Одношнековый пресс-экструдер для изготовления формованных топливных брикетов
SINGLE SCREW EXTRUDER FOR MOLDED FUEL BRIQUETTES

Предлагаемое изобретение относится к области производства прессующего оборудования, предназначенного для производства экструзией формованных топливных брикетов, предпочтительно из измельченных отходов деревообработки и лесопиления.
На лесозаготовительных участках, а также на деревообрабатывающих предприятиях образуется значительное, до 50% от объема заготовленной древесины, количество древесных отходов и малоценной древесины (опилки, горбыль, кора, фрезерная стружка, рейки, низкосортная древесина от рубок ухода и т.п.).
Наиболее распространенный способ вовлечения древесных отходов и малоценной древесины в хозяйственный оборот - использование в качестве топлива. Для обеспечения эффективного технологичного сжигания, а также технически приемлемого и экономически целесообразного хранения и транспортировки древесных отходов наибольшее распространение приобрел способ формования измельченной древесины, в том числе и способом экструзионного брикетирования.
В настоящее время номенклатура известных прессов-экструдеров весьма значительна. Их конструктивное решение разнообразно и направлено для решения конкретных производственных задач. Для формования топливных брикетов наибольшее распространение получили одношнековые пресс-экструдеры.
Так, по патенту на полезную модель RU №126284 известен «Одношнековый пресс-смеситель для экструдирования древесных отходов смешанных пород деревьев с получением топливных брикетов» (В30В 11/24; патентообладатели: Общество с ограниченной ответственностью «МДМ-Брикет», Малышев А.Н., Худяков С.Б.; приоритет: 25.07.2012). Пресс содержит раму, на которой смонтирован силовой агрегат, снабженный приводом главного вала, установленного в подшипниковых опорах. Пресс-смеситель выполнен в виде двухкамерного корпуса, например, в виде сталесварной монолитной конструкции, одной из камер которого является смесильная камера, и снабжен профилирующей матричной головкой с конвективным секционным нагревателем. Смесильная камера снабжена шнековым рабочим органом в виде соединенных между собой посредством шпоночного соединения подающего шнека и прессующего трубопрофилирующего шнека, который образован прессующим червяком и конусообразным формирователем трубчатого профиля брикета. А также смесильная камера снабжена штырьковым ворошителем. Главный вал пресса снабжен подшипниковыми опорами в виде двухрядного роликового подшипника, переднего опорного шарикоподшипника и конического опорного подшипника, причем сальник переднего опорного шарикоподшипника снабжен технологической крышкой для обеспечения возможности бездемонтажного доступа к упомянутому сальнику. Камера главного вала снабжена сапуном. Профилирующая матричная головка выполнена многосекционной, каждая секция которой посредством шпоночного соединения связана с корпусом упомянутой матричной головки, причем секция заходного конуса профилирующей матричной головки соединена в замок типа шип-паз с ее подающей секцией. Подающая секция сопряжена встык с формирующей пресс-секцией, сопряженной встык посредством шпонки с двухмодульной калибрующей секцией, модули которой также сопряжены встык посредством шпонки. При этом профилирующая матричная головка выполнена в виде траверсы, имеющей возможность перемещения вдоль оси главного вала по направляющим, смонтированным в корпусе смесительной камеры двухкамерного корпуса. Штырьковый ворошитель-дозатор снабжен разноплечими рабочими штырями, а дно корпуса смесительной камеры оснащено выпускным люком с заслонкой. Рабочая поверхность профилирующей матричной головки образована восьмигранной призмой, соотношение длин соседних сторон восьмиугольника которой находится в интервале 1,75/1÷3/1, а отношение радиуса описанной вокруг восьмиугольника призмы окружности к радиусу описанной окружности конусообразного формирователя трубчатого профиля шнека составляет 1,16/1÷3/1. 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.
