гидравлический пресс для компактирования твердых отходов в бочке и распрессовки заполненной бочки с крышкой в брикет

Формула изобретения

1. Гидравлический пресс для компактирования твердых отходов в бочке и распрессовки заполненной бочки с крышкой в брикет, содержащий раму, состоящую из стянутых колоннами верхней и нижней поперечин, смонтированный на колоннах с возможностью перемещения от силовых цилиндров ползун с закрепленной в его нижней части гильзой, главный силовой цилиндр, установленный на верхней поперечине, и пресс-штемпель, диаметр которого меньше диаметра бочки, причем ползун выполнен с центральным сквозным отверстием, совпадающим с центральным отверстием гильзы и образующим с ним общую полость, а пресс-штемпель смонтирован с возможностью перемещения в отверстии ползуна и гильзы, в боковой стенке ползуна размещено загрузочное окно, состыкованное с питателем подачи отходов, отличающийся тем, что он снабжен траверсой, размещенной над ползуном с возможностью перемещения по колоннам, на которой сверху закреплен плунжер главного силового цилиндра, а снизу прикреплен пресс-штемпель, главный силовой цилиндр снабжен нижним фланцем, на котором закреплены цилиндры привода пресс-штемпеля, штоки которых скреплены с траверсой, опорной пятой, размещенной на нижней поперечине, и пресс-шайбой, приспособленной для установки на крышку бочки при распрессовке, при этом диаметр пресс-шайбы превышает диаметр бочки, а внутренний диаметр гильзы превышает диаметр пресс-шайбы.

2. Пресс по п.1, отличающийся тем, что верхняя поперечина выполнена в виде днища главного силового цилиндра.

3. Пресс по п.1, отличающийся тем, что пресс-шайба снабжена отбортовкой.

4. Пресс по п.1, отличающийся тем, что в боковой стенке ползуна выполнено смотровое окно.

5. Пресс по п.1, отличающийся тем, что он снабжен системой автоматического управления.

6. Пресс по п.1, отличающийся тем, что он снабжен телевизионной установкой, смонтированной с возможностью наблюдения за процессами прессования.

7. Пресс по п.1, отличающийся тем, что он снабжен центрователями для установки бочки по оси пресса и пробивания отверстий для слива жидкости из бочки.

8. Пресс по п.1, отличающийся тем, что он снабжен заслонкой загрузочного окна, соединенной со штоком силового цилиндра привода ползуна.

9. Пресс по п.1, отличающийся тем, что он снабжен пылезащитным кожухом.

10. Пресс по п.9, отличающийся тем, что он снабжен заслонками проемов в пылезащитном кожухе для загрузки бочки в пресс, соединенными со штоками силовых цилиндров привода ползуна.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое техническое решение относится к оборудованию для компактной упаковки твердых отходов, в частности радиоактивных, поступающих в бочку, с последующей распрессовкой заполненной бочки с крышкой в брикет, и может быть использовано для уменьшения объемов отходов перед их утилизацией или захоронением.

В настоящее время актуален вопрос об увеличении плотности компактирования отходов с целью снижения затрат на их хранение и утилизацию за счет более рационального использования площадей и объемов хранилищ. Получили распространение комплексы оборудования для компактирования отходов с применением суперпрессов (суперкомпакторов) усилием 10 20 МН (1000 2000 тс). Такие комплексы состоят, как правило, из пресса усилием 160 950 кН для компактирования твердых радиоактивных отходов (ТРО) в бочки (подпрессовщика) с комплектом средств механизации (механизмы подачи и выдачи бочек, съема и обжима крышек бочек), промежуточного склада наполненных бочек с комплектом средств механизации и суперпресса с комплектом средств механизации (механизмы подачи бочек и выгрузки брикетов, измеритель высоты брикета, накопитель брикетов и загрузчик контейнеров). Например, см. Карасев М.А., Баранов И.В., Блик Ф.С., Сошников B.C. Кузнечно-прессовое оборудование Уралмашзавода. Екатеринбург: Уральский центр ПР и рекламы, 2004, 480 с.// Блик Ф.С., Шевелев В.В. Прессовый комплекс с гидравлическим прессом усилием 10 МН для брикетирования радиоактивных отходов. - с.219-227; Скачек М.А. Обращение с отработавшим ядерным топливом и радиоактивными отходами АЭС: учебное пособие для вузов. - М.: Издательский дом МЭИ, 2007. - 448 с.; проспекты фирмы NUKEM (ФРГ) "Компактирование радиоактивных отходов»; информационные материалы фирмы FOTIJNE GROTNES (Нидерланды) на стационарные и мобильные прессы - «суперкомпакторы» с усилиями 15 МН, 20 МН и 50 МН.

