Vzhledem k nižšímu obsahu škodlivých látek, jako je popel, dusík a síra, v biomase ve srovnání s minerální energií se vyznačuje velkými zásobami, dobrou aktivitou uhlíku, snadným vznícením a vysokým obsahem těkavých složek. Biomasa je proto ideálním energetickým palivem a je velmi vhodná pro spalování a využití. Zbytkový popel po spalování biomasy je bohatý na živiny potřebné pro rostliny, jako je fosfor, vápník, draslík a hořčík, takže jej lze použít jako hnojivo pro návrat na pole. Vzhledem k obrovským zásobám zdrojů a jedinečným obnovitelným výhodám energie z biomasy je v současnosti považována za důležitou volbu pro rozvoj národních nových energetických zdrojů v zemích po celém světě. Národní komise pro rozvoj a reformy Číny v dokumentu „Implementační plán pro komplexní využití slámy z plodin během 12. pětiletého plánu“ jasně uvedla, že komplexní míra využití slámy dosáhne do roku 2013 75 % a do roku 2015 se bude snažit překročit 80 %.
Jak přeměnit energii z biomasy na vysoce kvalitní, čistou a pohodlnou energii se stalo naléhavým problémem, který je třeba vyřešit. Technologie zhušťování biomasy je jedním z účinných způsobů, jak zlepšit účinnost spalování energie z biomasy a usnadnit přepravu. V současné době existují na domácím i zahraničním trhu čtyři běžné typy zařízení pro husté tvarování: spirálový extruzní stroj na částice, pístový lisovací stroj na částice, stroj na částice s plochou formou a stroj na částice s prstencovou formou. Mezi nimi je peletovací stroj s prstencovou formou široce používán díky svým vlastnostem, jako je absence nutnosti ohřevu během provozu, široké požadavky na vlhkost suroviny (10 % až 30 %), velký výkon jednoho stroje, vysoká hustota komprese a dobrý tvářecí účinek. Tyto typy peletovacích strojů však mají obecně nevýhody, jako je snadné opotřebení formy, krátká životnost, vysoké náklady na údržbu a nepohodlná výměna. V reakci na výše uvedené nedostatky peletovacího stroje s prstencovou formou autor vytvořil zcela nový vylepšený návrh konstrukce formovací formy a navrhl formu pevného typu s dlouhou životností, nízkými náklady na údržbu a snadnou údržbou. Současně tento článek provedl mechanickou analýzu formovací formy během jejího pracovního procesu.
1. Vylepšení konstrukce tvářecí formy pro granulátor s prstencovou formou
1.1 Úvod do procesu tváření extruzí:Peletovací stroj s prstencovou lisovací hlavicí lze rozdělit na dva typy: vertikální a horizontální, v závislosti na poloze prstencové lisovací hlavy. Podle tvaru pohybu jej lze rozdělit na dva různé tvary pohybu: aktivní přítlačný válec s pevnou prstencovou formou a aktivní přítlačný válec s poháněnou prstencovou formou. Tato vylepšená konstrukce je zaměřena především na peletovací stroj s prstencovou formou s aktivním přítlačným válcem a pevnou prstencovou formou jako tvarem pohybu. Skládá se hlavně ze dvou částí: dopravního mechanismu a mechanismu částic s prstencovou formou. Prstencová forma a přítlačný válec jsou dvě hlavní součásti peletovacího stroje s prstencovou formou s mnoha otvory pro formování rozmístěnými kolem prstencové formy a přítlačný válec je instalován uvnitř prstencové formy. Přítlačný válec je připojen k převodovému vřetenu a prstencová forma je instalována na pevném držáku. Když se vřeteno otáčí, pohání přítlačný válec. Princip činnosti: Nejprve dopravní mechanismus přepraví drcený biomasový materiál na určitou velikost částic (3-5 mm) do kompresní komory. Motor poté pohání hlavní hřídel, která otáčí přítlačný válec. Přítlačný válec se pohybuje konstantní rychlostí, aby rovnoměrně rozptýlil materiál mezi přítlačným válcem a prstencovou formou. To způsobuje stlačování prstencové formy a tření o materiál, přítlačného válce o materiál a materiálu o materiál. Během procesu stlačování a tření se celulóza a hemicelulóza v materiálu vzájemně spojují. Současně teplo generované stlačováním a třením změkčuje lignin na přírodní pojivo, které pevněji spojuje celulózu, hemicelulózu a další složky. S neustálým plněním biomasových materiálů se množství materiálu vystaveného stlačování a tření v otvorech formovací formy neustále zvyšuje. Současně se zvyšuje stlačovací síla mezi biomasou a ta se neustále zhušťuje a formuje ve formovacím otvoru. Když je extruzní tlak větší než třecí síla, biomasa se kontinuálně vytlačuje z formovacích otvorů kolem prstencové formy a vytváří biomasové palivo s hustotou tvarování přibližně 1 g/cm3.
1.2 Opotřebení tvářecích forem:Výkon jednoho peletovacího stroje je velký, s relativně vysokým stupněm automatizace a silnou přizpůsobivostí surovinám. Může být široce používán pro zpracování různých biomasy, je vhodný pro velkovýrobu paliv z biomasy s vysokou hustotou a splňuje požadavky na rozvoj industrializace paliv z biomasy s vysokou hustotou v budoucnu. Proto je peletovací stroj s prstencovou formou široce používán. Vzhledem k možné přítomnosti malého množství písku a dalších nečistot, které nejsou z biomasy, ve zpracovávaném biomasovém materiálu je vysoce pravděpodobné, že dojde k značnému opotřebení prstencové formy peletovacího stroje. Životnost prstencové formy se vypočítává na základě výrobní kapacity. V současné době je životnost prstencové formy v Číně pouze 100-1000 tun.
