Завдяки нижчому вмісту шкідливих речовин, таких як зола, азот та сірка, у біомасі порівняно з мінеральною енергією, вона має великі запаси, добру вуглецеву активність, легке займання та високий вміст летких компонентів. Таким чином, біомаса є ідеальним енергетичним паливом і дуже підходить для перетворення та використання шляхом спалювання. Залишкова зола після спалювання біомаси багата на поживні речовини, необхідні рослинам, такі як фосфор, кальцій, калій та магній, тому її можна використовувати як добриво для повернення в поля. З огляду на величезні запаси ресурсів та унікальні переваги відновлюваної енергії біомаси, вона наразі розглядається країнами світу як важливий вибір для розвитку національної нової енергетики. Національна комісія з розвитку та реформ Китаю чітко заявила у «Плані реалізації комплексного використання соломи сільськогосподарських культур протягом 12-го п'ятирічного плану», що комплексний коефіцієнт використання соломи досягне 75% до 2013 року та прагнутиме перевищити 80% до 2015 року.
Перетворення енергії біомаси на високоякісну, чисту та зручну енергію стало нагальною проблемою, яку потрібно вирішити. Технологія ущільнення біомаси є одним із ефективних способів підвищення ефективності спалювання енергії біомаси та полегшення транспортування. Наразі на внутрішньому та зовнішньому ринках існує чотири поширені типи обладнання для щільного формування: спіральна екструзійна машина для гранулювання, поршнева штампувальна машина для гранулювання, машина для плоских форм та машина для кільцевих форм. Серед них машина для кільцевих грануляторів широко використовується завдяки своїм характеристикам, таким як відсутність потреби в нагріванні під час роботи, широкі вимоги до вологості сировини (від 10% до 30%), велика продуктивність однієї машини, висока щільність стиснення та хороший ефект формування. Однак ці типи грануляторів зазвичай мають такі недоліки, як легкий знос форми, короткий термін служби, високі витрати на обслуговування та незручна заміна. У відповідь на вищезазначені недоліки машини для кільцевих грануляторів автор розробив абсолютно нову конструкцію форми для формування та розробив форму комплектного типу з тривалим терміном служби, низькими витратами на обслуговування та зручним обслуговуванням. Тим часом у цій статті проведено механічний аналіз форми для формування під час її робочого процесу.
1. Удосконалення конструкції формувальної форми для кільцевого гранулятора
1.1 Вступ до процесу екструзійного формування:Гранулятори з кільцевою матрицею можна розділити на два типи: вертикальні та горизонтальні, залежно від положення кільцевої матриці. За формою руху їх можна розділити на дві різні форми руху: активний пресувальний ролик з нерухомою кільцевою формою та активний пресувальний ролик з керованою кільцевою формою. Ця вдосконалена конструкція головним чином спрямована на гранулятори з кільцевою формою з активним притискним роликом та нерухомою кільцевою формою як формою руху. Вона в основному складається з двох частин: транспортувального механізму та механізму кільцевої форми. Кільцева форма та притискний ролик є двома основними компонентами гранулятора з кільцевою формою, з багатьма отворами формувальної форми, розподіленими навколо кільцевої форми, а притискний ролик встановлений всередині кільцевої форми. Притискний ролик з'єднаний з передавальним шпинделем, а кільцева форма встановлена на нерухомому кронштейні. Коли шпиндель обертається, він приводить у рух притискний ролик. Принцип роботи: По-перше, транспортувальний механізм транспортує подрібнений біоматеріал до певного розміру частинок (3-5 мм) у камеру стиснення. Потім двигун приводить у рух головний вал, який обертає притискний ролик, а притискний ролик рухається з постійною швидкістю, рівномірно розподіляючи матеріал між притискним роликом і кільцевою формою, що призводить до стискання кільцевої форми та тертя об матеріал, притискного ролика об матеріал і матеріалу об матеріал. Під час процесу тертя при стисканні целюлоза та геміцелюлоза в матеріалі поєднуються одна з одною. Одночасно тепло, що утворюється внаслідок тертя при стисканні, розм'якшує лігнін, перетворюючи його на природне сполучне речовина, що робить целюлозу, геміцелюлозу та інші компоненти міцніше зв'язаними між собою. При безперервному заповненні біоматеріалами кількість матеріалу, що піддається стисканню та тертю в отворах формувальної форми, продовжує збільшуватися. Водночас сила стискання між біомасою продовжує збільшуватися, і вона постійно ущільнюється та формується в отворі формувальної форми. Коли тиск екструзії перевищує силу тертя, біомаса безперервно екструдується з отворів формувальної форми навколо кільцевої форми, утворюючи біомасу для формування з щільністю формування близько 1 г/см3.
1.2 Знос формувальних форм:Продуктивність однієї машини гранулятора є великою, з відносно високим ступенем автоматизації та високою адаптивністю до сировини. Він може широко використовуватися для переробки різноманітної біомаси, придатний для великомасштабного виробництва щільного біопалива та відповідає вимогам розвитку індустріалізації щільного біопалива в майбутньому. Тому гранулятор з кільцевою формою широко використовується. Через можливу наявність невеликої кількості піску та інших домішок, що не є біомасою, в обробленому біомасі, є висока ймовірність значного зносу кільцевої форми гранулятора. Термін служби кільцевої форми розраховується на основі виробничої потужності. Наразі термін служби кільцевої форми в Китаї становить лише 100-1000 тонн.
