CN113683814B - 废旧轮胎胶粉活化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废旧轮胎胶粉活化装置，属于橡胶沥青生产设备技术领域，包括用于容纳胶粉的微波谐振腔，微波谐振腔与微波发生器相连，微波谐振腔的底部设有搅拌机构，搅拌机构内部嵌装测温元件，用于对胶粉温度进行分布式测量；微波谐振腔的顶部设有微波辐射组件，能够根据胶粉温度进行靶向定位辐射微波。本发明中微波发生器通过波导与微波谐振腔相连，利用底部的搅拌机构对内部胶粉进行搅拌，借助搅拌机构内部的测温元件对胶粉温度进行分布式测量，再通过微波谐振腔顶部的微波辐射组件根据胶粉温度进行靶向定位辐射微波。利用本发明能够对微波谐振腔内胶粉温度进行分布式实时测量，确保胶粉均匀加热，实现胶粉的均匀活化脱硫。

Description

废旧轮胎胶粉活化装置

技术领域

本发明属于橡胶沥青生产设备技术领域，尤其涉及一种废旧轮胎胶粉活化装置。

背景技术

废旧轮胎再生利用方法之一是将废旧轮胎通过各种技术将内部的钢丝、纤维分离出来并将胶块研磨成胶粉。通过生产橡胶粉末回收利用废旧轮胎是集环保与资源再利用于一体的很有前途的发展模式。废橡胶是除废塑料之外的第二大废旧聚合物材料，具有量大和难处理的特点，将废橡胶制成胶粉利用最具研究价值，且胶粉的用途十分广泛，例如制备轮胎胎面胶材料等。

在废胎胶粉微波脱硫活化过程中，胶粉温度是表征其脱硫活化效果的最重要的指标，所以，需要对微波谐振腔内胶粉的温度进行分布式实时测量。而目前的测温技术还无法实现微波谐振腔内胶粉温度的精准测量，难以确保内部胶粉加热的一致性，无法实现均匀活化脱硫。

在加热干燥领域中，高频(包括微波、射频)加热、干燥技术的优越性已在许多行业中显示出来，但在高频强电磁场下测量温度，至今仍是个较大的技术难题。采用常规测温仪表，诸如水银温度计、热电偶、铜或铂热电阻，测量高频强电磁场下的物体温度，不仅会通过电磁耦合把干扰信号引人测量仪表，而且还由于导体在高频电磁场下产生的感应电流，尤其是由于集肤效应和涡流效应，导致感温元件发热而温度升高(热效应)。因此，目前高频加热、干燥的生产过程，很难实现自动控温。所以，在许多场合下，无法充分发挥高频加热、干燥的效果，可以说在这一领域中，测温问题已经阻碍着生产的进一步发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种废旧轮胎胶粉活化装置，能够基于温度场精准快速测量，调整微波辐射方向、面积和功率，实现胶粉均匀脱硫。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种废旧轮胎胶粉活化装置，包括用于容纳胶粉的微波谐振腔，所述微波谐振腔与微波发生器相连，所述微波谐振腔的底部设有搅拌机构，所述搅拌机构内部嵌装测温元件，用于对胶粉温度进行分布式测量；所述微波谐振腔的顶部设有微波辐射组件，能够根据胶粉温度进行靶向定位辐射微波。

优选的，所述搅拌机构包括搅拌轴及其表面上的搅拌叶，所述搅拌轴包括空心金属轴及其内部测温元件，所述测温元件包括填充在空心金属轴内腔的导热介质材料及传输光纤，所述传输光纤贯通导热介质材料的中心部位；所述传输光纤上间隔设有多个测温点，所述传输光纤延伸至搅拌轴的外部，所述传输光纤末端通过旋转连接器与温度测量模块相连，所述温度测量模块与上位机相连，所述上位机用于显示、储存和控制。

优选的，所述旋转连接器包括内环和外环，所述内环固定在传输光纤的端部，所述内环的外圆与外环的内孔配合；所述外环通过信号输出线与温度测量模块相连；所述温度测量模块将温度模拟信号转化为数字信号，然后将数字信号传递给上位机进行显示、储存和控制。

