PL221783B1 - Komora robocza urządzenia do wytwarzania pelet opałowych lub paszowych i matryca formująca - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest komora robocza urządzenia do wytwarzania pelet opałowych lub paszowych i matryca formująca zawarta w komorze roboczej. Wynalazek dotyczy konstrukcji matrycy i komory roboczej urządzeń takich jak granulatory paliw stałych tj. specyficznej konstrukcji tej części urządzenia, która jest odpowiedzialna za formowanie paliwa stałego w brykiety czy pelety. Działanie takich urządzeń oparte jest na zagęszczaniu i tłoczeniu przez matryce materiału pochodzenia organicznego, który w zależności od przeznaczenia może mieć postać biomasy rolniczej, tartacznej, słomy zbóż, rzepaku, kukurydzy, wytłoków roślinnych lub otrąb, trocin i innych materiałów odpadowych lub ich mieszanek pochodzących z rolnictwa lub przemysłu. Materiał przeznaczony do wytwarzania pelet opałowych może być łączony z dodatkami w postaci miału węglowego oraz może zawierać inne dodatki takie jaki wypełniacze i środki wiążące.

Z polskiego opisu patentowego PL 201 369 znany jest sposób wytwarzania paliwa stałego poprzez homogenizowanie i brykietowanie składników, gdzie zasadniczy etap procesu przebiega w gniotowniku kołowym.

Z polskiego opisu zgłoszeniowego P.390657 znany jest sposób wytwarzania pelet opałowych albo pelet paszowych polegający na tym, że kształtowe, pionowe, tulejowe otwory w poziomej nieruchomej matrycy umieszcza się w tej samej odległości jeden od drugiego i w tych samych płaszczyznach wzdłuż obwodu koła, a wypukłe, kształtowe, naciskające elementy umieszcza się prostopadle do poziomej nieruchomej matrycy. Wypukłe, kształtowe, naciskające elementy zamocowuje się promieniowo do wieńca koła, w taki sposób, że zagłębiają się one w pionowych tulejowych otworach i współpracują po kolei z następnymi tulejowymi otworami nieruchomej poziomej matrycy, jednocześnie dostarcza się na całą powierzchnię nieruchomej poziomej matrycy odpowiednio rozdrobniony palny odpadowy materiał organiczny. Opisano także urządzenie do realizacji wspomnianego sposobu.

W praktyce urządzenie powodowało wystąpienie pewnych trudności, bowiem nawet niewielkie niedokładności w rozmieszczeniu tulei formujących w matrycy lub w rozmieszczeniu stempli fo rmujących w rolkach, jak również wyrobienie tych części, powodowało niedokładne nachodzenie stempli formujących na tuleje formujące. W znanym urządzeniu napotkano też na trudności związane z nierównomiernym rozłożeniem surowca. Obserwowano nagromadzenie mieszaniny s urowcowej w niektórych miejscach, a niedostateczną jej warstwę w innych, co powodowało obniż enie wydajności procesu, gdyż część matrycy nie była skutecznie wykorzystywana. Na poziomej matrycy powstawały też sekcje zalegania zbitego surowca, który nie mógł być równomiernie n akierowany do otworów matrycy.

Istnieje więc potrzeba udoskonalenia procesów granulowania, zwłaszcza wyeliminowania problemów związanych z poziomą matrycą formującą.

Celem wynalazku jest opracowanie ulepszonego, wydajnego i uniwersalnego urządzenia do wytwarzania uformowanych paliw stałych.

Komora robocza urządzenia do wytwarzania pelet opałowych lub paszowych, zawierająca matrycę z wieloma tulejami formującymi oraz znajdującą się wewnątrz komory co najmniej jedną rolkę gniotącą wyposażoną w wiele stempli formujących, według wynalazku cechuje się tym, że matryca zawiera stożkową powierzchnię roboczą zaopatrzoną w przechodzące na wylot tuleje formujące a przesuwająca się po powierzchni roboczej matrycy ułożyskowana rolka gniotąca lub rolki gniotące zaopatrzona(-e) w stemple współpracuje(-ą) z tulejami, przy czym stożkowa powierzchnia robocza matrycy jest wklęsła albo wypukła. Albo matryca jest połączona ze środkami napędu nadającymi jej ruch obrotowy albo rolki gniotące są połączone ze środkami napędu nadającymi im ruch posuwisty wokół matrycy. Rolki gniotące są ustawione w komorze tak, że ich powierzchnie robocze są równoległe do stożkowej powierzchni roboczej matrycy. Rolki gniotące mają stożkowe powierzchnie robocze lub mają kształt walca.