Такие комплексы занимают значительные площади в дорогостоящих герметичных помещениях, имеют большую металлоемкость и энергопотребление. Часто такие комплексы эксплуатируются несколько раз в году по месяцу и менее, по мере накопления отходов. В Европе получили распространение передвижные суперпрессы, которые доставляют на объекты по мере накопления бочек с отходами для распрессовки их в брикеты (суперкомпактирование). Для территории РФ, характеризующейся большими расстояниями между объектами-источниками ТРО, сложными климатическими условиями и отсутствием сплошной сети качественных дорог, более привлекательно иметь на каждом объекте свой комплекс утилизации ТРО. При низком коэффициенте использования оборудования (менее 0,5) целесообразно получить выигрыш в площадях даже за счет снижения производительности оборудования.

Известен пресс для усиленного сжатия твердых отходов, содержащий станину с верхней и нижней плитами и поворотными цапфами, пресс-штемпель с пресс-шайбой, матрицу, главный гидроцилиндр с плунжером, гидроцилиндр обратного хода, гидроцилиндры перемещения матрицы, стационарную и поворотную опоры, устройство загрузки емкостей с отходами и выгрузки спрессованных пакетов (заявка ФРГ № 3319698, МПК G21F 9/36, 1984).

Недостатками известного пресса являются большие габариты и масса, низкая производительность из-за использования крановых операций и невозможность прессования (компактирования) порций отходов непосредственно в пакете (емкости).

Известно устройство для заполнения пакетов твердыми отходами, их уплотнения и упаковки (патент РФ № 2111567, МПК G21F 9/36, 1998), содержащее размещенные в защитном корпусе узел упаковки, дозатор, связанный с дозатором с возможностью многократного уплотнения в пакетах дозируемых порций отходов пресс, включающий раму, состоящую из стянутых колоннами верхней и нижней поперечин, смонтированный на колоннах с возможностью перемещения от силовых цилиндров ползун с закрепленной в его нижней части гильзой, установленный на верхней поперечине главный силовой цилиндр, скрепленный с пресс-штемпелем, причем ползун выполнен с центральным сквозным отверстием, совпадающим с центральным отверстием гильзы и образующим с ним общую полость, а пресс-штемпель смонтирован с возможностью перемещения в отверстии ползуна и гильзы, в боковой стенке ползуна размещено загрузочное окно, состыкованное с питателем, толкатель которого соединен с вспомогательным силовым цилиндром.

Устройство по патенту РФ № 2111567 является наиболее близким заявляемому по технической сущности и выбрано в качестве прототипа. Главным недостатком прототипа является невозможность получения брикета распрессовкой бочки с отходами.

Задача изобретения - устранение перечисленных недостатков аналогов и создание универсального комбинированного пресса, способного максимально уплотнить отходы непосредственно в бочке и распрессовать заполненную отходами бочку, закрытую крышкой, в компактный брикет.

Поставленная задача решается за счет того, что заявляемый пресс, включающий, как и прототип, раму, состоящую из стянутых колоннами верхней и нижней поперечин, смонтированный на колоннах с возможностью перемещения от силовых цилиндров ползун с закрепленной в его нижней части гильзой, установленный на верхней поперечине главный силовой цилиндр, скрепленный с пресс-штемпелем, причем ползун выполнен с центральным сквозным отверстием, совпадающим с центральным отверстием гильзы и образующим с ним общую полость, а пресс-штемпель смонтирован с возможностью перемещения в отверстии ползуна и гильзы, в боковой стенке ползуна размещено загрузочное окно, состыкованное с питателем отходов, отличается тем, что снабжен траверсой, размещенной над ползуном с возможностью перемещения по колоннам, на которой сверху закреплен плунжер главного силового цилиндра, а снизу прикреплен пресс-штемпель, главный силовой цилиндр снабжен нижним фланцем, на котором закреплены цилиндры, штоки которых скреплены с траверсой, опорной пятой, размещенной на нижней поперечине, и пресс-шайбой, приспособленной для установки на крышку бочки при распрессовке, при этом диаметр пресс-шайбы превышает диаметр бочки, внутренний диаметр гильзы превышает диаметр пресс-шайбы.