Руйнування кільцевої форми в основному відбувається через такі чотири явища: ① Після певного часу роботи кільцевої форми внутрішня стінка отвору формувальної форми зношується, а отвір збільшується, що призводить до значної деформації отриманого палива; ② Зношується кут подачі формувального отвору кільцевої форми, що призводить до зменшення кількості біоматеріалу, що видавлюється у формувальний отвір, зниження тиску екструзії та легкого блокування формувального отвору, що призводить до руйнування кільцевої форми (Рис. 2); ③ Після того, як матеріал внутрішньої стінки зношується, кількість вивантаженого матеріалу різко зменшується (Рис. 3);
④ Після зносу внутрішнього отвору кільцевої форми товщина стінки між сусідніми деталями форми L зменшується, що призводить до зниження структурної міцності кільцевої форми. Тріщини схильні до виникнення в найбільш небезпечній ділянці, і в міру того, як тріщини продовжують поширюватися, виникає явище руйнування кільцевої форми. Основною причиною легкого зносу та короткого терміну служби кільцевої форми є нераціональна конструкція формувальної кільцевої форми (кільцева форма інтегрована з отворами формувальної форми). Інтегрована структура цих двох схильна до таких наслідків: іноді, коли зношені лише кілька формувальних отворів кільцевої форми і не можуть працювати, необхідно замінити всю кільцеву форму, що не тільки створює незручності для заміни, але й призводить до великих економічних втрат та збільшує витрати на обслуговування.
1.3 Конструкція структурного вдосконалення формувальної формиЩоб подовжити термін служби кільцевої форми гранулятора, зменшити знос, полегшити заміну та зменшити витрати на обслуговування, необхідно впровадити абсолютно нову конструкцію кільцевої форми. У конструкції було використано вбудовану формувальну форму, а покращена структура камери стиснення показана на рисунку 4. На рисунку 5 показано поперечний переріз покращеної форми.
Ця вдосконалена конструкція головним чином спрямована на машину для обробки частинок кільцевою формою з рухомою формою активного притискного ролика та нерухомої кільцевої форми. Нижня кільцева форма закріплена на корпусі, а два притискні ролики з'єднані з головним валом через з'єднувальну пластину. Формувальна форма встановлена на нижній кільцевій формі (з натягом), а верхня кільцева форма закріплена на нижній кільцевій формі за допомогою болтів та затиснута на формувальній формі. Водночас, щоб запобігти відскоку формувальної форми під дією сили після перекочування притискного ролика та його радіального руху вздовж кільцевої форми, для кріплення формувальної форми до верхньої та нижньої кільцевих форм відповідно використовуються гвинти з потайною головкою. Щоб зменшити опір матеріалу, що потрапляє в отвір, та зробити його вхід у отвір форми зручнішим. Конічний кут отвору подачі розробленої формувальної форми становить від 60° до 120°.
Покращена структурна конструкція формувальної форми має характеристики багатоцикловості та тривалого терміну служби. Під час роботи машини для обробки частинок протягом певного періоду часу втрати на тертя призводять до збільшення отвору формувальної форми та пасивації. Коли зношену формувальну форму виймають та розширюють, її можна використовувати для виробництва формувальних частинок інших специфікацій. Це дозволяє забезпечити повторне використання форм та заощадити витрати на обслуговування та заміну.
Для подовження терміну служби гранулятора та зниження виробничих витрат, притискний ролик виготовлений з високовуглецевої високомарганцевої сталі з хорошою зносостійкістю, наприклад, 65Mn. Формувальна форма повинна бути виготовлена з легованої цементованої сталі або низьковуглецевого нікель-хромового сплаву, такого як Cr, Mn, Ti тощо. Завдяки вдосконаленню камери стиснення, сила тертя, що виникає між верхньою та нижньою кільцевими формами під час роботи, є відносно малою порівняно з формувальною формою. Тому як матеріал для камери стиснення можна використовувати звичайну вуглецеву сталь, таку як сталь 45. Порівняно з традиційними інтегрованими кільцевими формувальними формами, це може зменшити використання дорогої легованої сталі, тим самим знижуючи виробничі витрати.
2. Механічний аналіз формувальної форми гранулятора кільцевої форми під час робочого процесу формувальної форми.
Під час процесу формування лігнін у матеріалі повністю розм'якшується завдяки високому тиску та високій температурі, що створюються у формувальній формі. Коли тиск екструзії не зростає, матеріал піддається пластифікації. Після пластифікації матеріал добре тече, тому довжину можна встановити рівною d. Формувальна форма розглядається як посудина під тиском, і навантаження на форму спрощується.
Завдяки вищезазначеному аналізу механічних розрахунків можна зробити висновок, що для отримання тиску в будь-якій точці всередині формувальної форми необхідно визначити окружну деформацію в цій точці всередині форми. Потім можна розрахувати силу тертя та тиск у цьому місці.
3. Висновок
У цій статті пропонується нова конструкція вдосконаленої форми для формування кільцевого гранулятора. Використання вбудованих формувальних форм може ефективно зменшити знос форми, подовжити термін її служби, полегшити заміну та обслуговування, а також знизити виробничі витрати. Водночас було проведено механічний аналіз формувальної форми під час її робочого процесу, що забезпечило теоретичну основу для подальших досліджень у майбутньому.
Час публікації: 22 лютого 2024 р.