Matryca urządzenia do wytwarzania pelet opałowych lub paszowych, według wynalazku zawiera stożkową powierzchnię roboczą zaopatrzoną w przechodzące na wylot tuleje formujące, przy czym stożkowa powierzchnia matrycy jest wklęsła albo wypukła.

Stożkowy kształt powierzchni roboczej matrycy i ewentualnie również stożkowy kształt p owierzchni bocznych rolek gniotących zapewnia udoskonalone formowanie. Zasilanie urządzenia surowcem grawitacyjnie od góry zapewnia przy takiej konstrukcji komory roboczej wydajne tł oczenie mieszaniny surowcowej pomiędzy przesuwającymi się wokół matrycy rolkami. Tłoczenie surowców przez tuleje formujące jest ułatwione, ponieważ surowiec grawitacyjnie przemieszcza się

PL 221 783 B1 na stożkowych powierzchniach matrycy i nie powstają jego zbrylone złogi. Nadmiar surowca, który w jednym cyklu nie został przetłoczony przez otwory formujące może na skośnych powierzchniach matrycy przemieszczać się w następnych cyklach obrotu matrycy i/lub rolek. Jednocześnie w czasie pracy powierzchnie robocze matrycy i rolek są ustawione względem siebie równolegle, co powoduje, że praca stempli jest wydajna i równomierna.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia komorę roboczą urządzenia formującego w pierwszym wykonaniu z nieruchomą matrycą i napędzanymi rolkami gniotącymi w widoku z boku, fig. 2 komorę z fig. 1 w widoku z góry, a fig. 3 komorę z fig. 1 w widoku skośnym z góry, fig. 4 przedstawia komorę w drugim przykładzie wykonania z ruchomą matrycą i obracającymi się swobodnie rolkami gniotącymi w widoku z boku, fig. 5 komorę z fig. 4 w widoku z góry, fig. 6 komorę z fig. 4 w widoku skośnym z góry, fig. 7 przedstawia komorę w trzecim wykonaniu z nieruchomą matrycą i napędzanymi rolkami gniotącymi w widoku z boku, fig. 8 komorę z fig. 1 w widoku z góry, a fig. 9 komorę z fig. 7 w widoku skośnym z góry, fig. 10 i 11 przedstawia układ matrycy i rolki gniotącej w skrajnym przypadku, kiedy powierzchnia stożkowa matrycy jest nachylona pod większym kątem w stosunku do matryc pokazanych na fig. 1-9, a na fig. 12 przedstawiono komorę roboczą ze skrajnie nachyloną powierzchnią matrycy wklęsłej. Matrycę w przykładowych wykonaniach pokazano wewnątrz komory roboczej na fig. 1-6 i 10, 11 (matryca stożkowa wypukła) oraz na fig. 7-9, 12 (matryca stożkowa wklęsła).

Na fig. 1,2 i 3 pokazano komorę roboczą urządzenia do wytwarzania pelet opałowych lub paszowych w pierwszym przykładzie wykonania. Komora robocza K zawiera wał napędowy 1, umieszczony centralnie w stosunku do matrycy 2, na którym osadzony jest mechanizm obrotowy 3 napędzany za pomocą wału 1. Mechanizm obrotowy 3 składa się z obsady 5 zawierającej ramiona mocujące 6 ułożyskowanych rolek gniotących 7. Matryca 2 zawiera tuleje formujące 4 oraz znajdujące się wewnątrz matrycy kilka rolek gniotących 7, które zawierają umieszczone na ich powierzchniach roboczych stemple formujące 8, przy czym każda rolka jest osadzona na ramieniu 6, a wszystkie ramiona łączą się ze sobą i są następnie połączone ze wspólnym wałem napędowym 1. Matryca 2 ma stożkową powierzchnię roboczą 2a (tj. powierzchnię zawierającą tuleje stykające się w czasie pracy ze stemplami, czyli powierzchnię uczestniczącą w formowaniu pelet czy brykietów), przez co ta powierzchnia jest ustawiona skośnie. Środkowa część powierzchni roboczej matrycy znajduje się pow yżej części znajdującej się na obrzeżach matrycy. Rolki gniotące 7 mają stożkowe powierzchnie boczne 7a tj. powierzchnie robocze zaopatrzone w stemple są również skośne i dostosowane są swym kształtem do skośnej, stożkowej powierzchni matrycy 2. Rolki gniotące, mają więc mniejszą średnicę od strony wewnętrznej matrycy i większą średnicę w części oddalonej od środka matrycy.

