Door de lagere hoeveelheid schadelijke stoffen zoals as, stikstof en zwavel in biomassa in vergelijking met minerale energie, heeft biomassa de kenmerken van grote reserves, een goede koolstofactiviteit, een gemakkelijke ontbranding en een hoog gehalte aan vluchtige componenten. Biomassa is daarom een zeer ideale brandstof en zeer geschikt voor verbranding, conversie en gebruik. De restas na de verbranding van biomassa is rijk aan voedingsstoffen die planten nodig hebben, zoals fosfor, calcium, kalium en magnesium, waardoor deze als meststof kan worden gebruikt voor herbemesting. Gezien de enorme reserves aan grondstoffen en de unieke hernieuwbare voordelen van biomassa-energie, wordt biomassa momenteel door landen over de hele wereld beschouwd als een belangrijke keuze voor de ontwikkeling van nieuwe nationale energiebronnen. De Nationale Commissie voor Ontwikkeling en Hervorming van China heeft in het "Implementatieplan voor de integrale benutting van gewasstro tijdens het 12e Vijfjarenplan" duidelijk gesteld dat de integrale benuttingsgraad van stro in 2013 75% zal bereiken en ernaar streeft om in 2015 meer dan 80% te bereiken.
Het omzetten van biomassa-energie in hoogwaardige, schone en handige energie is een urgent probleem geworden dat dringend moet worden opgelost. Biomassaverdichtingstechnologie is een van de effectieve manieren om de efficiëntie van de verbranding van biomassa-energie te verbeteren en het transport te vergemakkelijken. Momenteel zijn er vier veelvoorkomende typen apparatuur voor dichte vormmachines op de binnenlandse en buitenlandse markt: spiraalextrusie-deeltjesmachines, zuigerpersmachines, vlakke malmachines en ringvormige deeltjesmachines. De ringvormige pelletmachine wordt veel gebruikt vanwege zijn kenmerken, zoals geen verwarming tijdens bedrijf, brede eisen aan het vochtgehalte van de grondstof (10% tot 30%), een grote output per machine, een hoge compressiedichtheid en een goed vormeffect. Dit soort pelletmachines hebben echter over het algemeen nadelen, zoals snelle slijtage van de mal, een korte levensduur, hoge onderhoudskosten en lastige vervanging. Als reactie op de bovengenoemde tekortkomingen van de ringvormige pelletmachine heeft de auteur een gloednieuw ontwerp gemaakt voor de structuur van de vormmal en een settype vormmal ontworpen met een lange levensduur, lage onderhoudskosten en gemakkelijk onderhoud. In dit artikel is een mechanische analyse van de vormmal uitgevoerd tijdens het werkproces.
1. Verbetering van het ontwerp van de vormmalstructuur voor ringmalgranulator
1.1 Inleiding tot het extrusievormingsproces:De pelletiseermachine met ringmatrijs kan worden onderverdeeld in twee typen: verticaal en horizontaal, afhankelijk van de positie van de ringmatrijs; Afhankelijk van de bewegingsvorm kan deze worden onderverdeeld in twee verschillende bewegingsvormen: de actieve persrol met een vaste ringmatrijs en de actieve persrol met een aangedreven ringmatrijs. Dit verbeterde ontwerp is voornamelijk gericht op de deeltjesmachine met ringmatrijs met een actieve drukrol en een vaste ringmatrijs als bewegingsvorm. Het bestaat hoofdzakelijk uit twee delen: een transportmechanisme en een deeltjesmechanisme met ringmatrijs. De ringmatrijs en drukrol zijn de twee kerncomponenten van de pelletiseermachine met ringmatrijs, met veel vormgaten verdeeld rond de ringmatrijs, en de drukrol is in de ringmatrijs geïnstalleerd. De drukrol is verbonden met de transmissiespindel en de ringmatrijs is op een vaste beugel geïnstalleerd. Wanneer de spindel draait, drijft deze de drukrol aan om te draaien. Werkingsprincipe: Ten eerste transporteert het transportmechanisme het vermalen biomassamateriaal tot een bepaalde deeltjesgrootte (3-5 mm) in de compressiekamer. Vervolgens drijft de motor de hoofdas aan om de drukrol te laten draaien, en de drukrol beweegt met een constante snelheid om het materiaal gelijkmatig te verspreiden tussen de drukrol en de ringvorm, waardoor de ringvorm samendrukt en wrijving met het materiaal, de drukrol met het materiaal, en het materiaal met het materiaal. Tijdens het proces van knijpwrijving combineren cellulose en hemicellulose in het materiaal met elkaar. Tegelijkertijd verzacht de warmte die wordt gegenereerd door knijpwrijving lignine tot een natuurlijk bindmiddel, waardoor cellulose, hemicellulose en andere componenten steviger aan elkaar worden gebonden. Met het continu vullen van biomassamaterialen blijft de hoeveelheid materiaal die wordt blootgesteld aan compressie en wrijving in de vormgaten toenemen. Tegelijkertijd blijft de knijpkracht tussen biomassa toenemen, en verdicht en vormt het zich continu in het vormgat. Wanneer de extrusiedruk groter is dan de wrijvingskracht, wordt de biomassa continu uit de vormgaten rond de ringvorm geëxtrudeerd, waardoor biomassavormbrandstof wordt gevormd met een vormdichtheid van ongeveer 1 g/cm3.
