Podrijetlo višediskne VOLUTE™ pužne preše

Svaka VOLUTE™ je višediskna pužna preša. Nije svaka višediskna pužna preša VOLUTE™

Svaka višediskna pužna preša koja je danas u pogonu — fiksni prstenovi, pomični prstenovi i sporookretni puž — vuče podrijetlo iz jedne japanske patentne prijave koju je AMCON podnio u veljači 1992. Na ovoj je stranici dokumentirano kako je mehanizam razvijen, zašto je bio potreban i gdje je izvorni izum zabilježen.

Izumitelj
Masaaki Sasaki, osnivač tvrtke AMCON

Dokument o prvenstvu
JP H5-228695 (1992.)

Europski patent
EP 0 581 965 B1 (1996.)

Sl. 4, EP 0 581 965 B1 — poprečni presjek bubnja za dehidraciju. Fiksni prstenovi (6), pomični prstenovi (30), puž (31), mikrorazmak g, utor za odvođenje tekućine (34).

1970-e

Problem

Filtarske tkanine, voda za ispiranje i začepljivanje: stanje tehnike prije pojave VOLUTE™

AMCON nije započeo kao proizvođač strojeva. Osnovan 1974. godine kao tvrtka za održavanje, servisirao je septičke jame i male uređaje za pročišćavanje otpadnih voda u japanskim stambenim naseljima. Tekući mulj iz tih lokalnih spremnika morao se odvoziti na središnje uređaje za pročišćavanje, a zgušnjavanje mulja prije transporta bilo je očit način za smanjenje volumena mulja i troškova — no tadašnji zgušnjivači mulja i preše za dehidraciju mulja bili su preskupi i složeni za ugradnju u tom mjerilu.

Dominantan princip separacije bila je filtarska tkanina: mulj se dozira na propusnu traku, voda se cijedi kroz nju, a krute tvari ostaju. Slabost je konstrukcijske prirode. Fine čestice postupno začepljuju tkaninu, pa se traka mora neprekidno čistiti vodom za ispiranje pod visokim tlakom. Posljedice su dobro poznate svakom operateru te generacije opreme: velika potrošnja vode za ispiranje, sustavi mlaznica za prskanje, predimenzionirane trake za postizanje kapaciteta, česta zamjena tkanine — te gotovo potpuno zakazivanje kod zauljenog mulja, koji nepovratno začepljuje tkaninu.

Budući da je osoblje tvrtke AMCON svakodnevno održavalo takvu opremu, tvrtka je iz prve ruke poznavala te načine otkazivanja. Godine 1982. konstruirala je svoj prvi vlastiti stroj — kompaktni zgušnjivač mulja s filtarskom tkaninom. Riješio je problem dimenzija i cijene, ali je naslijedio sva ograničenja same tkanine. Pouka izvučena iz tog iskustva odredila je smjer za sve što je uslijedilo: u potpunosti ukloniti filtarsku tkaninu.

Arhiv, AMCON Inc. — zbrinjavanje mulja kod septičkih jama stambenih naselja, 1970-e. Tekući mulj odvozio se s lokacije; smanjenje volumena mulja bilo je ekonomsko usko grlo.

Arhiv, AMCON Inc. — prvi vlastiti stroj (1982.): zgušnjivač mulja s filtarskom tkaninom. Kompaktan i cjenovno pristupačan, ali podložan začepljivanju tkanine i potrošnji vode za ispiranje.

1991 →

Prvi VOLUTE™

Pužna preša s češljastim noževima: funkcionalan stroj s problemom trošenja

Arhiv, AMCON Inc. — VOLUTE™ s češljastim noževima (patent iz 1990., izlazak na tržište u travnju 1991.): slojeviti prstenasti filtar s uklopljenim noževima za čišćenje.

Arhiv, AMCON Inc. — uzrok kvara: opterećenje koncentrirano na tankim noževima za čišćenje uzrokovalo je lom nakon nekoliko stotina sati rada.

Istraživanje i razvoj ponovno su pokrenuti oko principa pužne preše: bez tkanine, niska brzina vrtnje, minimalna potrošnja energije. Otvoreno pitanje bilo je kako spriječiti začepljivanje bubnja za dehidraciju bez vode za ispiranje. Prvi odgovor bilo je mehaničko struganje. Cilindrični filtar sastavljen je od naslaganih prstenova s uskim razmacima, a svaki je zavoj puža nosio tanke češljaste noževe za čišćenje koji su ulazili u razmake i potiskivali prodrle krute tvari natrag u kanal puža.