优选的，所述微波谐振腔的下部为长方体，所述搅拌轴为多根、且并列设置在微波谐振腔的下部，每根搅拌轴上的测温点轴向均布设置。

优选的，所述微波谐振腔的下部横截面宽1.2米、长4.8米，所述搅拌轴为四根，每根搅拌轴上的测温点间距0.3米，以测温点为中心形成0.3×0.3的方形测温区；所述微波谐振腔内沿其长度方向分为四个测温单元，每1.2米长度范围为一个测温单元，每个测温单元包含16个测温区。

优选的，所述微波辐射组件包括位姿调整机构、微波天线及椭圆面反射板，所述位姿调整机构的顶部设置于固定平台上、下端设置于动平台上，所述动平台通过贯穿微波谐振腔顶板的连接部与椭圆面反射板相连，用于对椭圆面反射板进行二维转动和一维移动的位姿调整；所述椭圆面反射板设置于微波谐振腔内，所述微波天线贯穿微波谐振腔的顶板、且与椭圆面反射板固连，所述微波天线的上端通过波导与微波发生器相连，所述微波天线的底部发射端设置于椭圆面反射板的上焦点，所述微波发生器产生的微波经椭圆面反射板反射后，经过椭圆面反射板的下焦点形成辐射面，对下方每个测温单元的胶粉进行辐射加热。

优选的，所述位姿调整机构包括三条运动支链，所述运动支链的上端与固定平台相连、下端与椭圆面反射板相连，所述运动支链上自上至下依次设有上虎克铰、直线导轨移动副和下虎克铰，能够实现椭圆面反射板的二维转动和一维移动。

优选的，所述位姿调整机构、微波天线及椭圆面反射板为多组、且对应设置于微波谐振腔内的多个测温单元上方。

优选的，所述微波辐射组件的控制过程如下：

初始时刻，微波天线位于三条运动支链调定的最高位置，微波天线发出的微波经椭圆面反射板反射后，辐射区域覆盖微波谐振腔内一个测温单元（包括16个测温区），对该区域的胶粉进行辐射活化，同时通过多根搅拌轴上的测温点监测此区域的温度场，即监测该测温单元内部多个测温区的温度值；依据多个温度值对辐射方式进行实时控制；

当微波谐振腔内某一区域最低温度T_min与平均温度T_a的差值大于5℃，三条运动支链控制椭圆面反射板调整位姿，使反射的微波波束指向最低温度所在区域，并且辐射范围覆盖此测温区域，实现靶向补偿辐射；

当此区域温度接近平均温度时，椭圆面反射板恢复至初始姿态，实现对多个测温区的共同辐射，直至某一测温点的温度低于平均温度达到5℃，再次对椭圆面反射板调整位姿，对该区域实施精准补偿辐射。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与现有技术相比，本发明中微波发生器通过波导与微波谐振腔相连，利用底部的搅拌机构对内部胶粉进行搅拌，借助搅拌机构内部的测温元件对胶粉温度进行分布式测量，再通过微波谐振腔顶部的微波辐射组件根据胶粉温度进行靶向定位辐射微波。利用本发明能够对微波谐振腔内胶粉温度进行分布式实时测量，确保胶粉均匀加热，实现胶粉的均匀活化脱硫。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例提供的一种废旧轮胎胶粉活化装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中搅拌轴的内部结构示意图；

图3是本发明实施例中微波谐振腔内部的测温单元布局示意图；

图4是本发明实施例中温度监测流程示意图；

图5是本发明实施例中位姿调整机构的结构示意图；

图6是本发明实施例中椭圆面反射板与微波天线的主视图；

图中：1-微波谐振腔，2-微波发生器，3-搅拌轴，30-测温点，31-空心金属轴，32-导热介质材料，33-传输光纤，34-测温单元，35-测温区；4-位姿调整机构，40-运动支链，41-上虎克铰，42-直线导轨移动副，43-下虎克铰；5-椭圆面反射板，6-波导，7-信号输出线，8-旋转连接器，9-温度测量模块，10-上位机，11-微波天线，12-固定平台，13-动平台。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供的一种废旧轮胎胶粉活化装置，包括用于容纳胶粉的微波谐振腔1，所述微波谐振腔1与微波发生器2相连，所述微波谐振腔1的底部设有搅拌机构，所述搅拌机构内部嵌装测温元件，用于对胶粉温度进行分布式测量；所述微波谐振腔1的顶部设有微波辐射组件，能够根据胶粉温度进行靶向定位辐射微波。通过搅拌机构内部的测温元件对微波谐振腔内胶粉进行实时测温，对于局部低温冷点，可通过微波辐射组件对其进行定向微波辐射，确保胶粉均匀脱硫活化。

