Диспергирующая плита с желобчатыми пирамидами
Изобретение касается диспергаторов для удаления загрязняющих материалов. Сегмент (14) диспергирующей плиты содержит радиально-внутреннюю (22) и радиально-внешнюю (24) кромки и множество концентрических в радиальном направлении рядов (26) зубцов (28) и каналов (30) между зубцами. Каждый из каналов имеет нижнюю донную поверхность. Каждый из зубцов имеет переднюю кромку, заднюю кромку, верхнюю поверхность, радиально-внутреннюю грань, проходящую от донной поверхности канала до верхней поверхности зубца, и радиально-внешнюю грань, проходящую от донной поверхности канала до верхней поверхности зубца. Каждая из внутренней и внешней граней зубцов имеет канавку, расположенную между передней и задней кромками и проходящую от верхней поверхности зубца до уровня между верхней поверхностью зубца и донной поверхностью канала. Между канавкой внутренней грани и канавкой внешней грани расположен сегмент верхней поверхности зубца. Обеспечивается эффективное удаление чернил, тонера и загрязняющих материалов, таких как пластмассы, при утилизации бумаги. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.
Перекрестная ссылка на родственные заявки
Эта заявка испрашивает приоритет согласно разделу 35 Свода законов США, § 119(е), предварительной заявки на патент США № 60/542126, зарегистрированной 5 февраля 2004 года.
Предпосылки изобретения
Настоящее изобретение относится в целом к диспергаторам для удаления загрязняющих материалов из перерабатываемых или утилизируемых бумаги и упаковочных материалов. Более конкретно, настоящее изобретение относится к сегментам диспергирующей плиты для использования в таком устройстве.
Утилизируемые бумага и упаковочные материалы подвергают нескольким процессам обработки для удаления чернил, тонера, в случае с копировальной бумагой, и загрязняющих материалов, таких как пластмассы, в целом называемые "наклейками". Способы удаления не являются полностью эффективными, и остаточные чернила, тонер и наклейки необходимо диспергировать, поскольку в противном случае наклейки прилипают к деталям бумагоделательной машины и вызывают образование отверстий или слабых мест в новой бумаге. Остаточные частицы чернил видны как вкрапления в воссозданной бумаге и существенно снижают ее стоимость.
Устройство, называемое диспергатором, используют для уменьшения размера частиц чернил и наклеек, чтобы при дальнейшей работе бумагоделательной машины качеству бумаги был нанесен минимальный ущерб. Общая конфигурация этой машины представляет собой два круглых диска, обращенных друг к другу, причем один диск (ротор) вращается со скоростью до 1800 об/мин. Другой диск неподвижен (статор). На поверхностях дисков установлены сегменты плиты, имеющие пирамиды или зубцы, расположенные тангенциальными рядами. Расположение рядов на радиальном расстоянии подобрано так, чтобы пирамиды ротора и статора пересекали плоскость между дисками таким образом, чтобы волокна, проходящие от центра статора к периферии дисков, должны принимать удары от пирамид ротора, когда они проходят вблизи пирамид статора. Зазор между пирамидами ротора и статора находится в пределах от 1 до 12 мм, в результате чего волокна не разрезаются, но сильно попеременно перегибаются. Это действие разрушает частицы чернил и тонера на меньшие частицы, а также разрушает частицы наклеек, при этом поверхности новых наклеек собирают тонкие частицы волокон и пассивируются как меньшие частицы. Опыт увеличения количества перегибов волокон показал улучшение процесса уменьшения частиц. Добавление дополнительных пирамид в целом повышает эффективность процесса диспергирования, но размер пирамид, которые могут быть изготовлены с приемлемыми затратами, ограничивает это количество.
Сущность изобретения
Вариантом осуществления изобретения в предпочтительной форме является сегмент диспергирующей плиты для удаления загрязняющих веществ из перерабатываемых или утилизируемых бумаги и упаковочных материалов. Сегмент содержит концентрические в радиальном направлении ряды зубцов, причем каждый ряд зубцов включает зубцы и каналы, расположенные между зубцами. Каждый из зубцов имеет верхнюю поверхность, радиально-внутреннюю грань, проходящую от донной поверхности канала до верхней поверхности зубца, и радиально-внешнюю грань, проходящую от донной поверхности канала до верхней поверхности зубца. Каждая из внутренних и внешних граней зубцов имеет канавку, проходящую от верхней поверхности зубца до уровня, находящегося между верхней поверхностью зубца и донной поверхностью канала.
