ОДНОШНЕКОВЫЙ ПРЕСС-СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ ЭКСТРУДИРОВАНИЯ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ СМЕШАННЫХ ПОРОД ДЕРЕВЬЕВ С ПОЛУЧЕНИЕМ ТОПЛИВНЫХ БРИКЕТОВ

Полезная модель относится к устройствам для прессования отходов деревообработки и лесопиления в технологии изготовления экологически чистых топливных брикетов.
Известен пресс-смеситель, предназначенный для изготовления брикетов методом прессования из отходов деревообработки и лесопиления (опилок, стружки, дробленки) различных пород древесины, содержащих в своем составе лигнин, выступающий в качестве связующего вещества (конструкция пресса-смесителя шнекового для брикетирования производства ОАО «Жуковский завод технологического оборудования», Россия, г.Жуков, сайт Интернет: http://www.izto.ru/ 2009). Пресс-смеситель включает корпус пресса, в котором смонтированы шнек и направляемый патрубок, через который проходит загрузка пресса древесными отходами, матрицу, направляющие втулки, электронагревательную спираль, механизм вращения, состоящий из двигателя и клиноременной передачи. Отходы лесозаготовок, лесопиления и деревообработки в виде сухой измельченной древесной массы непрерывно поступают в корпус пресса-смесителя, уплотняются винтовым шнеком и подаются к матрице. Пройдя через матрицу, древесная масса прессуется и приобретает профиль непрерывной брикетной ленты. Для облегчения выхода брикета из сопла пресс-экструдера, лента прогревается до необходимой температуры, а затем охлаждается в контейнере. Несмотря на то, что пресс-смеситель предназначен для производства брикетов из отходов различных пород древесины, он эффективно работает на отходах одной, например, хвойной породы лесов, содержащей большое количество лигнина и смол.
Недостатком конструкции является низкая производительность при использовании отходов древесины различных пород из-за малой степени гомогенизации прессуемого материала, содержащего разное количество собственных связующих веществ.
Известен пресс брикетировочный шнековый, позволяющий повысить дисперсность измельчения продукта (прототип: конструкция пресса брикетирования растительных отходов УБО производства ЗАО "Жаско" г.Волгоград Россия, сайт Интернет: http://www.j asKO.ru 2009). Пресс включает раму, на которой смонтирован силовой агрегат, состоящий из маховика привода, главного вала с подшипниковыми опорами, и содержащий приводной смеситель с шнеком, смонтированным на указанных подшипниковых опорах в двухкамерном корпусе с профилирующей матричной головкой с конвективным секционным нагревателем. Смесительная камера двухкамерного корпуса снабжена штырьковым ворошителем. Указанный пресс эффективно работает на хвойных породах леса, так как сырье однородно и имеет постоянный процент содержания лигнина по всему объему смесителя.
Недостатком данной конструкции является низкий выход топливных брикетов при использовании сырья из смешанных пород деревьев, содержащих разное процентное содержание лигнина. При этом на выходе готовой продукции остается большое количество неспрессованного материала из-за низкой степени гомогенизации по причине разного количества лигнина в разных частях объема прессования. Кроме того, в готовом спрессованном брикете по всему его объему так же содержится разное количество лигнина, что приводит к недостаточной продольной плотности брикета, и к большому количеству брака.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение выхода готовой продукции в виде топливных брикетов, изготавливаемых из древесных отходов смешанных пород деревьев, путем снижения количества неспрессованного материала и повышения продольной плотности брикета.
