Поради по-ниското съдържание на вредни вещества като пепел, азот и сяра в биомасата в сравнение с минералната енергия, тя се характеризира с големи запаси, добра въглеродна активност, лесно запалване и високо съдържание на летливи компоненти. Следователно, биомасата е идеално енергийно гориво и е много подходяща за преобразуване и оползотворяване чрез горене. Остатъчната пепел след изгаряне на биомаса е богата на хранителни вещества, необходими на растенията, като фосфор, калций, калий и магнезий, така че може да се използва като тор за повторно ображдане в полето. Предвид огромните ресурсни запаси и уникалните предимства на енергията от биомаса от възобновяеми източници, тя понастоящем се разглежда като важен избор за национално развитие на новата енергия от страни по света. Националната комисия за развитие и реформи на Китай ясно е заявила в „План за изпълнение на комплексно използване на сламата от културите през 12-ия петгодишен план“, че комплексният коефициент на използване на сламата ще достигне 75% до 2013 г. и ще се стреми да надхвърли 80% до 2015 г.
Как да се преобразува енергията от биомаса във висококачествена, чиста и удобна енергия се превърна в спешен проблем, който трябва да бъде решен. Технологията за уплътняване на биомаса е един от ефективните начини за подобряване на ефективността на изгарянето на енергия от биомаса и улесняване на транспортирането. Понастоящем на вътрешния и външния пазар има четири често срещани типа оборудване за плътно формоване: машина за спирално екструдиране на частици, машина за бутално щамповане на частици, машина за плоски форми за частици и машина за пръстеновидни форми. Сред тях, машината за пелети с пръстеновидни форми е широко използвана поради своите характеристики като липса на необходимост от нагряване по време на работа, високи изисквания за съдържание на влага в суровината (10% до 30%), голям производителност на единична машина, висока плътност на компресия и добър ефект на формоване. Тези видове машини за пелети обаче обикновено имат недостатъци като лесно износване на формата, кратък експлоатационен живот, високи разходи за поддръжка и неудобна подмяна. В отговор на горепосочените недостатъци на машината за пелети с пръстеновидни форми, авторът е разработил чисто нов подобрен дизайн на структурата на формоващата форма и е проектирал формовъчна форма от комплект с дълъг експлоатационен живот, ниски разходи за поддръжка и удобна поддръжка. Междувременно, тази статия е провела механичен анализ на формоващата форма по време на нейния работен процес.
1. Подобрен дизайн на структурата на формовъчната матрица за гранулатор с пръстеновидни форми
1.1 Въведение в процеса на екструдиране:Машината за пелети с пръстеновидна матрица може да бъде разделена на два вида: вертикална и хоризонтална, в зависимост от позицията на пръстеновидната матрица. Според формата на движение, тя може да бъде разделена на две различни форми на движение: активен притискащ валяк с фиксирана пръстеновидна матрица и активен притискащ валяк със задвижвана пръстеновидна матрица. Този подобрен дизайн е насочен главно към машина за частици с пръстеновидна матрица с активен притискащ валяк и фиксирана пръстеновидна матрица като форма на движение. Тя се състои основно от две части: транспортен механизъм и механизъм за частици с пръстеновидна матрица. Пръстеновидната матрица и притискащият валяк са двата основни компонента на машината за пелети с пръстеновидна матрица, с много отвори за формоване, разпределени около пръстеновидната матрица, а притискащият валяк е монтиран вътре в пръстеновидната матрица. Притискащият валяк е свързан към трансмисионния шпиндел, а пръстеновидната матрица е монтирана на фиксирана скоба. Когато шпинделът се върти, той задвижва притискащия валяк да се върти. Принцип на работа: Първо, транспортният механизъм транспортира натрошения биомасен материал с определен размер на частиците (3-5 мм) в компресионната камера. След това двигателят задвижва главния вал, за да завърти притискащата ролка, а притискащата ролка се движи с постоянна скорост, за да разпредели равномерно материала между притискащата ролка и пръстеновидната форма, което води до компресия на пръстеновидната форма и триене с материала, притискащата ролка с материала и материала с материала. По време на процеса на триене при притискане, целулозата и хемицелулозата в материала се комбинират помежду си. В същото време топлината, генерирана от триенето при притискане, омекотява лигнина и го превръща в естествено свързващо вещество, което прави целулозата, хемицелулозата и други компоненти по-здраво свързани. С непрекъснатото пълнене на биомасови материали, количеството материал, подложен на компресия и триене в отворите на формовъчната форма, продължава да се увеличава. В същото време силата на притискане между биомасата продължава да се увеличава и тя непрекъснато се уплътнява и формира в отвора за формоване. Когато налягането на екструдиране е по-голямо от силата на триене, биомасата се екструдира непрекъснато от отворите за формоване около пръстеновидната форма, образувайки гориво за формоване на биомаса с плътност на формоване около 1 g/Cm3.
1.2 Износване на формовъчните форми:Производителността на една машина за пелети е голяма, с относително висока степен на автоматизация и силна адаптивност към суровините. Тя може да се използва широко за обработка на различни биомасови суровини, подходяща е за мащабно производство на гъстоформиращи биомасови горива и отговаря на изискванията за развитие на индустриализацията на гъстоформиращи биомасови горива в бъдеще. Поради това, машината за пелети с пръстеновидна форма е широко използвана. Поради възможното наличие на малки количества пясък и други небиомасни примеси в обработения биомасен материал, е много вероятно това да причини значително износване на пръстеновидната форма на машината за пелети. Срокът на експлоатация на пръстеновидната форма се изчислява въз основа на производствения капацитет. В момента срокът на експлоатация на пръстеновидната форма в Китай е само 100-1000 тона.
