廢舊塑料的破碎是回收利用中必不可少的工序。對于在常溫下就具有較高延展性的韌性塑料薄膜，不宜采用脆性塑料所使用的沖擊破碎方式。筆者采用了剪切破碎原理設(shè)計(jì)了一種塑料膜片破碎機(jī)，結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由進(jìn)料口、進(jìn)料室、動刀轉(zhuǎn)輥、底篩、機(jī)架、電動機(jī)和出料斗組成。
    對塑料薄膜、編織袋等廢舊塑料進(jìn)行破碎加工主要存在以下幾方面問題：(1)由于塑料薄膜、編織袋體積大質(zhì)量輕，呈大塊、長條和團(tuán)狀，蓬松纏繞，破碎后每1m3僅重30 kg左右，因此喂入困難；(2)因破碎料可壓縮呈彈性，雖然受到高速刀輥的推擠和離心力作用，破碎料仍難以通過底篩孔，所以排料也不順暢，影響生產(chǎn)效率；(3)因塑料膜片薄軟，刀片在切割中易發(fā)熱，工作時間稍長即發(fā)生粘刀現(xiàn)象，以致不能連續(xù)工作；(4)破碎作業(yè)時出料口易產(chǎn)生大量粉塵，污染工作環(huán)境。
    為了方便處理料的喂入，增強(qiáng)過篩能力，并強(qiáng)化刀片的冷卻效果，避免粉塵污染，改善工作環(huán)境，筆者設(shè)計(jì)了與主機(jī)配套的氣流吸送系統(tǒng)。
    圖2為塑料膜片破碎機(jī)的總體結(jié)構(gòu)，其中氣流吸送系統(tǒng)由吸送風(fēng)管、風(fēng)機(jī)、旋風(fēng)分離器和除塵布袋組成。吸風(fēng)管與破碎主機(jī)下部出料箱連接。
    由于氣流吸送系統(tǒng)的作用，進(jìn)料口、粉碎室和出料箱均處于負(fù)壓狀態(tài)，有利于順利喂料、碎料過篩、順暢排料和避免粉塵外逸擴(kuò)散，有效改善周圍工作環(huán)境。生產(chǎn)使用證明，氣流吸送系統(tǒng)是保證破碎主機(jī)良好工作的關(guān)鍵配套裝置。
1、塑料膜片破碎加工的特點(diǎn)和采用氣流吸送的優(yōu)勢
    廢舊塑料膜片、編織袋、廢絲破碎時，由于處理料形狀不規(guī)整，且互相纏繞，破碎后密度小，1m3重量僅30 kg左右，所以喂人困難。破碎后小碎片蓬松可壓縮，占駐破碎室空間，僅靠刀輥的離心力難以擠壓通過篩孔(篩孔直徑15～28 mm)，常有排料不暢的狀況，大大影響生產(chǎn)率。此外，破碎料體積大，需要較大空間堆放，而破碎機(jī)又不宜安裝在較高位置，如果用料倉儲放，則還需提升輸送設(shè)備，會增加投資。
    采用氣流吸送除塵系統(tǒng)，在破碎機(jī)主機(jī)進(jìn)料口、破碎室及出料口處形成負(fù)壓，產(chǎn)生內(nèi)部吸力，處理料容易喂人，破碎料容易穿過篩孔，粉塵不會外逸，從而有效解決了進(jìn)、排料不順暢的問題和粉塵污染問題。同時，大量冷空氣從粉碎室流過，對刀片也起到冷卻作用。該系統(tǒng)從破碎機(jī)排料口吸出破碎物料及灰塵在封閉狀態(tài)下經(jīng)管道輸送到旋風(fēng)分離器實(shí)現(xiàn)料氣分離，尾氣再經(jīng)布袋除塵后排出。采用前吸后壓的輸送方式，風(fēng)機(jī)布置在系統(tǒng)中部，結(jié)構(gòu)簡單，旋風(fēng)分離器在正壓下操作，便于物料下落，壓送部分的風(fēng)管可以將水平段和垂直段加長，使落料距離更遠(yuǎn)，落料高度可提高，方便破碎料倉儲、裝袋或后續(xù)工序的安排。
2、旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    在氣流吸送系統(tǒng)中，破碎料與空氣形成混合兩相流運(yùn)動，最終必須通過分離裝置將破碎料從空氣中分離出來。
    工程上常用的分離裝置主要有重力沉降室、慣性除塵器、旋風(fēng)分離器、布袋除塵器、電除塵器、濕式除塵器等，考慮到此處物料的特點(diǎn)，決定采用旋風(fēng)分離器十布袋除塵器較合適。
