Ze względu na niższą zawartość szkodliwych substancji, takich jak popiół, azot i siarka w biomasie w porównaniu z energią mineralną, charakteryzuje się ona dużymi rezerwami, dobrą aktywnością węgla, łatwym zapłonem i wysoką zawartością składników lotnych. Dlatego biomasa jest idealnym paliwem energetycznym i doskonale nadaje się do konwersji i wykorzystania w procesie spalania. Pozostały po spaleniu biomasy popiół jest bogaty w składniki odżywcze niezbędne roślinom, takie jak fosfor, wapń, potas i magnez, dzięki czemu może być wykorzystywany jako nawóz. Biorąc pod uwagę ogromne zasoby i unikalne zalety energii z biomasy jako źródła energii odnawialnej, jest ona obecnie postrzegana jako ważny wybór dla rozwoju nowych źródeł energii na poziomie krajowym przez kraje na całym świecie. Chińska Narodowa Komisja Rozwoju i Reform w „Planie wdrażania kompleksowego wykorzystania słomy uprawnej w ramach 12. Planu Pięcioletniego” jasno stwierdziła, że wskaźnik kompleksowego wykorzystania słomy osiągnie 75% do 2013 roku i dąży do przekroczenia 80% do 2015 roku.
Przetwarzanie energii z biomasy w wysokiej jakości, czystą i wygodną energię stało się pilnym problemem do rozwiązania. Technologia zagęszczania biomasy jest jednym ze skutecznych sposobów poprawy efektywności spalania energii z biomasy i ułatwienia transportu. Obecnie na rynku krajowym i zagranicznym dostępne są cztery popularne typy urządzeń do formowania z dużą gęstością: wytłaczarki spiralne, wytłaczarki tłokowe, maszyny do formowania płaskiego i maszyny do formowania pierścieniowego. Spośród nich, maszyny do peletyzacji z formowaniem pierścieniowym są szeroko stosowane ze względu na swoje cechy, takie jak brak konieczności nagrzewania podczas pracy, szerokie wymagania dotyczące wilgotności surowca (10–30%), duża wydajność jednostkowa, wysoka gęstość sprężania i dobry efekt formowania. Jednak tego typu maszyny do peletyzacji mają zazwyczaj wady, takie jak szybkie zużycie formy, krótka żywotność, wysokie koszty konserwacji i niewygodna wymiana. W odpowiedzi na powyższe wady maszyny do peletyzacji z formowaniem pierścieniowym, autor opracował zupełnie nowy, ulepszony projekt formy formującej, opracowując formę o stałym typie, charakteryzującą się długą żywotnością, niskimi kosztami konserwacji i wygodą obsługi. Tymczasem w niniejszym artykule przeprowadzono analizę mechaniczną formy formującej w trakcie jej procesu roboczego.
1. Ulepszenie konstrukcji formy formującej dla granulatora pierścieniowego
1.1 Wprowadzenie do procesu formowania ekstruzyjnego:Maszyna do peletyzacji z pierścieniową matrycą może być podzielona na dwa typy: pionową i poziomą, w zależności od jej położenia. Ze względu na rodzaj ruchu, można ją podzielić na dwie różne formy ruchu: aktywny wałek dociskowy z nieruchomą formą pierścieniową oraz aktywny wałek dociskowy z napędzaną formą pierścieniową. Ta ulepszona konstrukcja jest przeznaczona głównie do maszyny do peletyzacji z pierścieniową formą cząsteczkową, w której aktywny wałek dociskowy i nieruchoma forma pierścieniowa stanowią formę ruchu. Składa się ona głównie z dwóch części: mechanizmu transportowego i mechanizmu transportującego cząstki formy pierścieniowej. Forma pierścieniowa i wałek dociskowy to dwa główne elementy maszyny do peletyzacji z pierścieniową formą cząsteczkową, z wieloma otworami formującymi rozmieszczonymi wokół formy pierścieniowej, a wałek dociskowy jest zainstalowany wewnątrz formy pierścieniowej. Rolka dociskowa jest połączona z wrzecionem transmisyjnym, a forma pierścieniowa jest zamontowana na nieruchomym wsporniku. Obrót wrzeciona napędza wałek dociskowy. Zasada działania: Najpierw mechanizm transportowy transportuje rozdrobniony materiał biomasy do określonej wielkości cząstek (3-5 mm) do komory kompresyjnej. Następnie silnik napędza wał główny, który napędza rolkę dociskową, aby się obracała, a rolka dociskowa porusza się ze stałą prędkością, aby równomiernie rozprowadzić materiał między rolką dociskową a formą pierścieniową, powodując ściskanie formy pierścieniowej i tarcie o materiał, rolki dociskowej o materiał i materiału o materiał. Podczas procesu ściskania tarcia, celuloza i hemiceluloza w materiale łączą się ze sobą. Jednocześnie ciepło wytwarzane przez ściskanie tarcia zmiękcza ligninę, przekształcając ją w naturalne spoiwo, które sprawia, że celuloza, hemiceluloza i inne składniki są ze sobą mocniej związane. Wraz z ciągłym wypełnianiem materiałów z biomasy, ilość materiału poddawanego ściskaniu i tarciu w otworach formy formującej stale rośnie. Jednocześnie siła ściskania między biomasą stale rośnie, a ona stale się zagęszcza i formuje w otworze formy. Gdy ciśnienie wytłaczania jest większe od siły tarcia, biomasa jest wytłaczana w sposób ciągły z otworów formujących wokół formy pierścieniowej, tworząc paliwo do formowania biomasy o gęstości formowania wynoszącej około 1 g/Cm3.
