Zaradi nižje vsebnosti škodljivih snovi, kot so pepel, dušik in žveplo, v biomasi v primerjavi z mineralno energijo ima ta značilnosti velikih zalog, dobre aktivnosti ogljika, lahkega vžiga in visoke vsebnosti hlapnih sestavin. Zato je biomasa zelo idealno energetsko gorivo in je zelo primerna za pretvorbo in uporabo z zgorevanjem. Preostali pepel po zgorevanju biomase je bogat s hranili, ki jih rastline potrebujejo, kot so fosfor, kalcij, kalij in magnezij, zato ga je mogoče uporabiti kot gnojilo za vračanje na polja. Glede na ogromne zaloge virov in edinstvene obnovljive prednosti energije iz biomase jo države po vsem svetu trenutno obravnavajo kot pomembno izbiro za razvoj novih energetskih virov. Kitajska nacionalna komisija za razvoj in reforme je v "Izvedbenem načrtu za celovito izrabo slame pridelkov v 12. petletnem načrtu" jasno navedla, da bo celovita stopnja izrabe slame do leta 2013 dosegla 75 % in si prizadevala preseči 80 % do leta 2015.
Kako pretvoriti energijo biomase v visokokakovostno, čisto in priročno energijo, je postalo nujen problem, ki ga je treba rešiti. Tehnologija zgoščevanja biomase je eden od učinkovitih načinov za izboljšanje učinkovitosti sežiganja energije biomase in lažji transport. Trenutno na domačem in tujem trgu obstajajo štiri pogoste vrste opreme za gosto oblikovanje: spiralni ekstruzijski stroj za delce, stroj za batno vtiskovanje delcev, stroj za ploščate kalupe in stroj za obročaste kalupe. Med njimi se stroj za pelete z obročastimi kalupi pogosto uporablja zaradi svojih značilnosti, kot so odsotnost potrebe po ogrevanju med delovanjem, široke zahteve glede vsebnosti vlage v surovini (10 % do 30 %), velika zmogljivost posameznega stroja, visoka gostota stiskanja in dober učinek oblikovanja. Vendar pa imajo te vrste strojev za pelete na splošno pomanjkljivosti, kot so enostavna obraba kalupa, kratka življenjska doba, visoki stroški vzdrževanja in neprijetna zamenjava. Kot odgovor na zgornje pomanjkljivosti stroja za pelete z obročastimi kalupi je avtor izdelal povsem novo izboljšano zasnovo strukture oblikovalnega kalupa in zasnoval oblikovalni kalup fiksnega tipa z dolgo življenjsko dobo, nizkimi stroški vzdrževanja in priročnim vzdrževanjem. Medtem je ta članek izvedel mehansko analizo oblikovalnega kalupa med njegovim delovnim procesom.
1. Izboljšana zasnova strukture oblikovalnega kalupa za granulator obročastega kalupa
1.1 Uvod v postopek ekstruzijskega oblikovanja:Stroj za pelete z obročastim kalupom lahko razdelimo na dve vrsti: vertikalni in horizontalni, odvisno od položaja obročastega kalupa. Glede na obliko gibanja ga lahko razdelimo na dve različni obliki gibanja: aktivni pritisni valj s fiksnim obročastim kalupom in aktivni pritisni valj s pogonskim obročastim kalupom. Ta izboljšana zasnova je namenjena predvsem stroju za delce z obročastim kalupom z aktivnim pritisnim valjem in fiksnim obročastim kalupom kot obliko gibanja. Sestavljen je predvsem iz dveh delov: transportnega mehanizma in mehanizma za delce z obročastim kalupom. Obročast kalup in pritisni valj sta dva glavna sestavna dela stroja za pelete z obročastim kalupom, s številnimi odprtinami za oblikovanje kalupa, razporejenimi okoli obročastega kalupa, pritisni valj pa je nameščen znotraj obročastega kalupa. Pritisni valj je povezan s prenosnim vretenom, obročast kalup pa je nameščen na fiksnem nosilcu. Ko se vreteno vrti, poganja pritisni valj. Načelo delovanja: Najprej transportni mehanizem prenese zdrobljen biomasni material v določeni velikosti delcev (3-5 mm) v stiskalno komoro. Nato motor poganja glavno gred, ki vrti pritisni valj, pritisni valj pa se premika s konstantno hitrostjo, da enakomerno porazdeli material med pritisnim valjem in obročastim kalupom, kar povzroči stiskanje obročastega kalupa in trenje z materialom, pritisnega valja z materialom in materiala z materialom. Med procesom stiskanja in trenja se celuloza in hemiceluloza v materialu združita. Hkrati toplota, ki nastane zaradi trenja pri stiskanju, zmehča lignin v naravno vezivo, zaradi česar se celuloza, hemiceluloza in druge komponente trdneje vežejo. Z nenehnim polnjenjem biomasnih materialov se količina materiala, ki je v odprtinah kalupa izpostavljen stiskanju in trenju, še naprej povečuje. Hkrati se sila stiskanja med biomaso še naprej povečuje, ta pa se v odprtini kalupa nenehno zgosti in oblikuje. Ko je tlak ekstrudiranja večji od sile trenja, se biomasa neprekinjeno iztiskuje iz odprtin kalupa okoli obročastega kalupa in tvori gorivo za kalupe z gostoto kalupa približno 1 g/Cm3.