Внутренняя и внешняя грани каждого зубца проходят под острым углом от донной поверхности канала до верхней поверхности таким образом, что зубец имеет форму усеченной пирамиды. Сегмент верхней поверхности зубца разделяет канавку на внутренней грани и канавку на внешней грани.
Каждый из зубцов также имеет противоположные переднюю и заднюю кромки. Канавка внутренней грани каждого зубца и канавка внешней грани каждого зубца образуют дополнительную переднюю кромку и дополнительную заднюю кромку на внутренней и внешней гранях каждого зубца соответственно.
Изобретение также предлагает диспергатор для удаления загрязняющих материалов из перерабатываемых или утилизируемых бумаги и упаковочных материалов. Диспергатор имеет вращающиеся относительно друг друга и расположенные напротив друг друга первый и второй диски, несущие плиты, сформированные из множества сегментов. Каждый сегмент содержит концентрические в радиальном направлении ряды зубцов, причем каждый ряд зубцов включает зубцы и каналы, расположенные между зубцами. Каждый из зубцов имеет верхнюю поверхность, радиально-внутреннюю грань, проходящую от донной поверхности канала до верхней поверхности зубца, и радиально-внешнюю грань, проходящую от донной поверхности до верхней поверхности зубца. Каждая из внутренних и внешних граней зубцов имеет канавку, проходящую от верхней поверхности зубца до уровня, находящегося между верхней поверхностью зубца и донной поверхностью канала.
Ряды зубцов плиты, установленной на первом диске, и ряды зубцов плиты, установленной на втором диске, пересекают плоскость, находящуюся между первым и вторым дисками. Зубцы плиты, которую несет первый диск, и зубцы плиты, которую несет второй диск, ограничивают зазор, составляющий от 1 до 12 мм.
Каждый из зубцов также имеет противоположные переднюю и заднюю кромки. Передняя и задняя кромки каждого зубца плиты, которую несет первый диск, взаимодействуют с передней и задней кромками соответствующих зубцов плиты, которую несет второй диск, когда диски вращаются относительно друг друга. В точках взаимодействия волокна бумаги или упаковочных материалов перегибаются, в результате чего загрязняющие материалы разрушаются. Канавки образуют дополнительную переднюю кромку и дополнительную заднюю кромку на внутренней и внешней гранях каждого зубца, создавая дополнительные точки взаимодействия.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение может быть лучше понято и его многие цели и преимущества будут очевидны для специалистов в данной области техники при ознакомлении с прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг. 1 - вид в проекции сегмента диспергирующей плиты, соответствующего настоящему изобретению;
фиг. 2 - вид сбоку частей ротора и статора, соответствующих настоящему изобретению;
фиг. 3 - увеличенный вид в перспективе зубцов сегмента диспергирующей плиты, показанного на фиг. 1; и
фиг. 4 - увеличенный вид сечения, выполненного по линии 4-4 на фиг. 1.
Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
На чертежах, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают подобные детали, ссылочной позицией 10 обозначена в целом часть по существу круглой диспергирующей плиты, соответствующей настоящему изобретению. Обычно диспергатор имеет два круглых диска, обращенных друг к другу, при этом один диск (ротор) 12 вращается со скоростью до 1800 об/мин. Другой диск (статор) 12′ неподвижен. В альтернативном варианте оба диска 12, 12′ могут быть роторами.
Как показано на фиг. 1 и 2, часть 10 содержит сегмент 14, 14′ диспергирующей плиты, который может быть прикреплен к поверхности одного из диспергирующих дисков 12, 12′. Хотя в показанном варианте осуществления изобретения часть 10 является цельным сегментом, каждая часть 10 в альтернативном варианте может быть выполнена как два или более сегментов.