1.2 Zużycie form formujących:Maszyna do produkcji peletu charakteryzuje się dużą wydajnością, stosunkowo wysokim stopniem automatyzacji i dużą elastycznością w dostosowaniu do rodzaju surowca. Może być szeroko stosowana do przetwarzania różnych surowców biomasowych, nadaje się do produkcji na dużą skalę gęstych paliw biomasowych i spełnia wymagania rozwojowe związane z industrializacją gęstych paliw biomasowych w przyszłości. Dlatego też maszyna do produkcji peletu z formą pierścieniową jest szeroko stosowana. Ze względu na możliwą obecność niewielkich ilości piasku i innych zanieczyszczeń niepochodzących z biomasy w przetwarzanym materiale biomasowym, istnieje duże prawdopodobieństwo znacznego zużycia formy pierścieniowej maszyny do produkcji peletu. Żywotność formy pierścieniowej jest obliczana na podstawie wydajności produkcyjnej. Obecnie żywotność formy pierścieniowej w Chinach wynosi zaledwie 100–1000 ton.
Awaria formy pierścieniowej występuje głównie w następujących czterech zjawiskach: ① Po pewnym czasie pracy formy pierścieniowej wewnętrzna ściana otworu formy formującej zużywa się, a otwór zwiększa się, co powoduje znaczną deformację wytwarzanego formowanego paliwa; ② Nachylenie podawania otworu matrycy formującej formy pierścieniowej ulega ścieraniu, co powoduje zmniejszenie ilości materiału biomasy wciśniętego w otwór matrycy, zmniejszenie ciśnienia wytłaczania i łatwe zatykanie się otworu matrycy formującej, co prowadzi do awarii formy pierścieniowej (rysunek 2); ③ Po wewnętrznej ścianie materiałów i gwałtownie zmniejsza się ilość wypływu (rysunek 3);
④ Po zużyciu wewnętrznego otworu formy pierścieniowej grubość ścianki między sąsiednimi częściami formy L staje się cieńsza, co powoduje spadek wytrzymałości konstrukcyjnej formy pierścieniowej. Pęknięcia są podatne na występowanie w najbardziej niebezpiecznej sekcji, a wraz z ich dalszym rozprzestrzenianiem się występuje zjawisko pękania formy pierścieniowej. Głównym powodem łatwego zużycia i krótkiej żywotności formy pierścieniowej jest nierozsądna konstrukcja formy pierścieniowej formującej (forma pierścieniowa jest zintegrowana z otworami formy formującej). Zintegrowana struktura tych dwóch jest podatna na takie skutki: czasami, gdy tylko kilka otworów formy pierścieniowej jest zużytych i nie może działać, cała forma pierścieniowa musi zostać wymieniona, co nie tylko powoduje niedogodności związane z pracami wymiennymi, ale także powoduje duże straty ekonomiczne i zwiększa koszty konserwacji.