Stroj je funkcionirao, patentiran je 1990. godine te je u travnju 1991. izašao na tržište pod nazivom VOLUTE™ — od latinske riječi voluta, što znači spirala. Narudžbe su rasle. No rasla su i učestala izvješća s terena: noževi su pucali nakon svega nekoliko stotina sati rada pod punim opterećenjem.

Vlastite patentne prijave tvrtke otvoreno govore o uzroku. Noževi su morali biti izrađeni tanko i s visokom preciznošću kako bi pravilno ulazili u svaki razmak između prstenova; ista ta geometrija koncentrirala je opterećenje struganja na najslabiji dio. Svaki se nož također morao montirati na vratilo s velikom točnošću, što je povećavalo troškove. Trošenje, lomovi i česta zamjena lopatica bili su urođeni tom konceptu, a ne greška u proizvodnji. Bio je potreban drugačiji samočisteći mehanizam bez začepljivanja — takav koji nema namjenski dio za čišćenje koji bi se trošio.

1992

Izum

Pomični prstenovi: samočisteći mehanizam bez začepljivanja koji je definirao višedisknu pužnu prešu

Presudna ideja nije nastala za crtaćim stolom. Vozeći se prigradskim vlakom, osnivač Masaaki Sasaki promatrao je niz rukohvata kako se njišu u ritmu kretanja vagona i zapitao se mogu li prstenovi koji se pomiču sami održavati filtar čistim — bez noževa i bez prskanja. Kada bi se cilindrični filtar sastavio od naizmjeničnih fiksnih prstenova i slobodno uloženih pomičnih prstenova, pri čemu sam puž pokreće pomične prstenove, razmaci filtra neprekidno bi se čistili samim radom stroja. Prototip je potvrdio princip te je 21. veljače 1992. AMCON podnio patentnu prijavu za „uređaj za separaciju kruto-tekuće” — višedisknu pužnu prešu. Mehanizam vrijedi precizno opisati jer je u principu nepromijenjen u svakom stroju VOLUTE™ proizvedenom od tada:

Fiksni prstenovi (6)

Složeni u aksijalnom smjeru, odvojeni odstojnicima i stegnutim zateznim vijcima u jedan kruti bubanj za dehidraciju. Širina razmaka između prstenova: G.

Pomični prstenovi (30)

Po jedan u svakom razmaku, debljine T < G. Razlika definira mikrorazmak g s obje strane — npr. G = 6 mm, T = 5 mm daje g = 0,5 mm. Prsten je zadržan u sklopu, ali se može slobodno radijalno pomicati i rotirati.

Puž (31)

Okreće se unutar sklopa prstenova i aksijalno transportira mulj. Unutarnji promjer pomičnog prstena D₅ manji je od vanjskog promjera puža D₄, tako da svaki prsten naliježe na zavojnicu u jednoj točki dodira P.

Samočišćenje

Trenje u točki P povlači svaki pomični prsten u ekscentričnu vrtnju oko osi puža, uz radijalno klizanje s hodom od D₄ − D₅ po okretaju. Relativno gibanje čeonih ploha prstenova neprekidno istiskuje krute tvari iz mikrorazmaka.

Put filtrata

Voda se gravitacijski cijedi kroz mikrorazmake; obodni utor za vođenje (34) na svakom pomičnom prstenu odvodi filtrat koji izlazi na vrhu sklopa prema dolje, sprječavajući njegov ponovni ulazak u kanal puža.

Konstrukcijske prednosti zabilježene već u prijavi iz 1992.: prstenovi i odstojnici mogu se izraditi debelima (mehanička čvrstoća) dok g ostaje malen; izvedivi su promjeri prstenova od 500–1000 mm; komponente mogu biti od smole, metala ili keramike; montaža i demontaža su jednostavne jer se nijedan dio ne mora uklapati s preciznošću noževa.

Sl. 6, EP 0 581 965 B1 — jedan okretaj puža, stanja (a)–(d).

Pomični prsten (30) rotira oko vlastite osi X₂ dok radijalno klizi u odnosu na os puža X₁; točka dodira P putuje po obodu.

Sl. 1–12

Iz patentne prijave

Što je prijava iz 1992. već sadržavala

Izvorna je prijava iznimno cjelovita. Ne opisuje samo jedan stroj, već čitav konstrukcijski prostor koji će AMCON, a kasnije i njegovi imitatori, zauzimati u iduća tri desetljeća:

Sl. 1, EP 0 581 965 B1 — uzdužni presjek kompletnog separatora: ulaz (2), bubanj za dehidraciju (5), ispust filtrata (4), izlaz muljnog kolača (3), motor s reduktorom (17).