Кроме того, у заявляемого пресса для компактирования твердых отходов в бочке и распрессовки бочки с крышкой в брикет верхняя поперечина может быть выполнена в виде днища главного силового цилиндра.

Пресс-шайба может быть выполнена с отбортовкой, а в боковой стенке ползуна напротив загрузочного окна выполнено смотровое окно.

Пресс снабжен системой автоматического управления и телевизионной установкой, смонтированной с возможностью наблюдения за процессами прессования. Для установки бочки по оси пресса и пробивания отверстий для слива жидкости из бочки пресс снабжен центрователями.

Пресс снабжен пылезащитным кожухом с патрубком для присоединения к системе пылеулавливания, в кожухе имеются проемы для прохода тележки и подачи отходов в канал ползуна, перекрываемые заслонками, соединенными со штоками цилиндров привода ползуна.

На прилагаемых к заявке рисунках представлен вариант выполнения заявляемого технического решения. На фиг.1 изображен вид А пресса спереди с условно не показанным кожухом, на фиг.2 - вид спереди пресса с кожухом, на фиг.3 - вид сбоку пресса с кожухом.

Пресс для компактирования твердых отходов в бочке и распрессовки заполненной отходами бочки с крышкой в брикет содержит силовую раму, состоящую из стянутых четырьмя колоннами 1 верхней 2 и нижней 3 поперечин. В нижней части силовой рамы колонны 1 посредством гаек крепятся в отверстиях нижней поперечины 3. Между верхней 2 и нижней 3 поперечинами перемещается смонтированный на колоннах 1 ползун 4 с прикрепленной к его нижней части гильзой (матрицей) 5. Перемещение ползуна 4 осуществляется при помощи четырех силовых цилиндров 6 привода ползуна 4. Ползун 4 выполнен с центральным сквозным отверстием 7, совпадающим с центральным отверстием гильзы 5 и образующим с ним общую полость.

На верхней поперечине 2 укреплен корпус главного силового цилиндра 8. Внутри корпуса цилиндра 8 установлен плунжер 9. Верхняя поперечина 2 в данном варианте выполнения пресса является днищем главного силового цилиндра 8. Центральное отверстие в днище (верхней поперечине 2) служит для подвода в цилиндр 8 рабочей жидкости.

Корпус главного силового цилиндра 8 снабжен нижним фланцем 10, на котором установлены кронштейны для крепления цилиндров 11 привода пресс-штемпеля 12. К торцу плунжера 9 крепится подвижная траверса 13, размещенная над ползуном 4 и соединенная при помощи тяг и поперечин со штоками двух цилиндров 11 с возможностью ее перемещения по колоннам 1. На нижней плоскости траверсы 13 укреплен пресс-штемпель 12, смонтированный с возможностью перемещения в отверстиях ползуна 4 и гильзы 5. Диаметр пресс-штемпеля 12 меньше внутреннего диаметра бочки 14 для отходов, а внутренний диаметр гильзы 5 больше наружного диаметра бочки 14.

В боковых стенках ползуна 4 размещены загрузочное окно 15 для подачи отходов и смотровое окно 16 для наблюдения за процессами прессования. Ползун 4 с гильзой 5 в сборе служит для прохода твердых отходов в бочку при выполнении операций подпрессовки, а также для формирования брикета при распрессовке заполненной бочки 14.

На верхней плоскости нижней поперечины 3 закреплена опорная пята 17 и два центрователя 18 для дополнительного центрирования бочки 14 по оси пресса и для пробивки отверстий в стенке бочки 14 для слива жидкости при прессовании влажных отходов.

