Mivel a biomasszában kevesebb káros anyag, például hamu, nitrogén és kén található az ásványi energiához képest, nagy tartalékokkal, jó szén-aktivitással, könnyű gyulladással és magas illékony komponensekkel rendelkezik. Ezért a biomassza nagyon ideális energiahordozó, és kiválóan alkalmas égetés céljából történő átalakításra és hasznosításra. A biomassza elégetése után visszamaradt hamu gazdag a növények számára szükséges tápanyagokban, például foszforban, kalciumban, káliumban és magnéziumban, így trágyaként felhasználható a szántóföldekre való visszaforgatáshoz. Tekintettel a biomassza-energia hatalmas erőforrás-tartalékaira és egyedülálló megújuló előnyeire, jelenleg a világ országaiban fontos választásnak tekintik a nemzeti új energiafejlesztések szempontjából. A Kínai Nemzeti Fejlesztési és Reformbizottság a "Végrehajtási terv a termőszalma átfogó hasznosítására a 12. ötéves terv során" című dokumentumban egyértelműen kijelentette, hogy a szalma átfogó hasznosítási aránya 2013-ra eléri a 75%-ot, és 2015-re a 80%-ot is meghaladja.
A biomassza-energia kiváló minőségű, tiszta és kényelmes energiává alakítása sürgető problémává vált. A biomassza sűrítési technológiája az egyik hatékony módja a biomassza-energia elégetésének hatékonyságának javítására és a szállítás megkönnyítésére. Jelenleg négyféle tömör formázó berendezés létezik a hazai és külföldi piacokon: spirális extrudáló részecskegép, dugattyús sajtoló részecskegép, síkformás részecskegép és gyűrűs formájú részecskegép. Ezek közül a gyűrűs formájú pelletgép széles körben elterjedt olyan jellemzői miatt, mint a fűtés hiánya működés közben, a nyersanyag nedvességtartalmára vonatkozó széles követelmények (10% és 30% között), a nagy egyedi teljesítmény, a nagy tömörítési sűrűség és a jó formázási hatás. Az ilyen típusú pelletgépeknek azonban általában vannak hátrányaik, mint például a forma könnyű kopása, a rövid élettartam, a magas karbantartási költségek és a kényelmetlen csere. A gyűrűs formájú pelletgép fenti hiányosságaira válaszul a szerző egy vadonatúj fejlesztési tervet készített a formázóforma szerkezetén, és egy hosszú élettartamú, alacsony karbantartási költségekkel és kényelmes karbantartással rendelkező, készlet típusú formázóformát tervezett. Eközben ez a cikk a formázóforma mechanikai elemzését végezte el a működési folyamat során.
1. A gyűrűs öntőforma granulátor formázóformájának szerkezetének fejlesztése
1.1 Bevezetés az extrudálási formázási folyamatba:A gyűrűs formájú pelletáló gép két típusra osztható: függőleges és vízszintes, a gyűrűs forma helyzetétől függően. A mozgás formája szerint két különböző mozgásformára osztható: az aktív nyomógörgőre rögzített gyűrűs formával és az aktív nyomógörgőre hajtott gyűrűs formával. Ez a továbbfejlesztett kialakítás elsősorban az aktív nyomógörgővel és rögzített gyűrűs formával mozgásformaként rendelkező gyűrűs formájú részecskegépekre irányul. Főleg két részből áll: egy szállítómechanizmusból és egy gyűrűs formájú részecskemechanizmusból. A gyűrűs forma és a nyomógörgő a gyűrűs formájú pelletáló gép két fő alkotóeleme, számos formázófurattal elosztva a gyűrűs formában, és a nyomógörgő a gyűrűs formában van felszerelve. A nyomógörgő a sebességváltó orsóhoz van csatlakoztatva, a gyűrűs forma pedig egy rögzített konzolra van felszerelve. Amikor az orsó forog, a nyomógörgőt forgatja. Működési elv: Először is, a szállítómechanizmus a zúzott biomassza anyagot bizonyos részecskeméretre (3-5 mm) szállítja a nyomókamrába. Ezután a motor meghajtja a főtengelyt, ami forgásba hozza a nyomógörgőt, és a nyomógörgő állandó sebességgel mozog, hogy egyenletesen eloszlassa az anyagot a nyomógörgő és a gyűrűs forma között, aminek következtében a gyűrűs forma összenyomódik és súrlódik az anyaggal, a nyomógörgő az anyaggal, és az anyag az anyaggal. A súrlódás során az anyagban lévő cellulóz és hemicellulóz egyesül egymással. Ugyanakkor a súrlódás által termelt hő természetes kötőanyaggá lágyítja a lignint, ami szorosabban köti össze a cellulózt, a hemicellulózt és más komponenseket. A biomassza-anyagok folyamatos töltésével a formázó forma lyukaiban összenyomott és súrlódó anyag mennyisége folyamatosan növekszik. Ugyanakkor a biomassza közötti nyomóerő folyamatosan növekszik, és folyamatosan sűrűsödik és formálódik a formázó lyukban. Amikor az extrudálási nyomás nagyobb, mint a súrlódási erő, a biomassza folyamatosan extrudálódik a gyűrűs forma körüli formázó lyukakból, és körülbelül 1 g/cm3 formázási sűrűségű biomassza-formázó üzemanyagot képez.
