Her VOLUTE™ bir çok diskli vidalı prestir. Her çok diskli vidalı pres bir VOLUTE™ değildir
Bugün çalışan her çok diskli vidalı pres — sabit halkalar, hareketli halkalar ve yavaş dönen bir helezon — AMCON tarafından Şubat 1992’de yapılan tek bir Japon patent başvurusuna dayanır. Bu sayfa mekanizmanın nasıl geliştirildiğini, neden gerekli olduğunu ve orijinal buluşun nerede kayıtlı olduğunu belgelemektedir.
Mucit
Masaaki Sasaki, AMCON kurucusu
Rüçhan belgesi
JP H5-228695 (1992)
Avrupa patent tescili
EP 0 581 965 B1 (1996)
Şekil 4, EP 0 581 965 B1 — susuzlaştırma silindirinin kesiti. Sabit halkalar (6), hareketli halkalar (30), helezon (31), mikro aralık g, sıvı yönlendirme oluğu (34).
1970’ler
Sorun
Filtre bezleri, yıkama suyu ve tıkanma: VOLUTE™ öncesi tekniğin bilinen durumu
AMCON faaliyetlerine bir makine üreticisi olarak başlamadı. 1974 yılında bir bakım şirketi olarak kuruldu ve Japon apartman komplekslerindeki septik tanklara ve küçük atık su arıtma tesislerine hizmet verdi. Bu yerinde tanklardan çıkan sıvı çamurun merkezi arıtma tesislerine taşınması gerekiyordu ve nakliye öncesinde çamur yoğunlaştırma işlemi, hacmi ve maliyeti düşürmenin en bariz yoluydu — ancak o dönemin çamur yoğunlaştırıcıları ve susuzlaştırma presleri bu ölçekte kurulum için aşırı pahalı ve zordu.
Baskın ayırma prensibi filtre beziydi: çamur geçirgen bir bant üzerine yüklenir, su süzülür, katı maddeler geride kalır. Zayıf nokta yapısaldır. İnce katı maddeler zamanla bezi körleştirir, bu nedenle bandın yüksek basınçlı yıkama suyu ile sürekli temizlenmesi gerekir. Bunun sonuçları o nesil ekipmanları kullanan her operatör tarafından iyi bilinir: yüksek yıkama suyu tüketimi, püskürtme nozulu sistemleri, kapasiteye ulaşmak için aşırı büyük bantlar, sık bez değişimi — ve bezi geri döndürülemez şekilde körleştiren yağlı çamurda neredeyse tam başarısızlık.
AMCON personeli bu ekipmanların bakımını her gün yaptığı için şirket bu arıza modlarını ilk elden biliyordu. 1982’de kendi ilk makinesini üretti: kompakt, filtre bezli bir çamur yoğunlaştırıcı. Boyut ve fiyat sorununu çözdü, ancak bezin tüm sınırlamalarını miras aldı. Bundan çıkarılan ders, sonrasında gelen her şeyin yönünü belirledi: filtre bezini tamamen ortadan kaldırmak.
Arşiv, AMCON Inc. — 1970’lerde apartman kompleksi septik tanklarında çamur yönetimi. Sıvı çamur tesis dışına taşınıyordu; hacim azaltma ekonomik darboğazdı.
Arşiv, AMCON Inc. — şirket içi ilk makine (1982): filtre bezli bir çamur yoğunlaştırıcı. Kompakt ve uygun fiyatlıydı, ancak bez tıkanmasına ve yıkama suyu ihtiyacına maruz kalıyordu.
1991 →
İlk VOLUTE™
Tarak bıçaklı vidalı pres: aşınma sorunu olan çalışan bir makine
Arşiv, AMCON Inc. — tarak bıçaklı VOLUTE™ (patent 1990, pazara çıkış Nisan 1991): iç içe geçen temizleme bıçaklarına sahip katmanlı halka filtre.
Arşiv, AMCON Inc. — arıza modu: ince temizleme bıçakları üzerinde yoğunlaşan yük, birkaç yüz çalışma saatinden sonra kırılmaya neden oldu.
Ar-Ge çalışmaları vidalı pres prensibi etrafında yeniden başladı: bez yok, düşük dönüş hızı, minimum enerji ihtiyacı. Açık kalan soru, susuzlaştırma silindirinin yıkama suyu olmadan tıkanmasının nasıl önleneceğiydi. İlk yanıt mekanik sıyırmaydı. Dar aralıklı istiflenmiş halkalardan silindirik bir filtre oluşturuldu ve helezonun her bir kanadı, aralıklara uzanan ve araya giren katı maddeleri helezon kanalına geri iten ince, tarak benzeri temizleme bıçakları taşıyordu.