在本发明的一个具体实施例中，所述搅拌机构包括搅拌轴3及其表面上的搅拌叶，所述搅拌轴3包括空心金属轴31及其内部测温元件，如图2所示，所述测温元件包括填充在空心金属轴31内腔的导热介质材料32及传输光纤33，所述传输光纤33贯通导热介质材料32的中心部位；如图3所示，所述传输光纤33上间隔设有多个测温点30，所述传输光纤33延伸至搅拌轴3的外部，所述传输光纤33末端通过旋转连接器8与温度测量模块9相连，所述温度测量模块9与上位机10相连，所述上位机10用于显示、储存和控制。

在上述技术方案中，空心金属轴不仅是整个传输光纤的外层保护铠甲，确保传输光纤具有极佳的恶劣环境耐受性，如耐磨、耐高温、耐腐蚀等，而且在长期使用过程中，与导热介质材料具有良好的相容性，不会与导热介质材料发生不良的化学反应而使光纤的特性发生漂移。

同时，传输光纤上的每一点都兼具“传”和“感”的功能。一束较强的脉冲激光信号在光纤中传输时，激光脉冲与光纤分子相互作用，产生多种微弱的背向散射，根据散射光的波长可将其分为瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射等。其中拉曼散射是由于光纤分子的热振动而产生的，分为两种：对温度不敏感的斯托克斯光和对温度敏感的反斯托克斯光，两者的波长不同。在多种散射光中，拉曼散射信号强度与所处位置温度的相关性最大，通过检测每一点拉曼散射光信号的光强，可以获得该点的温度信息，进而得到整根搅拌轴上的温度分布。

在一个具体实施例中，所述旋转连接器8包括内环和外环（图中未画出），所述内环固定在传输光纤33的端部，所述内环的外圆与外环的内孔配合；所述外环通过信号输出线7与温度测量模块9相连，如图4所示；所述温度测量模块9将温度模拟信号转化为数字信号，然后将数字信号传递给上位机10进行显示、储存和控制。

作为一种优选结构，如图3、4所示，所述微波谐振腔1的下部为长方体，所述搅拌轴3为多根、且并列设置在微波谐振腔1的下部，每根搅拌轴3上的测温点30轴向均布设置。具体设计时，所述微波谐振腔1的下部横截面宽1.2米、长4.8米，所述搅拌轴3为四根，每根搅拌轴3上的测温点30间距0.3米，以测温点30为中心形成0.3×0.3的方形测温区35；所述微波谐振腔1内沿其长度方向分为四个测温单元34，每1.2米长度范围为一个测温单元34，每个测温单元34包含16个测温区35。

