Zbog nižeg sadržaja štetnih materija poput pepela, azota i sumpora u biomasi u poređenju sa mineralnom energijom, ona ima karakteristike velikih rezervi, dobre aktivnosti ugljika, lakog paljenja i visoke isparljive komponente. Stoga je biomasa vrlo idealno energetsko gorivo i vrlo je pogodna za pretvaranje i korištenje sagorijevanjem. Preostali pepeo nakon sagorijevanja biomase bogat je hranjivim tvarima potrebnim biljkama, kao što su fosfor, kalcij, kalij i magnezij, tako da se može koristiti kao gnojivo za povratak na polja. S obzirom na ogromne rezerve resursa i jedinstvene prednosti obnovljivih izvora energije iz biomase, trenutno se smatra važnim izborom za nacionalni razvoj novih izvora energije u zemljama širom svijeta. Nacionalna komisija za razvoj i reforme Kine jasno je navela u "Planu implementacije za sveobuhvatno korištenje slame usjeva tokom 12. petogodišnjeg plana" da će sveobuhvatna stopa korištenja slame dostići 75% do 2013. godine i težiti da premaši 80% do 2015. godine.
Kako pretvoriti energiju biomase u visokokvalitetnu, čistu i praktičnu energiju postalo je hitan problem koji treba riješiti. Tehnologija zgušnjavanja biomase jedan je od efikasnih načina za poboljšanje efikasnosti spaljivanja energije biomase i olakšavanje transporta. Trenutno postoje četiri uobičajena tipa opreme za gusto oblikovanje na domaćem i stranom tržištu: mašina za spiralnu ekstruziju čestica, mašina za klipno utiskivanje čestica, mašina za ravne kalupe za čestice i mašina za prstenaste kalupe za čestice. Među njima, mašina za pelete u prstenastom kalupu se široko koristi zbog svojih karakteristika kao što su nedostatak potrebe za zagrijavanjem tokom rada, široki zahtjevi za sadržajem vlage u sirovini (10% do 30%), veliki pojedinačni učinak mašine, visoka gustina kompresije i dobar efekat oblikovanja. Međutim, ove vrste mašina za pelete uglavnom imaju nedostatke kao što su lako trošenje kalupa, kratak vijek trajanja, visoki troškovi održavanja i nezgodna zamjena. Kao odgovor na gore navedene nedostatke mašine za pelete u prstenastom kalupu, autor je napravio potpuno novi dizajn poboljšanja strukture kalupa za oblikovanje i dizajnirao kalup za oblikovanje fiksnog tipa sa dugim vijekom trajanja, niskim troškovima održavanja i praktičnim održavanjem. U međuvremenu, ovaj članak je proveo mehaničku analizu kalupa za oblikovanje tokom njegovog radnog procesa.
1. Poboljšanje dizajna strukture kalupa za oblikovanje granulatora prstenastog kalupa
1.1 Uvod u proces ekstruzijskog oblikovanja:Mašina za pelete s prstenastim kalupom može se podijeliti na dvije vrste: vertikalnu i horizontalnu, ovisno o položaju prstenastog kalupa. Prema obliku kretanja, može se podijeliti na dva različita oblika kretanja: aktivni valjak za pritiskanje s fiksnim prstenastim kalupom i aktivni valjak za pritiskanje s pogonjenim prstenastim kalupom. Ovaj poboljšani dizajn prvenstveno je namijenjen mašini za čestice s prstenastim kalupom s aktivnim valjkom za pritisak i fiksnim prstenastim kalupom kao oblikom kretanja. Uglavnom se sastoji od dva dijela: mehanizma za transport i mehanizma za čestice prstenastog kalupa. Prstenasti kalup i valjak za pritisak su dvije osnovne komponente mašine za pelete s prstenastim kalupom, s mnogo otvora za oblikovanje raspoređenih oko prstenastog kalupa, a valjak za pritisak je ugrađen unutar prstenastog kalupa. Valjak za pritisak je povezan s vretenom prijenosa, a prstenasti kalup je ugrađen na fiksni nosač. Kada se vreteno okreće, pokreće valjak za pritisak da se okreće. Princip rada: Prvo, mehanizam za transport transportira usitnjeni materijal biomase određene veličine čestica (3-5 mm) u komoru za kompresiju. Zatim, motor pokreće glavno vratilo koje pokreće rotaciju pritisnog valjka, a pritisni valjak se kreće konstantnom brzinom kako bi ravnomjerno rasporedio materijal između pritisnog valjka i prstenastog kalupa, uzrokujući kompresiju i trenje prstenastog kalupa o materijal, pritisnog valjka o materijal i materijala o materijal. Tokom procesa trenja stiskanjem, celuloza i hemiceluloza u materijalu se međusobno kombiniraju. Istovremeno, toplina generirana trenjem stiskanjem omekšava lignin u prirodno vezivo, što čini celulozu, hemicelulozu i druge komponente čvršće povezanim. Kontinuiranim punjenjem biomase, količina materijala podvrgnutog kompresiji i trenju u otvorima kalupa za oblikovanje nastavlja se povećavati. Istovremeno, sila stiskanja između biomase nastavlja se povećavati, te se ona kontinuirano zgušnjava i formira u otvoru kalupa. Kada je pritisak ekstruzije veći od sile trenja, biomasa se kontinuirano ekstrudira iz otvora kalupa oko prstenastog kalupa, formirajući gorivo za kalupljenje biomase s gustoćom kalupljenja od oko 1g/Cm3.
