Devido ao menor teor de substâncias nocivas como cinzas, nitrogênio e enxofre na biomassa em comparação à energia mineral, possui características de grandes reservas, boa atividade de carbono, fácil ignição e componentes altamente voláteis. Portanto, a biomassa é um combustível energético ideal e muito adequado para conversão e utilização de combustão. A cinza residual após a combustão da biomassa é rica em nutrientes exigidos pelas plantas, como fósforo, cálcio, potássio e magnésio, podendo ser utilizada como fertilizante para retorno ao campo. Dadas as enormes reservas de recursos e as vantagens renováveis únicas da energia de biomassa, esta é actualmente considerada uma escolha importante para o desenvolvimento nacional de novas energias por países de todo o mundo. A Comissão Nacional de Desenvolvimento e Reforma da China afirmou claramente no "Plano de Implementação para a Utilização Abrangente da Palha das Culturas durante o 12º Plano Quinquenal" que a taxa de utilização abrangente da palha atingirá 75% até 2013, e se esforçará para exceder 80% até 2015.
Como converter a energia da biomassa em energia de alta qualidade, limpa e conveniente tornou-se um problema urgente a ser resolvido. A tecnologia de densificação de biomassa é uma das formas eficazes de melhorar a eficiência da incineração energética de biomassa e facilitar o transporte. Atualmente, existem quatro tipos comuns de equipamentos de formação densa nos mercados interno e externo: máquina de extrusão de partículas em espiral, máquina de estampagem de partículas de pistão, máquina de partículas de molde plano e máquina de partículas de molde de anel. Entre eles, a peletizadora de molde de anel é amplamente utilizada devido às suas características como não haver necessidade de aquecimento durante a operação, amplos requisitos para teor de umidade da matéria-prima (10% a 30%), grande produção de máquina única, alta densidade de compressão e boa efeito formador. No entanto, esses tipos de peletizadoras geralmente apresentam desvantagens, como fácil desgaste do molde, vida útil curta, altos custos de manutenção e substituição inconveniente. Em resposta às deficiências acima da peletizadora de molde de anel, o autor fez um novo projeto de melhoria na estrutura do molde de formação e projetou um molde de formação de tipo definido com longa vida útil, baixo custo de manutenção e manutenção conveniente. Entretanto, este artigo realizou uma análise mecânica do molde de formação durante o seu processo de trabalho.
1. Projeto de melhoria da estrutura do molde de formação para granulador de molde de anel
1.1 Introdução ao processo de formação por extrusão:A peletizadora de matriz de anel pode ser dividida em dois tipos: vertical e horizontal, dependendo da posição da matriz de anel; De acordo com a forma de movimento, ele pode ser dividido em duas formas diferentes de movimento: o rolo de prensagem ativo com molde de anel fixo e o rolo de prensagem ativo com molde de anel acionado. Este design aprimorado visa principalmente a máquina de partículas de molde de anel com um rolo de pressão ativo e um molde de anel fixo como forma de movimento. Consiste principalmente em duas partes: um mecanismo de transporte e um mecanismo de partículas em molde de anel. O molde de anel e o rolo de pressão são os dois componentes principais da peletizadora de molde de anel, com muitos orifícios de molde distribuídos ao redor do molde de anel, e o rolo de pressão é instalado dentro do molde de anel. O rolo de pressão é conectado ao fuso de transmissão e o molde do anel é instalado em um suporte fixo. Quando o fuso gira, ele faz o rolo de pressão girar. Princípio de funcionamento: Em primeiro lugar, o mecanismo de transporte transporta o material de biomassa triturado em um determinado tamanho de partícula (3-5 mm) para a câmara de compressão. Em seguida, o motor aciona o eixo principal para fazer o rolo de pressão girar, e o rolo de pressão se move a uma velocidade constante para dispersar uniformemente o material entre o rolo de pressão e o molde do anel, fazendo com que o molde do anel se comprima e frite com o material , o rolo de pressão com o material e o material com o material. Durante o processo de compressão, a celulose e a hemicelulose do material se combinam. Ao mesmo tempo, o calor gerado pela fricção de compressão amolece a lignina e a transforma em um aglutinante natural, o que torna a celulose, a hemicelulose e outros componentes mais firmemente unidos. Com o enchimento contínuo de materiais de biomassa, a quantidade de material submetido à compressão e fricção nos furos do molde de formação continua a aumentar. Ao mesmo tempo, a força de compressão entre a biomassa continua a aumentar e continuamente se densifica e se forma no orifício de moldagem. Quando a pressão de extrusão é maior que a força de atrito, a biomassa é extrudada continuamente dos orifícios de moldagem ao redor do molde de anel, formando combustível de moldagem de biomassa com uma densidade de moldagem de cerca de 1g/Cm3.
1.2 Desgaste dos Moldes de Conformação:A produção única da peletizadora é grande, com um grau relativamente alto de automação e forte adaptabilidade às matérias-primas. Pode ser amplamente utilizado para processar várias matérias-primas de biomassa, adequado para a produção em larga escala de combustíveis de formação densa de biomassa e atender aos requisitos de desenvolvimento da industrialização de combustível de formação densa de biomassa no futuro. Portanto, a máquina de pellets com molde de anel é amplamente utilizada. Devido à possível presença de pequenas quantidades de areia e outras impurezas não provenientes de biomassa no material de biomassa processado, é altamente provável que cause desgaste significativo no molde de anel da peletizadora. A vida útil do molde de anel é calculada com base na capacidade de produção. Atualmente, a vida útil do molde de anel na China é de apenas 100-1000t.