W przykładzie pokazanym na fig. 1,2 i 3 komora robocza jest zaopatrzona w cztery rolki gniotące 7, więc ramiona 6 łączące je z wałem napędowym 1 mają formę „krzyżaka”. Jednak taka forma wykonania komory roboczej może też być zmodyfikowana poprzez umieszczenie wewnątrz 6 lub 8 rolek gniotących i wtedy ramiona łączące rolki z wałem napędowym będą miały odpowiednio dostosowaną „gwiaździstą” formę (6 ramion lub 8 ramion połączonych ze sobą i następnie ze wspólnym wałem napędowym).

W drugim przykładzie wykonania (fig. 4, 5 i 6) komora robocza jest zaopatrzona w matrycę 2 o analogicznym kształcie jak opisano poprzednio, zawierającą otwory w postaci tulei formujących 4 oraz w znajdujące się wewnątrz kilka rolek gniotących 7, które zawierają umieszczone na powierzchni bocznej stemple 8, ale matryca ta jest matrycą ruchomą tj. połączoną z wałem napędowym 1' i poprzez ten wał nadany jest jej ruch obrotowy. Każda rolka gniotąca 7 jest osadzona na ramieniu mocującym 6', przy czym ramiona 6' są osadzone w obudowie matrycy 2 i nie są napędzane lecz jedynie ułożyskowane - zamocowane poprzez łożyska umożliwiające swobodny ruch obrotowy rolek w czasie ruchu matrycy.

Również i w tym przykładzie wykonania komory roboczej możliwe są jej modyfikacje poprzez umieszczenie wewnątrz 4 lub 8 lub większej ilości rolek gniotących.

W trzecim przykładzie wykonania pokazanym na fig. 7, 8 i 9 komora robocza jest zaopatrzona w nieruchomą matrycę 2 oraz rolki gniotące 7 napędzane wspólnym mechanizmem napędzającym poprzez wał napędowy 1, na którym osadzony jest mechanizm obrotowy 3 podobnie jak w pierwszym przykładzie wykonania komory. Powierzchnia robocza matrycy 2b ma kształt stożkowy wklęsły (kielichowy). Każda rolka jest osadzona na ramieniu łączącym 6, a wszystkie ramiona łączą się ze sobą i są następnie połączone z wałem napędowym 1. Środkowa część powierzchni roboczej matrycy znajduje się powyżej części znajdującej się na obrzeżach. Rolki gniotące 7 mają kształt walcowy

PL 221 783 B1 tj. średnica rolki jest równa na całej długości, a jej ściany boczne 7b mają formę cylindryczną. Oś obrotowa rolek jest równoległa do powierzchni roboczej matrycy. Możliwa jest modyfikacja takiego wyk onania komory poprzez zastosowanie również rolek o stożkowych powierzchniach bocznych.

W tym przykładzie wykonania komory roboczej również jest możliwe umieszczenie wewnątrz 6, 8 lub innej ilości rolek gniotących i wtedy ramiona łączące rolki z wałem napędowym będą miały odpowiednio dostosowaną „gwiaździstą” formę.

W komorze roboczej, według wynalazku kąt nachylenia roboczej stożkowej powierzchni matrycy może być w zasadzie dowolny. Począwszy od małych kątów, gdy nachylenie powierzchni matrycy jest łagodne aż do większych skrajnych wartości tego kąta, gdy powierzchnia matrycy jest usta wiona niemal pionowo, kiedy to konstrukcja komory według wynalazku będzie zbliżona do konstrukcji matrycy pierścieniowej.

Taki skrajny przykład wykonania matrycy i komory według wynalazku pokazano na fig. 10 i 11, gdzie stożkowa powierzchnia robocza 2a matrycy jest wypukła i jest nachylona o kąt α₁ w stosunku do poziomu, który to kąt jest większy od kąta α₁ pokazanego na fig. 1-6. Taka konstrukcji wymaga nieco innego ukształtowania matrycy tj. dodania części nie zaopatrzonej w tuleje (części nie będącej powierzchnią roboczą). Jak pokazano na fig. 10 i 11 matryca w takim przykładzie zawiera dodatkową powierzchnię dystansową 9, która może być różnie ukształtowana (poziomo, skośnie lub w sposób łamany). Nie ma ona znaczenia dla funkcjonowania urządzenia, a nadal osiągana jest ulepszona konstrukcja komory roboczej poprzez stożkowe ustawienie powierzchni roboczej matrycy tak, jak w wykonaniu pokazanym na fig. 1 -6.