1.2 Obraba oblikovalnih kalupov:Izhodna moč peleta je velika, z relativno visoko stopnjo avtomatizacije in močno prilagodljivostjo surovinam. Široko se uporablja za predelavo različnih biomasnih surovin, primeren je za obsežno proizvodnjo goriv iz biomase za gosto oblikovanje in izpolnjuje razvojne zahteve industrializacije goriv iz biomase za gosto oblikovanje v prihodnosti. Zato se peleta z obročastim kalupom pogosto uporablja. Zaradi možne prisotnosti majhnih količin peska in drugih nečistoč, ki niso iz biomase, v predelani biomasi obstaja velika verjetnost, da bo to povzročilo znatno obrabo obročastega kalupa peleta. Življenjska doba obročastega kalupa se izračuna na podlagi proizvodne zmogljivosti. Trenutno je življenjska doba obročastega kalupa na Kitajskem le 100-1000 ton.
Do okvare obročnega kalupa pride predvsem zaradi naslednjih štirih pojavov: 1. Po določenem času delovanja obročnega kalupa se notranja stena odprtine kalupa obrabi in odprtina se poveča, kar povzroči znatno deformacijo proizvedenega oblikovanega goriva; 2. Naklon dovajanja skozi odprtino kalupa se obrabi, kar povzroči zmanjšanje količine biomase, stisnjene v odprtino kalupa, zmanjšanje tlaka ekstrudiranja in enostavno blokado odprtine kalupa, kar povzroči okvaro obročnega kalupa (slika 2); 3. Ko se notranja stena materiala obrabi, se količina izpusta močno zmanjša (slika 3);
④ Po obrabi notranje luknje obročnega kalupa se debelina stene med sosednjimi kosi kalupa L stanjša, kar povzroči zmanjšanje strukturne trdnosti obročnega kalupa. Razpoke se pojavljajo na najnevarnejšem delu, in ko se razpoke še naprej širijo, pride do pojava zloma obročnega kalupa. Glavni razlog za enostavno obrabo in kratko življenjsko dobo obročnega kalupa je nerazumna struktura oblikovalnega obročnega kalupa (obročni kalup je integriran z luknjami oblikovalnega kalupa). Integrirana struktura obeh je nagnjena k takim posledicam: včasih, ko je obrabljenih le nekaj lukenj oblikovalnega kalupa in ne morejo delovati, je treba zamenjati celoten obročni kalup, kar ne le povzroča nevšečnosti pri zamenjavi, ampak povzroča tudi veliko ekonomsko izgubo in povečuje stroške vzdrževanja.
1.3 Zasnova strukturnih izboljšav oblikovalnega kalupaDa bi podaljšali življenjsko dobo obročnega kalupa peletirnega stroja, zmanjšali obrabo, olajšali zamenjavo in znižali stroške vzdrževanja, je treba izvesti povsem novo izboljšano zasnovo obročnega kalupa. Pri zasnovi je bil uporabljen vgrajeni kalup, izboljšana struktura kompresijske komore pa je prikazana na sliki 4. Slika 5 prikazuje prečni prerez izboljšanega kalupa.
