Vďaka nižšiemu obsahu škodlivých látok, ako sú popol, dusík a síra v biomase v porovnaní s minerálnou energiou, má biomasa veľké zásoby, dobrú uhlíkovú aktivitu, ľahké vznietenie a vysoký obsah prchavých zložiek. Biomasa je preto ideálnym energetickým palivom a je veľmi vhodná na spaľovanie, premenu a využitie. Zvyškový popol po spaľovaní biomasy je bohatý na živiny potrebné pre rastliny, ako je fosfor, vápnik, draslík a horčík, takže sa môže použiť ako hnojivo na opätovné využitie na poliach. Vzhľadom na obrovské zásoby zdrojov a jedinečné obnoviteľné výhody energie z biomasy sa v súčasnosti krajinami na celom svete považuje za dôležitú voľbu pre rozvoj nových energetických zdrojov. Národná rozvojová a reformná komisia Číny v dokumente „Implementačný plán pre komplexné využitie slamy z plodín počas 12. päťročného plánu“ jasne uviedla, že komplexná miera využitia slamy dosiahne do roku 2013 75 % a do roku 2015 sa bude snažiť prekročiť 80 %.
Premena energie z biomasy na vysokokvalitnú, čistú a pohodlnú energiu sa stala naliehavým problémom, ktorý treba vyriešiť. Technológia zhutňovania biomasy je jedným z účinných spôsobov, ako zlepšiť účinnosť spaľovania energie z biomasy a uľahčiť prepravu. V súčasnosti existujú na domácom a zahraničnom trhu štyri bežné typy zariadení na husté tvárnenie: špirálový extrúzny stroj na častice, piestový raziaci stroj na častice, stroj na častice s plochou formou a stroj na častice s prstencovou formou. Medzi nimi sa peletovací stroj s prstencovou formou široko používa vďaka svojim vlastnostiam, ako je nepotreba ohrevu počas prevádzky, široké požiadavky na obsah vlhkosti suroviny (10 % až 30 %), veľký výkon jedného stroja, vysoká hustota kompresie a dobrý tvárniaci účinok. Tieto typy peletovacích strojov však majú vo všeobecnosti nevýhody, ako je ľahké opotrebovanie formy, krátka životnosť, vysoké náklady na údržbu a nepraktická výmena. V reakcii na vyššie uvedené nedostatky peletovacieho stroja s prstencovou formou autor vytvoril úplne nový vylepšený návrh konštrukcie formovacej formy a navrhol formu pevného typu s dlhou životnosťou, nízkymi nákladmi na údržbu a pohodlnou údržbou. Tento článok zároveň vykonal mechanickú analýzu formovacej formy počas jej pracovného procesu.
1. Vylepšenie návrhu štruktúry formovacej formy pre granulátor s prstencovou formou
1.1 Úvod do procesu tvárnenia extrúziou:Stroj na pelety s prstencovou matricou sa dá rozdeliť na dva typy: vertikálny a horizontálny, v závislosti od polohy prstencovej matrice. Podľa formy pohybu sa dá rozdeliť na dva rôzne formy pohybu: aktívny prítlačný valec s pevnou prstencovou formou a aktívny prítlačný valec s poháňanou prstencovou formou. Táto vylepšená konštrukcia je zameraná najmä na stroj na častice s prstencovou formou s aktívnym prítlačným valcom a pevnou prstencovou formou ako formou pohybu. Pozostáva hlavne z dvoch častí: dopravného mechanizmu a mechanizmu častíc prstencovej formy. Prstencová forma a prítlačný valec sú dve hlavné súčasti stroja na pelety s prstencovou formou s mnohými otvormi formovacej formy rozmiestnenými okolo prstencovej formy a prítlačný valec je umiestnený vo vnútri prstencovej formy. Prítlačný valec je spojený s prevodovým vretenom a prstencová forma je umiestnená na pevnom držiaku. Keď sa vreteno otáča, poháňa prítlačný valec. Princíp činnosti: Najprv dopravný mechanizmus prepravuje drvený biomasový materiál s určitou veľkosťou častíc (3-5 mm) do kompresnej komory. Potom motor poháňa hlavný hriadeľ, ktorý otáča prítlačný valec, a prítlačný valec sa pohybuje konštantnou rýchlosťou, aby rovnomerne rozptýlil materiál medzi prítlačným valcom a prstencovou formou, čo spôsobuje stláčanie prstencovej formy a trenie o materiál, prítlačného valca o materiál a materiálu o materiál. Počas procesu stláčania a trenia sa celulóza a hemicelulóza v materiáli navzájom spájajú. Zároveň teplo generované stláčaním a trením zmäkčuje lignín na prirodzené spojivo, vďaka čomu sú celulóza, hemicelulóza a ďalšie zložky pevnejšie spojené. S neustálym plnením biomasových materiálov sa množstvo materiálu vystaveného stláčaniu a treniu v otvoroch formovacej formy neustále zvyšuje. Zároveň sa zvyšuje stláčacia sila medzi biomasou a tá neustále zhutňuje a formuje sa vo formovacom otvore. Keď je extrúzny tlak väčší ako trecia sila, biomasa sa kontinuálne vytláča z formovacích otvorov okolo prstencovej formy, čím sa vytvára biomasové palivo s hustotou formovania približne 1 g/cm3.
