Izvor večdiskaste polžaste stiskalnice VOLUTE™

Vsaka VOLUTE™ je večdiskasta polžasta stiskalnica. Ni pa vsaka večdiskasta polžasta stiskalnica VOLUTE™

Vsaka večdiskasta polžasta stiskalnica, ki obratuje danes — s fiksnimi obroči, gibljivimi obroči in počasi vrtečim se polžem — izvira iz ene same japonske patentne prijave, ki jo je družba AMCON vložila februarja 1992. Ta stran dokumentira, kako je bil mehanizem razvit, zakaj je bil potreben in kje je zabeležen izvirni izum.

Izumitelj
Masaaki Sasaki, ustanovitelj družbe AMCON

Prednostni dokument
JP H5-228695 (1992)

Evropski patent
EP 0 581 965 B1 (1996)

Sl. 4, EP 0 581 965 B1 — prečni prerez dehidracijskega bobna. Fiksni obroči (6), gibljivi obroči (30), polž (31), mikroreža g, vodilni utor za tekočino (34).

1970-ta

Problem

Filtrske tkanine, pralna voda in mašenje: stanje tehnike pred VOLUTE™

AMCON ni začel kot proizvajalec strojev. Ustanovljen je bil leta 1974 kot vzdrževalno podjetje, ki je servisiralo greznice in male čistilne naprave v japonskih stanovanjskih kompleksih. Tekoče blato iz teh lokalnih rezervoarjev je bilo treba odvažati na centralne čistilne naprave, pri čemer je bilo zgoščevanje blata pred prevozom očiten način za zmanjšanje prostornine blata in stroškov — vendar so bili takratni zgoščevalniki blata in stiskalnice za dehidracijo blata predragi in prezahtevni za vgradnjo v takšnem merilu.

Prevladujoči princip ločevanja je bila filtrska tkanina: blato se naloži na prepustni trak, voda odteče skozi, trdne snovi ostanejo. Slabost je konstrukcijska. Drobni delci postopoma zamašijo tkanino, zato je treba trak neprestano čistiti z visokotlačno pralno vodo. Posledice dobro pozna vsak upravljavec tiste generacije opreme: velika poraba pralne vode, sistemi razpršilnih šob, predimenzionirani trakovi za doseganje zmogljivosti, pogosta menjava tkanin — in skoraj popolna odpoved pri obdelavi zaoljenega blata, ki tkanino nepopravljivo zamaši.

Ker je osebje družbe AMCON to opremo dnevno vzdrževalo, je podjetje te načine odpovedi poznalo iz prve roke. Leta 1982 je izdelalo svoj prvi lastni stroj — kompaktni zgoščevalnik blata s filtrsko tkanino. Rešil je problem velikosti in cene, vendar je podedoval vse omejitve same tkanine. Izkušnja, pridobljena z njim, je začrtala smer za vse, kar je sledilo: popolna odprava filtrske tkanine.

Arhiv, AMCON Inc. — ravnanje z blatom pri greznicah stanovanjskih kompleksov v 1970-ih. Tekoče blato se je odvažalo; zmanjšanje prostornine blata je bilo ekonomsko ozko grlo.

Arhiv, AMCON Inc. — prvi lastni stroj (1982): zgoščevalnik blata s filtrsko tkanino. Kompakten in cenovno dostopen, a podvržen mašenju tkanine in porabi pralne vode.

1991 →

Prvi VOLUTE™

Polžasta stiskalnica z glavnikastimi rezili: delujoč stroj s problemom obrabe

Arhiv, AMCON Inc. — VOLUTE™ z glavnikastimi rezili (patent 1990, prihod na trg aprila 1991): večslojni obročasti filter z vmesnimi čistilnimi rezili.

Arhiv, AMCON Inc. — način odpovedi: obremenitev, skoncentrirana na tankih čistilnih rezilih, je povzročila lom po nekaj sto obratovalnih urah.

Raziskave in razvoj so se znova začeli okoli principa polžaste stiskalnice: brez tkanine, nizka hitrost vrtenja, minimalna poraba energije. Odprto vprašanje je bilo, kako preprečiti mašenje dehidracijskega bobna brez uporabe pralne vode. Prvi odgovor je bilo mehansko strganje. Cilindrični filter je bil sestavljen iz naloženih obročev z ozkimi režami, vsak navoj polža pa je nosil tanka glavnikasta čistilna rezila, ki so segala v reže in potiskala ujete trdne snovi nazaj v kanal polža.