Makine çalıştı, 1990’da patenti alındı ve Nisan 1991’de — Latince spiral anlamına gelen voluta kelimesinden türetilen — VOLUTE™ adı altında pazara girdi. Siparişler arttı. Bununla birlikte sahadan tekrarlayan bir rapor da artmaya başladı: bıçaklar tam yükte sadece birkaç yüz saat çalıştıktan sonra kırılıyordu.
Şirketin kendi patent başvuruları bunun nedeni konusunda oldukça açıktır. Bıçakların her bir halka aralığına doğru şekilde girmesi için ince ve yüksek hassasiyetle üretilmesi gerekiyordu; aynı geometri, sıyırma yükünü en zayıf parçada yoğunlaştırıyordu. Ayrıca her bıçağın şaft üzerine yüksek doğrulukla monte edilmesi gerekiyordu ve bu da maliyeti artırıyordu. Aşınma, kırılma ve sık kanat değişimi bir üretim hatası değil, konseptin doğasında olan bir durumdu. Farklı bir tıkanmayan kendi kendini temizleme mekanizması gerekiyordu — aşınacak özel bir temizleme parçası olmayan bir prensip.
1992
Buluş
Hareketli halkalar: çok diskli vidalı presi tanımlayan tıkanmayan kendi kendini temizleme mekanizması
Belirleyici fikir çizim masasında ortaya çıkmadı. Bir banliyö treninde yolculuk eden kurucu Masaaki Sasaki, vagonun hareketiyle sallanan tutamak sırasını izledi ve hareket eden halkaların — bıçak olmadan, yıkama suyu olmadan — bir filtreyi kendi başlarına temiz tutup tutamayacağını sordu. Silindirik filtre, dönüşümlü sabit halkalar ve gevşek şekilde sınırlandırılmış hareketli halkalardan inşa edilirse ve helezonun kendisi hareketli halkaları tahrik ederse, filtre aralıkları makinenin kendi çalışmasıyla sürekli olarak temizlenirdi. Bir prototip prensibi doğruladı ve 21 Şubat 1992’de AMCON, “katı-sıvı ayrımı aparatı” — yani çok diskli vidalı pres — için patent başvurusunda bulundu. Mekanizmayı tam olarak açıklamak gerekir, çünkü o zamandan beri üretilen her VOLUTE™ makinesinde prensip olarak değişmemiştir:
Sabit halkalar (6)
Eksenel yönde istiflenir, ara pulları ile ayrılır ve saplamalarla tek bir rijit silindir halinde sıkıştırılır. Halkalar arasındaki aralık genişliği: G.
Hareketli halkalar (30)
Her aralıkta T < G kalınlığında bir adet bulunur. Aradaki fark, her yüzeyde bir mikro aralık g tanımlar — örneğin G = 6 mm, T = 5 mm ise g = 0,5 mm olur. Halka sınırlandırılmıştır ancak radyal olarak kaymakta ve dönmekte serbesttir.
Helezon (31)
Halka paketinin içinde çalışır ve çamuru eksenel olarak taşır. Hareketli halkanın iç çapı D₅, helezonun dış çapı D₄’ten daha küçüktür, bu nedenle her halka helezon kanadı üzerinde tek bir temas noktası P’de taşınır.
Tıkanmayan kendi kendini temizleme mekanizması
P noktasındaki sürtünme, her bir hareketli halkayı helezon ekseni etrafında eksantrik bir dönüşe sürükler ve devir başına D₄ − D₅ stroku ile radyal olarak kaydırır. Halka yüzeylerinin bağıl hareketi, katı maddeleri mikro aralıklardan sürekli olarak dışarı atar.
Filtrat yolu
Su, yerçekimi ile mikro aralıklardan süzülür; her hareketli halka üzerindeki çevresel bir yönlendirme oluğu (34), paketin üst kısmından çıkan filtratı aşağı doğru yönlendirerek helezon kanalına geri girmesini önler.
1992 başvurusunda halihazırda belirtilen tasarım sonuçları: g küçük kalırken halkalar ve ara pulları kalın (mekanik dayanım) yapılabilir; 500–1000 mm halka çapları mümkündür; bileşenler reçine, metal veya seramik olabilir; hiçbir parçanın bıçak hassasiyetiyle iç içe geçmesi gerekmediğinden montaj ve demontaj basittir.
Şekil 6, EP 0 581 965 B1 — bir helezon devri, (a)–(d) durumları.
Hareketli halka (30), helezon ekseni X₁’e göre radyal olarak kayarken kendi ekseni X₂ etrafında döner; temas noktası P çevre boyunca hareket eder.