1.2 Opotrebovanie tvarovacích foriem:Výkon jedného stroja peletovacieho stroja je veľký, s relatívne vysokým stupňom automatizácie a silnou prispôsobivosťou surovinám. Môže byť široko používaný na spracovanie rôznych biomasy, vhodný na veľkovýrobu hustých palív z biomasy a spĺňa požiadavky na rozvoj industrializácie hustých palív z biomasy v budúcnosti. Preto sa peletovací stroj s prstencovou formou široko používa. Vzhľadom na možnú prítomnosť malého množstva piesku a iných nečistôt, ktoré nie sú biomasou, v spracovanom biomase je veľmi pravdepodobné, že dôjde k značnému opotrebeniu prstencovej formy peletovacieho stroja. Životnosť prstencovej formy sa vypočíta na základe výrobnej kapacity. V súčasnosti je životnosť prstencovej formy v Číne iba 100 – 1 000 ton.
K poruche prstencovej formy dochádza najmä v dôsledku nasledujúcich štyroch javov: 1. Po určitom čase prevádzky prstencovej formy sa vnútorná stena otvoru formovacej formy opotrebuje a otvor sa zväčší, čo vedie k výraznej deformácii vyrobeného vyformovaného paliva; 2. Sklon podávania otvoru formovacej formy prstencovej formy sa opotrebuje, čo má za následok zníženie množstva biomasy vytlačenej do otvoru formy, zníženie extrúzneho tlaku a ľahké upchatie otvoru formovacej formy, čo vedie k poruche prstencovej formy (obrázok 2); 3. Po opotrebovaní materiálov vnútornej steny sa výrazne zníži vypúšťané množstvo (obrázok 3);
④ Po opotrebovaní vnútorného otvoru prstencovej formy sa hrúbka steny medzi susednými kusmi formy L zmenšuje, čo vedie k zníženiu štrukturálnej pevnosti prstencovej formy. V najnebezpečnejšej časti sa náchylnejšie tvoria trhliny a s ich ďalším rozširovaním dochádza k lomu prstencovej formy. Hlavným dôvodom ľahkého opotrebovania a krátkej životnosti prstencovej formy je nesprávna konštrukcia formovacej prstencovej formy (forma je integrovaná s otvormi formovacej formy). Integrovaná konštrukcia oboch je náchylná na takéto výsledky: niekedy, keď je opotrebovaných len niekoľko otvorov formovacej formy a nefungujú, je potrebné vymeniť celú prstencovú formu, čo nielenže spôsobuje nepohodlie pri výmene, ale spôsobuje aj veľké ekonomické plytvanie a zvyšuje náklady na údržbu.
1.3 Návrh štrukturálneho vylepšenia tvárniacej formyAby sa predĺžila životnosť prstencovej formy peletovacieho stroja, znížilo opotrebenie, uľahčila sa výmena a znížili sa náklady na údržbu, je potrebné vykonať úplne nový vylepšený návrh konštrukcie prstencovej formy. V návrhu bola použitá zapustená formovacia forma a vylepšená štruktúra kompresnej komory je znázornená na obrázku 4. Obrázok 5 znázorňuje prierez vylepšenej formovacej formy.