Пресс снабжен также пресс-шайбой 19, приспособленной для установки на крышку бочки 14 при распрессовке, причем диаметр пресс-шайбы 19 должен быть больше наружного диаметра бочки 14, а внутренний диаметр гильзы 5 должен превышать диаметр пресс-шайбы 19. Пресс-шайба 19 может иметь отбортовку, охватывающую крышку бочки 14 снаружи.

Заявляемый пресс снабжен автоматической системой управления с пульта и телевизионной установкой, смонтированной с возможностью наблюдения за процессами прессования (на рисунках не показаны). Кроме того, все узлы пресса размещаются в пылезащитном кожухе 20. Кожух 20 крепится к неподвижным базовым деталям пресса и служит для изоляции рабочей зоны пресса, в которой при прессовании отходов может образовываться пыль.

В противоположных стенках пылезащитного кожуха 20 выполнены проемы с вертикально перемещаемыми заслонками 21 для входа и выхода тележки с бочкой 14. Заслонки 21 соединены с силовыми цилиндрами 6 через установленные на их штоки кронштейны. Загрузочное окно 15 может открываться и закрываться заслонкой 22, соединенной со штоком одного из цилиндров 6.

Колонны 1 с гайками воспринимают как осевую нагрузку рабочего цилиндра 8, так и изгиб, возникающий от эксцентричного приложения рабочей нагрузки на пресс-штемпель 12, которая передается на внутреннюю стенку гильзы 5. Конструкция рамы опирается на четыре опоры, которые крепятся к боковым поверхностям нижней поперечины 3. Опоры устанавливаются на фундамент и крепятся к нему фундаментными болтами.

Работа пресса осуществляется в следующем порядке.

В исходном положении пресс-штемпель 12 и гильза 5 подняты в крайнее верхнее положение, заслонки 21 для прохода тележки подняты, заслонка 22 загрузочного окна 15 закрывает полость подачи отходов, центрователи 18 находятся в крайнем разведенном положении.

Пустая бочка 14 с крышкой устанавливается на тележку с приводом и перемещается под механизм съема и обжима крышки (на рисунке не показан). Механизм съема крышки опускается на крышку бочки 14, захватывает ее и поднимается в верхнее положение.

Тележка с бочкой 14 без крышки доставляется под пресс через проем в кожухе 20. На позиции пресса бочка 14 устанавливается по его оси центрователями 18, которые одновременно пробивают отверстия в стенке бочки 14 для выхода влаги при компактировании. По сигналам датчиков крайнего сдвинутого положения центрователей 18 они возвращаются в исходное положение.

Затем на бочку 14 опускается ползун 4 с гильзой 5, охватывающей бочку 14 снаружи, накрывая ее. В конце хода гильза 5 упирается в тележку, на которой установлена бочка 14 и сжимает пружины подвески, прижимая платформу тележки к опорной пяте 17 нижней поперечины 3, Одновременно с ползуном 4 опускаются заслонки 21 кожуха 20, герметизируя зону прессования. Ось загрузочного канала ползуна 4 совмещается с осью подачи отходов и опускается заслонка 22 окна 15 загрузки, открывая полость подачи отходов. По сигналу датчика крайнего нижнего положения гильзы 5 при нахождении пресс-штемпеля 13 в крайнем верхнем положении подаются отходы в бочку 14.

Гидроцилиндры 11 перемещают пресс-штемпель 12 вниз, он заходит в бочку 14 (так как его диаметр меньше диаметра бочки 14), производя подпрессовку отходов в бочке 14. Предварительное прессование (подпрессовка) отходов производится с использованием только цилиндров 11 привода перемещения пресс-штемпеля 12 с подвижной траверсой 13. Влага, содержащаяся в прессуемых отходах, выдавливается через отверстия, пробитые в стенках бочки 14, и стекает по внутренней стенке гильзы 5 на тележку, а из нее подается в отвод трапных вод. Далее следует еще несколько циклов подпрессовки до тех пор, пока бочка 14 не заполнится. Наблюдение ведется через смотровое окно 16 ползуна 4 с помощью телевизионной установки.