Şekil 1–12
Başvurudan
1992 başvurusunun halihazırda içerdikleri
Orijinal başvuru dikkat çekici derecede eksiksizdir. Tek bir makineyi değil, AMCON’un ve daha sonra taklitçilerinin önümüzdeki otuz yıl boyunca yer alacağı tüm tasarım alanını tanımlar:
Şekil 1, EP 0 581 965 B1 — komple ayırıcının boyuna kesiti: giriş (2), susuzlaştırma silindiri (5), filtrat çıkışı (4), kek çıkışı (3), redüktörlü motor (17).
特開平5-228695, s. 8 — orijinal Japonca yayındaki halka hareket dizisi, eğimli düzenekler (Şekil 7–8), kanat parçalı helezon (Şekil 9–10) ve çift şaftlı makine (Şekil 12).
Çamur yoğunlaştırma modu
Yatay düzenek: %99–98,5 nem oranında floküle edilmiş çamur girişi, %97–95 oranında yoğunlaştırılmış katı madde çıkışı — flokları koruyacak kadar nazik, mikro aralıklardan yerçekimi ile drenaj (serbest düşüşle değil, taşma ile giriş).
Çamur susuzlaştırma modu
45–90° eğimli aynı susuzlaştırma silindiri: çamur sütunu helezon kanalını doldurur, kek çıkışına doğru iç basınç yükselir ve su aralıklardan dışarı preslenir — önceki iki aşamalı çamur yoğunlaştırıcı + pres düzeneğinin yerini alarak tek bir makineden %85’in altında nem oranına sahip çamur keki elde edilir.
Eleme modu
Floküle edilmemiş atık sudan (gıda işleme, et işleme, otel mutfakları) kaba safsızlıkların basitçe giderilmesi için aşağı eğimli düzenek.
Kanat parçalı helezon
Spiral bir sırt üzerinde her biri 1–5° kaçık olarak bireysel kanat parçalarından monte edilen ve katı maddelere karşı sürtünmeyi artıran kademeli mikro çıkıntılar oluşturan bir helezon; kek çıkışına doğru kaçıklık açısının azaltılması iç basıncı ve kek kuruluğunu artırır.
Çok şaftlı (silindirli) makineler
Tek bir gövde içinde, tek bir tahrike dişli ile bağlı birkaç susuzlaştırma silindiri — büyük VOLUTE™ ünitelerinde hala kullanılan kapasite ölçeklendirme konsepti; ancak bugün susuzlaştırma silindirlerinin her biri kendi tahrikine sahiptir.
Uygulamalar
Evsel karışık ham çamurun ötesinde, mekanizma neredeyse her türlü endüstriyel çamur için uygulanabilirdi — ve hala uygulanabilmektedir.
Kayıt
Birincil kaynaklar
Belgeler: buluşun kayıtlı olduğu yer
Çok diskli vidalı pres için rüçhan hakkı, 21 Şubat 1992 tarihli Japon başvurusuna dayanmaktadır; PCT aracılığıyla uluslararası alanda genişletilmiş ve 1996 yılında Avrupa’da tescil edilmiştir. Her iki belgede de başvuru sahibi olarak AMCON (Amukon Kabushiki Kaisha, Tokyo) ve mucit olarak şirketin kurucusu yer almaktadır.
Yayın
特開平5-228695 (JP H5-228695 A)
Başvuru
特願平4-69996 · başvuru tarihi 21.02.1992
Yayınlanma tarihi
07.09.1993
Başvuru sahibi
アムコン株式会社 (AMCON INC.), Meguro-ku, Tokyo
Mucit
佐々木 正昌 (Masaaki Sasaki)
Uluslararası Sınıflandırma
B30B 9/14 · B01D 29/17, 29/25, 29/37 · C02F 11/12
Başvuru tarihi
18.02.1993 · PCT/JP93/00199 (WO 93/16867)
Rüçhan
21.02.1992 · JP 69996/92
Tescil tarihi
28.08.1996 · Bülten 1996/35
Ülkeler
DE · FR · GB
Patent sahibi
Amukon Kabushiki Kaisha, Tokyo
İstem 1
Sabit halkalar + dönebilen helezon; aralıklarda helezon dış çapından daha küçük iç çapa sahip hareketli halkalar ile karakterize edilir
İstem 1’in belirleyici maddesi — D₅ < D₄ olan hareketli halkalar — çok diskli prensibin yasal tanımıdır. Gövde üzerindeki marka ne olursa olsun, daha sonraki her çok diskli vidalı pres, ilk olarak burada açıklanan mekanizmayı uygular.