Технический результат достигается тем, что одношнековый пресс-смеситель для экстру дирования древесных отходов смешанных пород деревьев с получением топливных брикетов включает раму, на которой смонтирован силовой агрегат, состоящий из маховика привода, главного вала с подшипниковыми опорами, и содержащий приводной смеситель с шнеком, смонтированным на указанных подшипниковых опорах в двухкамерном корпусе с профилирующей матричной головкой с конвективным секционным нагревателем, причем смесительная камера двухкамерного корпуса снабжена штырьковым ворошителем, в котором согласно полезной модели, шнек выполнен в виде соединенных между собой при помощи шпоночного соединения подающего шнека и прессующего трубопрофилирующего шнека, который образован прессующим червяком и конусообразным формирователем трубчатого профиля брикета, при этом прессующий трубопрофилирующей шнек связан с главным валом через подающий шнек хвостовым фиксатором и посредством штревеля путем резьбошпоночного соединения, кроме того, камера картера корпуса снабжена сапуном, главный вал снабжен подшипниковыми опорами в виде плавающего двухрядного роликового подшипника, переднего опорного шарикоподшипника и конического опорного подшипника, кроме того, сальник переднего опорного шарикоподшипника главного вала снабжен технологической крышкой с возможностью бездемонтажного доступа к сальнику переднего опорного шарикоподшипника, кроме того, профилирующая матричная головка выполнена многосекционной, каждая секция которой посредством шпоночного соединения связана с корпусом матричной головки, при этом секция заходного конуса матричной головки соединена в замок типа шип-паз с подающей секцией, которая сопряжена встык с формирующей прессекцией, сопряженной встык через шпонку с двухмодульной калибрующей секцией, модули которой сопряжены встык через шпонку, кроме того, профилирующая матричная головка выполнена в виде траверсы с возможностью перемещения вдоль оси главного вала по направляющим, смонтированным в корпусе смесительной камеры, штырьковый ворошитель-дозатор которой снабжен разноплечими рабочими штырями, дно корпуса смесительной камеры оснащено выпускным люком с заслонкой, кроме того, рабочая поверхность профилирующей матричной головки, образована восьмигранной призмой и выполнена так, что соседние стороны восьмиугольника имеют соотношение длин в интервале (1,75/1-3/1), а радиус описанной окружности в восьмиугольник призмы относится к радиусу описанной окружности формирователя трубчатого профиля шнека как 1,16/1-3/1/, кроме того, конвективный нагреватель выполнен секционным в виде автономных секций, каждая из которых выполнена в форме хомута, части которого соединены между собой горизонтальным шарниром и регулируемым замком, кроме того, силовой агрегат двухкамерного корпуса выполнен в виде сталесварной монолитной конструкции.
На фигуре 1 показан общий вид с вертикальным разрезом одношнекового пресса-смесителя, на фигуре 2 - разрез матричного узла.
Одношнековый пресс-смеситель для экструдирования древесных отходов смешанных пород деревьев с получением топливных брикетов включает раму, на которой смонтирован силовой агрегат, состоящий из удерживаемого на главном валу 2 при помощи контргайки 37 маховика 1 привода, главный вал 2 снабжен подшипниковыми опорами 3, 4, 5, причем опоры - это плавающий двухрядный роликовый подшипник 3, передний опорный шарикоподшипник 4 и конический опорный подшипник 5. Силовой агрегат пресса содержит приводной смеситель с шнеком, смонтированным на подшипниковых опорах 3, 4, 5 в двухкамерном корпусе 26 с профилирующей матричной головкой с конвективным секционным нагревателем 7. Смесительная камера 24 двухкамерного корпуса снабжена штырьковым ворошителем 6. Для возможности бездемонтажного доступа к сальнику 8 переднего опорного шарикоподшипника 4 сальник 8 снабжен технологической крышкой 9. Для увеличения надежности и долговечности шнека и разгрузки хвостовика главного вала от усилий прессования и динамического воздействия привода главный вал 2 снабжен плавающим двухрядным роликовым подшипником 3, воспринимающим изгибные внешние усилия, и коническим упорным подшипником 5, воспринимающим осевые нагрузки прессования. Прессующий трубопрофилирующий шнек 10 смесителя связан с главным валом 2 через подающий шнек 11 хвостовым фиксатором и посредством штревеля 12 -путем резьбошпоночного соединения, при этом картер 13 снабжен сапуном 14, а профилирующая матричная головка экструдера выполнена в виде траверсы 15, с возможностью перемещения вдоль оси главного вала 2 по направляющим 16, смонтированным в корпусе смесительной камеры 24, штырьковый ворошитель 6 которой снабжен разноплечими рабочими штырями 27, 28. Каждая секция конвективного нагревателя 7 выполнена в форме хомута с регулируемым замком 17. Рабочая поверхность профилирующей матричной головки экструдера образована восьмигранной многосекционной призмой, при этом секция 18 заходного конуса матричной головки соединена в замок 32 типа шип-паз с уплотняющей прессовку подающей секцией 19. Каждая секция 18, 19, 20, 21, 22 матричной головки посредством шпоночного соединения связана с корпусом 23 матричной головки. Подающая секция 19 сопряжена встык с формирующей прессекцией 20, которая в свою очередь соединена встык с