1.2 Formázóformák kopása:A pelletgép egyetlen gépi teljesítménye nagy, viszonylag magas fokú automatizálással és erős alapanyag-alkalmazkodóképességgel rendelkezik. Széles körben alkalmazható különféle biomassza-alapanyagok feldolgozására, alkalmas a biomassza-sűrű formázó üzemanyagok nagymértékű előállítására, és megfelel a biomassza-sűrű formázó üzemanyagok iparosításának jövőbeli fejlesztési követelményeinek. Ezért a gyűrűs formájú pelletgép széles körben elterjedt. A feldolgozott biomassza-anyagban kis mennyiségű homok és egyéb nem biomassza-szennyeződések esetleges jelenléte miatt nagy valószínűséggel jelentős kopást és elhasználódást okoz a pelletgép gyűrűs formáján. A gyűrűs forma élettartamát a termelési kapacitás alapján számítják ki. Jelenleg a gyűrűs forma élettartama Kínában mindössze 100-1000 tonna.
A gyűrűs forma meghibásodása főként a következő négy jelenségben fordul elő: ① Miután a gyűrűs forma egy ideig működött, a formázó forma furatának belső fala elkopik, és a nyílás megnő, ami a keletkezett formázott üzemanyag jelentős deformációját eredményezi; ② A gyűrűs forma formázó forma furatának betáplálási lejtése elkopik, ami a forma furatába préselt biomassza anyag mennyiségének csökkenéséhez, az extrudálási nyomás csökkenéséhez és a formázó forma furatának könnyű eltömődéséhez vezet, ami a gyűrűs forma meghibásodásához vezet (2. ábra); ③ Miután a belső fal anyaga elkopik, a kiömlés mennyisége jelentősen csökken (3. ábra);
④ A gyűrűforma belső furatának elkopása után a szomszédos L formadarabok közötti falvastagság elvékonyodik, ami a gyűrűforma szerkezeti szilárdságának csökkenéséhez vezet. A legveszélyesebb szakaszokon repedések alakulhatnak ki, és ahogy a repedések tovább terjednek, a gyűrűforma törésének jelensége jelentkezik. A gyűrűforma könnyű kopásának és rövid élettartamának fő oka a formázó gyűrűforma ésszerűtlen szerkezete (a gyűrűforma egybe van építve a formázóforma furataival). A kettő integrált szerkezete hajlamos az ilyen eredményekre: néha, amikor a gyűrűformának csak néhány formázóforma furata kopik el és nem működik, az egész gyűrűformát ki kell cserélni, ami nemcsak a cseremunkát teszi kellemetlenné, hanem nagy gazdasági pazarlást és növeli a karbantartási költségeket is.
1.3 Formázóforma szerkezetfejlesztési tervezéseA pelletáló gép gyűrűsformájának élettartamának meghosszabbítása, a kopás csökkentése, a csere megkönnyítése és a karbantartási költségek mérséklése érdekében vadonatúj, továbbfejlesztett tervet kellett végrehajtani a gyűrűsforma szerkezetén. A tervezés során beágyazott öntőformát használtak, és a továbbfejlesztett nyomókamra-szerkezet a 4. ábrán látható. Az 5. ábra a továbbfejlesztett öntőforma keresztmetszeti nézetét mutatja.