    廢舊塑料薄膜、編織袋、廢絲破碎時，經(jīng)過的底篩是開有直徑為16～28 mm的圓孔，破碎后的物料呈小薄片和絲條狀，迎風(fēng)面積大，堆密度小，其懸浮速度小于1 m／s。另外原料中含有泥沙、灰塵、細(xì)菌，破碎后形成粉塵，其懸浮速度也很小。所以，對于這種蓬松片狀物料采用重力沉降和慣性除塵方式都不合適，因產(chǎn)品需要保持干的狀態(tài)，采用濕式除塵器也不合適，而采用電除塵器費(fèi)用高也不合適。最后，筆者決定采用旋風(fēng)分離器十布袋除塵器的方式，其中旋風(fēng)分離器主要用于大部分破碎粗料的分離，布袋除塵器用于尾氣粉塵的捕集。
    由于破碎料呈蓬松薄片狀，輸送氣流中物料容積含量大，采用常規(guī)的旋風(fēng)分離器也是有問題的。
    圖3所示為常規(guī)的旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)，由矩形進(jìn)風(fēng)口、筒體、錐體、排風(fēng)管四部分組成。含塵氣流由切向進(jìn)入分離器后，由上向下作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，這股向下旋轉(zhuǎn)的氣流稱為外漩渦。外漩渦到達(dá)錐體底部后，轉(zhuǎn)而向上，沿軸心向上旋轉(zhuǎn)，最后經(jīng)頂部排風(fēng)管排出。這股向上旋轉(zhuǎn)氣流稱為內(nèi)漩渦。氣流作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，塵粒在慣性離心力的推動下，要向外壁移動。到達(dá)外壁的塵粒在氣流和重力的共同作用下沿壁面落人灰斗。
    氣流從分離器頂部向下高速旋轉(zhuǎn)時，頂部壓力發(fā)生下降，一部分氣流會帶著細(xì)小塵粒沿外壁旋轉(zhuǎn)向上，到達(dá)頂部后，再沿排風(fēng)管外壁旋轉(zhuǎn)向下，向排風(fēng)管排出。這股旋轉(zhuǎn)氣流稱為上漩渦。如果分離器進(jìn)風(fēng)口和頂蓋之間有一定距離，沒有進(jìn)口氣流干擾，上漩渦表現(xiàn)比較明顯。
    旋風(fēng)分離器內(nèi)的氣流運(yùn)動是很復(fù)雜的，除了切向和軸向的運(yùn)動外，還有徑向的運(yùn)動。圖4為旋風(fēng)分離器內(nèi)氣流流線圖，圖5為旋風(fēng)分離器內(nèi)流場圖。
    由圖5中內(nèi)氣流的切向速度可知：外渦旋的切向速度隨半徑r減小而增加，在內(nèi)、外渦旋交界面上達(dá)最大。內(nèi)渦旋交界面的半徑ro=(0.6-0.65)rp(rp為排風(fēng)管半徑)。內(nèi)渦旋的切向速度隨r減小而減小。
    對于徑向速度，假設(shè)內(nèi)、外渦旋的交界面是一個圓柱面，外渦旋氣流均勻地經(jīng)過該面進(jìn)入內(nèi)渦旋，則可以近似地認(rèn)為，氣流通過該平面的平均速度就是外渦旋氣流的徑向速度。實(shí)際上徑向速度沿高度的分布是不均勻的，上部大下部小。徑向速度的方向是外渦旋向內(nèi)，內(nèi)渦旋向外，這對塵粒的分離是不利的，有些細(xì)小的塵粒會在向心氣流的帶動下進(jìn)入內(nèi)渦旋，然后從排風(fēng)管排出。
    分離器的軸向速度，在外壁是向下的，中心部分是向上的，在排風(fēng)管底部達(dá)到最大值。氣流由錐底上升時，會將一部分已經(jīng)分離下的塵粒重新帶起，這是影響分離效率的關(guān)鍵之一。
    旋風(fēng)分離器的壓力分布是由外壁向中心逐漸降低的。由于內(nèi)渦旋氣流高速向上旋轉(zhuǎn)，即使旋風(fēng)分離器在正壓下操作，其底部仍有～定的負(fù)壓，因此底部必須保持氣密性，防止外界空氣進(jìn)入。