Сегменты 14, 14′ плиты прикрепляют к поверхности 16 диска любым удобным или обычным способом, например при помощи болтов (не показаны), проходящих через отверстия 18. В типичном случае один конец болта входит в зацепление с диском 12, 12′, а на другом конце болт имеет головку, упирающуюся в утопленную поверхность в сегментах 14, 14′. Диски 12, 12′, только часть которых показана, имеют центр, вокруг которого вращается диск, и по существу круглую периферию. Сегменты 14, 14′ диспергирующей плиты расположены рядом друг с другом на поверхности 16 дисков 12, 12′, формируя по существу кольцевую диспергирующую поверхность 20′, показанную в целом позициями 20, 20′. Поверхность 20 формирует часть диспергирующей зоны 21, когда она находится напротив поверхности 20′ диспергирующей плиты, которую несет другой диск.
Каждый сегмент 14, 14′ диспергирующей плиты имеет внутреннюю кромку 22 вблизи центра дисков 12, 12′ и внешнюю кромку 24 вблизи периферии дисков 12, 12′. Остальная часть этого описания будет относиться к одному диспергирующему сегменту 14, 14′, но следует понимать, что все сегменты 14, 14′, которые образуют кольцевую плиту, предпочтительно, по существу подобны друг другу. Сегменты 14, 14′ плиты имеют на ее поверхности 20 концентрические в радиальном направлении ряды 26 пирамид или зубцов 28. Поскольку диски 12, 12′ и сегменты 14, 14′ плиты вращаются, очищенный материал направляется в результате воздействия центробежной силы в радиальном направлении наружу от внутренней кромки 22 к наружной кромке 24 преимущественно по каналам 30, сформированным между соседними зубцами 28 в каждом из рядов 26.
Ряды 26 находятся на окружностях с радиусами 32, подобранными так, чтобы зубцы 28 ротора и статора пересекали плоскость 34 между дисками 12, 12′ таким образом, чтобы волокна, проходящие от центра статора к периферии дисков 12, 12′, принимали удары от зубцов 28 ротора при прохождении вблизи зубцов 28 статора. Зазор между зубцами 28 ротора и зубцами 28 статора находится в пределах от 1 до 12 мм, чтобы волокна не были разрезаны, но были сильно и попеременно изогнуты или пережаты при их прохождении точек 35 взаимодействия, создаваемых зубцами 28 на роторе 12 и зубцами 28 на статоре 12′. Это действие разбивает частицы чернил и тонера на меньшие частицы, а также разбивает частицы наклеек.
Как показано на фиг. 3 и 4, каждый из каналов 30 имеет нижнюю донную поверхность 34, и каждый из зубцов 28 имеет верхнюю поверхность 36, причем верхняя поверхность 36 зубца 28 и нижняя донная поверхность 34 канала 30 ограничивают высоту зубца 28. Радиально-внутренняя грань 38 и радиально-внешняя грань 40 каждого зубца 28 проходят под острым углом от донной поверхности 34 к верхней поверхности 36, формируя усеченную пирамиду. В поверхности 46 каждой внутренней грани 38 и каждой внешней грани 40 между передней и задней кромками 48, 50 зубца 28 сформирована, по меньшей мере, одна проходящая в радиальном направлении канавка 42, (44). Каждая из канавок 42, 44 проходит от верхней поверхности 36 зубца до уровня 52 между верхней поверхностью 36 и донной поверхностью 34.
Каждая канавка 42, 44 также образует дополнительную переднюю кромку 54 и дополнительную заднюю кромку 56, увеличивая количество участков 35 перекрещивания и суммарную протяженность взаимодействия ротора и статора. Можно вычислить количество участков 35 перекрещивания или участков сдавливания, создаваемых за единицу времени, и суммарную длину участков 35 перекрещивания или сдавливания за единицу времени или за оборот ротора. Как показано в приведенной ниже таблице, увеличение количества участков 35 перекрещивания и суммарной длины участков перекрещивания увеличивает количество перегибов волокон, создаваемых при их прохождении от центра статора к периферии дисков 12, 12′.
