Прессовой гранулятор

Полезная модель относится к устройствам для приготовления гранулированных продуктов и может быть использована при изготовлении топливных брикетов из опилок и растительных отходов (пеллеты), комбикормов, из зерновых культур и пищевых отходов, гранул из различных отходов.
3
Известно устройство для гранулирования пастообразных материалов, содержащее корпус, жестко закрепленную в нижней его части плоскую горизонтальную решетку, валки, укрепленные с помощью рессоры и втулки на вертикальном приводном валу, устройство для загрузки исходного материала, связанное с корпусом. При этом рессора жестко закреплена во втулке и шарнирно соединена с валками (авторское свидетельство SU 975050, М. Кл.  B01J 2/20).
Основным недостатком устройства для гранулирования пастообразных материалов является не высокая производительность, обусловленная низкой надежностью работы вследствие перекоса и заклинивания втулки на вертикальном приводном валу при попадании в устройство посторонних предметов.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является прессовый гранулятор, содержащий корпус с установленными в нем плоской перфорированной матрицей с профилированными каналами, имеющей горизонтальную рабочую поверхность, три прокатывающих ролика, укрепленных на вертикальном приводном валу посредством втулки с упругим элементом, устройство для загрузки исходного материала, связанное с корпусом и устройство для выгрузки гранулированного продукта. Матрица выполнена разъемной из двух скрепленных между собой перфорированных дисков с пазами в нижнем диске и снабжена гибкими нагревательными элементами. В верхнем диске матрицы профилированные каналы выполнены цилиндрическими, а в нижнем диске матрицы канал выполнен в виде двух конических и одного цилиндрического калибрующего участка. Три прокатывающих ролика смонтированы на втулке, соединенной с вертикальным приводным валом. Во втулке под нижним торцом приводного вала установлен предохранительный упругий элемент в виде пружины (патент RU 2527998, МПК B01J 2/20 (2006.01).
Недостатком прессового гранулятора является низкая производительность, обусловленная пониженной надежностью работы, во-первых, вследствие сдвигания гранулируемого материала при работе устройства за счет воздействия центробежных сил к периферии матрицы, в результате чего часть гранулируемого материала не продавливается через профилированные каналы, остающиеся закупоренными, отбрасывается и откладывается на боковых стенках устройства; во-вторых, вследствие отсутствия срабатывания предохранительного упругого элемента в виде пружины при попадании внутрь устройства посторонних предметов.
Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении полезной модели, заключается в создании прессового гранулятора с повышенной производительностью.
Решение этой технической проблемы достигается тем, что в прессовом грануляторе, содержащем корпус с установленными в нем перфорированной матрицей с профилированными каналами, прокатывающие ролики, приводной вал, расположенный вертикально, устройство для загрузки исходного материала, связанное с корпусом, устройство для выгрузки гранулированного продукта, согласно полезной модели матрица выполнена неразъемной с вогнутой рабочей поверхностью, а два прокатывающих ролика выполнены в виде усеченных конусов с боковыми поверхностями, повторяющими форму рабочей поверхности матрицы, и закреплены на горизонтальном ведомом валу, соединенном с вертикально расположенным приводным валом.
Повышение производительности прессового гранулятора обеспечивается повышением надежности его работы, во-первых, так как выполнение двух прокатывающих роликов в виде усеченных конусов с боковыми поверхностями, повторяющими форму рабочей поверхности неразъемной матрицы, позволяет за счет воздействия центробежных сил при работе устройства перемещать гранулируемый материал к центру матрицы и равномерно выводить гранулированный продукт через профилированные каналы матрицы без его отложений на боковых стенках устройства; во-вторых, вследствие отсутствия дополнительных элементов, способствующих выходу гранулятора из эксплуатации при попадании внутрь него посторонних предметов.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, на котором показан общий вид прессового гранулятора.
Дополнительно на чертеже обозначено следующее:
- ϕ - угол уклона прокатывающего ролика и рабочей поверхности матрицы, град.;
1
- D - наибольший диаметр прокатывающего ролика;
2
- D - наименьший диаметр прокатывающего ролика;
- наклонной линией со стрелкой показано направление выгрузки гранулированного продукта.
Прессовой гранулятор содержит раму 1, на которой размещен привод (на чертеже не показан), корпус 2, связанный с рамой 1, с установленными в нем перфорированной матрицей 3 с профилированными каналами 4, два прокатывающих ролика 5, приводной вал 6, расположенный вертикально, устройство 7 для загрузки исходного материала, связанное с корпусом 2, устройство 8 для выгрузки гранулированного продукта, нож 9, закрепленный под перфорированной матрицей 3 на приводном валу 6.
1
2
Матрица 3 выполнена неразъемной с вогнутой рабочей поверхностью. Два прокатывающих ролика 5 выполнены в виде усеченных конусов, угол уклона прокатывающего ролика и рабочей поверхности матрицы равен ϕ, наибольший и наименьший диаметр прокатывающего ролика 5 D и D соответственно, с боковыми поверхностями, повторяющими форму рабочей поверхности матрицы 3. Прокатывающие ролики 5 закреплены на горизонтальном ведомом валу, соединенном с вертикально расположенным приводным валом 6.
Приводной вал 6 связан с приводом через втулку (на чертеже не показана).
Прессовый гранулятор работает следующим образом. Приводной вал 6 вращается от привода, установленного на раме 1, приводя в движение прокатывающие ролики 5. Перерабатываемый исходный материал подается через устройство 7 для загрузки исходного материала в пространство между вращающимися роликами 5 и матрицей 3, образуя слой заданной толщины. Ролики 5 продавливают гранулируемый материал через профилированные каналы 4 матрицы 3. Гранулирование проходит в режиме проходного прессования и за счет пластификации исходного материала. При продвижении через профилированные каналы 4 матрицы 3 образуются гранулы, которые срезаются ножом 9.
Эти гранулы, образующие гранулированный продукт, выгружаются через устройство 8 для выгрузки гранулированного продукта.
Существенное отличие представленного гранулятора от аналогичных устройств заключается в конической форме боковой поверхности ролика и ответной форме рабочей поверхности перфорированной матрицы. Во всех устройствах такого типа необходимо учитывать критическую скорость вращения вала гранулятора, особенно для матриц большого диаметра. При скорости вращения вала выше критической загружаемый исходный материал отбрасывается роликами к периферии гранулятора. Поэтому критическая частота n оборотов приводного вала гранулятора определяется по зависимости
1/2
n≥10(f/R),
где f - коэффициент трения между исходным материалом и роликом;
R - радиус окружности окатывания ролика гранулятора.
1
2
1
2
Из приведенной зависимости следует, что при конической форме ролика, имеющего соотношение диаметров D>D, частота вращения n рабочей части ролика, которая находится ближе к центральной части матрицы, меньше, чем частота вращения n рабочей части ролика, находящейся ближе к периферии матрицы. Это в свою очередь обеспечивает равномерный слой захватываемого материала перед роликом, и исключает отбрасывание частиц обрабатываемого материала к переферии гранулятора.
Так как критическая скорость вращения вала гранулятора зависит от многих факторов, то для каждого материала соотношение диаметров роликов и эта скорость определяются экспериментально.
Таким образом, использование предложенного прессового гранулятора по сравнению с использованием прессового гранулятора, выбраннного в качестве прототипа, позволяет повысить производительность работы и уменьшить металлоемкость для достижения снижения себестоимости.