Због мањег садржаја штетних материја као што су пепео, азот и сумпор у биомаси у поређењу са минералном енергијом, она има карактеристике великих резерви, добре активности угљеника, лаког паљења и високе испарљивости компоненти. Стога је биомаса веома идеално енергетско гориво и веома је погодна за конверзију и коришћење сагоревањем. Преостали пепео након сагоревања биомасе богат је хранљивим материјама потребним биљкама, као што су фосфор, калцијум, калијум и магнезијум, па се може користити као ђубриво за повратак на поља. С обзиром на огромне резерве ресурса и јединствене обновљиве предности енергије из биомасе, тренутно се сматра важним избором за национални развој нових извора енергије у земљама широм света. Национална комисија за развој и реформе Кине јасно је навела у „Плану имплементације за свеобухватно коришћење сламе усева током 12. петогодишњег плана“ да ће свеобухватна стопа искоришћења сламе достићи 75% до 2013. године и тежити да пређе 80% до 2015. године.
Како претворити енергију биомасе у висококвалитетну, чисту и погодну енергију постало је хитан проблем који треба решити. Технологија згушњавања биомасе један је од ефикасних начина за побољшање ефикасности сагоревања енергије биомасе и олакшавање транспорта. Тренутно постоје четири уобичајена типа опреме за густо обликовање на домаћем и страном тржишту: машина за спирално екструзионе честице, машина за клипно штанцање честица, машина за честице у равном калупу и машина за честице у прстенастом калупу. Међу њима, машина за пелете у прстенастом калупу се широко користи због својих карактеристика као што су недостатак загревања током рада, широки захтеви за садржајем влаге сировине (10% до 30%), велики излаз појединачне машине, висока густина компресије и добар ефекат обликовања. Међутим, ове врсте машина за пелете генерално имају недостатке као што су лако хабање калупа, кратак век трајања, високи трошкови одржавања и незгодна замена. Као одговор на горе наведене недостатке машине за пелете у прстенастом калупу, аутор је направио потпуно нови дизајн побољшања структуре калупа за обликовање и пројектовао калуп за обликовање типа сета са дугим веком трајања, ниским трошковима одржавања и погодним одржавањем. У међувремену, овај чланак је спровео механичку анализу калупа за обликовање током његовог радног процеса.
1. Побољшање дизајна структуре калупа за обликовање гранулатора прстенастог калупа
1.1 Увод у процес обликовања екструзијом:Машина за пелетирање прстенастим калупом може се поделити на два типа: вертикалну и хоризонталну, у зависности од положаја прстенастог калупа; Према облику кретања, може се поделити на два различита облика кретања: активни ваљак за пресовање са фиксним прстенастим калупом и активни ваљак за пресовање са погоњеним прстенастим калупом. Овај побољшани дизајн је првенствено намењен машини за честице са прстенастим калупом са активним ваљком за притисак и фиксним прстенастим калупом као обликом кретања. Углавном се састоји од два дела: транспортног механизма и механизма за честице прстенастог калупа. Прстенасти калуп и ваљак за притисак су две основне компоненте машине за пелетирање прстенастим калупом, са много отвора за обликовање калупа распоређених око прстенастог калупа, а ваљак за притисак је постављен унутар прстенастог калупа. Ваљак за притисак је повезан са преносним вретеном, а прстенасти калуп је постављен на фиксни носач. Када се вретено окреће, покреће ваљак за притисак да се окреће. Принцип рада: Прво, транспортни механизам транспортује уситњени материјал биомасе до одређене величине честица (3-5 мм) у комору за компресију. Затим, мотор покреће главно вратило да би покретао ротацију притискачког ваљка, а притискачки ваљак се креће константном брзином како би равномерно распоредио материјал између притискачког ваљка и прстенастог калупа, узрокујући компресију прстенастог калупа и трење о материјал, притискачког ваљка о материјал и материјала о материјал. Током процеса трења при стискању, целулоза и хемицелулоза у материјалу се комбинују. Истовремено, топлота генерисана трењем при стискању омекшава лигнин у природно везиво, што чини целулозу, хемицелулозу и друге компоненте чвршће повезаним. Са континуираним пуњењем биомасе, количина материјала изложеног компресији и трењу у отворима калупа за обликовање наставља да се повећава. Истовремено, сила стискања између биомасе наставља да се повећава, и она се континуирано згушњава и формира у отвору калупа. Када је притисак екструзије већи од силе трења, биомаса се континуирано екструдира из отвора калупа око прстенастог калупа, формирајући гориво за обликовање биомасе са густином обликовања од око 1 г/цм3.
1.2 Хабање калупа за обликовање:Излаз појединачне машине за пелетирање је велики, са релативно високим степеном аутоматизације и снажном прилагодљивошћу сировинама. Може се широко користити за прераду различитих сировина биомасе, погодна је за производњу великих количина густих горива од биомасе и испуњава захтеве развоја индустријализације густих горива од биомасе у будућности. Стога се машина за пелетирање у прстенастом калупу широко користи. Због могућег присуства малих количина песка и других нечистоћа које нису биомаса у прерађеном материјалу биомасе, веома је вероватно да ће изазвати значајно хабање прстенастог калупа машине за пелетирање. Век трајања прстенастог калупа се израчунава на основу производног капацитета. Тренутно је век трајања прстенастог калупа у Кини само 100-1000 тона.