Аналогом приведенного выше пресса-смесителя является пресс по патенту на изобретение BY №14940 «Пресс для получения топливных брикетов» (приоритет более ранний - от 2009.03.23; патентообладатели: Луговцев Е.К., Луговцева А.Е.).
Также, известен «Шнековый пресс для изготовления брикетов из растительных материалов» по евразийскому патенту на изобретение ЕА №014047 (B27N 3/08, В30В 11/12; патентообладатель: Совместное закрытое акционерное общество «БИОСТАРИНЖИНИРИНГ» (BY); приоритет: 2008.02.04). Шнековый пресс содержит связанные между собой: средство загрузки; корпус, в котором сформированы загрузочная камера и камера прессования, которая снабжена фельерой; загрузочный и конический прессующий шнеки, последовательно связанные и соосно установленные, соответственно, в загрузочной камере и камере прессования. При этом, образующая поверхность фильеры выполнена конической, а прессующий шнек установлен с зазором по отношению к стенке камеры прессования с формированием рабочего сечения, причем прессующий шнек состоит из уплотняющего и формующего участков. Прессующий шнек дополнительно содержит переходной участок, расположенный между уплотняющим участком, на котором расположены витки шнека, и формующим участком, выполненным в виде гладкой конической поверхности, причем переходной участок имеет вогнуто-радиальную форму поверхности радиусом R. Загрузочный шнек выполнен коническим, при этом витки загрузочной части шнека имеют одинаковый диаметр; диаметр и шаг витков прессующего шнека выбраны с возможностью изменения площади рабочего сечения по длине прессующего шнека по убывающей гиперболической функции.
Приведенные выше аналоги предлагаемого к патентованию одношнекового пресса-экструдера в целом имеют сходный конструктивный подход в части наличия и последовательности основных рабочих узлов, но конструкторское выполнение отдельных узлов отличается и видоизменяется в зависимости от конструкторского выбора способа повышения технических характеристик прессующего оборудования.
Тем не менее, в приведенных аналогах не решены основные технологические недостатки, характерные для эксплуатируемых в настоящее время прессов-экструдеров, а именно: низкая производительность, частые простои, связанные с технологическим обслуживанием пресса (например, для устранения пробок), низкий рабочий ресурс узла прессования (например, прессующего конусного шнека), повышенная опасность при работе обслуживающего персонала (например, из-за неконтролируемого выброса парогазов).
Перечисленные недостатки не позволяют достичь высокопроизводительной работы на прессах-аналогах с получением высококачественных топливных брикетов.
По технической сущности и наибольшему количеству сходных существенных признаков в качестве прототипа выбран шнековый пресс по патенту на полезную модель RU №137755 «Одношнековый пресс-смеситель для экструдирования с получением топливных брикетов» (приоритет от 2013.07.16; патентообладатель: Еремин Д.В.). Согласно данному патенту, пресс-смеситель включает раму, на которой смонтирован силовой агрегат, снабженный приводом главного вала, установленного в подшипниковые опоры в одной из камер двухкамерного корпуса. Вторая камера данного корпуса является смесильной и содержит приводной смеситель в форме сборного шнека, жестко закрепленного на главном валу. Двухкамерный корпус снабжен профилирующей матричной головкой с конвективным секционным нагревателем, при этом, смесительная камера снабжена ворошителем. Сборный шнек состоит из жестко соединенных между собой двух частей: загрузочного шнека и прессующего шнека. Загрузочный шнек делится на две рабочие зоны в зависимости от выполняемой функции: транспортирующую зону - на начальном этапе продвижения подаваемого сырья, и зону с увеличенным размером витков, подающую сырье под давлением. Прессующий шнек имеет коническую форму с углом конуса, соответствующим углу конуса внутренних стенок втулок камеры прессования, в том числе и фильеры. Зазор между прессующим шнеком и стенками камеры прессования в зоне уплотнения превышает размер максимальной фракции прессуемого сырья и остается постоянным, также постоянным выполнен зазор между прессующим шнеком и стенками фильеры. Перед входом в зону уплотнения камеры прессования жестко неразъемно установлена втулка, выполняющая роль начальной стенки камеры прессования, а матрица профилирующей матричной головки выполнена цельной.
