Благодаря низкому содержанию вредных веществ, таких как зола, азот и сера, в биомассе по сравнению с минеральным топливом, она обладает такими характеристиками, как большие запасы, высокая углеродная активность, лёгкое возгорание и высокое содержание летучих компонентов. Поэтому биомасса является идеальным энергетическим топливом и отлично подходит для сжигания и утилизации. Остаточная зола после сжигания биомассы богата питательными веществами, необходимыми растениям, такими как фосфор, кальций, калий и магний, поэтому её можно использовать в качестве удобрения для повторного внесения в поля. Учитывая огромные ресурсные запасы и уникальные преимущества возобновляемой энергии биомассы, в настоящее время она рассматривается странами по всему миру как важный выбор для развития национальной энергетики. Национальная комиссия по развитию и реформам Китая в «Плане реализации комплексного использования соломы сельскохозяйственных культур в течение 12-й пятилетки» чётко заявила, что к 2013 году уровень комплексного использования соломы достигнет 75%, а к 2015 году будет стремиться превысить 80%.
Преобразование энергии биомассы в высококачественную, чистую и удобную энергию стало актуальной проблемой. Технология уплотнения биомассы является одним из эффективных способов повышения эффективности сжигания биомассы и упрощения транспортировки. В настоящее время на внутреннем и внешнем рынках распространены четыре типа оборудования для плотного формования: спиральная экструзионная машина, поршневая штамповочная машина, машина для формования гранул с плоской формой и машина для формования гранул с кольцевой формой. Среди них гранулятор с кольцевой формой широко используется благодаря таким характеристикам, как отсутствие необходимости нагрева во время работы, высокие требования к влажности сырья (от 10% до 30%), большая производительность одной машины, высокая плотность прессования и хороший эффект формования. Однако грануляторы такого типа, как правило, имеют такие недостатки, как быстрый износ формы, короткий срок службы, высокие затраты на техническое обслуживание и сложность замены. В ответ на вышеуказанные недостатки гранулятора с кольцевой формой автор разработал совершенно новую усовершенствованную конструкцию формующей формы и разработал форму сборного типа с длительным сроком службы, низкими затратами на техническое обслуживание и удобством в обслуживании. Между тем, в данной статье проведен механический анализ формовочной формы в процессе ее работы.
1. Усовершенствование конструкции формовочной формы для кольцевого гранулятора
1.1 Введение в процесс экструзионного формования:Гранулятор с кольцевой матрицей можно разделить на два типа: вертикальный и горизонтальный, в зависимости от положения кольцевой матрицы; в соответствии с формой движения, его можно разделить на два различных вида движения: активный прессующий ролик с неподвижной кольцевой формой и активный прессующий ролик с приводной кольцевой формой. Эта усовершенствованная конструкция в основном предназначена для гранулятора с кольцевой формой с активным прессующим роликом и неподвижной кольцевой формой в качестве формы движения. Он в основном состоит из двух частей: конвейерного механизма и механизма частиц кольцевой формы. Кольцевая форма и прижимной ролик являются двумя основными компонентами гранулятора с кольцевой формой, с множеством формующих отверстий формы, распределенных по кольцевой форме, и прижимной ролик установлен внутри кольцевой формы. Прижимной ролик соединен с передаточным валом, а кольцевая форма установлена на неподвижном кронштейне. Когда шпиндель вращается, он приводит в движение прижимной ролик. Принцип работы: во-первых, конвейерный механизм транспортирует измельченный материал биомассы до определенного размера частиц (3-5 мм) в камеру сжатия. Затем двигатель приводит в движение главный вал, который приводит во вращение прижимной ролик, который движется с постоянной скоростью, равномерно распределяя материал между прижимным роликом и кольцевой формой, заставляя кольцевую форму сжиматься и треться с материалом, прижимной ролик с материалом и материал с материалом. В процессе сжатия трением целлюлоза и гемицеллюлоза в материале соединяются друг с другом. В то же время тепло, выделяемое при сжатии трением, размягчает лигнин, превращая его в натуральное связующее вещество, что делает целлюлозу, гемицеллюлозу и другие компоненты более прочно связанными друг с другом. При непрерывном заполнении биомассой количество материала, подвергаемого сжатию и трению в формовочных отверстиях формы, продолжает увеличиваться. В то же время сила сжатия между биомассой продолжает увеличиваться, и она непрерывно уплотняется и формируется в формовочном отверстии. Когда давление экструзии больше силы трения, биомасса непрерывно выдавливается из формовочных отверстий вокруг кольцевой формы, образуя формовочное топливо из биомассы с плотностью формования около 1 г/см3.
1.2 Износ формовочных форм:Производительность одной машины гранулятора большая, с относительно высокой степенью автоматизации и сильной адаптируемостью к сырью. Он может широко использоваться для переработки различного сырья биомассы, подходит для крупномасштабного производства топлива из биомассы с плотным формованием и отвечает требованиям развития индустриализации топлива из биомассы с плотным формованием в будущем. Поэтому гранулятор с кольцевой формой широко используется. Из-за возможного присутствия небольшого количества песка и других примесей, не относящихся к биомассе, в перерабатываемом материале биомассы, это с большой вероятностью вызовет значительный износ кольцевой формы гранулятора. Срок службы кольцевой формы рассчитывается на основе производственной мощности. В настоящее время срок службы кольцевой формы в Китае составляет всего 100-1000 т.