A falha do molde do anel ocorre principalmente nos quatro fenômenos a seguir: ① Depois que o molde do anel funciona por um período de tempo, a parede interna do orifício do molde de formação se desgasta e a abertura aumenta, resultando em deformação significativa do combustível formado produzido; ② A inclinação de alimentação do orifício da matriz de formação do molde de anel está desgastada, resultando em uma diminuição na quantidade de material de biomassa espremido no orifício da matriz, uma diminuição na pressão de extrusão e fácil bloqueio do orifício da matriz de formação, levando a a falha do molde do anel (Figura 2); ③ Após os materiais da parede interna e reduz drasticamente a quantidade de descarga (Figura 3);
④ Após o desgaste do furo interno do molde do anel, a espessura da parede entre as peças adjacentes do molde L torna-se mais fina, resultando em uma diminuição na resistência estrutural do molde do anel. As rachaduras tendem a ocorrer na seção mais perigosa e, à medida que as rachaduras continuam a se estender, ocorre o fenômeno da fratura do molde do anel. A principal razão para o fácil desgaste e a curta vida útil do molde do anel é a estrutura irracional do molde do anel de formação (o molde do anel é integrado aos orifícios do molde de formação). A estrutura integrada dos dois está sujeita a tais resultados: às vezes, quando apenas alguns furos do molde do anel estão desgastados e não funcionam, todo o molde do anel precisa ser substituído, o que não só traz transtornos ao trabalho de substituição, mas também provoca grandes desperdícios económicos e aumenta os custos de manutenção.
1.3 Projeto de melhoria estrutural do molde de formaçãoPara prolongar a vida útil do molde de anel da peletizadora, reduzir o desgaste, facilitar a substituição e reduzir os custos de manutenção, é necessário realizar um novo projeto de melhoria na estrutura do molde de anel. O molde de moldagem embutido foi usado no projeto, e a estrutura aprimorada da câmara de compressão é mostrada na Figura 4. A Figura 5 mostra a vista em corte transversal do molde de moldagem aprimorado.
Este design aprimorado é voltado principalmente para a máquina de partículas de molde de anel com uma forma de movimento de rolo de pressão ativo e molde de anel fixo. O molde do anel inferior é fixado no corpo e os dois rolos de pressão são conectados ao eixo principal através de uma placa de conexão. O molde de formação é embutido no molde do anel inferior (usando ajuste de interferência), e o molde do anel superior é fixado no molde do anel inferior por meio de parafusos e preso no molde de formação. Ao mesmo tempo, a fim de evitar que o molde de formação recupere devido à força após o rolo de pressão rolar e se mover radialmente ao longo do molde de anel, parafusos escareados são usados para fixar o molde de formação aos moldes de anel superior e inferior, respectivamente. Para reduzir a resistência do material que entra no furo e tornar mais conveniente a entrada no furo do molde. O ângulo cônico do orifício de alimentação do molde de formação projetado é de 60° a 120°.
O projeto estrutural aprimorado do molde de formação tem características de multiciclo e longa vida útil. Quando a máquina de partículas funciona por um período de tempo, a perda por atrito faz com que a abertura do molde de formação se torne maior e passivada. Quando o molde de formação desgastado é removido e expandido, ele pode ser utilizado para a produção de outras especificações de partículas de formação. Isso pode conseguir a reutilização de moldes e economizar custos de manutenção e substituição.
A fim de prolongar a vida útil do granulador e reduzir os custos de produção, o rolo de pressão adota aço de alto carbono e alto manganês com boa resistência ao desgaste, como 65Mn. O molde de formação deve ser feito de liga de aço carburado ou liga de níquel-cromo com baixo teor de carbono, como Cr, Mn, Ti, etc. Devido à melhoria da câmara de compressão, a força de atrito experimentada pelos moldes de anel superior e inferior durante a operação é relativamente pequena em comparação com o molde de formação. Portanto, o aço carbono comum, como o aço 45, pode ser usado como material para a câmara de compressão. Comparado aos moldes de anel de formação integrados tradicionais, ele pode reduzir o uso de ligas de aço caras, reduzindo assim os custos de produção.
2. Análise mecânica do molde de formação da peletizadora de molde de anel durante o processo de trabalho do molde de formação.
Durante o processo de moldagem, a lignina do material é completamente amolecida devido ao ambiente de alta pressão e alta temperatura gerado no molde de moldagem. Quando a pressão de extrusão não aumenta, o material sofre plastificação. O material flui bem após a plastificação, portanto o comprimento pode ser definido como d. O molde de formação é considerado um vaso de pressão e a tensão no molde de formação é simplificada.
Através da análise do cálculo mecânico acima, pode-se concluir que para obter a pressão em qualquer ponto dentro do molde de formação, é necessário determinar a deformação circunferencial naquele ponto dentro do molde de formação. Então, a força de atrito e a pressão naquele local podem ser calculadas.
3. Conclusão
Este artigo propõe um novo projeto de melhoria estrutural para o molde de conformação do peletizador de molde anelar. O uso de moldes de conformação incorporados pode efetivamente reduzir o desgaste do molde, prolongar a vida útil do molde, facilitar a substituição e manutenção e reduzir os custos de produção. Ao mesmo tempo, foram realizadas análises mecânicas no molde de formação durante o seu processo de trabalho, fornecendo uma base teórica para futuras pesquisas.
Horário da postagem: 22 de fevereiro de 2024