Tā kā biomasā ir mazāk kaitīgo vielu, piemēram, pelnu, slāpekļa un sēra, salīdzinot ar minerālu enerģiju, tai piemīt lielas rezerves, laba oglekļa aktivitāte, viegla aizdegšanās un augsts gaistošu komponentu saturs. Tāpēc biomasa ir ļoti ideāls enerģijas kurināmais un ir ļoti piemērots sadedzināšanas pārveidošanai un izmantošanai. Atlikušie pelni pēc biomasas sadedzināšanas ir bagāti ar augiem nepieciešamajām barības vielām, piemēram, fosforu, kalciju, kāliju un magniju, tāpēc tos var izmantot kā mēslojumu, lai atgrieztu laukā. Ņemot vērā milzīgās resursu rezerves un unikālās biomasas enerģijas atjaunojamās priekšrocības, tā pašlaik tiek uzskatīta par svarīgu izvēli valsts jaunās enerģijas attīstībai visā pasaulē. Ķīnas Nacionālā attīstības un reformu komisija "Īstenošanas plānā kultūraugu salmu visaptverošai izmantošanai 12. piecu gadu plānā" ir skaidri norādījusi, ka salmu visaptverošais izmantošanas līmenis līdz 2013. gadam sasniegs 75% un līdz 2015. gadam tiks censts pārsniegt 80%.
Kā pārvērst biomasas enerģiju augstas kvalitātes, tīrā un ērtā enerģijā, ir kļuvusi par steidzamu problēmu. Biomasas blīvēšanas tehnoloģija ir viens no efektīviem veidiem, kā uzlabot biomasas enerģijas sadedzināšanas efektivitāti un atvieglot transportēšanu. Pašlaik vietējā un ārvalstu tirgos ir četri izplatīti blīvās formēšanas iekārtu veidi: spirālveida ekstrūzijas daļiņu mašīna, virzuļspiedes daļiņu mašīna, plakanās veidnes daļiņu mašīna un gredzenveida veidnes daļiņu mašīna. Starp tām gredzenveida veidnes granulu mašīna tiek plaši izmantota, pateicoties tās īpašībām, piemēram, nav nepieciešama apkure darbības laikā, plašām prasībām attiecībā uz izejvielu mitruma saturu (no 10% līdz 30%), lielai vienas mašīnas jaudai, augstam kompresijas blīvumam un labam formēšanas efektam. Tomēr šāda veida granulu mašīnām parasti ir tādi trūkumi kā viegla veidnes nodilšana, īss kalpošanas laiks, augstas apkopes izmaksas un neērta nomaiņa. Reaģējot uz iepriekš minētajiem gredzenveida veidnes granulu mašīnas trūkumiem, autors ir izstrādājis pavisam jaunu formēšanas veidnes struktūras uzlabošanas projektu un izstrādājis komplekta tipa formēšanas veidni ar ilgu kalpošanas laiku, zemām uzturēšanas izmaksām un ērtu apkopi. Tikmēr šajā rakstā tika veikta formēšanas veidnes mehāniskā analīze tās darba procesā.
1. Gredzenveida veidņu granulatora formēšanas veidnes struktūras uzlabošanas dizains
1.1 Ievads ekstrūzijas formēšanas procesā:Gredzenveida presformas granulu mašīnu var iedalīt divos veidos: vertikālā un horizontālā, atkarībā no gredzenveida presformas pozīcijas; atkarībā no kustības veida to var iedalīt divās dažādās kustības formās: aktīvais presēšanas veltnis ar fiksētu gredzenveida veidni un aktīvais presēšanas veltnis ar piedziņu gredzenveida veidni. Šī uzlabotā konstrukcija galvenokārt ir paredzēta gredzenveida veidņu daļiņu mašīnai ar aktīvu spiediena veltni un fiksētu gredzenveida veidni kā kustības formu. Tā galvenokārt sastāv no divām daļām: transportēšanas mehānisma un gredzenveida veidnes daļiņu mehānisma. Gredzenveida veidne un spiediena veltnis ir gredzenveida veidņu granulu mašīnas divas galvenās sastāvdaļas, ar daudzām formēšanas veidnes atverēm, kas izvietotas pa gredzenveida veidni, un spiediena veltnis ir uzstādīts gredzenveida veidnes iekšpusē. Spiediena veltnis ir savienots ar transmisijas vārpstu, un gredzenveida veidne ir uzstādīta uz fiksēta kronšteina. Kad vārpsta griežas, tā dzen spiediena veltni rotēt. Darbības princips: Pirmkārt, transportēšanas mehānisms transportē sasmalcināto biomasas materiālu noteiktā daļiņu izmērā (3–5 mm) kompresijas kamerā. Pēc tam motors darbina galveno vārpstu, lai grieztu spiediena veltni, un spiediena veltnis pārvietojas ar nemainīgu ātrumu, vienmērīgi izkliedējot materiālu starp spiediena veltni un gredzena veidni, izraisot gredzena veidnes saspiešanu un berzi ar materiālu, spiediena veltņa berzi ar materiālu un materiāla berzi ar materiālu. Saspiešanas berzes procesā materiālā esošā celuloze un hemiceluloze savienojas viena ar otru. Tajā pašā laikā saspiešanas berzes radītais siltums mīkstina lignīnu par dabīgu saistvielu, kas padara celulozi, hemicelulozi un citas sastāvdaļas ciešāk saistītas kopā. Nepārtraukti pildot biomasas materiālus, materiāla daudzums, kas pakļauts saspiešanai un berzei formēšanas veidnes caurumos, turpina palielināties. Tajā pašā laikā saspiešanas spēks starp biomasu turpina pieaugt, un tā nepārtraukti sablīvējas un veidojas formēšanas caurumā. Kad ekstrūzijas spiediens ir lielāks par berzes spēku, biomasa nepārtraukti tiek ekstrudēta no formēšanas caurumiem ap gredzena veidni, veidojot biomasas formēšanas degvielu ar formēšanas blīvumu aptuveni 1 g/Cm3.