После завершения процесса подпрессовки отходов в бочке 14 ползун 4 с гильзой 5 цилиндрами 6, а затем и пресс-штемпель 12 цилиндрами 11 поднимаются в верхнее положение, освобождая бочку 14. При этом открываются заслонки 21 для прохода тележки. Тележка подает заполненную бочку 14 на устройство ее укупорки крышкой. Механизм съема и обжима крышки (на рисунке не показан) опускает на бочку 14 крышку и обжимает ее, укупоривая бочку 14. Тележка с укупоренной бочкой 14 перемещается на позицию укладки пресс-шайбы 19, на которой манипулятор укладывает пресс-шайбу 19 на крышку бочки 14.

Укупоренная бочка 14 с уложенной на ее крышке пресс-шайбой 19 вновь подается тележкой под пресс. На позиции пресса бочка 14 снова устанавливается центрователями 18, пробивающими одновременно в стенке бочки 14 отверстия для выхода влаги при прессовании. Затем на бочку 14 с пресс-шайбой 19 опускается ползун 4 с гильзой 5, охватывающей бочку 14 снаружи, и прижимающий тележку с бочкой 14 к опорной пяте 17. Одновременно с ползуном 4 опускаются заслонки 21 кожуха 20, герметизируя зону прессования.

Пресс-штемпель 12 опускается цилиндрами 11 на пресс-шайбу 19. Затем рабочим ходом главного цилиндра 8 бочка 14 распрессовывается в брикет. Влага, содержащаяся в прессуемых отходах, выдавливается через отверстия в стенке бочки 14 и удаляется через отвод трапных вод.

После брикетирования ползун 4 с гильзой 5 начинает подниматься, а пресс-штемпель 12 остается прижатым к брикету - происходит выталкивание брикета из гильзы 5. Затем ползун 4 с гильзой 5 и пресс-штемпель 12 поднимаются в их крайние верхние положения, освобождая брикет с пресс-шайбой 19, заслонка 22 загрузочного окна 15 закрывает полость подачи отходов, а заслонки 21 для прохода тележки полностью открываются.

Тележка перемещает брикет на позицию разгрузки, где с него снимается пресс-шайба 19. Брикет замеряется по высоте и массе и укладывается в контейнер, а тележка возвращается на позицию пустой бочки 14. Далее цикл повторяется.

Отличительные признаки заявляемого технического решения обеспечивают прессу существенные преимущества по сравнению с известными прессами, в том числе с прессом-прототипом. Создана конструкция комбинированного пресса, совмещающего в одной машине как устройство компактирования твердых отходов в бочке, так и устройство для распрессовки заполненных бочек в брикеты. Прессование позволит уменьшить объем отходов в 8-12 раз.

Применение подвижной траверсы, перемещаемой по колоннам пресса, к которой крепятся плунжер главного силового цилиндра, пресс-штемпель и штоки вспомогательных цилиндров, обеспечивающих процессы прессования отходов в бочке, опускание пресс-штемпеля к заполненной бочке при брикетировании и подъем пресс-штемпеля в исходное верхнее положение приводит к существенной экономии энергопотребления, так как главный силовой цилиндр работает при распрессовке только после соприкосновения пресс-штемпеля с заполненной отходами бочкой, а насосная установка пресса оснащается регулируемым аксиально-поршневым насосом. Кроме того, благодаря подвижной траверсе, перемещаемой по колоннам, пресс-штемпелю обеспечивается надежная устойчивость при подпрессовке и брикетировании.

Работа комбинированного пресса полностью автоматизирована, наблюдение за технологическим процессом ведется с помощью датчиков и приборов системы управления, а также телевизионной установки, из пылезащищенного кожуха пресса производится отсос загрязненного воздуха в систему пылеулавливания, тем самым обеспечивается защита обслуживающего персонала и окружающей среды от вредных воздействий пыли из отходов.

Комбинированным суперпрессом бочка брикетируется сразу после укупорки, что позволяет обходиться без склада хранения заполненных бочек и дополнительных средств механизации для передачи заполненных бочек от подпрессовщика (как в аналогах) к суперпрессу. Это дает экономию производственных площадей, существенно снижает металлоемкость и значительно упрощает комплекс средств механизации за счет концентрации операций на одном комбинированном прессе.