Квар прстенастог калупа се углавном јавља услед четири појаве: ① Након што прстенасти калуп ради одређено време, унутрашњи зид отвора калупа за обликовање се троши и отвор се повећава, што доводи до значајне деформације произведеног формираног горива; ② Нагиб довода отвора калупа за обликовање прстенастог калупа се троши, што доводи до смањења количине биомасе утиснуте у отвор калупа, смањења притиска екструзије и лаког зачепљења отвора калупа за обликовање, што доводи до квара прстенастог калупа (слика 2); ③ Након што се унутрашњи зид материјала и количина испуштања нагло смањи (слика 3);
④ Након хабања унутрашњег отвора прстенастог калупа, дебљина зида између суседних делова калупа L постаје тања, што доводи до смањења структурне чврстоће прстенастог калупа. Пукотине су склоне појави у најопаснијем делу, и како се пукотине настављају ширити, долази до феномена ломљења прстенастог калупа. Главни разлог лаког хабања и кратког века трајања прстенастог калупа је неразумна структура калупа за обликовање прстена (калуп за прстен је интегрисан са отворима калупа за обликовање). Интегрисана структура њих двоје је склона таквим резултатима: понекад када се само неколико отвора калупа за обликовање истроши и не може да ради, цео прстенасти калуп мора бити замењен, што не само да доноси неугодности у раду на замени, већ и узрокује велико економско расипање и повећава трошкове одржавања.
1.3 Структурно побољшање дизајна калупа за обликовањеДа би се продужио век трајања прстенастог калупа машине за пелете, смањило хабање, олакшала замена и смањили трошкови одржавања, неопходно је спровести потпуно нови дизајн побољшања структуре прстенастог калупа. У дизајну је коришћен уграђени калуп за калуповање, а побољшана структура компресионе коморе је приказана на слици 4. Слика 5 приказује попречни пресек побољшаног калупа за калуповање.
Овај побољшани дизајн је првенствено усмерен на машину за честице у прстенастом калупу са покретним обликом активног притиска ваљка и фиксног прстенастог калупа. Доњи прстенасти калуп је фиксиран на тело, а два притиска ваљка су повезана са главним вратилом преко спојне плоче. Калуп за обликовање је уграђен на доњи прстенасти калуп (коришћењем интерференцијског налегања), а горњи прстенасти калуп је фиксиран на доњи прстенасти калуп помоћу вијака и стегнут на калуп за обликовање. Истовремено, како би се спречило одбијање калупа за обликовање услед силе након што се ваљак за притисак преврне и радијално помери дуж прстенастог калупа, користе се упуштени вијци за причвршћивање калупа за обликовање на горњи и доњи прстенасти калуп, респективно. Да би се смањио отпор материјала при уласку у отвор и олакшао улазак у отвор калупа. Конусни угао отвора за довод пројектованог калупа за обликовање је од 60° до 120°.
Побољшани структурни дизајн калупа за обликовање има карактеристике вишецикличног рада и дугог века трајања. Када машина за честице ради одређени временски период, губитак трења узрокује да се отвор калупа за обликовање повећа и пасивизира. Када се истрошени калуп за обликовање уклони и прошири, може се користити за производњу других спецификација честица за обликовање. Ово може постићи поновну употребу калупа и уштедети трошкове одржавања и замене.
Да би се продужио век трајања гранулатора и смањили трошкови производње, ваљак за притисак користи високоугљенични високомангански челик са добром отпорношћу на хабање, као што је 65Mn. Калуп за обликовање треба да буде направљен од легираног карбуризованог челика или легуре никл-хрома са ниским садржајем угљеника, као што је она која садржи Cr, Mn, Ti итд. Због побољшања компресионе коморе, сила трења коју доживљавају горњи и доњи прстенасти калуп током рада је релативно мала у поређењу са калупом за обликовање. Стога се као материјал за компресиону комору може користити обичан угљенични челик, као што је челик 45. У поређењу са традиционалним интегрисаним калупима за обликовање прстена, може се смањити употреба скупог легираног челика, чиме се смањују трошкови производње.
2. Механичка анализа калупа за обликовање машине за пелете са прстенастим калупом током радног процеса калупа за обликовање.
Током процеса обликовања, лигнин у материјалу је потпуно омекшан због високог притиска и високе температуре која се ствара у калупу за обликовање. Када се притисак екструзије не повећава, материјал се пластификује. Материјал добро тече након пластификације, тако да се дужина може подесити на d. Калуп за обликовање се сматра посудом под притиском, а напрезање на калупу је поједностављено.
Кроз горе наведену анализу механичког прорачуна, може се закључити да је, како би се добио притисак у било којој тачки унутар калупа за обликовање, потребно одредити обимну деформацију у тој тачки унутар калупа за обликовање. Затим се могу израчунати сила трења и притисак на тој локацији.
3. Закључак
Овај чланак предлаже нови дизајн структурног побољшања калупа за обликовање пелетизатора прстенастих калупа. Употреба уграђених калупа за обликовање може ефикасно смањити хабање калупа, продужити век трајања калупа, олакшати замену и одржавање и смањити трошкове производње. Истовремено, спроведена је механичка анализа калупа за обликовање током његовог радног процеса, пружајући теоријску основу за даља истраживања у будућности.
Време објаве: 22. фебруар 2024.