Analogiczny skrajny przykład wykonania matrycy zawierającej wklęsłą stożkową powierzchnię roboczą pokazano na fig. 12. Podobnie jak w przypadku matrycy z fig. 10 i 11 powierzchnia robocza matrycy formującej jest nachylona o kąt α₂ w stosunku do poziomu, który to kąt jest większy od kąta α₂ pokazanego na fig. 7 dla innego przykładu matrycy wklęsłej. Taka konstrukcji wymaga również innego ukształtowania matrycy tj. dodania części nie zaopatrzonej w tuleje (części nie będącej powierzchnią roboczą). Jak pokazano na fig. 12 matryca w takim przykładzie zawiera powierzchnię dystansową 9, która może być różnie ukształtowana (poziomo, skośnie lub w sposób łamany).

Oczywistym będzie dla fachowca z danej dziedziny, że w każdym z opisanych powyżej przykładów wykonania ilość rolek umieszczonych w urządzeniu będzie jednocześnie determinowała ich ro zmiary tj. dwie lub cztery większe rolki mogą być zastąpione przez większą ilość rolek mniejszych. Jednocześnie kąt nachylenia stożkowej powierzchni matrycy będzie determinował kształt stożkowych rolek lub w przypadku rolek walcowych kąt nachylenia ich osi tak, aby były umieszczone równolegle do powierzchni roboczej matrycy.

Powyżej opisane przykładowe wykonania komory roboczej, według wynalazku obrazują jedynie bardziej szczegółowo jej konstrukcję, jednak nie wyczerpują wszystkich możliwych wariantów wyk onania wynalazku.

Bardziej ogólnie, wynalazek dotyczy konstrukcji komory roboczej tj. sekcji urządzenia, która jest odpowiedzialna za formowanie kształtek takich jak pelety czy brykiety, która to komora jest wyposażona w specyficzną matrycę tj. matrycę, której powierzchnia robocza jest stożkowa wypukła (fig. 1 -6 i fig. 10-11) lub stożkowa wklęsła (fig. 7-9, 12).

Matryca według wynalazku może być w urządzeniu osadzona w sposób nieruchomy lub być napędzana (połączona ze środkami napędu poprzez wał napędowy). Matryca jest ponadto zawsze zaopatrzona w otwory w postaci tulei formujących.

Wewnątrz matrycy (albo nieruchomej albo napędzanej) osadzona jest co najmniej jedna rolka gniotąca lub kilka rolek gniotących, korzystnie jest to kilka rolek np. 4, 6, 8 lub więcej.

Kiedy matryca jest napędzana, rolki gniotące nie są napędzane i odwrotnie - kiedy matryca jest nieruchoma, rolki gniotące są napędzane. Kiedy rolki gniotące są połączone ze środkami napędu m ają one wspólny wał napędowy umieszczony centralnie w komorze roboczej. W innym wykonaniu, to matryca jest połączona ze środkami napędu i dzięki takiemu układowi uzyskujemy w komorze roboczej wolną przestrzeń dla surowca poddawanego formowaniu, gdyż wyeliminowane zostają ramiona łączące napędzane rolki.

Rolki gniotące są zawsze zaopatrzone na obwodzie w stemple (wypukłe występy formujące) współpracujące z tulejami formującymi znajdującymi się w matrycy, przy czym stemple te mogą być ustawione w kilku rzędach. Rolki gniotące mogą mieć szerokość większą lub równą szerokości jednego stempla (wtedy na rolkach znajduje się jeden rząd stempli).

PL 221 783 B1

Rolki gniotące albo mają kształt walcowy albo mają powierzchnie stożkowe. Dla matrycy wklęsłej średnica rolek jest większa w środkowej części matrycy, a dla matrycy wypukłej średnica rolek jest mniejsza w środkowej części matrycy.

Kiedy komora robocza zaopatrzona jest w walcowe rolki gniotące to ich osie obrotu są równol egłe do powierzchni stożkowej matrycy. Kiedy rolki mają stożkowe powierzchnie boczne to ich osie obrotu są nachylone do stożkowej powierzchni matrycy.