1.2 Habanje kalupa za oblikovanje:Izlazna snaga jedne mašine za pelete je velika, sa relativno visokim stepenom automatizacije i snažnom prilagodljivošću sirovinama. Može se široko koristiti za preradu različitih sirovina biomase, pogodna je za proizvodnju velikih količina goriva od biomase i ispunjava buduće razvojne zahtjeve industrijalizacije goriva od biomase. Stoga se mašina za pelete u prstenastom kalupu široko koristi. Zbog mogućeg prisustva malih količina pijeska i drugih nečistoća koje nisu od biomase u prerađenom biomasnom materijalu, vrlo je vjerovatno da će izazvati značajno habanje prstenastog kalupa mašine za pelete. Vijek trajanja prstenastog kalupa izračunava se na osnovu proizvodnog kapaciteta. Trenutno je vijek trajanja prstenastog kalupa u Kini samo 100-1000 tona.
Kvar prstenastog kalupa se uglavnom javlja u sljedeća četiri fenomena: ① Nakon što prstenasti kalup radi određeno vrijeme, unutrašnji zid otvora kalupa za oblikovanje se troši i otvor se povećava, što rezultira značajnom deformacijom proizvedenog formiranog goriva; ② Nagib punjenja otvora kalupa za oblikovanje se troši, što rezultira smanjenjem količine biomase utisnute u otvor kalupa, smanjenjem pritiska ekstruzije i lakim začepljenjem otvora kalupa za oblikovanje, što dovodi do kvara prstenastog kalupa (Slika 2); ③ Nakon što se unutrašnji zid materijala i količina ispuštene materije naglo smanjuju (Slika 3);
④ Nakon habanja unutrašnjeg otvora prstenastog kalupa, debljina stijenke između susjednih dijelova kalupa L postaje tanja, što rezultira smanjenjem strukturne čvrstoće prstenastog kalupa. Pukotine se sklone pojavi u najopasnijem dijelu, a kako se pukotine nastavljaju širiti, dolazi do fenomena loma prstenastog kalupa. Glavni razlog lakog habanja i kratkog vijeka trajanja prstenastog kalupa je nerazumna struktura kalupa za oblikovanje prstena (kalup za prsten je integriran s otvorima kalupa za oblikovanje). Integrirana struktura oboje sklona je takvim rezultatima: ponekad kada se samo nekoliko otvora kalupa za oblikovanje istroši i ne može raditi, cijeli prstenasti kalup treba zamijeniti, što ne samo da uzrokuje neugodnosti u radu na zamjeni, već i uzrokuje veliko ekonomsko rasipanje i povećava troškove održavanja.
1.3 Dizajn strukturnih poboljšanja kalupa za oblikovanjeKako bi se produžio vijek trajanja prstenastog kalupa peletirke, smanjilo habanje, olakšala zamjena i smanjili troškovi održavanja, potrebno je provesti potpuno novi dizajn poboljšanja strukture prstenastog kalupa. U dizajnu je korišten ugrađeni kalup za kalupljenje, a poboljšana struktura kompresijske komore prikazana je na slici 4. Slika 5 prikazuje poprečni presjek poboljšanog kalupa za kalupljenje.