1.2 Veidošanas veidņu nodilums:Granulu mašīnas vienas mašīnas jauda ir liela, ar relatīvi augstu automatizācijas pakāpi un spēcīgu pielāgošanās spēju izejvielām. To var plaši izmantot dažādu biomasas izejvielu pārstrādei, tā ir piemērota biomasas blīvi formējošās degvielas liela mēroga ražošanai un atbilst biomasas blīvi formējošās degvielas industrializācijas attīstības prasībām nākotnē. Tāpēc gredzenveida veidņu granulu mašīna tiek plaši izmantota. Sakarā ar iespējamo nelielu smilšu un citu nebiomasas piemaisījumu daudzumu apstrādātajā biomasas materiālā, pastāv liela varbūtība, ka tas radīs ievērojamu granulu mašīnas gredzenveida veidnes nodilumu. Gredzenveida veidnes kalpošanas laiks tiek aprēķināts, pamatojoties uz ražošanas jaudu. Pašlaik gredzenveida veidnes kalpošanas laiks Ķīnā ir tikai 100–1000 t.
Gredzena veidnes atteice galvenokārt notiek šādu četru parādību rezultātā: ① Pēc tam, kad gredzena veidne ir darbojusies noteiktu laiku, formēšanas veidnes atveres iekšējā siena nodilst un atveres lielums palielinās, kā rezultātā rodas ievērojama saražotās degvielas deformācija; ② Gredzena veidnes formēšanas veidnes atveres padeves slīpums ir nodilis, kā rezultātā samazinās veidnes atverē iespiestā biomasas materiāla daudzums, samazinās ekstrūzijas spiediens un formēšanas veidnes atvere var viegli aizsprosoties, kas noved pie gredzena veidnes atteices (2. attēls); ③ Pēc iekšējās sienas materiāla nodiluma strauji samazinās izplūdes daudzums (3. attēls);
④ Pēc gredzenveida veidnes iekšējā cauruma nodiluma sienas biezums starp blakus esošajām veidnes daļām L kļūst plānāks, kā rezultātā samazinās gredzenveida veidnes konstrukcijas izturība. Visbīstamākajās vietās ir tendence rasties plaisām, un, plaisām turpinot paplašināties, rodas gredzenveida veidnes lūzuma parādība. Galvenais gredzenveida veidnes vieglās nodilšanas un īsā kalpošanas laika iemesls ir formēšanas gredzenveida veidnes nepamatotā struktūra (gredzenveida veidne ir integrēta ar formēšanas veidnes caurumiem). Abu integrētā struktūra ir pakļauta šādiem rezultātiem: dažreiz, kad tikai daži gredzenveida veidnes formēšanas veidnes caurumi ir nodiluši un vairs nedarbojas, ir jānomaina visa gredzenveida veidne, kas ne tikai rada neērtības nomaiņas darbos, bet arī rada lielus ekonomiskus zaudējumus un palielina uzturēšanas izmaksas.
1.3 Veidošanas veidnes konstrukcijas uzlabošanas projektēšanaLai pagarinātu granulu mašīnas gredzenveida veidnes kalpošanas laiku, samazinātu nodilumu, atvieglotu nomaiņu un samazinātu apkopes izmaksas, ir nepieciešams veikt pilnīgi jaunu gredzenveida veidnes struktūras uzlabošanas projektu. Projektēšanā tika izmantota iestrādātā formēšanas veidne, un uzlabotā kompresijas kameras struktūra ir parādīta 4. attēlā. 5. attēlā parādīts uzlabotās formēšanas veidnes šķērsgriezums.