двухмодульной калибрующей секцией 21, 22 матричной головки. Дно корпуса смесительной камеры 24 оснащено выпускным люком с заслонкой 25, что позволяет управлять процессом заполнения камеры сырьем, обеспечивает регулировку оптимальной величины усилия экструдирования материала брикета и легкую очистку приемной камеры в режиме самоочистки. Для снижения себестоимости пресса как серийного изделия, повышения жесткости и улучшения ремонтоспособности силовой агрегат матричной головки и двухкамерный корпус 26 выполнен в виде сталесварной монолитной конструкции. Для улучшения подачи и равномерного распределения сырья в смесительной камере 24 и снижения усилия прессования штырьковый ворошитель 6 снабжен разноплечими штырями 27, 28, расположенными друг относительно друга под прямым углом для гомогенизации сырьевой растительной массы в зону подачи и прессования матричной головки. В прессе-смесителе нагреватель 7 выполнен секционным в виде автономных секций 29, 30, 31, каждая из которых выполнена в форме хомута, части которого соединены между собой регулируемым замком 17. Такой конструктив нагревателя обеспечивает возможность прецизионной регулировки температурного поля в зоне деформации прессовки топливного брикета и легкость замены любой секции нагревателя без демонтажа его в целом. Профилирующая матричная головка выполнена многосекционной, каждая секция 18, 19, 20, 21, 22 которой посредством шпоночного соединения связана с корпусом матричной головки, при этом секция 18 заходного конуса матричной головки соединена в замок 32 типа шип-паз с подающей секцией 19, которая сопряжена встык с формирующей прессекцией 20, сопряженной встык через шпонку 33 с двухмодульной калибрующей секцией 21, 22, модули которой сопряжены встык через шпонку 34. В восьмигранной рабочей поверхности профилирующей матричной головки соседние стороны А и Б восьмиугольника имеют соотношение длин в интервале (1,75/1-3/1), а радиус R описанной окружности в восьмиугольник призмы относится к радиусу г описанной окружности формирователя трубчатого профиля шнека как (1,16/1-3/1). Соотношение длин соседних сторон А и Б восьмиугольника в интервале (1,75/1-3/1) выявлено путем математического моделирования и подтверждено экспериментально, при этом при значениях соотношения длин ниже величины нижнего интервала наблюдается снижение плотности брикета и экономическая нерациональность упаковки, вследствие наличия значительной воздушной прослойки между брикетами в упаковке. При значениях соотношения длин сторон А и Б выше величины верхнего интервала наблюдается увеличение усилия прессования брикета, снижение его плотности и экономическая нерациональность упаковки, вследствие наличия значительной воздушной прослойки между брикетами в упаковке. При значениях соотношения радиуса R описанной окружности в восьмиугольник призмы к радиусу г описанной окружности формирователя 36 трубчатого профиля выше величины верхнего интервала наблюдается снижение производительности прессования, а при указанном соотношении ниже значения нижнего интервала наблюдается снижение полезной массы брикета ниже требуемой нормативами. Прессующий трубопрофилирующий шнек 10 образован прессующим червяком 35 и конусообразным формирователем 36 трубчатого профиля брикета.
Пресс работает по следующей технологии. Перед запуском пресса включают систему секционного нагревателя 7 для разогрева рабочих секций 18, 19, 20, 21, 22 матричной головки приводного смесителя и разогрева его до необходимой температуры с учетом особенностей используемого сырья. Разогрев приводного смесителя до заданных температур ввиду мощности используемых нагревателей занимает не более 30 минут.По достижении заданной температуры, которая в дальнейшем поддерживается автоматически, запускается главный двигатель пресса-смесителя, включают ворошитель 6 и через систему дозирования начинается подача сырья в смесительную камеру 24 корпуса 26 в зону подающего шнека 11. Подающий шнек 11 перемещает сырье в зону прессующего трубопрофилирующего шнека 10, который в конечном итоге доставляет сырье в зону прессования, запрессовывая своим последним витком сырье в формирующую прессекцию 20. Подающая секция 19 при этом компенсирует вращательное движение сырья, обеспечивая его плавную равномерную подачу в зону прессования. В зоне формирующей прессекции 20 при высоком давлении происходит формирование брикета в плотную массу, которая, проходя далее черезкалибрующие секции 21, 22, приобретает окончательную форму и выходит из канала прессования в виде непрерывного трубопрофильного рукава со сквозным внутренним отверстием. Отверстие образуется за счет обтекания сформирований массой конусообразным формирователем 36 трубчатого профиля брикета и служит для отвода избыточных газов, возникающих при прессовании. В дальнейшем наличие отверстия в брикете способствует улучшению условий горения полученного топлива и повышает его теплоотдачу в единицу времени. По выходу готового рукава брикета из пресса брикет торцуется, например, дисковой пилой совместимой с движением осевой подачи брикета в заданный размер и упаковывается. Форма граней брикета снижает усилие прессования и позволяет производить его упаковку в компактные плотные пачки удобные для транспортировки, складирования и использования потребителем.