特開平5-228695, str. 8 — slijed gibanja prstenova, nagnute izvedbe (Sl. 7–8), puž sa segmentnim lopaticama (Sl. 9–10) i dvovratilni stroj (Sl. 12) u izvornoj japanskoj objavi.

Način rada za zgušnjavanje mulja

Horizontalna izvedba: flokulirani mulj s 99–98,5 % vlage na ulazu, zgusnuta suha tvar s 97–95 % na izlazu — gravitacijsko cijeđenje kroz mikrorazmake, dovoljno blago da očuva flokule (ulaz prelijevanjem, a ne slobodnim padom).

Način rada za dehidraciju mulja

Isti element nagnut pod kutom od 45–90°: stupac mulja ispunjava kanal puža, unutarnji tlak raste prema izlazu muljnog kolača, a voda se istiskuje kroz razmake — muljni kolač s vlagom ispod 85 % iz jednog stroja, čime se zamjenjuje dotadašnja dvostupanjska konfiguracija zgušnjivač mulja + preša.

Način rada za prosijavanje

Spuštena izvedba za jednostavno uklanjanje grubih nečistoća iz neflokulirane otpadne vode (prehrambena industrija, prerada mesa, hotelske kuhinje).

Puž sa segmentnim lopaticama

Puž sastavljen od pojedinačnih segmenata lopatica na spiralnom grebenu, zakrenutih za po 1–5°, koji tvore stepenaste mikroizbočine za povećanje trenja prema krutim tvarima; smanjivanjem kuta zakretanja prema izlazu muljnog kolača povećava se unutarnji tlak i sadržaj suhe tvari u muljnom kolaču.

Viševratilni strojevi (s više bubnjeva)

Nekoliko bubnjeva za dehidraciju u jednom kućištu, povezanih prijenosom na zajednički pogon — koncept skaliranja kapaciteta koji se i danas koristi kod velikih jedinica VOLUTE™; međutim, danas svaki bubanj za dehidraciju ima vlastiti pogon.

Primjene

Osim za komunalni miješani sirovi mulj, mehanizam je bio — i ostao — primjenjiv za gotovo sve vrste industrijskog mulja.

Dokumentacija

Primarni izvori

Dokumenti: gdje je izum zabilježen

Pravo prvenstva za višedisknu pužnu prešu temelji se na japanskoj prijavi od 21. veljače 1992., proširenoj međunarodno putem PCT-a i priznatoj u Europi 1996. godine. Oba dokumenta navode AMCON (Amukon Kabushiki Kaisha, Tokio) kao podnositelja prijave, a osnivača tvrtke kao izumitelja.

固液分離装置 — Uređaj za separaciju kruto-tekuće

Objava

特開平5-228695 (JP H5-228695 A)

Prijava

特願平4-69996 · podneseno 21. 02. 1992.

Objavljeno

07.09.1993

Podnositelj prijave

アムコン株式会社 (AMCON INC.), Meguro-ku, Tokyo

Izumitelj

佐々木 正昌 (Masaaki Sasaki)

Međ. klas.

B30B 9/14 · B01D 29/17, 29/25, 29/37 · C02F 11/12

EP 0 581 965 B1 — Uređaj za separaciju kruto-tekuće

Podneseno

18. 02. 1993. · PCT/JP93/00199 (WO 93/16867)

Prvenstvo

21. 02. 1992. · JP 69996/92

Priznato

28. 08. 1996. · Glasnik 1996/35

Države

DE · FR · GB

Nositelj patenta

Amukon Kabushiki Kaisha, Tokyo

Patentni zahtjev 1

Fiksni prstenovi + rotirajući puž, naznačen pomičnim prstenovima u razmacima čiji je unutarnji promjer manji od vanjskog promjera puža

Karakterizirajući dio patentnog zahtjeva 1 — pomični prstenovi s D₅ < D₄ — pravna je definicija višedisknog principa. Svaka kasnija višediskna pužna preša, bez obzira na naziv marke na kućištu, primjenjuje mehanizam koji je prvi put objavljen ovdje.