采用上述结构搅拌轴进行测温有如下特点：

1） 数据实时采集:实时采集监控区域温度数据，并经过温度测量模块及上位机实时存储在数据库中。

2） 数据实时显示:利用上位机可实时显示采集温度分布曲线、各点温度随时间变化曲线。

3）快速性：系统测温、定位速度非常快。为了提高测量时间，采用高速数据滤波技术，以解决海量数字滤波优化问题。

4）分布特性：提供连续动态监测，搅拌轴轴线方向，每隔0.3米各测温点的温度变化信号。

5）准确性：取样间隔10s,温度分辨率0.1°C，温度精度土1°C，定位精度达±0.1m。

6）安全性：传输光纤采用光信号，检测温度安全、可靠。

在本发明的一个具体实施例中，如图1、5、6所示，所述微波辐射组件包括位姿调整机构4、微波天线11及椭圆面反射板5，所述位姿调整机构4的顶部设置于固定平台12上、下端设置于动平台13上，所述动平台13通过贯穿微波谐振腔1顶板的连接部与椭圆面反射板5相连，用于对椭圆面反射板5进行二维转动和一维移动的位姿调整；所述椭圆面反射板5设置于微波谐振腔1内，所述微波天线11贯穿微波谐振腔1的顶板、且与椭圆面反射板5固连，所述微波天线11的上端通过波导6与微波发生器2相连，所述微波天线11的底部发射端设置于椭圆面反射板5的上焦点，所述微波发生器2产生的微波经椭圆面反射板5反射后，经过椭圆面反射板5的下焦点形成辐射面，对下方每个测温单元34的胶粉进行辐射加热。其中，波导采用软波导，软波导可以扭转一定角度，方便调整各部件之间相对位置。

在本发明的一个具体实施例中，如图5所示，所述位姿调整机构4包括三条运动支链40，所述运动支链40的上端与固定平台12相连、下端与椭圆面反射板5相连，所述运动支链40上自上至下依次设有上虎克铰41、直线导轨移动副42和下虎克铰43，能够实现椭圆面反射板5的二维转动和一维移动。其中，直线导轨移动副可采用电动推杆。该结构的位姿调整机构为3-UPU并联机构，能够实现椭圆面反射板在垂直方向位移调整及两个方向的转动，能够使椭圆面反射板朝向微波谐振腔内各个测温单元。

进一步优化上述技术方案，所述位姿调整机构4、微波天线11及椭圆面反射板5为多组、且对应设置于微波谐振腔1内的多个测温单元34上方。图3中微波谐振腔内分为四个测温单元，相应的位姿调整机构4、微波天线11及椭圆面反射板5设为四组。

在废胎胶粉微波脱硫活化过程中，由于胶粉理化特性的非同一性以及微波场场强分布的非均匀性，胶粉的温度场是不一致的，不同位置的胶粉温度差异较大，严重影响胶粉整体的脱硫活化效果。所以，依据温度场的实时测量结果，需要对冷点进行靶向补偿辐射，提高温度一致性，从而保证胶粉的脱硫活化效果。为了实现对胶粉的靶向辐射，椭圆面反射板需要三个自由度的位姿调整，两个方向的转动和一个方向的移动。具体应用时，通过位姿调整机构微调椭圆面反射板的位置和姿态，从而调整微波辐射区域的位置和大小，实现对胶粉的靶向辐射。

通过位姿调整机构实现单个微波天线的辐射区域可调：

（1）通过上下移动椭圆面反射板，调整辐射面积的大小，在最高位置时，辐射面积最大，覆盖相邻的16个测温区域；向下移动，辐射面积减小，最小面积为覆盖一个测温区。

（2）两个方向的摆动，调整微波辐射的方向，精准辐射1～16号单个测温区。

本发明中微波辐射组件的控制过程如下：

初始时刻，微波天线11位于三条运动支链40调定的最高位置，微波天线11发出的微波经椭圆面反射板5反射后，辐射区域覆盖微波谐振腔1内一个测温单元34的16个测温区35，对该区域的胶粉进行辐射活化，同时通过多根搅拌轴3上的测温点30监测此区域的温度场，即监测该测温单元34内部多个测温区35的温度值；依据多个温度值对辐射方式进行实时控制；

当微波谐振腔1内某一区域的最低温度T_min与平均温度T_a的差值大于5℃，三条运动支链40控制椭圆面反射板5调整位姿，使反射的微波波束指向最低温度所在区域，并且辐射范围覆盖此测温区域，实现靶向补偿辐射；

当此区域温度接近平均温度时，椭圆面反射板5恢复至初始姿态，实现对多个测温区35的共同辐射，直至某一测温点的温度低于平均温度达到5℃，再次对椭圆面反射板5调整位姿，对该区域实施精准补偿辐射。

在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受上面公开的具体实施例的限制。

Claims (6)