    本系統(tǒng)中需要分離的固相物為塑料薄膜破碎后的小薄片和絲條狀物，堆密度僅30kg/m3左右，其懸浮速度小于lm／s，在混合的輸送氣流中占有的容積比較大，所以進(jìn)入旋風(fēng)分離器內(nèi)形成的旋轉(zhuǎn)流厚度較大，進(jìn)入分離器錐底后極易被內(nèi)漩渦氣流帶起，影響分離效率。為了改善分離效果，筆者在
    該分離器有如下特點(diǎn)：
    1)頂部采用下旋式結(jié)構(gòu)，為螺旋面頂部，可以強(qiáng)制引導(dǎo)進(jìn)人的切向氣流，減少了上渦旋，使外渦旋得到加強(qiáng)；
    2)中心排風(fēng)管采用葉片式結(jié)構(gòu)，如圖7所示，常規(guī)的旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上作了一些改進(jìn)，設(shè)計(jì)了如圖6所示的葉片式內(nèi)芯筒旋風(fēng)分離器。即芯筒中間部分的筒體由60～80片窄平板條葉片均勻間隔組合而成，平板條與芯筒圓周切線成e角，θ取25°～35°，相鄰平板之間形成氣流通道，其方向與外渦旋相反，而與內(nèi)渦旋相同。由于旋風(fēng)分離器的壓力分布是由外壁向中心逐漸降低的，此結(jié)構(gòu)可以使旋轉(zhuǎn)氣流由上而下過程中有部分氣流通過葉片間隙直接進(jìn)入芯筒排出，從而減少至下錐部的氣流量，可以削弱內(nèi)渦旋的強(qiáng)度，減少從底部帶起已分離物料的數(shù)量；
    3)減小排風(fēng)管直徑，擴(kuò)大芯筒外部空間，以容納較厚的旋轉(zhuǎn)氣流，使分離料層離芯筒更遠(yuǎn)。這里取d<0. 4D(d為排風(fēng)管直徑，D為分離器直徑)。
    工作原理：混合氣流從分離器頂部切向進(jìn)入，沿螺旋頂面高速向下旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下物料與氣流分離，物料貼外壁面運(yùn)動，而氣流靠內(nèi)側(cè)運(yùn)動。當(dāng)內(nèi)側(cè)氣流碰到芯筒時，有相當(dāng)部分（約1/3以上）的空氣就從芯筒葉片間隙中直接進(jìn)入芯管內(nèi)，并經(jīng)由排氣管口排出。剩余的空氣與物料則繼續(xù)作向下的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，有些很細(xì)微的物料顆粒在碰撞到芯筒葉片時會被彈回（這是由于物料顆粒的慣性較空氣大，所以物料顆粒不易轉(zhuǎn)彎經(jīng)由葉片間隙逸出去），隨即又重新被向下旋轉(zhuǎn)的氣流（外渦旋）攜帶著前進(jìn)。最后，物料被分離從錐底部出口落下，而空氣則從頂部排風(fēng)管排出。
    由于有相當(dāng)多的空氣直接經(jīng)由葉片間隙直接逸出去了，因而可使下旋空氣量（外渦旋）及由下向上返回的內(nèi)渦旋的空氣量得以減小，這就能使旋風(fēng)分離器的壓損減小。
    實(shí)驗(yàn)證明，該旋風(fēng)分離器對于塑料薄膜破碎后的小薄片和絲條狀物有很高的分離效率，它的阻力（壓損）很�。ㄗ枇ο禂�(shù)為2.6左右）。
3、氣流吸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
    為了使破碎主機(jī)進(jìn)料口、破碎室、底篩和出料箱處于負(fù)壓，又使旋風(fēng)分離器處于正壓操作，系統(tǒng)采用先負(fù)壓后正壓的方式，風(fēng)機(jī)布置在系統(tǒng)中間，結(jié)構(gòu)較簡單。
    主機(jī)進(jìn)料口斷面尺寸為510 mm×330 mm，底篩為直徑360 mm有效長度500 mm的半圓弧板，篩孔為16～28 mm的圓孔，開孔率約32%。考慮獲得良好的進(jìn)料效果和防塵效果，取進(jìn)料口風(fēng)速為5 m/s，則風(fēng)量為3 100m3/h，此時穿過篩孔的風(fēng)速為9.8 m/s，工作時有物料進(jìn)入，此風(fēng)速將大于該速度，故對破碎料過篩有良好作用。