Šis uzlabotais dizains galvenokārt ir paredzēts gredzenveida veidņu daļiņu mašīnai ar aktīva spiediena veltņa un fiksēta gredzenveida veidnes kustības formu. Apakšējā gredzenveida veidne ir piestiprināta pie korpusa, un abi spiediena veltņi ir savienoti ar galveno vārpstu caur savienojošo plāksni. Veidošanas veidne ir iestrādāta apakšējā gredzenveida veidnē (izmantojot iespiešanās savienojumu), un augšējā gredzenveida veidne ir piestiprināta pie apakšējā gredzenveida veidnes ar skrūvēm un piespiesta pie formēšanas veidnes. Tajā pašā laikā, lai novērstu formēšanas veidnes atsitienu spēka ietekmē pēc spiediena veltņa apgāšanās un radiālās kustības pa gredzenveida veidni, formēšanas veidni pie augšējās un apakšējās gredzenveida veidnes piestiprina ar iegremdējamām skrūvēm. Lai samazinātu materiāla iekļūšanas caurumā pretestību un atvieglotu iekļūšanu veidnes caurumā, projektētās formēšanas veidnes padeves atveres koniskais leņķis ir no 60° līdz 120°.
Uzlabotā formēšanas veidnes konstrukcijas konstrukcija nodrošina daudzciklu un ilgu kalpošanas laiku. Kad daļiņu mašīna darbojas noteiktu laiku, berzes zudumi izraisa formēšanas veidnes atveres palielināšanos un pasivāciju. Kad nolietotā formēšanas veidne tiek noņemta un paplašināta, to var izmantot citu formēšanas daļiņu specifikāciju ražošanai. Tas var panākt veidņu atkārtotu izmantošanu un ietaupīt apkopes un nomaiņas izmaksas.
Lai pagarinātu granulatora kalpošanas laiku un samazinātu ražošanas izmaksas, spiediena veltnis izmanto augsta oglekļa satura un augsta mangāna tēraudu ar labu nodilumizturību, piemēram, 65Mn. Veidošanas veidnei jābūt izgatavotai no leģēta cementēta tērauda vai zema oglekļa satura niķeļa hroma sakausējuma, piemēram, kas satur Cr, Mn, Ti utt. Pateicoties kompresijas kameras uzlabošanai, berzes spēks, ar ko saskaras augšējā un apakšējā gredzenveida veidne darbības laikā, ir salīdzinoši mazs salīdzinājumā ar formēšanas veidni. Tāpēc par kompresijas kameras materiālu var izmantot parasto oglekļa tēraudu, piemēram, 45. tērauda. Salīdzinot ar tradicionālajām integrētajām formēšanas gredzenveida veidnēm, tas var samazināt dārga leģētā tērauda izmantošanu, tādējādi samazinot ražošanas izmaksas.
2. Gredzenveida veidnes granulu mašīnas formēšanas veidnes mehāniskā analīze formēšanas veidnes darba procesa laikā.
Formēšanas procesā materiāla lignīns pilnībā mīkstinās formēšanas veidnē radītās augstspiediena un augstas temperatūras vides ietekmē. Kad ekstrūzijas spiediens nepalielinās, materiāls plastificējas. Pēc plastifikācijas materiāls labi plūst, tāpēc garumu var iestatīt uz d. Formēšanas veidni uzskata par spiedientvertni, un spriegums uz formēšanas veidni tiek vienkāršots.
Veicot iepriekš minēto mehānisko aprēķinu analīzi, var secināt, ka, lai iegūtu spiedienu jebkurā formēšanas veidnes punktā, ir jānosaka apkārtmēra deformācija šajā punktā formēšanas veidnes iekšpusē. Pēc tam var aprēķināt berzes spēku un spiedienu šajā vietā.
3. Secinājums
Šajā rakstā tiek piedāvāts jauns gredzenveida veidņu granulatora formēšanas veidnes strukturāli uzlabojošs dizains. Iegulto formēšanas veidņu izmantošana var efektīvi samazināt veidnes nodilumu, pagarināt veidnes cikla kalpošanas laiku, atvieglot nomaiņu un apkopi, kā arī samazināt ražošanas izmaksas. Vienlaikus tika veikta formēšanas veidnes mehāniskā analīze tās darba procesā, nodrošinot teorētisku pamatu turpmākiem pētījumiem nākotnē.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 22. februāris