1.一种废旧轮胎胶粉活化装置，其特征在于：包括用于容纳胶粉的微波谐振腔，所述微波谐振腔与微波发生器相连，所述微波谐振腔的底部设有搅拌机构，所述搅拌机构内部嵌装测温元件，用于对胶粉温度进行分布式测量；所述微波谐振腔的顶部设有微波辐射组件，能够根据胶粉温度进行靶向定位辐射微波；所述搅拌机构包括搅拌轴及其表面上的搅拌叶，所述搅拌轴包括空心金属轴及其内部测温元件，所述测温元件包括填充在空心金属轴内腔的导热介质材料及传输光纤，所述传输光纤贯通导热介质材料的中心部位；所述传输光纤上间隔设有多个测温点，所述传输光纤延伸至搅拌轴的外部，所述传输光纤末端通过旋转连接器与温度测量模块相连，所述温度测量模块与上位机相连，所述上位机用于显示、储存和控制；

所述微波谐振腔的下部为长方体，所述搅拌轴为多根、且并列设置在微波谐振腔的下部，每根搅拌轴上的测温点轴向均布设置；每根搅拌轴上的测温点间距0.3米，以测温点为中心形成0.3×0.3的方形测温区；

所述微波辐射组件包括位姿调整机构、微波天线及椭圆面反射板，所述位姿调整机构的顶部设置于固定平台上、下端设置于动平台上，所述动平台通过贯穿微波谐振腔顶板的连接部与椭圆面反射板相连，用于对椭圆面反射板进行二维转动和一维移动的位姿调整；所述椭圆面反射板设置于微波谐振腔内，所述微波天线贯穿微波谐振腔的顶板、且与椭圆面反射板固连，所述微波天线的上端通过波导与微波发生器相连，所述微波天线的底部发射端设置于椭圆面反射板的上焦点，所述微波发生器产生的微波经椭圆面反射板反射后，经过椭圆面反射板的下焦点形成辐射面，对下方胶粉进行辐射加热；波导采用软波导。

2.根据权利要求1所述的废旧轮胎胶粉活化装置，其特征在于：所述旋转连接器包括内环和外环，所述内环固定在传输光纤的端部，所述内环的外圆与外环的内孔配合；所述外环通过信号输出线与温度测量模块相连；所述温度测量模块将温度模拟信号转化为数字信号，然后将数字信号传递给上位机进行显示、储存和控制。

3.根据权利要求1所述的废旧轮胎胶粉活化装置，其特征在于：所述微波谐振腔的下部横截面宽1.2米、长4.8米，所述搅拌轴为四根，每根搅拌轴上的测温点间距0.3米，以测温点为中心形成0.3×0.3的方形测温区；所述微波谐振腔内沿其长度方向分为四个测温单元，每1.2米长度范围为一个测温单元，每个测温单元包含16个测温区。

4.根据权利要求1所述的废旧轮胎胶粉活化装置，其特征在于：所述位姿调整机构包括三条运动支链，所述运动支链的上端与固定平台相连、下端与椭圆面反射板相连，所述运动支链上自上至下依次设有上虎克铰、直线导轨移动副和下虎克铰，能够实现椭圆面反射板的二维转动和一维移动。

5.根据权利要求1所述的废旧轮胎胶粉活化装置，其特征在于：所述位姿调整机构、微波天线及椭圆面反射板为多组、且对应设置于微波谐振腔内的多个测温单元上方。

6.根据权利要求4所述的废旧轮胎胶粉活化装置，其特征在于：所述微波辐射组件的控制过程如下：

初始时刻，微波天线位于三条运动支链调定的最高位置，微波天线发出的微波经椭圆面反射板反射后，辐射区域覆盖微波谐振腔内一个测温单元，对该区域的胶粉进行辐射活化，同时通过多根搅拌轴上的测温点监测此区域的温度场，即监测该测温单元内部多个测温区的温度值；依据多个温度值对辐射方式进行实时控制；

当微波谐振腔内某一区域最低温度Tmin与平均温度Ta的差值大于5℃，三条运动支链控制椭圆面反射板调整位姿，使反射的微波波束指向最低温度所在区域，并且辐射范围覆盖此测温区域，实现靶向补偿辐射；

当此区域温度接近平均温度时，椭圆面反射板恢复至初始姿态，实现对多个测温区的共同辐射，直至某一测温点的温度低于平均温度达到5℃，再次对椭圆面反射板调整位姿，对该区域实施精准补偿辐射。