Stroj je deloval, bil patentiran leta 1990 in je aprila 1991 prišel na trg pod imenom VOLUTE™ — iz latinske besede voluta, spirala. Naročila so rasla. Z njimi pa tudi ponavljajoča se poročila s terena: rezila so se lomila že po nekaj sto urah obratovanja pod polno obremenitvijo.

Lastne patentne prijave podjetja odkrito opisujejo vzrok. Rezila so morala biti izdelana tanko in z visoko natančnostjo, da so pravilno vstopala v vsako režo med obroči; prav ta geometrija pa je skoncentrirala obremenitev strganja na najšibkejši del. Vsako rezilo je bilo treba tudi visoko natančno namestiti na gred, kar je zviševalo stroške. Obraba, lomi in pogosta menjava lopatic so bili lastni samemu konceptu, ne pa napaka v proizvodnji. Potreben je bil drugačen samočistilni mehanizem brez mašenja — takšen brez namenskega čistilnega dela, ki bi se obrabljal.

1992

Izum

Gibljivi obroči: samočistilni mehanizem brez mašenja, ki je opredelil večdiskasto polžasto stiskalnico

Odločilna zamisel se ni porodila za risalno desko. Med vožnjo s primestnim vlakom je ustanovitelj Masaaki Sasaki opazoval vrsto držal za roke, ki so se zibala v ritmu gibanja vagona, in se vprašal, ali bi obroči, ki se premikajo, lahko sami ohranjali filter čist — brez rezil in brez pralne vode. Če bi bil cilindrični filter sestavljen iz izmenjujočih se fiksnih obročev in ohlapno vpetih gibljivih obročev, pri čemer bi gibljive obroče poganjal sam polž, bi se filtrske reže neprestano čistile z lastnim delovanjem stroja. Prototip je potrdil princip in 21. februarja 1992 je AMCON vložil patentno prijavo za napravo za »ločevanje trdno-tekoče« — večdiskasto polžasto stiskalnico. Mehanizem je vredno natančno opisati, saj v svojem principu ostaja nespremenjen v vsakem stroju VOLUTE™, izdelanem od takrat:

Fiksni obroči (6)

Naloženi v aksialni smeri, ločeni z distančniki in speti z veznimi sorniki v en tog dehidracijski boben. Širina reže med obroči: G.

Gibljivi obroči (30)

Po eden v vsaki reži, debeline T < G. Razlika določa mikrorežo g na vsaki čelni ploskvi — npr. G = 6 mm, T = 5 mm da g = 0,5 mm. Obroč je ujet, vendar se lahko prosto radialno premika in vrti.

Polž (31)

Teče znotraj sklopa obročev in aksialno pomika blato. Notranji premer gibljivega obroča D₅ je manjši od zunanjega premera polža D₄, zato vsak obroč sloni na viju polža v eni sami kontaktni točki P.

Samočiščenje

Trenje v točki P potegne vsak gibljivi obroč v ekscentrično vrtenje okoli osi polža, pri čemer obroč radialno drsi s hodom D₄ − D₅ na obrat. Relativno gibanje čelnih ploskev obročev neprestano izriva trdne snovi iz mikrorež.

Pot filtrata

Voda gravitacijsko odteka skozi mikroreže; obodni vodilni utor (34) na vsakem gibljivem obroču vodi filtrat, ki izstopa na vrhu sklopa, navzdol ter preprečuje njegov ponovni vstop v kanal polža.

Konstrukcijske posledice, navedene že v prijavi iz leta 1992: obroči in distančniki so lahko debeli (mehanska trdnost), medtem ko reža g ostaja majhna; izvedljivi so premeri obročev 500–1000 mm; komponente so lahko iz umetne mase, kovine ali keramike; montaža in demontaža sta preprosti, saj se noben del ne rabi ujemati z natančnostjo rezil.

Sl. 6, EP 0 581 965 B1 — en obrat polža, stanja (a)–(d).

Gibljivi obroč (30) se vrti okoli lastne osi X₂, medtem ko radialno drsi glede na os polža X₁; kontaktna točka P potuje po obodu.

Sl. 1–12

Iz patentne prijave

Kaj je vsebovala že prijava iz leta 1992

Izvirna prijava je izjemno celovita. Ne opisuje le enega stroja, temveč celoten konstrukcijski prostor, ki so ga družba AMCON in pozneje njeni posnemovalci zasedali naslednja tri desetletja:

Sl. 1, EP 0 581 965 B1 — vzdolžni prerez celotnega separatorja: dotok (2), dehidracijski boben (5), iztok filtrata (4), izpust pogače (3), motorni reduktor (17).