    輸送尾端采用前述的葉片式內(nèi)芯筒旋風(fēng)分離器，處理3 100 m3/h的風(fēng)量，取分離器直徑1 100mm，總高度為2 500 mm，其中上部直圓筒高度1 500 mm，分離器下部接儲料倉。分離器進(jìn)口切向進(jìn)風(fēng)速度為15 m/s，中間輸送管為圓管道，其風(fēng)速也取15 m/s。分離器之后，由于還含有微量細(xì)小粉塵，再串接多個簡易的內(nèi)濾式布袋除塵器，過率風(fēng)速取0.6 m/s，采用人工振打方式清理布袋，收集的粉料定期放出。
    氣流系統(tǒng)中，氣流經(jīng)過的路途為：主機(jī)進(jìn)料口→粉碎室→篩孔→出料箱→風(fēng)管→風(fēng)機(jī)→風(fēng)管→旋風(fēng)分離器一布袋除塵器，其中氣流夾帶有蓬松的塑料膜及破碎小料運(yùn)動，容積比較大，且主機(jī)刀輥高速旋轉(zhuǎn)也起到壓風(fēng)作用，管路的風(fēng)阻計(jì)算較為復(fù)雜，經(jīng)估算和實(shí)驗(yàn)取系統(tǒng)風(fēng)壓降為1 500 Pa。
    綜合上述考慮，取系統(tǒng)風(fēng)量為3 400 m3/h，系統(tǒng)風(fēng)壓為l 500 Pa，選用排塵風(fēng)機(jī)C4-73№3.6型，主軸轉(zhuǎn)速2 800 r/min，電機(jī)功率3 kW。
4、生產(chǎn)使用效果
    按照上述設(shè)計(jì)的氣流吸送系統(tǒng)配套塑料膜片破碎主機(jī)已經(jīng)投入使用，工作穩(wěn)定可靠，效果良好，達(dá)到的破碎能力≥450 kg/h，周邊環(huán)境粉塵濃度≤10 mg/m3，裝機(jī)總?cè)萘?1.5 kW。氣流吸送系統(tǒng)，使進(jìn)料順，排料暢，輸送距離遠(yuǎn)，落料高度提高，現(xiàn)場布局方便。
    旋風(fēng)分離器底部下料口連接料倉，經(jīng)測定下料口處風(fēng)壓與環(huán)境氣壓基本平衡，下料順暢，料倉不需要嚴(yán)格的密封。尾部布袋除塵器收集的粉料小于5%，說明旋風(fēng)分離器效率達(dá)到95%。
    吸送系統(tǒng)配套的C4-73型排塵離心通風(fēng)機(jī)，葉輪部分由10個后傾的機(jī)翼形葉片焊接而成。由于破碎物料通過風(fēng)機(jī)葉輪，設(shè)計(jì)時疑有破碎不完全的長條長絲物料可能會纏繞葉片，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)不能正常工作。但實(shí)驗(yàn)表明，破碎效果良好，并無長條長絲物料纏繞葉片。分析認(rèn)為，只要長條長絲的長度不超過30 mm，就不會發(fā)生纏繞葉片的問題。
5、結(jié)論
    (1)采用氣流吸送系統(tǒng)配套塑料膜片破碎主機(jī)工作，對塑料膜片的高效和連續(xù)可靠破碎起到良好的作用：①進(jìn)料口形成負(fù)壓，產(chǎn)生內(nèi)部吸力，使蓬松的塑料膜、編織袋容易喂入，粉塵不外逸；②粉碎室與底篩下形成較大氣流壓力差，使破碎料在離心力和氣壓力雙重作用下容易穿過篩孔；③大量的冷空氣通過粉碎室，可以加強(qiáng)對動刀、定刀的冷卻，避免刀片溫度升高而產(chǎn)生塑料薄膜的粘刀現(xiàn)象；④可以使產(chǎn)出料輸送至較遠(yuǎn)的距離，且可以提高下料口高度，方便現(xiàn)場布局。
    (2)設(shè)計(jì)的葉片式內(nèi)芯筒旋風(fēng)分離器，對于蓬松的小薄片和絲條狀物且同相容積含量較大的氣流有良好的分離效果，內(nèi)芯筒的葉片間隙可以分流部分外渦旋分離的氣流，因而可使下旋空氣量及由下向上返回的內(nèi)渦旋的空氣量得以減小，這就能使內(nèi)渦旋帶起底部物料的可能性減少，并可降低分離器的壓損。