ОДНОШНЕКОВЫЙ ПРЕСС-СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ ЭКСТРУДИРОВАНИЯ С ПОЛУЧЕНИЕМ ТОПЛИВНЫХ БРИКЕТОВ

Полезная модель относится к устройствам для прессования отходов деревообработки, лесопиления, а также растительных отходов сельского хозяйства 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 (конструкция пресса брикетирования растительных отходов УБО производства ЗАО "Жаско" г. Волгоград Россия, сайт Интернет: http://www.jhttp://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 известной 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.
Наиболее близким к заявляемому является техническое решение по патенту RU 126284 U1 B30B 11/24 опубл. 27.03.2013 г., по которому ОДНОШНЕКОВЫЙ ПРЕСС-СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ ЭКСТРУДИРОВАНИЯ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ СМЕШАННЫХ ПОРОД ДЕРЕВЬЕВ С ПОЛУЧЕНИЕМ ТОПЛИВНЫХ БРИКЕТОВ включающий 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, отличающийся тем, что 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 секцией подающего конуса, которая сопряжена встык с формирующей прессекцией, сопряженной встык через шпонку с двухмодульной калибрующей секцией, модули которой сопряжены встык через шпонку, кроме того, рабочая поверхность профилирующей матричной головки образована восьмигранной призмой и 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, образованная восьмигранной призмой, 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/, при этом секция заходного конуса матричной головки соединена в замок типа шип-паз с прессекцией, кроме того, конвективный нагреватель выполнен секционным, по меньшей мере, 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.
Однако у конструкции прототипа имеются недостатки, препятствующие бесперебойной работе устройства. В ходе эксплуатации пресса выявилась проблема быстрого износа прессующей секции шнека и неудовлетворительная работа пресса (невыдавливание брикета, остановка брикета в процессе работы) при установке зазора прессующей секции шнека по отношению к стенке камеры прессования размером больше габаритного размера фракции сырья, так как происходит переваливание сырья через витки шнека. Чем меньше зазор, тем быстрее происходит износ шнека, так как при зазоре, меньшем размера фракции сырья, происходит затирание шнека сырьем о стенку прессования. Как следствие, быстрый износ прессующей секции шнека, а также снижение производительности - при затирании часто происходит остановка устройства, снижаются эксплуатационные характеристики.
Для решения этой проблемы была проведена исследовательская работа, в результате которой было определено, что вся нагрузка прессования ложится на последний виток шнека, так как загрузочная секция шнека подает сырье в зону прессования без давления, а угол прессующей секции шнека отличается от угла стенки камеры прессования, в этом случае необходимый зазор между ними соблюдается только на последнем витке шнека. Описанные недостатки решает заявляемая полезная модель.
Техническая задача заявляемой полезной модели: повышение производительности и эксплуатационных характеристик, а также повышение износостойкости и долговечности устройства.
Поставленная задача решается за счет того, что для более равномерного распределения прессующей нагрузки в загрузочной секции шнека используется подающая под давлением цилиндрическая секция шнека, имеющая диаметр d=4.05p и радиус r на тыльной стороне витка. Для усиления витка перед входом в камеру прессования также установлена втулка 2, выполняющая роль стенки камеры прессования с диаметром внутренней поверхности D. В связи с увеличением диаметра шнека и появлением стенки, шнек начал подавать сырье в зону прессования под давлением. Далее прессующая секция шнека допрессовывает сырье до необходимой плотности. Тем самым нагрузка распределяется между обеими секциями шнека и по длине 3/4 прессующей секции шнека.
где p-шаг подающей под давлением цилиндрической секции шнека.
где d-диаметр подающей под давлением цилиндрической секции шнека.
где t-толщина витка подающей под давлением цилиндрической секции шнека.
Для повышения износостойкости и долговечности прессующей секции шнека предложено увеличить ее угол, при этом угол прессующей секции шнека должен соответствовать углу фильеры камеры прессования.
Данные изменения конструкции пресса привели к установке зазора прессующей секции шнека по отношению к стенке камеры прессования больше размера фракции, что повысило производительность процесса прессования, в результате была получена качественная и непрерывная работа пресса, повышение долговечности и износостойкости устройства.
Также предложено изменить исходную наборную матрицу, представляющую у прототипа трехсекционную матричную головку. Для исключения задиров, связанных с погрешностью изготовления и сборкой матрицы из нескольких секций, которые брикет преодолевал по мере своего движения, матричная головка изготовлена цельной, что повысило скорость прохождения формируемого брикета, а следовательно производительность процесса прессования и качество брикетов. В ходе проведения испытаний после изменений конструкции и процесса прессования повысилась износостойкость шнека, производительность процесса прессования, улучшились эксплуатационные характеристики (количество остановок шнека в процессе работы сократилось, время настройки устройства снизилось).
Технический результат заявляемой полезной модели - повышение производительности и качества работы за счет повышения износостойкости и долговечности устройства и улучшения эксплуатационных характеристик.
Технический результат достигается конструкцией одношнекового пресса-смесителя для экструдирования с получением топливных брикетов, содержащей раму, на которой смонтирован силовой агрегат, включающий привод с маховиком, главный вал с подшипниковыми опорами, корпус, выполненный с загрузочной камерой, шнек, смонтированный в корпусе на указанных подшипниковых опорах и выполненный в виде подающей цилиндрической секции и прессующей секции, камеру прессования с зоной уплотнения и зоной прессования, образованной конической фильерой, профилирующую матричную головку с матрицей, отличающийся тем, что он снабжен втулкой, жестко установленной перед входом в зону уплотнения камеры прессования с образованием стенки камеры прессования, подающая цилиндрическая секция шнека выполнена с диаметром d=4,05 p, где p - шаг подающей цилиндрической секции, прессующая секция шнека выполнена конической с углом конуса, соответствующим углу конуса конической фильеры, прессующая секция шнека выполнена с обеспечением постоянного зазора со стенками зоны уплотнения и конической фильеры камеры прессования, а матрица профилирующей матричной головки выполнена цельной. Кроме того, втулка, образующая стенку камеры прессования, установлена с выступанием в загрузочную камеру.