1.2 Slijtage van vormmallen:De pelletiseermachine heeft een grote output per machine, met een relatief hoge mate van automatisering en een sterke aanpasbaarheid aan grondstoffen. De machine kan breed worden ingezet voor de verwerking van diverse biomassagrondstoffen, is geschikt voor grootschalige productie van biomassabrandstoffen en voldoet aan de ontwikkelingseisen van de industrialisatie van biomassabrandstoffen in de toekomst. Daarom wordt de pelletiseermachine met ringvorm veel gebruikt. Door de mogelijke aanwezigheid van kleine hoeveelheden zand en andere niet-biomassaverontreinigingen in het verwerkte biomassamateriaal, is de kans groot dat er aanzienlijke slijtage optreedt aan de ringvorm van de pelletiseermachine. De levensduur van de ringvorm wordt berekend op basis van de productiecapaciteit. Momenteel bedraagt de levensduur van de ringvorm in China slechts 100-1000 ton.
Het falen van de ringvorm treedt voornamelijk op bij de volgende vier verschijnselen: ① Nadat de ringvorm gedurende een bepaalde tijd heeft gewerkt, slijt de binnenwand van het vormmalgat en neemt de opening toe, wat resulteert in aanzienlijke vervorming van de geproduceerde gevormde brandstof; ② De toevoerhelling van het vormmatrijsgat van de ringvorm is versleten, wat resulteert in een afname van de hoeveelheid biomassamateriaal die in het matrijsgat wordt geperst, een afname van de extrusiedruk en een gemakkelijke blokkering van het vormmatrijsgat, wat leidt tot het falen van de ringvorm (Figuur 2); ③ Nadat de binnenwandmaterialen en de afvoerhoeveelheid sterk verminderen (Figuur 3);
4 Na slijtage van het binnenste gat van de ringvorm wordt de wanddikte tussen aangrenzende vormdelen L dunner, wat resulteert in een afname van de structurele sterkte van de ringvorm. Scheuren zijn vatbaar voor het optreden van het gevaarlijkste gedeelte, en naarmate de scheuren zich blijven uitbreiden, treedt het fenomeen van ringvormbreuk op. De belangrijkste reden voor de snelle slijtage en korte levensduur van de ringvorm is de onredelijke structuur van de vormende ringvorm (de ringvorm is geïntegreerd met de vormende vormgaten). De geïntegreerde structuur van de twee is gevoelig voor dergelijke resultaten: soms, wanneer slechts een paar vormende vormgaten van de ringvorm versleten zijn en niet meer werken, moet de hele ringvorm worden vervangen, wat niet alleen ongemak veroorzaakt bij de vervanging, maar ook grote economische verspilling veroorzaakt en de onderhoudskosten verhoogt.
1.3 Structureel verbeteringsontwerp van de vormmalOm de levensduur van de ringvorm van de pelletiseermachine te verlengen, slijtage te verminderen, vervanging te vergemakkelijken en onderhoudskosten te verlagen, is een geheel nieuw ontwerp van de structuur van de ringvorm noodzakelijk. De ingebedde vormmal werd gebruikt in het ontwerp en de verbeterde structuur van de compressiekamer is weergegeven in figuur 4. Figuur 5 toont de dwarsdoorsnede van de verbeterde vormmal.