Выход из строя кольцевой формы в основном происходит из-за следующих четырех явлений: ① После того, как кольцевая форма работает в течение определенного периода времени, внутренняя стенка формующего отверстия формы изнашивается и отверстие увеличивается, что приводит к значительной деформации полученного сформированного топлива; ② Наклон подачи формующего отверстия фильеры кольцевой формы изнашивается, что приводит к уменьшению количества материала биомассы, выдавливаемого в отверстие фильеры, снижению давления экструзии и легкой закупорке формующего отверстия фильеры, что приводит к выходу кольцевой формы из строя (рисунок 2); ③ После того, как внутренняя стенка материалов и резко снижает количество выгрузки (рисунок 3);
4. После износа внутреннего отверстия кольцевой формы толщина стенки между соседними деталями формы L становится тоньше, что приводит к снижению структурной прочности кольцевой формы. В наиболее опасном сечении склонны к образованию трещин, и по мере того, как трещины продолжают расширяться, возникает явление разрушения кольцевой формы. Основной причиной быстрого износа и короткого срока службы кольцевой формы является нецелесообразная конструкция формующей кольцевой формы (кольцевая форма интегрирована с формовочными отверстиями формы). Интегрированная структура двух склонна к таким результатам: иногда, когда изношены только несколько формовочных отверстий кольцевой формы и не могут работать, необходимо заменять всю кольцевую форму, что не только создает неудобства для работ по замене, но и приводит к большим экономическим потерям и увеличивает расходы на техническое обслуживание.
1.3. Усовершенствование конструкции формовочной формыДля продления срока службы кольцевой пресс-формы гранулятора, снижения износа, упрощения замены и снижения затрат на техническое обслуживание необходимо разработать принципиально новую усовершенствованную конструкцию кольцевой пресс-формы. В конструкции использована встроенная пресс-форма, а усовершенствованная конструкция камеры прессования показана на рисунке 4. На рисунке 5 показано поперечное сечение усовершенствованной пресс-формы.
Эта усовершенствованная конструкция в основном предназначена для машины для литья под давлением с кольцевой формой, в которой используется форма движения активного прижимного ролика и неподвижная кольцевая форма. Нижняя кольцевая форма закреплена на корпусе, а два прижимных ролика соединены с главным валом через соединительную пластину. Формующая форма встроена в нижнюю кольцевую форму (с помощью посадки с натягом), а верхняя кольцевая форма закреплена на нижней кольцевой форме с помощью болтов и зажата на формующей форме. В то же время, чтобы предотвратить отскок формующей формы под действием силы после того, как прижимной ролик перекатывается и перемещается радиально вдоль кольцевой формы, формующая форма крепится к верхней и нижней кольцевой форме соответственно потайными винтами. Для уменьшения сопротивления материала, поступающего в отверстие, и облегчения ввода в отверстие формы. Конический угол загрузочного отверстия спроектированной формующей формы составляет от 60° до 120°.
Усовершенствованная конструкция формовочной формы обеспечивает многоцикловую обработку и длительный срок службы. При длительной работе машины для получения частиц потери на трение приводят к увеличению площади отверстия формовочной формы и её пассивации. После снятия и расширения изношенной формовочной формы её можно использовать для производства формовочных частиц других спецификаций. Это позволяет повторно использовать формы и сократить расходы на техническое обслуживание и замену.
Чтобы продлить срок службы гранулятора и снизить производственные затраты, прижимной ролик изготовлен из высокоуглеродистой стали с высоким содержанием марганца и высокой износостойкостью, например, 65Mn. Формовочная форма должна быть изготовлена из легированной цементированной стали или низкоуглеродистого никель-хромового сплава, например, содержащего Cr, Mn, Ti и т. д. Благодаря усовершенствованию камеры сжатия, сила трения, испытываемая верхним и нижним кольцевыми формами во время работы, относительно мала по сравнению с формовочной формой. Поэтому в качестве материала для камеры сжатия можно использовать обычную углеродистую сталь, например, сталь 45. По сравнению с традиционными интегрированными формовочными кольцевыми формами, это позволяет сократить использование дорогостоящей легированной стали, тем самым снижая производственные затраты.
2. Механический анализ формующей формы кольцевой пресс-гранулятора в процессе работы формующей формы.
В процессе формования лигнин в материале полностью размягчается благодаря высокому давлению и температуре, создаваемым в пресс-форме. При отсутствии повышения давления экструзии материал пластифицируется. После пластификации материал обладает хорошей текучестью, поэтому длину можно задать равной d. Пресс-форма рассматривается как сосуд под давлением, что упрощает нагрузку на пресс-форму.
На основе вышеприведённого анализа механических расчётов можно сделать вывод, что для определения давления в любой точке внутри формовочной формы необходимо определить окружную деформацию в этой точке. Затем можно рассчитать силу трения и давление в этой точке.
3. Заключение
В данной статье предлагается новая конструкция, усовершенствованная для формовочной формы кольцевого гранулятора. Использование встроенных формовочных форм позволяет эффективно снизить износ формы, продлить срок её службы, упростить замену и обслуживание, а также снизить производственные затраты. Также был проведён механический анализ формовочной формы в процессе её работы, что обеспечило теоретическую основу для дальнейших исследований.
Время публикации: 22 февраля 2024 г.