Ta izboljšana zasnova je namenjena predvsem stroju za delce z gibljivo obliko aktivnega pritisnega valja in fiksnega obročnega kalupa. Spodnji obročni kalup je pritrjen na ohišje, dva pritisna valja pa sta povezana z glavno gredjo prek povezovalne plošče. Oblikovalni kalup je nameščen na spodnjem obročnem kalupu (z uporabo interferenčnega prileganja), zgornji obročni kalup pa je pritrjen na spodnji obročni kalup z vijaki in vpet na oblikovalni kalup. Hkrati se za preprečevanje odboja oblikovalnega kalupa zaradi sile, ko se pritisni valj prevrne in radialno premakne vzdolž obročnega kalupa, za pritrditev oblikovalnega kalupa na zgornji oziroma spodnji obročni kalup uporabljajo ugreznjeni vijaki. Da bi zmanjšali upor materiala, ki vstopa v luknjo, in olajšali vstop v luknjo kalupa, je stožčasti kot dovodne odprtine zasnovanega oblikovalnega kalupa od 60° do 120°.
Izboljšana strukturna zasnova oblikovalnega kalupa ima značilnosti večcikličnega delovanja in dolge življenjske dobe. Ko stroj za delce deluje določen čas, izguba zaradi trenja povzroči povečanje odprtine oblikovalnega kalupa in pasivizacijo. Ko se obrabljen oblikovalni kalup odstrani in razširi, ga je mogoče uporabiti za proizvodnjo drugih specifikacij oblikovalnih delcev. To lahko doseže ponovno uporabo kalupov in prihrani stroške vzdrževanja in zamenjave.
Da bi podaljšali življenjsko dobo granulatorja in zmanjšali proizvodne stroške, se za tlačni valj uporablja visokoogljično visokomangansko jeklo z dobro odpornostjo proti obrabi, kot je 65Mn. Kalup za oblikovanje mora biti izdelan iz legiranega cementiranega jekla ali nizkoogljične nikljevo-kromove zlitine, kot je Cr, Mn, Ti itd. Zaradi izboljšane kompresijske komore je sila trenja, ki jo med delovanjem občutita zgornji in spodnji obročni kalup, relativno majhna v primerjavi s kalupom za oblikovanje. Zato se kot material za kompresijsko komoro lahko uporabi navadno ogljikovo jeklo, kot je jeklo 45. V primerjavi s tradicionalnimi integriranimi obročnimi kalupi se lahko zmanjša uporaba dragega legiranega jekla in s tem znižajo proizvodni stroški.
2. Mehanska analiza oblikovalnega kalupa stroja za pelete z obročastimi kalupi med delovnim procesom oblikovalnega kalupa.
Med postopkom oblikovanja se lignin v materialu zaradi visokega tlaka in visoke temperature, ki nastaneta v kalupu, popolnoma zmehča. Ko se ekstruzijski tlak ne povečuje, se material plastificira. Po plastifikaciji material dobro teče, zato se dolžina lahko nastavi na d. Kalup za oblikovanje se obravnava kot tlačna posoda, obremenitev kalupa pa je poenostavljena.
Z zgornjo analizo mehanskega izračuna lahko sklepamo, da je za določitev tlaka na kateri koli točki znotraj kalupa potrebno določiti obodno deformacijo na tej točki znotraj kalupa. Nato je mogoče izračunati silo trenja in tlak na tej lokaciji.
3. Zaključek
Ta članek predlaga novo strukturno izboljšano zasnovo oblikovalnega kalupa peletirnega stroja z obročastimi kalupi. Uporaba vgrajenih oblikovalnih kalupov lahko učinkovito zmanjša obrabo kalupa, podaljša življenjsko dobo kalupa, olajša zamenjavo in vzdrževanje ter zmanjša proizvodne stroške. Hkrati je bila med delovnim procesom izvedena mehanska analiza oblikovalnega kalupa, kar zagotavlja teoretično osnovo za nadaljnje raziskave v prihodnosti.
Čas objave: 22. februar 2024