1991→

Kontinuitet

Tri desetljeća istog principa koji neprekidno razvija njegov izumitelj

Višediskni mehanizam uklonio je i posljednji potrošni dio iz pužne preše: nema tkanine koja bi se začepila, nema noža koji bi puknuo, nema cijevi s mlaznicama koju treba napajati vodom. Omogućio je praktičan rad bez stalnog nadzora operatera i otvorio mogućnost obrade vrsta mulja — zauljenog mulja, masnog mulja, mulja iz prehrambene industrije — koje strojevi s filtarskom tkaninom nisu mogli obrađivati. AMCON od tada neprekidno proizvodi taj mehanizam kao izvorni proizvođač opreme (OEM) te ga nastavlja usavršavati.

Ogroman evolucijski iskorak dogodio se 2021. godine kada je AMCON predstavio VOLUTE DUO, potpuno novi tip preše koji je — zahvaljujući svom beskontaktnom dizajnu — podigao uporabnu vrijednost preša za dehidraciju mulja na sasvim novu razinu, osobito u pogledu troškova održavanja.

Praksa

Jedan princip, mnogo vrsta mulja

Tri desetljeća istog principa koji neprekidno razvija njegov izumitelj

Višediskna pužna preša nije fiksan, već konfigurabilan uređaj. Mehanizam — fiksni prstenovi, pomični prstenovi, sporookretni puž — nepromjenjiv je, ali mulj nije jedinstven materijal: sadržaj suhe tvari, udjel vlakana, ulja i masti, veličina čestica i čvrstoća flokula uvelike variraju ovisno o izvoru. Klasična pužna preša VOLUTE™ (za razliku od kasnijeg modela VOLUTE DUO™) stoga se izrađuje tako da se prilagodi ulaznom mediju, umjesto da se prodaje kao jedna univerzalna jedinica. Nekoliko se parametara podešava prema pojedinoj primjeni, bez mijenjanja temeljnog principa:

Geometrija puža

Korak zavojnice, kut zakretanja segmenata lopatica i konusnost određuju brzinu transporta i porast unutarnjeg tlaka duž bubnja za dehidraciju. Već prijava iz 1992. opisuje smanjivanje kuta zakretanja prema izlazu muljnog kolača radi povećanja sadržaja suhe tvari u muljnom kolaču — što je ista poluga koja se i danas koristi za prilagodbu preše određenom mulju.

Dimenzioniranje razmaka između prstenova

Mikrorazmak g odabire se na temelju debljine prstenova i odstojnika te se često postavlja različito u zoni zgušnjavanja (ulaz) i zoni dehidracije (izlaz muljnog kolača) istog bubnja za dehidraciju, čime se uravnotežuje protok filtrata u odnosu na sadržaj suhe tvari u muljnom kolaču duž duljine stroja.

Odabir pogona

Nazivna snaga motora i reduktora te brzina vrtnje određuju kapacitet obrade i vrijeme zadržavanja; niža brzina povećava koncentraciju, a viša brzina povećava kapacitet. Pogon se specificira prema radnim zahtjevima umjesto da bude fiksan.

Budući da se ti parametri određuju prema konkretnoj primjeni, jedna te ista fizička preša može se prilagoditi širokom rasponu vrsta mulja bez preinake samog mehanizma. Ono što tu prilagodbu čini pouzdanom nije samo geometrija, već empirijsko povezivanje karakteristika ulaznog mulja s odgovarajućom konfiguracijom — koji puž, koji razmaci i koji pogon za pojedinu vrstu mulja. Kao izvorni proizvođač, AMCON je ta saznanja prikupljao tijekom više desetljeća i u mnogim industrijama te ih primjenjuje pri specifikaciji svakog uređaja.

U tome leži praktična razlika između izvornog proizvođača i kasnijih kopija ovog mehanizma. Proizvođači kopija obično nude jednu fiksnu konfiguraciju koju primjenjuju neselektivno, neovisno o ulaznom mediju. Kada mulj odstupa od onoga čemu je ta jedna konfiguracija prilagođena, rezultat je nedostatna dehidracija mulja ili potpuni izostanak funkcionalnosti — nerijetko uz nižu početnu cijenu koja je kopiju uopće učinila privlačnom.

Slijedi dobro dokumentirana nuspojava: kada neodgovarajuće konfiguriran uređaj ne postiže očekivane rezultate, operateri mogu taj nedostatak pripisati samom višedisknom principu rada, a ne specifičnoj konfiguraciji. Imitacije na tržištu tako utječu na percepciju cijele tehnološke kategorije — što je reputacijska posljedica česta kod izvornih proizvođača mnogih inženjerskih proizvoda, a ne samo u području dehidracije mulja.

Svaki uređaj VOLUTE™ je višediskna pužna preša. No nije svaka višediskna pužna preša VOLUTE™ — samo AMCON proizvodi original.