Ez a továbbfejlesztett kialakítás elsősorban az aktív nyomógörgő és a rögzített gyűrűs forma mozgásformájával rendelkező gyűrűs formájú részecskegyártó gépekre irányul. Az alsó gyűrűs forma rögzítve van a testhez, és a két nyomógörgő egy összekötő lemezen keresztül csatlakozik a főtengelyhez. A formázóforma az alsó gyűrűs formába van beágyazva (illesztéses illesztéssel), a felső gyűrűs forma pedig csavarokkal van rögzítve az alsó gyűrűs formához, és a formázóformához van szorítva. Ugyanakkor, annak érdekében, hogy megakadályozzák a formázóforma visszapattanását a nyomógörgő átgurulása és a gyűrűs forma mentén történő sugárirányú mozgása utáni erőhatás miatt, süllyesztett csavarokat használnak a formázóforma rögzítésére a felső, illetve az alsó gyűrűs formához. A furatba jutó anyag ellenállásának csökkentése és a forma furatába való kényelmesebb bejutás érdekében a tervezett formázóforma betápláló furatának kúpos szöge 60° és 120° között van.
A formázóforma továbbfejlesztett szerkezeti kialakítása többciklusú és hosszú élettartamú. Amikor a részecskegyártó gép egy bizonyos ideig működik, a súrlódási veszteség a formázóforma nyílásának megnagyobbodását és passziválását okozza. Amikor a kopott formázóformát eltávolítják és kitágítják, más specifikációjú formázórészecskék előállítására használható. Ezáltal a formák újrafelhasználhatók, és karbantartási, valamint csereköltségeket takaríthatnak meg.
A granulátor élettartamának meghosszabbítása és a gyártási költségek csökkentése érdekében a nyomóhenger nagy széntartalmú, nagy mangántartalmú, jó kopásállóságú acélt, például 65Mn-t használ. A formázóformát ötvözött acélból vagy alacsony széntartalmú nikkel-króm ötvözetből, például Cr, Mn, Ti stb. tartalmúból kell készíteni. A nyomókamra fejlesztésének köszönhetően a felső és alsó gyűrűformák által működés közben tapasztalt súrlódási erő viszonylag kicsi a formázóformához képest. Ezért a nyomókamra anyagaként közönséges szénacél, például 45-ös acél is használható. A hagyományos integrált formázó gyűrűformákkal összehasonlítva csökkenthető a drága ötvözött acél felhasználása, ezáltal csökkentve a termelési költségeket.
2. A gyűrűs öntőforma pelletáló gép formázóformájának mechanikai elemzése a formázóforma munkafolyamata során.
A formázási folyamat során az anyagban lévő lignin teljesen meglágyul a formázóformában keletkező nagynyomású és magas hőmérsékletű környezet miatt. Amikor az extrudálási nyomás nem növekszik, az anyag lágyuláson megy keresztül. A lágyulás után az anyag jól folyik, így a hossza d-re állítható. A formázóformát nyomástartó edénynek tekintik, és a formázóformára ható feszültség leegyszerűsödik.
A fenti mechanikai számítási elemzés alapján arra a következtetésre juthatunk, hogy a formázószerszám bármely pontján a nyomás meghatározásához meg kell határozni a kerületi feszültséget az adott ponton a formázószerszámon belül. Ezután kiszámítható a súrlódási erő és a nyomás ezen a helyen.
3. Következtetés
Ez a cikk egy új szerkezeti fejlesztési tervet javasol a gyűrűs öntőformás pelletizáló formázószerszámhoz. A beágyazott formázószerszámok használata hatékonyan csökkentheti a forma kopását, meghosszabbíthatja a forma élettartamát, megkönnyítheti a cserét és a karbantartást, valamint csökkentheti a termelési költségeket. Ugyanakkor mechanikai elemzést végeztek a formázószerszámon a működési folyamata során, elméleti alapot teremtve a további kutatásokhoz a jövőben.
Közzététel ideje: 2024. február 22.