特開平5-228695, str. 8 — zaporedje gibanja obročev, nagnjene izvedbe (sl. 7–8), polž s segmentnimi lopaticami (sl. 9–10) in dvogredni stroj (sl. 12) v izvirni japonski objavi.

Način zgoščevanja blata

Horizontalna postavitev: flokulirano blato z 99–98,5 % vlage na vstopu, zgoščene trdne snovi s 97–95 % na izstopu — gravitacijsko odvodnjavanje skozi mikroreže, dovolj nežno, da ohrani kosmiče (dotok prek preliva, ne s prostim padom).

Način dehidracije blata

Isti dehidracijski boben pod naklonom 45–90°: stolpec blata zapolni kanal polža, notranji tlak proti izpustu pogače narašča in voda se iztiska skozi reže — blatna pogača z manj kot 85 % vlage iz enega samega stroja, ki nadomešča dotedanjo dvostopenjsko postavitev zgoščevalnika blata in stiskalnice.

Način precejanja

Navzdol nagnjena postavitev za preprosto odstranjevanje grobih nečistoč iz neflokulirane odpadne vode (živilska industrija, mesnopredelovalna industrija, hotelske kuhinje).

Polž s segmentnimi lopaticami

Polž, sestavljen iz posameznih segmentnih lopatic na spiralnem grebenu z zamikom 1–5°, ki tvorijo stopničaste mikroizbokline za povečanje trenja ob trdne snovi; zmanjševanje kota zamika proti izpustu pogače povečuje notranji tlak in vsebnost suhe snovi v pogači.

Večgredni stroji (z več dehidracijskimi bobni)

Več dehidracijskih bobnov v enem ohišju, povezanih z enim pogonom — koncept povečevanja zmogljivosti obdelave, ki se še vedno uporablja pri velikih enotah VOLUTE™; le da ima danes vsak dehidracijski boben svoj lastni pogon.

Področja uporabe

Poleg komunalnega mešanega surovega blata je bil mehanizem — in ostaja — uporaben za skoraj vse vrste industrijskega blata.

Dokumentacija

Primarni viri

Dokumenti: kje je izum zabeležen

Prednostna pravica za večdiskasto polžasto stiskalnico temelji na japonski prijavi z dne 21. februarja 1992, mednarodno razširjeni prek pogodbe PCT in podeljeni v Evropi leta 1996. Oba dokumenta navajata družbo AMCON (Amukon Kabushiki Kaisha, Tokio) kot prijavitelja in ustanovitelja podjetja kot izumitelja.

固液分離装置 — Naprava za ločevanje trdno-tekoče

Objava

特開平5-228695 (JP H5-228695 A)

Prijava

特願平4-69996 · vloženo 21. 2. 1992

Objavljeno

07.09.1993

Prijavitelj

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

Izumitelj

佐々木 正昌 (Masaaki Sasaki)

Medn. klas.

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

EP 0 581 965 B1 — Naprava za ločevanje trdno-tekoče

Vloženo

18. 2. 1993 · PCT/JP93/00199 (WO 93/16867)

Prednostna pravica

21. 2. 1992 · JP 69996/92

Podeljeno

28. 8. 1996 · Bilten 1996/35

Države

DE · FR · GB

Imetnik

Amukon Kabushiki Kaisha, Tokyo

Zahtevek 1

Mirujoči obroči + vrtljivi polž, označen z gibljivimi obroči v režah, katerih notranji premer je manjši od zunanjega premera polža

Karakteristični del zahtevka 1 — gibljivi obroči z D₅ < D₄ — predstavlja pravno definicijo večdiskastega principa. Vsaka poznejša večdiskasta polžasta stiskalnica, ne glede na blagovno znamko na ohišju, uporablja mehanizem, ki je bil prvič razkrit tukaj.

1991→

Kontinuiteta

Tri desetletja istega principa, ki ga njegov izumitelj nenehno nadgrajuje

Večdiskasti mehanizem je iz polžaste stiskalnice odstranil zadnji potrošni del: brez tkanine, ki bi se zamašila, brez rezila, ki bi se zlomilo, brez razpršilne cevi za dovod vode. Omogočil je praktično obratovanje brez stalnega nadzora in odprl vrata vrstam blata — zaoljenemu blatu, mastnemu blatu in blatu iz živilske industrije — ki jih stroji s filtrsko tkanino niso zmogli obdelati. AMCON kot proizvajalec originalne opreme ta mehanizem od takrat neprekinjeno izdeluje in ga nenehno nadgrajuje.

