Zbog niže količine štetnih tvari poput pepela, dušika i sumpora u biomasi u usporedbi s mineralnom energijom, ona ima karakteristike velikih rezervi, dobre aktivnosti ugljika, lakog paljenja i visokih hlapljivih komponenti. Stoga je biomasa vrlo idealno energetsko gorivo i vrlo je pogodna za pretvorbu i iskorištavanje izgaranjem. Preostali pepeo nakon izgaranja biomase bogat je hranjivim tvarima potrebnim biljkama poput fosfora, kalcija, kalija i magnezija, pa se može koristiti kao gnojivo za povratak na polja. S obzirom na ogromne rezerve resursa i jedinstvene obnovljive prednosti energije biomase, trenutno se smatra važnim izborom za nacionalni razvoj novih izvora energije u zemljama diljem svijeta. Nacionalna komisija za razvoj i reforme Kine jasno je navela u "Planu provedbe za sveobuhvatno korištenje slame usjeva tijekom 12. petogodišnjeg plana" da će sveobuhvatna stopa iskorištavanja slame doseći 75% do 2013. godine i težiti premašivanju 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 učinkovitih načina za poboljšanje učinkovitosti spaljivanja energije biomase i olakšavanje transporta. Trenutno na domaćem i inozemnom tržištu postoje četiri uobičajene vrste opreme za gusto oblikovanje: stroj za spiralnu ekstruziju čestica, stroj za klipno utiskivanje čestica, stroj za plosnate kalupe i stroj za prstenaste kalupe. Među njima, stroj za pelete s prstenastim kalupom široko se koristi zbog svojih karakteristika kao što su nedostatak potrebe za zagrijavanjem tijekom rada, široki zahtjevi za sadržajem vlage u sirovini (10% do 30%), veliki pojedinačni učinak stroja, visoka gustoća kompresije i dobar učinak oblikovanja. Međutim, ove vrste strojeva za pelete općenito imaju nedostatke kao što su lako trošenje kalupa, kratak vijek trajanja, visoki troškovi održavanja i nezgodna zamjena. Kao odgovor na gore navedene nedostatke stroja za pelete s prstenastim kalupom, autor je napravio potpuno novi dizajn poboljšanja strukture kalupa za oblikovanje i dizajnirao kalup za oblikovanje fiksnog tipa s dugim vijekom trajanja, niskim troškovima održavanja i praktičnim održavanjem. U međuvremenu, ovaj članak provodi mehaničku analizu kalupa za oblikovanje tijekom njegovog radnog procesa.
1. Poboljšanje dizajna strukture kalupa za oblikovanje granulatora prstenastog kalupa
1.1 Uvod u proces oblikovanja ekstruzijom:Stroj za pelete s prstenastim kalupom može se podijeliti na dvije vrste: vertikalni i horizontalni, ovisno o položaju prstenastog kalupa; Prema obliku kretanja, može se podijeliti na dva različita oblika kretanja: aktivni valjak za prešanje s fiksnim prstenastim kalupom i aktivni valjak za prešanje s pogonjenim prstenastim kalupom. Ovaj poboljšani dizajn prvenstveno je usmjeren na stroj za čestice s prstenastim kalupom s aktivnim valjkom za prešanje i fiksnim prstenastim kalupom kao oblikom kretanja. Uglavnom se sastoji od dva dijela: transportnog mehanizma i mehanizma čestica prstenastog kalupa. Prstenasti kalup i valjak za prešanje su dvije glavne komponente stroja za pelete s prstenastim kalupom, s mnogo rupa za oblikovanje raspoređenih oko prstenastog kalupa, a valjak za prešanje je ugrađen unutar prstenastog kalupa. Valjak za prešanje je spojen na prijenosno vreteno, a prstenasti kalup je ugrađen na fiksni nosač. Kada se vreteno okreće, pokreće valjak za prešanje. Princip rada: Prvo, transportni mehanizam prenosi usitnjeni biomasni materijal određene veličine čestica (3-5 mm) u komoru za kompresiju. Zatim motor pokreće glavno vratilo koje pokreće rotaciju tlačnog valjka, a tlačni valjak se kreće konstantnom brzinom kako bi ravnomjerno rasporedio materijal između tlačnog valjka i prstenastog kalupa, uzrokujući kompresiju i trenje prstenastog kalupa o materijal, tlačnog valjka o materijal i materijala o materijal. Tijekom procesa trenja stiskanjem, celuloza i hemiceluloza u materijalu se međusobno kombiniraju. Istovremeno, toplina stvorena trenjem stiskanjem omekšava lignin u prirodno vezivo, što celulozu, hemicelulozu i druge komponente čvršće veže. 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 za oblikovanje. Kada je tlak ekstruzije veći od sile trenja, biomasa se kontinuirano ekstrudira iz otvora za oblikovanje oko prstenastog kalupa, formirajući gorivo za kalupljenje biomase s gustoćom oblikovanja od oko 1 g/Cm3.
1.2 Trošenje kalupa za oblikovanje:Izlaz pojedinačnog stroja za pelete je velik, s relativno visokim stupnjem automatizacije i snažnom prilagodljivošću sirovinama. Može se široko koristiti za preradu različitih sirovina biomase, pogodan je za proizvodnju velikih količina goriva od biomase i ispunjava razvojne zahtjeve industrijalizacije goriva od biomase u budućnosti. Stoga se stroj za pelete s prstenastim kalupom široko koristi. Zbog moguće prisutnosti malih količina pijeska i drugih nečistoća koje nisu od biomase u prerađenom biomasnom materijalu, vrlo je vjerojatno da će uzrokovati značajno habanje prstenastog kalupa stroja za pelete. Vijek trajanja prstenastog kalupa izračunava se na temelju proizvodnog kapaciteta. Trenutno je vijek trajanja prstenastog kalupa u Kini samo 100-1000 tona.
