій зоні можна не застосовувати дорогі та потенційно ненадійні ущільнення. На фіг. 2 представлене ще одне краще альтернативне виконання цього пристрою. Воно, в основному, збігається з пристроєм на фіг. 1. Однак на торцевій стінці 14 з внутрішньої сторони корпусу 1 гранулятора, у зоні проходження валу 9 у корпус 1 гранулятора розташований фланцевий елемент 19, що охоплює вал 9 по типу кільця, причому наскрізний отвір 17 виконаний у цьому фланцевому елементі 19 і з усіх боків охоплює вал 9 як циліндрична оболонка або у вигляді циліндра. При цьому вал 9 не торкається ні корпусу 1 гранулятора, ні фланцевого елемента 19 і діє як такий повністю безконтактно й тому без тертя та без зношування і знаходиться на відстані від корпусу 1 гранулятора та/або від фланцевого елемента 19. У наскрізному отворі 17, а саме у фланцевому елементі 19 розташоване зворотна різьба 30, що охоплює вал 9 у вигляді циліндричної оболонки або у вигляді циліндра. Ця зворотна різьба 30 примикає до валу 9 безконтактно на відстані або краще злегка чіпляючи вал 9 і переміщається усередину у напрямку корпусу 1 гранулятора. Таким чином залишкова вода може бути видалена, або утворюється варіант захисту від ушкодження у випадку, якщо вакуум у корпусі 1 гранулятора буде занадто низьким або іноді буде пропадати. Зворотна різьба 30 не є такою, що значно перешкоджає потоку повітря, що проходить, або забезпечується постійно відкритий наскрізний отвір 17. Корпус 1 гранулятора виконаний таким чином, що можливі протікання з корпусу 1 гранулятора настільки незначні, що під час дії усередину корпусу 1 гранулятора через наскрізний отвір 17 надходить достатня кількість повітря та забезпечується досить сильний його потік, щоб запобігти витіканню або просочуванню води через наскрізний отвір 17. Зокрема, краще, щоб, крім наявності наскрізного отвору 17 і ліній подання та вивантаження 21, 25 охолоджувального середовища, корпус 1 гранулятора під час дії був виконаний газонепроникним. 40 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 1. Пристрій для гранулювання з гарячим відрізанням, зокрема термопластичної смоли, у якому розплавлені в екструдері безперервні жили матеріалу в корпусі (1) гранулятора зрізуються в частки грануляту ножами (11), що обертаються і розташовані на валу (9), веденому двигуном (13), причому частки грануляту підхоплюються, охолоджуються та видаляються з корпусу (1) гранулятора охолоджувальним середовищем, що тече в корпусі (1) гранулятора, який відрізняється тим, що між валом (9) і зоною корпусу (1) гранулятора, через яку вал (9) проходить у корпус (1) гранулятора, створений наскрізний отвір (17), який встановлює рідинний зв'язок між внутрішньою частиною корпусу (1) гранулятора і зовнішнім середовищем. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що вал (9), що використовується для зрізання часток грануляту за допомогою ножів (11) з оптимальним зусиллям різання, виконаний з можливістю регулювання або переміщення в напрямку його подовжньої осі (8). 3. Пристрій за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що вал (9) повністю та з усіх боків оточений наскрізним отвором (17) у вигляді кільцеподібного зазору або циліндричної оболонки, або тим, що навколо вала (9) виконаний кільцеподібний відкритий простір, а вал (9) проходить в корпус (1) гранулятора без контакту. 4. Пристрій за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що вал (9) та/або двигун (13) закріплені за межами корпусу (1) гранулятора. 4 UA 100793 C2 5 10 15 20 25 5. Пристрій за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що в зоні проходження вала (9) усередину корпусу (1) гранулятора з внутрішньої сторони корпусу (1) гранулятора розташований фланцевий елемент (19), який охоплює вал (9), причому в цьому елементі (19) виконаний наскрізний отвір (17), який оточує вал (9), у вигляді кільцевого зазору або у вигляді циліндричної оболонки. 6. Пристрій за будь-яким з пп. 1-5, який відрізняється тим, що наскрізний отвір (17) постійно відкритий або забезпечує постійне надходження газу та/або виконаний без засобів герметизації, зокрема без жодного або кількох ущільнювальних кілець та/або змащувального засобу. 7. Пристрій за будь-яким з пп. 1-6, який відрізняється тим, що в наскрізному отворі (17), краще закріплена у фланцевому елементі (19), встановлена зворотна різьба (30), що спрямована усередину корпусу та охоплює вал (9). 8. Пристрій за будь-яким з пп. 1-7, який відрізняється тим, що цей пристрій виконаний як такий відомий пристрій гранулювання з гарячим відрізанням, у якому в корпусі (1) гранулятора циркулює рідинне кільце або оболонка охолоджувального середовища, зокрема охолоджувальної рідини, причому швидкість струменя охолоджувального середовища може бути підібрана таким чином, щоб встановити досить сильний повітряний потік через наскрізний отвір (17) для запобігання протіканню або проникненню охолоджувального середовища через наскрізний отвір (17) та/або тим, що для здійснення впливу на вакуум в корпусі (1) гранулятора встановлений додатковий вакуумний насос. 9. Пристрій за будь-яким з пп. 1-8, який відрізняється тим, що корпус (1) гранулятора стійкий до вакууму, та тим, що він виконаний у такий спосіб або протікання корпусу (1) гранулятора настільки незначні, що завжди через наскрізний отвір (17) усередину корпусу (1) гранулятора втягується достатньо повітря та через наскрізний отвір (17) встановлюється досить сильний повітряний потік, щоб запобігти протіканню або проникненню охолоджувального середовища через цей отвір, зокрема тим, що корпус (1) гранулятора під час своєї дії, крім того, що він має наскрізний отвір (17) і лінії подання та вивантаження (21, 25) охолоджувального середовища, виконаний газонепроникним. 5 UA 100793 C2 6 UA 100793 C2 Комп’ютерна верстка С. Чулій 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 7