K poruše prstencové formy dochází hlavně v následujících čtyřech případech: 1. Po určité době provozu prstencové formy se vnitřní stěna otvoru formovací formy opotřebuje a otvor se zvětší, což vede k významné deformaci vyrobeného formovaného paliva; 2. Sklon podávacího otvoru formovací formy se opotřebuje, což má za následek snížení množství biomasy vtlačené do otvoru formy, snížení extruzního tlaku a snadné ucpání otvoru formovací formy, což vede k poruše prstencové formy (obrázek 2); 3. Po opotřebení vnitřní stěny se prudce sníží vytékající množství (obrázek 3);
④ Po opotřebení vnitřního otvoru prstencové formy se tloušťka stěny mezi sousedními kusy formy L ztenčuje, což vede ke snížení konstrukční pevnosti prstencové formy. V nejnebezpečnější části se náchylně objevují trhliny a s dalším rozšiřováním trhlin dochází k jevu prasknutí prstencové formy. Hlavním důvodem snadného opotřebení a krátké životnosti prstencové formy je nepřiměřená konstrukce formovacího prstence (forma je integrována s otvory formovací formy). Integrovaná konstrukce obou je náchylná k těmto výsledkům: někdy, když je opotřebováno pouze několik otvorů formovací formy a nefunguje, je nutné vyměnit celou prstencovou formu, což nejenže způsobuje nepohodlí při výměně, ale také způsobuje velké ekonomické plýtvání a zvyšuje náklady na údržbu.
1.3 Návrh strukturálního vylepšení tvářecí formyAby se prodloužila životnost prstencové formy peletovacího stroje, snížilo opotřebení, usnadnila výměna a snížily náklady na údržbu, je nutné provést zcela nový vylepšený návrh konstrukce prstencové formy. V návrhu byla použita zapuštěná formovací forma a vylepšená struktura kompresní komory je znázorněna na obrázku 4. Obrázek 5 znázorňuje řez vylepšenou formovací formou.
Tato vylepšená konstrukce je zaměřena především na stroj na výrobu částic s prstencovou formou s pohyblivou formou aktivního přítlačného válce a pevné prstencové formy. Spodní prstencová forma je upevněna na tělese a dva přítlačné válce jsou spojeny s hlavní hřídelí přes spojovací desku. Tvarovací forma je uložena na spodní prstencové formě (s přesahem) a horní prstencová forma je upevněna na spodní prstencové formě pomocí šroubů a upnuta na formu. Zároveň, aby se zabránilo odrazu tvarovací formy v důsledku síly po převalení přítlačného válce a jeho radiálním pohybu podél prstencové formy, používají se k upevnění tvarovací formy k horní a spodní prstencové formě zapuštěné šrouby. Aby se snížil odpor materiálu vstupujícího do otvoru a usnadnil se vstup do otvoru formy, kuželový úhel podávacího otvoru navržené tvarovací formy je 60° až 120°.
Vylepšená konstrukční konstrukce tvářecí formy se vyznačuje vícecyklovou výrobou a dlouhou životností. Pokud stroj na výrobu částic pracuje delší dobu, ztráta třením způsobí zvětšení otvoru tvářecí formy a pasivaci. Po vyjmutí a rozšíření opotřebované tvářecí formy ji lze použít k výrobě tvářecích částic s jinými specifikacemi. Tím se dosáhne opětovného použití forem a ušetří se náklady na údržbu a výměnu.
Aby se prodloužila životnost granulátoru a snížily výrobní náklady, přítlačný válec je vyroben z vysoce uhlíkové oceli s vysokým obsahem manganu a dobrou odolností proti opotřebení, například 65Mn. Tvarovací forma by měla být vyrobena z legované cementované oceli nebo nízkouhlíkové slitiny niklu a chromu, například obsahující Cr, Mn, Ti atd. Díky vylepšené kompresní komoře je třecí síla, které horní a dolní prstencové formy během provozu čelí, relativně malá ve srovnání s tvarovací formou. Proto lze jako materiál pro kompresní komoru použít běžnou uhlíkovou ocel, například ocel 45. Ve srovnání s tradičními integrovanými tvarovacími prstencovými formami to může snížit použití drahé legované oceli, a tím snížit výrobní náklady.
2. Mechanická analýza formovací formy peletovacího stroje s prstencovou formou během pracovního procesu formovací formy.
Během procesu lisování je lignin v materiálu zcela změkčen v důsledku vysokého tlaku a teploty, které vznikají ve formě. Pokud se extruzní tlak nezvyšuje, materiál podléhá plastifikaci. Materiál po plastifikaci dobře teče, takže délku lze nastavit na d. Formovací forma je považována za tlakovou nádobu a namáhání formy je zjednodušeno.
Z výše uvedené analýzy mechanického výpočtu lze vyvodit závěr, že pro získání tlaku v libovolném bodě uvnitř tvářecí formy je nutné určit obvodové napětí v tomto bodě uvnitř tvářecí formy. Poté lze vypočítat třecí sílu a tlak v tomto místě.
3. Závěr
Tento článek navrhuje nový konstrukční návrh pro vylepšení formovací formy peletizačního zařízení s prstencovou formou. Použití zapuštěných formovacích forem může účinně snížit opotřebení formy, prodloužit životnost formy, usnadnit výměnu a údržbu a snížit výrobní náklady. Současně byla provedena mechanická analýza formovací formy během jejího pracovního procesu, která poskytuje teoretický základ pro další výzkum v budoucnu.
Čas zveřejnění: 22. února 2024