Zarówno matryca jak i rolki gniotące mogą być napędzane poprzez połączenie z jednostką napędową za pośrednictwem wału. Kiedy w urządzeniu napędzana jest tylko matryca ułożysk owane rolki gniotące mogą swobodnie dostosowywać się do ruchu napę dzanej matrycy. Kiedy napędzane są rolki gniotące to są one poprzez ramiona łączące zestawione we wspólną obsadę połączoną z wałem napędowym.

Odbiór gotowych, uformowanych pelet lub brykietów odbywa się w przestrzeni na zewnątrz k omory roboczej po przeciśnięciu surowca przez matrycę.

Kanałowe tuleje formujące oraz stemple, w które jest zaopatrzona każda rolka, mają korzystnie kształt cylindryczny. Średnica tulei formujących paliwo, a więc średnica uzyskanych uformowanych brykietów, czy pelet może być w miarę dowolnie dobierana - mogą to być rozmiary od kilku milimetrów do kilku centymetrów np. od 6 do 25 mm.

Tuleje w zewnętrznej swej części (od strony stempli) mają stożkowaty rozszerzony ku stemplom kształt. W dalszej części tuleje są cylindryczne. Rolki ze stemplami, wykonane są korzystnie w taki sposób, że stemple mają długość nie większą niż głębokość stożkowej części otworów. Stemple mogą mieć kształt walca lub ściętego stożka.

Komora robocza może zawierać matrycę o dowolnie usytuowanych otworach formujących w kilku/kilkunastu rzędach o różnych odstępach dostosowanych do rodzaju przerabianego surowca i op orów powstających w czasie procesu. Rolki współpracują z matrycą, a więc rozmiary tulei i stempli, ich ilość i usytuowanie muszą być wzajemnie do siebie dostosowane.

W komorze według wynalazku zasyp surowca do granulatora odbywa się grawitacyjnie od góry. Surowiec dostaje się pod rolki i stemple zagęszczają go w otworach.

Ruch rolek po stożkowej powierzchni matrycy zapewnia wydajne zagarnianie surowca, tłoczenie go przez otwory i zgniatanie.

Dla fachowca oczywiste jest, że w urządzeniu zawierającym matrycę i komorę roboczą według wynalazku mogą i powinny występować typowe, znane moduły stosowane w urządzeniach do brykietowania czy granulowania paliw stałych czy pasz tj. napędu, zasilania, paneli sterowania, systemów odpylania, urządzeń podgrzewających surowiec czy odprowadzających nadmiar wilgoci. Poszczegó lne moduły są ze sobą łączone typowymi środkami transportowymi. Wymienione części urządzenia nie stanowią istoty rozwiązania podobnie jak konstrukcja elementów takich jak wały napędowe czy ramiona łączące rolki - tego rodzaju elementy będą miały dla fachowca łatwą do przewidzenia konstrukcję.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Komora robocza urządzenia do wytwarzania pelet opałowych lub paszowych, zawierająca matrycę z wieloma tulejami formującymi oraz znajdującą się wewnątrz komory, co najmniej jedną rolkę gniotącą wyposażoną w wiele stempli formujących, znamienna tym, że matryca (2) zawiera stożkową powierzchnię roboczą, zaopatrzoną w przechodzące na wylot tuleje formujące (4), a przesuwająca się po powierzchni roboczej matrycy ułożyskowana rolka gniotąca lub rolki gniotące (7) zaopatrzona(e) w stemple (8) współpracuje(ą) z tulejami (4), przy czym stożkowa powierzchnia robocza matrycy jest wklęsła albo wypukła.
2. 2. Komora według zastrz. 1, znamienna tym, że albo matryca (2) jest połączona ze środkami napędu nadającymi jej ruch obrotowy albo rolki gniotące (7) są połączone ze środkami napędu nadającymi im ruch posuwisty wokół matrycy (2).
3. 3. Komora według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że rolki gniotące (7) są ustawione w komorze tak, że ich powierzchnie robocze są równoległe do stożkowej powierzchni roboczej matrycy (2).
4. 4. Komora według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienna tym, że rolki gniotące (7) mają stożkowe powierzchnie robocze lub mają kształt walca.

   PL 221 783 B1
5. 5. Matryca urządzenia do wytwarzania pelet opałowych lub paszowych, znamienna tym, że zawiera stożkową powierzchnię roboczą zaopatrzoną w przechodzące na wylot tuleje formujące (4), przy czym stożkowa powierzchnia matrycy jest wklęsła albo wypukła.