Технология прессования брикета происходит по следующей схеме. Смесь или монофракции растительного сырья подают в смесительную камеру 24. Монофракции твердого сырья, попадая в рабочую зону, образованную вращающимися шнеками 11 и 10, стенками смесительной камеры 24 и матричной головки, совершают вращательно-поступательное движение вокруг горизонтальной оси шнеков 11, 10 и вокруг собственного центра массы каждой частицы сырья. В смесителе прессуемый материал по винтовым каналам шнека уплотняется, нагревается, прессуется и формуется путем выдавливания экструдирования через профилирующую матричную головку. В результате такой кинематики частицы сырья не только приводятся в многократное соударение друг с другом через мгновенные интервалы времени, измеряемые в миллисекундах. Разрушение происходит в результате накопления точечных нерелаксируемых дефектов в материале частиц, их диффузии к исходным разупорядоченным областям. После достижения разупорядоченной областью определенных пороговых размеров, происходит разрушение материала частиц твердого сырья. Под действием сил осевого давления от шнеков 11 и 10, которые в определенные временные промежутки становятся преобладающими, смесь подтягивается в зону формования брикета. При этом происходит выделение из смеси тонкодисперсных и грубодисперсных частиц, которые под действием фрикционных сил перемещаются в рабочую зону калибровочного участка. Кроме того, интенсификации разделения смеси на тонкодисперсную и грубодисперсную фракции способствует взаимодействие смеси с формообразующим участком матричного узла, копируя его форму. Новая кинематика, образованная вращающимися шнеками 10 и 11 и стенками смесительной камеры 24, способствует не только активации гомогенизации формообразования композиционной смеси, но в результате такой кинематики значительно снижается процесс налипания смеси на рабочие поверхности шнеков 11, 10, стенки смесительной камеры 24 и внутренней поверхности матричной головки.
Заявленная полезная модель позволяет улучшить качество композиционной продукции за счет повышения степени ее гомогенизации, что превосходит известные аналоги. Новая конструкция пресса-смесителя топливных брикетов отличается от рассмотренных выше наличием дешевой сталесварной мощной конструкции корпуса, способного выдерживать практически предельные нагрузки возникающие как в режимах штатной работы, так и внештатных ситуациях, что обеспечивает высокую надежность и долговечность пресса. Наличие плавающе-упорной подшипниковой группы 3, 4, 5 также способствует этим факторам и одновременно существенно расширяет область применения пресса в части использования различных видов сырья и снижает требования к его подготовке. Высокая мощность системы электроподогрева экструдера обеспечивает быстроту ввода пресса в рабочий режим и позволяет управлять температурой в широком диапазоне, настраивая пресс на различные виды сырья и условия эксплуатации. Разделение системы подачи сырья, состоящей из подающего шнека 11 и конусообразного формирователя 36 трубчатого профиля брикета обеспечивает простоту их обслуживания, упрощает ремонт рабочего шнека, повышает срок его службы, обеспечивает снижение затрат на рабочий инструмент (шнеки) в процессе их изготовления и эксплуатации. Сечение подающей и формирующей частей матричной головки обеспечивает получение восьмигранного брикета, что является наиболее оптимальным как с точки зрения производительности, так и с точки зрения условий складирования и упаковки готовой продукции. Геометрия формирующей части сбалансирована в единое целое и позволяет достигать максимальной производительности процесса и высокого качества (плотности) готового продукта независимо от вида используемого сырья. Наличие системы отвода головки экструдера повышает удобство в работе и сокращает время переналадки оборудования.