Táto vylepšená konštrukcia je zameraná najmä na stroj na výrobu častíc s prstencovou formou s pohyblivou formou aktívneho prítlačného valca a pevnej prstencovej formy. Spodná prstencová forma je upevnená na telese a dva prítlačné valce sú spojené s hlavným hriadeľom prostredníctvom spojovacej dosky. Tvarovacia forma je upevnená na spodnej prstencovej forme (s presahovým uložením) a horná prstencová forma je upevnená na spodnej prstencovej forme pomocou skrutiek a upnutá na formovaciu formu. Zároveň, aby sa zabránilo odrazu formovacej formy v dôsledku sily po prevalení prítlačného valca a jeho radiálnom pohybe pozdĺž prstencovej formy, na upevnenie formovacej formy k hornej a spodnej prstencovej forme sa používajú zapustené skrutky. Aby sa znížil odpor materiálu vstupujúceho do otvoru a uľahčil sa vstup do otvoru formy. Kužeľový uhol vstupného otvoru navrhnutej formovacej formy je 60° až 120°.
Vylepšená konštrukcia formovacej formy sa vyznačuje viacnásobným cyklom a dlhou životnosťou. Keď stroj na častice pracuje určitý čas, strata trením spôsobí zväčšenie otvoru formovacej formy a pasiváciu. Po odstránení a rozšírení opotrebovanej formovacej formy sa môže použiť na výrobu iných špecifikácií formovacích častíc. To umožňuje opätovné použitie foriem a úsporu nákladov na údržbu a výmenu.
Aby sa predĺžila životnosť granulátora a znížili výrobné náklady, prítlačný valec je vyrobený z vysoko uhlíkovej vysoko mangánovej ocele s dobrou odolnosťou proti opotrebeniu, napríklad 65Mn. Tvarovacia forma by mala byť vyrobená z legovanej cementovanej ocele alebo nízko uhlíkovej zliatiny niklu a chrómu, napríklad obsahujúcej Cr, Mn, Ti atď. Vďaka vylepšenej kompresnej komore je trecia sila, ktorej sú vystavené horné a dolné prstencové formy počas prevádzky, relatívne malá v porovnaní s tvarovacou formou. Preto sa ako materiál pre kompresnú komoru môže použiť bežná uhlíková oceľ, napríklad oceľ 45. V porovnaní s tradičnými integrovanými tvarovacími prstencovými formami sa môže znížiť použitie drahej legovanej ocele, čím sa znížia výrobné náklady.
2. Mechanická analýza formovacej formy peletovacieho stroja s prstencovou formou počas pracovného procesu formovacej formy.
Počas procesu lisovania sa lignín v materiáli úplne zmäkne v dôsledku vysokého tlaku a teploty vytvoreného vo forme. Keď sa extrúzny tlak nezvyšuje, materiál sa plastifikuje. Materiál po plastifikácii dobre tečie, takže dĺžku možno nastaviť na d. Formovacia forma sa považuje za tlakovú nádobu a namáhanie formy sa zjednodušuje.
Z vyššie uvedenej analýzy mechanického výpočtu možno vyvodiť záver, že na získanie tlaku v ktoromkoľvek bode vo vnútri formovacej formy je potrebné určiť obvodové napätie v tomto bode vo vnútri formovacej formy. Následne je možné vypočítať treciu silu a tlak v danom mieste.
3. Záver
Tento článok navrhuje nový návrh konštrukčného vylepšenia formovacej formy peletizátora s prstencovou formou. Použitie zapustených formovacích foriem môže účinne znížiť opotrebovanie formy, predĺžiť životnosť formy, uľahčiť výmenu a údržbu a znížiť výrobné náklady. Zároveň bola vykonaná mechanická analýza formovacej formy počas jej pracovného procesu, čo poskytuje teoretický základ pre ďalší výskum v budúcnosti.
Čas uverejnenia: 22. februára 2024