| Желобчатые зубцы | Обычные зубцы | |
| PPM (число участков сдавливания/мин) | 2,26Е+9 | 566,1Е+6 |
| IPPM (длина в дюймах участков сдавливания/мин) | 3,42Е+9 | 855,3Е+6 |
| MP/s (длина в метрах участков сдавливания/с) | 1609062 | 402265 |
| Длина в метрах участков сдавливания за оборот | 96544 | 24136 |
| Минимальная площадь проходного сечения (мм2) | 42166 | 42166 |
Следует отметить, что канавки 42, 44 на сегментах 14 ротора и статора скомбинированы для увеличения длины участков сдавливания за оборот с коэффициентом четыре (4). Проходное сечение, через которое проходят волокна на периферии, не изменено, поскольку фактическое количество зубцов 28 остается неизменным.
Хотя были показаны и описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, в них могут быть внесены различные модификации и замены без отхода от сущности и объема изобретения. Соответственно, следует понимать, что описание настоящего изобретения имеет иллюстративный характер и не вносит в него ограничений.
1. Сегмент диспергирующей плиты для удаления загрязняющих материалов из перерабатываемых или утилизируемых бумаги и упаковочных материалов, содержащий радиально-внутреннюю и радиально-внешнюю кромки и множество концентрических в радиальном направлении рядов зубцов; каждый ряд зубцов включает множество зубцов и множество каналов, расположенных между указанными зубцами; при этом каждый из каналов имеет нижнюю донную поверхность, и каждый из зубцов имеет переднюю кромку, заднюю кромку, верхнюю поверхность, радиально-внутреннюю грань, проходящую от донной поверхности канала до верхней поверхности зубца, и радиально-внешнюю грань, проходящую от донной поверхности канала до верхней поверхности зубца; причем каждая из внутренней и внешней граней зубцов имеет канавку, расположенную между передней и задней кромками и проходящую от верхней поверхности зубца до уровня между верхней поверхностью зубца и донной поверхностью канала, причем между канавкой внутренней грани и канавкой внешней грани расположен сегмент верхней поверхности зубца.
2. Диспергатор для извлечения загрязняющих веществ из перерабатываемых или утилизируемых бумаги и упаковочных материалов, причем диспергатор имеет вращающиеся относительно друг друга, расположенные напротив друг друга первый и второй диски, несущие плиты, сформированные из множества сегментов; в котором каждый сегмент содержит радиально-внутреннюю и радиально-внешнюю кромки и множество концентрических в радиальном направлении рядов зубцов, причем ряды зубцов плиты, установленной на первом диске, и ряды зубцов плиты, установленной на втором диске, пересекают плоскость, расположенную между первым и вторым дисками; каждый ряд зубцов включает множество зубцов и множество каналов, расположенных между зубцами; при этом каждый из каналов имеет нижнюю донную поверхность, и каждый из зубцов имеет переднюю кромку, заднюю кромку, верхнюю поверхность, радиально-внутреннюю грань, проходящую от донной поверхности канала до верхней поверхности зубца, и радиально-внешнюю грань, проходящую от донной поверхности канала до верхней поверхности зубца; причем каждая из внутренних и внешних граней зубцов имеет канавку, расположенную между передней и задней кромками и проходящую от верхней поверхности зубца до уровня между верхней поверхностью зубца и донной поверхностью канала, причем между канавкой внутренней грани и канавкой внешней грани расположен сегмент верхней поверхности зубца, при этом канавка внутренней грани каждого зубца и канавка внешней грани каждого зубца образуют дополнительную переднюю кромку и дополнительную заднюю кромку на внутренней и внешней гранях каждого зубца соответственно, причем передняя и задняя кромки каждого зубца плиты, установленной на первом диске, взаимодействуют с передней и задней кромками соответствующих зубцов плиты, установленной на втором диске, когда диски вращаются относительно друг друга, при этом взаимодействия вызывают перегиб волокон перерабатываемых или утилизируемых бумаги и упаковочных материалов и разрывают загрязняющие материалы.
3. Диспергатор по п.2, в котором первым диском является статор, а вторым диском является ротор.
4. Диспергатор по п.2, в котором первым диском является ротор, вращающийся по часовой стрелке, а вторым диском является ротор, вращающийся против часовой стрелки.