Dit verbeterde ontwerp is voornamelijk gericht op de ringvormige deeltjesmachine met een bewegingsvorm van een actieve drukrol en een vaste ringvormige mal. De onderste ringvormige mal is bevestigd aan de behuizing en de twee drukrollen zijn via een verbindingsplaat verbonden met de hoofdas. De vormmal is ingebed in de onderste ringvormige mal (met behulp van een perspassing), en de bovenste ringvormige mal is met bouten bevestigd aan de onderste ringvormige mal en vastgeklemd op de vormmal. Tegelijkertijd, om te voorkomen dat de vormmal terugveert door kracht nadat de drukrol over de ringvormige mal rolt en radiaal langs de mal beweegt, worden verzonken schroeven gebruikt om de vormmal respectievelijk aan de bovenste en onderste ringvormige mallen te bevestigen. Om de weerstand van het materiaal dat het gat binnenkomt te verminderen en het gemakkelijker te maken om het gat in de mal binnen te gaan, is de conische hoek van het toevoergat van de ontworpen vormmal 60° tot 120°.
Het verbeterde structurele ontwerp van de vormmal kenmerkt zich door een meervoudige cyclus en een lange levensduur. Wanneer de deeltjesmachine gedurende een bepaalde tijd in bedrijf is, zorgt wrijvingsverlies ervoor dat de opening van de vormmal groter wordt en gepassiveerd. Wanneer de versleten vormmal wordt verwijderd en vergroot, kan deze worden gebruikt voor de productie van andere soorten vormdeeltjes. Dit kan hergebruik van mallen mogelijk maken en onderhouds- en vervangingskosten besparen.
Om de levensduur van de granulator te verlengen en de productiekosten te verlagen, is de drukrol gemaakt van koolstofstaal met een hoog mangaangehalte en een goede slijtvastheid, zoals 65Mn. De vormmal moet gemaakt zijn van gelegeerd gecarboneerd staal of een koolstofarme nikkel-chroomlegering, zoals die met Cr, Mn, Ti, enz. Door de verbetering van de compressiekamer is de wrijvingskracht die de bovenste en onderste ringvormen tijdens bedrijf ondervinden relatief klein in vergelijking met de vormmal. Daarom kan gewoon koolstofstaal, zoals 45 staal, worden gebruikt als materiaal voor de compressiekamer. Vergeleken met traditionele geïntegreerde ringvormen kan het gebruik van duur gelegeerd staal worden verminderd, waardoor de productiekosten worden verlaagd.
2. Mechanische analyse van de vormmal van de ringvormpelletmachine tijdens het werkproces van de vormmal.
Tijdens het gietproces wordt de lignine in het materiaal volledig verzacht door de hoge druk en de hoge temperatuur die in de gietmal ontstaan. Wanneer de extrusiedruk niet toeneemt, ondergaat het materiaal plastificering. Het materiaal vloeit goed na plastificering, waardoor de lengte kan worden ingesteld op d. De vormmal wordt beschouwd als een drukvat en de spanning op de vormmal wordt verminderd.
Uit bovenstaande mechanische berekeningsanalyse kan worden geconcludeerd dat om de druk op een willekeurig punt in de vormmal te bepalen, het noodzakelijk is om de omtrekspanning op dat punt in de vormmal te bepalen. Vervolgens kunnen de wrijvingskracht en druk op die locatie worden berekend.
3. Conclusie
Dit artikel stelt een nieuw ontwerp voor structurele verbetering voor de vormmal van de ringmalpelletiseerder voor. Het gebruik van ingebedde vormmallen kan slijtage van de mal effectief verminderen, de levensduur van de mal verlengen, vervanging en onderhoud vergemakkelijken en de productiekosten verlagen. Tegelijkertijd werd een mechanische analyse uitgevoerd op de vormmal tijdens het werkproces, wat een theoretische basis vormde voor verder onderzoek in de toekomst.
Plaatsingstijd: 22-02-2024