Ogromen evolucijski preskok se je zgodil leta 2021, ko je AMCON predstavil VOLUTE DUO, povsem nov tip stiskalnice, ki je — zahvaljujoč svoji brezkontaktni zasnovi — uporabno vrednost stiskalnic za dehidracijo blata povzdignil na povsem novo raven, zlasti z vidika stroškov vzdrževanja.

Praksa

En princip, številne vrste blata

Tri desetletja istega principa, ki ga njegov izumitelj nenehno nadgrajuje

Večdiskasta polžasta stiskalnica ni nespremenljiv stroj, temveč prilagodljiv sistem. Mehanizem — fiksni obroči, gibljivi obroči in počasi vrteči se polž — je stalen, toda blato ni enoten material: vsebnost suhe snovi, vsebnost vlaken, vsebnost olj in maščob, velikost delcev ter trdnost kosmičev se močno razlikujejo glede na vir. Klasična polžasta stiskalnica VOLUTE™ (za razliko od poznejše VOLUTE DUO™) je zato izdelana tako, da se prilagodi vstopnemu blatu, namesto da bi se prodajala kot ena univerzalna enota. Glede na posamezno aplikacijo se nastavi več parametrov, ne da bi se spremenil osnovni princip:

Geometrija polža

Korak vijačnice, kot zamika segmentnih lopatic in konusnost določajo hitrost pomika ter naraščanje notranjega tlaka vzdolž dehidracijskega bobna. Že prijava iz leta 1992 opisuje zmanjševanje kota zamika proti izpustu pogače za povečanje vsebnosti suhe snovi v pogači — kar je isti vzvod, s katerim še danes prilagajamo stiskalnico določenemu blatu.

Dimenzioniranje rež med obroči

Mikroreža g se izbere na podlagi debeline obročev in distančnikov ter je pogosto različno nastavljena med cono zgoščevanja (vstop) in cono dehidracije (izpust pogače) istega dehidracijskega bobna, s čimer se po dolžini stroja uravnava razmerje med pretokom filtrata in vsebnostjo suhe snovi v pogači.

Izbira pogona

Zmogljivost motorja in reduktorja ter hitrost vrtenja določata zmogljivost obdelave in zadrževalni čas; nižja hitrost poveča koncentracijo, višja hitrost pa zmogljivost. Pogon ni fiksen, temveč se določi glede na delovne zahteve.

Ker se ti parametri določijo za vsak primer uporabe posebej, je mogoče isto fizično stiskalnico prilagoditi širokemu naboru vrst blata, ne da bi bilo treba na novo zasnovati mehanizem. Zanesljivosti te prilagoditve ne zagotavlja le geometrija, temveč tudi izkustveno povezovanje lastnosti vstopnega blata z ustrezno konfiguracijo — kateri polž, katere reže in kateri pogon izbrati za posamezno blato. Kot izvirni proizvajalec je AMCON to znanje zbiral več desetletij v številnih panogah in ga uporablja pri dimenzioniranju vsake posamezne enote.

V tem je praktična razlika med izumiteljem mehanizma in kasnejšimi kopijami. Proizvajalci kopij običajno ponujajo eno samo fiksno konfiguracijo in jo uporabljajo vsesplošno, ne glede na vstopni medij. Ko blato odstopa od tistega, čemur ta edina konfiguracija ustreza, je rezultat nezadostna dehidracija blata ali popolna odpoved delovanja — pogosto prav zaradi nižje cene, zaradi katere je bila kopija sploh privlačna.

Temu sledi dobro poznan stranski učinek: ko neustrezno izbrana enota ne dosega pričakovanih rezultatov, upravljavci pomanjkljivosti pogosto pripišejo samemu večdiskastemu principu in ne konkretni konfiguraciji. Posnemanje na trgu tako vpliva na dojemanje celotne tehnološke kategorije — gre za zunanji vpliv na ugled, s katerim se srečujejo izvirni proizvajalci številnih inženirskih izdelkov in ni značilen le za področje, kot je dehidracija blata.

Vsak VOLUTE™ je večdiskasta polžasta stiskalnica. Ni pa vsaka večdiskasta polžasta stiskalnica VOLUTE™ — le AMCON izdeluje original.