Ovaj poboljšani dizajn je uglavnom namijenjen mašini za izradu čestica u prstenastom kalupu s pokretnim oblikom aktivnog pritisnog valjka i fiksnog prstenastog kalupa. Donji prstenasti kalup je fiksiran na kućište, a dva pritisna valjka su povezana s glavnom osovinom preko spojne ploče. Kalup za oblikovanje je ugrađen na donji prstenasti kalup (korištenjem interferentnog prianjanja), a gornji prstenasti kalup je fiksiran na donji prstenasti kalup pomoću vijaka i stegnut na kalup za oblikovanje. Istovremeno, kako bi se spriječilo odbijanje kalupa za oblikovanje usljed sile nakon što se pritisni valjak prevrne i radijalno pomiče duž prstenastog kalupa, koriste se upušteni vijci za pričvršćivanje kalupa za oblikovanje na gornji i donji prstenasti kalup. Kako bi se smanjio otpor materijala koji ulazi u otvor i olakšao ulazak u otvor kalupa, konusni ugao otvora za dovod dizajniranog kalupa za oblikovanje je od 60° do 120°.
Poboljšani strukturni dizajn kalupa za oblikovanje ima karakteristike višecikličnosti i dugog vijeka trajanja. Kada mašina za čestice radi određeni vremenski period, gubitak trenja uzrokuje povećanje otvora kalupa za oblikovanje i pasivizaciju. Kada se istrošeni kalup za oblikovanje ukloni i proširi, može se koristiti za proizvodnju čestica za oblikovanje drugih specifikacija. Ovo može postići ponovnu upotrebu kalupa i uštedjeti troškove održavanja i zamjene.
Kako bi se produžio vijek trajanja granulatora i smanjili troškovi proizvodnje, pritisni valjak koristi visokougljični visokomanganski čelik s dobrom otpornošću na habanje, kao što je 65Mn. Kalup za oblikovanje treba biti izrađen od legiranog cementiranog čelika ili niskougljične legure nikla i kroma, kao što je legura koja sadrži Cr, Mn, Ti itd. Zbog poboljšanja kompresijske komore, sila trenja koju gornji i donji prstenasti kalupi doživljavaju tokom rada relativno je mala u poređenju s kalupom za oblikovanje. Stoga se kao materijal za kompresijsku komoru može koristiti obični ugljični čelik, kao što je čelik 45. U poređenju s tradicionalnim integriranim prstenastim kalupima za oblikovanje, to može smanjiti upotrebu skupog legiranog čelika, čime se smanjuju troškovi proizvodnje.
2. Mehanička analiza kalupa za oblikovanje mašine za pelete sa prstenastim kalupima tokom radnog procesa kalupa za oblikovanje.
Tokom procesa oblikovanja, lignin u materijalu je potpuno omekšan zbog visokog pritiska i visoke temperature koja se stvara u kalupu za oblikovanje. Kada se pritisak ekstruzije ne povećava, materijal se plastificira. Materijal dobro teče nakon plastifikacije, tako da se dužina može postaviti na d. Kalupi za oblikovanje se smatraju posudom pod pritiskom, a naprezanje na kalupu je pojednostavljeno.
Na osnovu gore navedene analize mehaničkog proračuna, može se zaključiti da je, kako bi se dobio pritisak u bilo kojoj tački unutar kalupa za oblikovanje, potrebno odrediti obodnu deformaciju u toj tački unutar kalupa za oblikovanje. Zatim se mogu izračunati sila trenja i pritisak na toj lokaciji.
3. Zaključak
Ovaj članak predlaže novi dizajn strukturnog poboljšanja kalupa za oblikovanje peletizatora prstenastih kalupa. Upotreba ugrađenih kalupa za oblikovanje može efikasno smanjiti habanje kalupa, produžiti vijek trajanja kalupa, olakšati zamjenu i održavanje te smanjiti troškove proizvodnje. Istovremeno, provedena je mehanička analiza kalupa za oblikovanje tokom njegovog radnog procesa, pružajući teorijsku osnovu za daljnja istraživanja u budućnosti.
Vrijeme objave: 22. februar 2024.