Do kvara prstenastog kalupa uglavnom dolazi u sljedeća četiri slučaja: ① Nakon što prstenasti kalup radi određeno vrijeme, unutarnja stijenka otvora kalupa za oblikovanje se troši i otvor se povećava, što rezultira značajnom deformacijom proizvedenog oblikovanog goriva; ② Nagib punjenja otvora kalupa za oblikovanje se troši, što rezultira smanjenjem količine biomase utisnute u otvor kalupa, smanjenjem tlaka ekstruzije i lakim začepljenjem otvora kalupa za oblikovanje, što dovodi do kvara prstenastog kalupa (Slika 2); ③ Nakon što se materijali unutarnje stijenke i količina ispuštanja naglo smanjuju (Slika 3);
④ Nakon trošenja unutarnjeg 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 trošenja 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 istroši samo nekoliko otvora kalupa za oblikovanje prstenastog kalupa i ne mogu raditi, potrebno je zamijeniti cijeli prstenasti kalup, što ne samo da uzrokuje neugodnosti u radu zamjene, 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 stroja za pelete, smanjilo trošenje, olakšala zamjena i smanjili troškovi održavanja, potrebno je provesti potpuno novi dizajn poboljšanja strukture prstenastog kalupa. U dizajnu je korišten ugrađeni kalup za oblikovanje, a poboljšana struktura kompresijske komore prikazana je na slici 4. Slika 5 prikazuje presjek poboljšanog kalupa za oblikovanje.
Ovaj poboljšani dizajn prvenstveno je usmjeren na stroj za čestice s prstenastim kalupom s pokretnim oblikom aktivnog tlačnog valjka i fiksnog prstenastog kalupa. Donji prstenasti kalup je pričvršćen na tijelo, a dva tlačna valjka su spojena na glavnu osovinu preko spojne ploče. Kalup za oblikovanje je ugrađen na donji prstenasti kalup (pomoću interferentnog prianjanja), a gornji prstenasti kalup je pričvršćen na donji prstenasti kalup vijcima i stegnut na kalup za oblikovanje. Istovremeno, kako bi se spriječilo odbijanje kalupa za oblikovanje zbog sile nakon što se tlačni 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 kut otvora za dovod dizajniranog kalupa za oblikovanje je od 60° do 120°.
Poboljšani strukturni dizajn kalupa za oblikovanje ima karakteristike višecikličnog rada i dugog vijeka trajanja. Kada stroj za čestice radi određeno vrijeme, gubitak trenja uzrokuje povećanje otvora kalupa za oblikovanje i pasivizaciju. Kada se istrošeni kalup za oblikovanje ukloni i proširi, može se koristiti za proizvodnju drugih specifikacija kalupa za oblikovanje. To može postići ponovnu upotrebu kalupa i uštedjeti troškove održavanja i zamjene.
Kako bi se produžio vijek trajanja granulatora i smanjili troškovi proizvodnje, tlačni valjak koristi visokougljični visokomanganski čelik s dobrom otpornošću na habanje, poput 65Mn. Kalup za oblikovanje trebao bi biti izrađen od legiranog cementiranog čelika ili niskougljične legure nikla i kroma, poput one koja sadrži Cr, Mn, Ti itd. Zbog poboljšanja kompresijske komore, sila trenja koju gornji i donji prstenasti kalupi osjećaju tijekom rada relativno je mala u usporedbi s kalupom za oblikovanje. Stoga se kao materijal za kompresijsku komoru može koristiti obični ugljični čelik, poput čelika 45. U usporedbi s tradicionalnim integriranim kalupima za oblikovanje, to može smanjiti upotrebu skupog legiranog čelika, čime se smanjuju troškovi proizvodnje.
2. Mehanička analiza kalupa za oblikovanje stroja za pelete s prstenastim kalupom tijekom radnog procesa kalupa za oblikovanje.
Tijekom procesa oblikovanja, lignin u materijalu potpuno omekšava zbog visokog tlaka i visoke temperature koja se stvara u kalupu za oblikovanje. Kada se tlak ekstruzije ne povećava, materijal se plastificira. Materijal dobro teče nakon plastifikacije, tako da se duljina može postaviti na d. Kalup za oblikovanje smatra se tlačnom posudom, a naprezanje na kalupu za oblikovanje je pojednostavljeno.
Gore navedenom analizom mehaničkog izračuna može se zaključiti da je za dobivanje tlaka u bilo kojoj točki unutar kalupa za oblikovanje potrebno odrediti obodno naprezanje u toj točki unutar kalupa. Zatim se mogu izračunati sila trenja i tlak na toj lokaciji.
3. Zaključak
Ovaj članak predlaže novi dizajn strukturnog poboljšanja kalupa za oblikovanje peletizatora s prstenastim kalupima. Korištenje ugrađenih kalupa za oblikovanje može učinkovito smanjiti trošenje kalupa, produžiti vijek trajanja kalupa, olakšati zamjenu i održavanje te smanjiti troškove proizvodnje. Istovremeno, provedena je mehanička analiza kalupa za oblikovanje tijekom njegovog radnog procesa, pružajući teorijsku osnovu za daljnja istraživanja u budućnosti.
Vrijeme objave: 22. veljače 2024.