1.3 Projekt ulepszeń konstrukcyjnych formy formującejAby wydłużyć żywotność formy pierścieniowej maszyny do produkcji peletu, zmniejszyć zużycie, ułatwić wymianę i obniżyć koszty konserwacji, konieczne jest wprowadzenie zupełnie nowego, udoskonalonego projektu konstrukcji formy pierścieniowej. W projekcie wykorzystano formę osadzaną, a ulepszoną konstrukcję komory sprężania przedstawiono na rysunku 4. Rysunek 5 przedstawia przekrój poprzeczny ulepszonej formy.
Ta ulepszona konstrukcja jest przeznaczona głównie do maszyny do produkcji form pierścieniowych z ruchomą rolką dociskową i nieruchomą formą pierścieniową. Dolna forma pierścieniowa jest zamocowana na korpusie, a dwie rolki dociskowe są połączone z wałem głównym za pomocą płyty łączącej. Forma formująca jest osadzona na dolnej formie pierścieniowej (za pomocą pasowania wciskowego), a górna forma pierścieniowa jest zamocowana na dolnej formie pierścieniowej za pomocą śrub i zaciśnięta na formie formującej. Jednocześnie, aby zapobiec odbijaniu się formy formującej z powodu siły po przetoczeniu się rolki dociskowej i promieniowym ruchu wzdłuż formy pierścieniowej, zastosowano śruby z łbem stożkowym do zamocowania formy formującej odpowiednio do górnej i dolnej formy pierścieniowej. Aby zmniejszyć opór materiału wchodzącego do otworu i ułatwić wchodzenie do otworu formy, kąt stożkowy otworu zasilającego zaprojektowanej formy formującej wynosi od 60° do 120°.
Udoskonalona konstrukcja formy formującej charakteryzuje się wielocyklowością i długą żywotnością. Podczas długotrwałej pracy maszyny do formowania cząstek, straty tarcia powodują powiększenie otworu formy formującej i jej pasywację. Po usunięciu i rozszerzeniu zużytej formy formującej, można ją wykorzystać do produkcji cząstek o innych parametrach. Pozwala to na ponowne wykorzystanie form oraz ograniczenie kosztów konserwacji i wymiany.
Aby wydłużyć żywotność granulatora i obniżyć koszty produkcji, rolka dociskowa wykonana jest ze stali wysokowęglowej, wysokomanganowej i odpornej na zużycie, np. 65Mn. Forma formująca powinna być wykonana ze stali stopowej nawęglanej lub niskowęglowego stopu niklowo-chromowego, np. zawierającego Cr, Mn, Ti itp. Dzięki udoskonaleniu komory sprężania, siła tarcia, jakiej doświadczają górna i dolna forma pierścieniowa podczas pracy, jest stosunkowo niewielka w porównaniu z formą formującą. Dlatego do budowy komory sprężania można użyć zwykłej stali węglowej, takiej jak stal 45. W porównaniu z tradycyjnymi formami formującymi z pierścieniem, pozwala to ograniczyć zużycie drogiej stali stopowej, a tym samym obniżyć koszty produkcji.
2. Analiza mechaniczna formy formującej maszyny do produkcji peletu pierścieniowego w trakcie procesu roboczego formy formującej.
Podczas procesu formowania lignina w materiale ulega całkowitemu zmiękczeniu pod wpływem wysokiego ciśnienia i wysokiej temperatury wytwarzanych w formie. Gdy ciśnienie wytłaczania nie rośnie, materiał ulega uplastycznieniu. Materiał po uplastycznieniu dobrze płynie, dzięki czemu długość można ustawić na d. Forma formująca jest traktowana jako zbiornik ciśnieniowy, a naprężenia w niej występujące są uproszczone.
Z powyższej analizy obliczeń mechanicznych można wywnioskować, że aby uzyskać ciśnienie w dowolnym punkcie wewnątrz formy, konieczne jest określenie odkształcenia obwodowego w tym punkcie. Następnie można obliczyć siłę tarcia i ciśnienie w tym miejscu.
3. Wnioski
W niniejszym artykule zaproponowano nowy projekt udoskonalenia konstrukcyjnego formy formującej granulatora pierścieniowego. Zastosowanie wbudowanych form formujących może skutecznie zmniejszyć zużycie formy, wydłużyć jej żywotność, ułatwić wymianę i konserwację oraz obniżyć koszty produkcji. Jednocześnie przeprowadzono analizę mechaniczną formy formującej w trakcie jej pracy, co stanowi podstawę teoretyczną do dalszych badań w przyszłości.
Czas publikacji: 22-02-2024