1991→
Süreklilik
Mucidi tarafından sürekli geliştirilen aynı prensibin otuz yılı
Çok diskli mekanizma, vidalı presten son sarf malzemesini de ortadan kaldırdı: körlenecek bez yok, kırılacak bıçak yok, beslenecek püskürtme çubuğu yok. Gözetimsiz çalışmayı pratik hale getirdi ve bez tabanlı makinelerin dokunamadığı çamur türlerinin — yağlı çamur, gresli, gıda endüstrisi — önünü açtı. AMCON, orijinal ekipman üreticisi olarak o zamandan beri mekanizmayı kesintisiz olarak üretmekte ve geliştirmeye devam etmektedir.
2021 yılında AMCON, sürtünmesiz tasarımı sayesinde özellikle bakım maliyetleri açısından susuzlaştırma preslerinin kullanım değerini bambaşka bir seviyeye taşıyan, tamamen yeni bir pres türü olan VOLUTE DUO‘yu piyasaya sürdüğünde büyük bir evrimsel sıçrama gerçekleşti.
Uygulama
Tek prensip, birçok çamur türü
Mucidi tarafından sürekli geliştirilen aynı prensibin otuz yılı
Çok diskli vidalı pres sabit bir nesne değil, yapılandırılabilir bir makinedir. Mekanizma — sabit halkalar, hareketli halkalar, yavaş dönen bir helezon — değişmezdir, ancak çamur tek tip bir malzeme değildir: kuru madde içeriği, lif oranı, yağ ve gres, partikül boyutu ve flok direnci kaynağa göre büyük ölçüde değişir. Klasik VOLUTE™ vidalı pres (daha sonraki VOLUTE DUO™’dan farklı olarak) bu nedenle tek bir evrensel ünite olarak satılmak yerine beslemeye uyacak şekilde üretilir. Temel prensibi değiştirmeden uygulama başına birkaç parametre ayarlanır:
Helezon geometrisi
Kanat hatvesi, kanat parçası kaçıklık açısı ve koniklik, susuzlaştırma silindiri boyunca taşıma hızını ve iç basınç oluşumunu belirler. 1992 başvurusu, kek kuruluğunu artırmak için kek çıkışına doğru kaçıklık açısının azaltılmasını halihazırda açıklamaktadır — bu, bugün bir presi belirli bir çamura göre ayarlamak için kullanılan aynı yöntemdir.
Halka aralığı boyutlandırması
Mikro aralık g, halka ve ara pulu kalınlıklarından seçilir ve makinenin uzunluğu boyunca filtrat hızı ile kek kuruluğunu dengeleyerek aynı susuzlaştırma silindirinin yoğunlaştırma bölgesi (giriş) ile susuzlaştırma bölgesi (çıkış) arasında sıklıkla farklı şekilde ayarlanır.
Tahrik seçimi
Motor ve redüktör gücü ile dönüş hızı, işleme kapasitesini ve bekleme süresini belirler; daha düşük hız konsantrasyonu artırırken, daha yüksek hız kapasiteyi yükseltir. Tahrik ünitesi sabit olmak yerine proses yüküne göre özel olarak seçilir.
Bu parametreler her uygulama için ayrı ayrı belirlendiğinden, tek bir fiziksel pres mekanizma yeniden tasarlanmadan çok çeşitli çamur tiplerine göre optimize edilebilir. Bu optimizasyonu güvenilir kılan şey yalnızca geometri değil, aynı zamanda besleme özelliklerinin konfigürasyonla — hangi çamur için hangi helezonun, hangi halka aralıklarının ve hangi tahrik ünitesinin kullanılacağıyla — ampirik olarak eşleştirilmesidir. Orijinal üretici olan AMCON, bu eşleştirme bilgisini onlarca yıl boyunca pek çok farklı sektörde biriktirmiş olup her bir üniteyi projelendirirken uygular.
Mekanizmanın mucidi ile daha sonraki kopyaları arasındaki pratik fark budur. Kopya üreticileri genellikle tek bir sabit konfigürasyon sunar ve besleme çamurunun özelliklerine bakmaksızın bunu her yerde kullanır. Çamur karakteristiği bu tek tip konfigürasyonun uygun olduğu sınırların dışına çıktığında, sonuç yetersiz susuzlaştırma veya tamamen işlevsiz kalmadır — üstelik bu durum genellikle kopyayı ilk başta cazip kılan daha düşük fiyat noktasında yaşanır.
Her VOLUTE™ bir çok diskli vidalı prestir. Ancak her çok diskli vidalı pres bir VOLUTE™ değildir — orijinalini yalnızca AMCON üretir.