Сущность технического решения поясняет изображение на фигуре, на которой представлен в разрезе прессующий узел пресса-смесителя для экструдирования с получением топливных брикетов, где
1 - подающая под давлением цилиндрическая секция шнека;
2 - втулка, образующая стенку камеры прессования и выступающая в загрузочную камеру;
3 - прессующая секция шнека;
4 - коническая фильера камеры прессования;
5 - цельная матрица профилирующей матричной головки;
6 - зона уплотнения камеры прессования;
7 - загрузочная камера.
Пример осуществления.
Одношнековый пресс-смеситель для экструдирования с получением топливных брикетов содержит раму, на которой смонтирован силовой агрегат, состоящий из удерживаемого на главном валу маховика привода, главный вал снабжен подшипниковыми опорами. Корпус выполнен двухкамерным: с загрузочной камерой 7 и камерой прессования, с профилирующей матричной головкой с конвективным секционным нагревателем. Шнек смонтирован в корпусе на указанных подшипниковых опорах и выполнен с подающей цилиндрической секцией 1 и прессующей секцией 3. Камера прессования выполнена с зоной уплотнения 6 и зоной прессования, образованной конической фильерой 4. Перед входом в зону уплотнения камеры прессования 6 жестко установлена втулка 2 с образованием стенки камеры прессования. Подающая цилиндрическая секция шнека выполнена с диаметром d=4,05 p, где p - шаг подающей под давлением цилиндрической секции шнека; прессующая секция шнека выполнена конической с углом конуса, соответствующим углу конуса конической фильеры, прессующая секция шнека выполнена с обеспечением постоянного зазора со стенками зоны уплотнения и конической фильеры камеры прессования. Матрица 5 профилирующей матричной головки выполнена цельной и оснащена конвективным секционным нагревателем. Заявляемой конструкцией достигается более равномерное распределение прессующей нагрузки в загрузочной секции прессующего узла одношнекового пресса-смесителя для экструдирования с получением топливных брикетов, поскольку в отличие от прототипа подающая под давлением цилиндрическая секция шнека 1 выполнена диаметром d=4,05 p, где p - шаг подающей цилиндрической секции, и радиусом r на тыльной стороне витка (см. 1.1, 1.2., 1.3.), что обеспечивает усиление витка. Камера прессования имеет две части: зона уплотнения и зона прессования. Перед входом в камеру прессования установлена втулка 2, выполняющая роль стенки камеры прессования в зоне уплотнения с диаметром внутренней поверхности D. Зону прессования образует коническая фильера, угол которой соответствует углу конуса прессующего шнека. Втулка 2 образует жесткое неразъемное соединение с торцами стенки камеры прессования в зоне уплотнения, выполненное, например, сваркой. Как частный случай осуществления, камера прессования может быть увеличена по длине в части, выступающей сторону загрузочной камеры 7 на величину втулки 2, заменяя втулку.
Работа устройства осуществляется следующим образом. В связи с увеличением диаметра шнека и появлением стенки, цилиндрическая секция шнека 1 подает сырье под давлением в зону уплотнения 6 камеры прессования. Далее прессующая секция шнека 3 допрессовывает сырье до необходимой плотности. Тем самым нагрузка распределяется между секциями шнека и по длине 3/4 прессующей секции шнека. Прессующая секция шнека 3 изготовлена конической формы с углом, соответствующим углу стенок камеры прессования в зоне уплотнения 6, и фильеры 4. Увеличение угла прессующей секции шнека 3 дает увеличение зазора со стенками камеры прессования в зоне уплотнения, а соответствие его углу стенок камеры прессования делает этот зазор величиной постоянной в каждой зоне камеры прессования, что препятствует затиранию и износу прессующей секции шнека 3 и остановке его во время работы. Установка постоянной величины зазора прессующей секции шнека 3 по отношению к стенке камеры прессования в зоне уплотнения и превышающим средний размер фракции сырья значительно повышает износостойкость и производительность процесса прессования, а также улучшает эксплуатационные характеристики (сократилось количество остановок во время работы устройства, устройство стало менее «капризным», меньше требуется времени на настройку). В результате получена качественная и непрерывная работа пресса-смесителя, повышение долговечности и износостойкости устройства, в первую очередь за счет повышения износостойкости прессующей секции шнека 3. Далее сырье в спрессованном состоянии поступает в матрицу 5 матричной головки с конвективным секционным нагревателем, где под воздействием нагревания формируется топливный брикет. Матрица 5 профилирующей матричной головки изготовлена цельной, что исключает погрешности изготовления и сборки матрицы из разных секций (например, как у прототипа), создающие неровности поверхности и «задиры», препятствующие движению брикета.
Цельная матрица повышает скорость прохождения формируемого брикета, а следовательно производительность процесса прессования и качество брикетов.
В ходе проведения испытаний заявляемой конструкции полезной модели и характеристик процесса прессования было определено увеличение износостойкости шнека и зафиксирована непрерывная работа шнека без его восстановления до 100 тонн готового брикета. В качестве сырья при работе устройства используются: отходы деревообрабатывающего производства (горбыль, щепа, опил), а также растительные отходы (лузга подсолнечника, солома и т.д.). Конечный продукт использования пресса-смесителя: экологически чистые топливные брикеты (биотопливо).