Повредата на пръстеновидната форма се проявява главно при следните четири явления: ① След като пръстеновидната форма работи определен период от време, вътрешната стена на отвора на формовъчната форма се износва и отворът се увеличава, което води до значителна деформация на произведеното гориво; ② Наклонът на подаване на отвора на формовъчната матрица на пръстеновидната матрица се износва, което води до намаляване на количеството биомаса, изстискана в отвора на матрицата, намаляване на налягането на екструдиране и лесно запушване на отвора на формовъчната матрица, което води до повреда на пръстеновидната матрица (Фигура 2); ③ След като материалите на вътрешната стена се износят и рязко се намалява количеството на изпускания материал (Фигура 3);
④ След износване на вътрешния отвор на пръстеновидната форма, дебелината на стената между съседните части на формата L става по-тънка, което води до намаляване на структурната здравина на пръстеновидната форма. Пукнатини са склонни към поява в най-опасната част и с продължаващото им разширяване се получава феноменът на счупване на пръстеновидната форма. Основната причина за лесното износване и краткия експлоатационен живот на пръстеновидната форма е неразумната структура на формовъчната пръстеновидна форма (пръстеновидната форма е интегрирана с отворите на формовъчната форма). Интегрираната структура на двете е предразположена към такива резултати: понякога, когато само няколко отвора на формовъчната форма са износени и не могат да работят, цялата пръстеновидна форма трябва да се смени, което не само създава неудобства при работата по подмяната, но и причинява големи икономически загуби и увеличава разходите за поддръжка.
1.3 Проектиране на структурни подобрения на формовъчната формаЗа да се удължи експлоатационният живот на пръстеновидната форма на машината за пелети, да се намали износването, да се улесни подмяната и да се намалят разходите за поддръжка, е необходимо да се извърши чисто нов подобрен дизайн на структурата на пръстеновидната форма. В дизайна е използвана вградена формовъчна форма, а подобрената структура на компресионната камера е показана на Фигура 4. Фигура 5 показва напречно сечение на подобрената формовъчна форма.
Този подобрен дизайн е насочен главно към машина за частици с пръстеновидни форми с движеща се форма на активен притискащ вал и неподвижен пръстеновиден калъп. Долният пръстеновиден калъп е фиксиран към корпуса, а двата притискащи ролки са свързани към главния вал чрез свързваща плоча. Формоващата форма е вградена в долния пръстеновиден калъп (чрез пресоване), а горният пръстеновиден калъп е фиксиран към долния пръстеновиден калъп чрез болтове и е закрепен към формоващата форма. В същото време, за да се предотврати отскачането на формоващата форма поради сила, след като притискащият вал се претърколи и се движи радиално по пръстеновидната форма, се използват винтове със скрита глава за закрепване на формоващата форма съответно към горната и долната пръстеновидна форма. За да се намали съпротивлението на материала, влизащ в отвора, и да се улесни влизането му в отвора на формата. Коничният ъгъл на отвора за подаване на проектираната формоваща форма е от 60° до 120°.
Подобреният структурен дизайн на формовъчната матрица се характеризира с многоцикличност и дълъг експлоатационен живот. Когато машината за частици работи за определен период от време, загубата на триене води до разширяване на отвора на формовъчната матрица и пасивация. Когато износената формовъчна матрица се отстрани и разшири, тя може да се използва за производство на формовъчни частици с други спецификации. Това може да постигне повторна употреба на матриците и да спести разходи за поддръжка и подмяна.
За да се удължи експлоатационният живот на гранулатора и да се намалят производствените разходи, притискащият валяк е изработен от високовъглеродна високоманганова стомана с добра износоустойчивост, като например 65Mn. Формовъчната форма трябва да бъде изработена от легирана карбуризирана стомана или нисковъглеродна никел-хромова сплав, като например съдържаща Cr, Mn, Ti и др. Благодарение на подобрената компресионна камера, силата на триене, изпитвана от горната и долната пръстеновидна форма по време на работа, е сравнително малка в сравнение с формовъчната форма. Следователно, като материал за компресионната камера може да се използва обикновена въглеродна стомана, като например стомана 45. В сравнение с традиционните интегрирани формовъчни пръстеновидни форми, това може да намали използването на скъпа легирана стомана, като по този начин намали производствените разходи.
2. Механичен анализ на формовъчната форма на машината за пелети с пръстеновидни форми по време на работния процес на формовъчната форма.
По време на процеса на формоване, лигнинът в материала е напълно омекотен поради високото налягане и високата температура, създадени във формовъчната форма. Когато налягането на екструдиране не се увеличава, материалът претърпява пластификация. Материалът тече добре след пластификация, така че дължината може да бъде зададена на d. Формовъчната форма се разглежда като съд под налягане и напрежението върху нея е опростено.
Чрез горния анализ на механичните изчисления може да се заключи, че за да се получи налягането във всяка точка вътре във формовъчната форма, е необходимо да се определи периферното напрежение в тази точка вътре във формовъчната форма. След това могат да се изчислят силата на триене и налягането в това място.
3. Заключение
Тази статия предлага нов дизайн за структурно подобрение на формовъчната форма на пелетизатора с пръстеновидни форми. Използването на вградени формовъчни форми може ефективно да намали износването на формата, да удължи живота на формата, да улесни подмяната и поддръжката и да намали производствените разходи. Същевременно е извършен механичен анализ на формовъчната форма по време на нейния работен процес, предоставяйки теоретична основа за по-нататъшни изследвания в бъдеще.
Време на публикуване: 22 февруари 2024 г.