В прототипе заявлено, что техническим результатом предлагаемой конструкционной модернизации прессующего узла является «повышение производительности и качества работы за счет повышения износостойкости и долговечности устройства и улучшения эксплуатационных характеристик». Разработчиками зафиксирована непрерывная работа шнека без его восстановления до 100 тонн готового брикета. Разработчик также утверждает, что предлагаемая им конструкция позволяет более равномерно распределить прессующие нагрузки между секциями шнека (подающей и прессующей), а также по длине  прессующей секции шнека.
Не смотря на то, что в прототипе подход к разработке конструкции камеры прессования достаточно прогрессивен и основан на анализе распределения силовых нагрузок на сборный шнек и соответствующие конструктивные элементы камеры прессования (коническую фильеру, коническую втулку зоны уплотнения, а также втулку, жестко установленную перед входом в зону уплотнения), как наиболее подверженные износу в процессе эксплуатации, проблема рационального распределения силовых нагрузок, обеспечивающего менее напряженную работу прессующих узлов и более эффективную кинетику прессования материала, не решена.
В прототипе в процессе уплотнения и прессования материала задействован только конический прессующий шнек, так как цилиндрический подающий шнек заходит в камеру прессования лишь на глубину жестко установленной цилиндрической втулки (глубина не более полутора витков). Таким образом, вся нагрузка приходится на прессующий шнек, что противоречит приведенному выше утверждению разработчика конструкции по прототипу. Необходимо отметить, что конструктивно процессы уплотнения и прессования материала реализуются только за счет конусного прессующего шнека и ответных втулок камеры прессования, причем при переходе материала из зоны уплотнения в зону прессования конструктивно выполнен пороговый переход, образуемый стенкой конической фильеры, что приводит к локальному резкому росту силовой нагрузки как на прессующий шнек, так и на прессующую фильеру. Наличие порогового перехода есть результат выполнения авторского конструкторского решения: «Установка постоянной величины зазора прессующей секции шнека 3 по отношению к стенке камеры прессования в зоне уплотнения и превышающим средний размер фракции сырья» (см. описание стр. 5). И хотя размер зазора не внесен в формулу полезной модели, из чертежа пресса-смесителя видно, что размер зазора в зоне уплотнения выше, чем в зоне прессования.
К недостаткам конструкции по прототипу необходимо отнести также не рациональное распределение подводимого извне тепла, а именно подведение тепла к матрице 5, куда материал поступает уже в спрессованном состоянии, как отмечено в описании. Тепло конвективного нагревателя должно быть максимально направлено на прогрев материала в зоне прессования.
С учетом того, что в целом пресс выполнен из стали, обладающей высокой теплопроводностью, а фланец крепления матричной головки вплотную примыкает к ответному фланцу, жестко закрепленному на корпусе пресса, значительная часть тепла теряется через теплопроводящие стенки корпуса.
В предлагаемом к патентованию прессе учтены перечисленные выше конструктивные недостатки прототипа, вызывающие значительные технологические проблемы, не позволяющие реализовать эффективное производство качественных брикетов.
В предлагаемой к патентованию конструкции пресса решены следующие технические задачи:
- увеличена производительность пресса за счет оптимизации распределения силовой нагрузки между отдельными зонами узла прессования, что является следствием конструктивных изменений в основных прессующих элементах;
- повышена надежность и долговечность прессующего узла, то есть увеличен рабочий ресурс прессующего конусного шнека, а также конусных прессующих втулок;
- повышено качество брикетов за счет оптимизации термомеханического воздействия на материал при прессовании;
- снижена себестоимость брикетов за счет снижения энерго- и трудозатрат на их производство;
- улучшены условия технического обслуживания и повышена безопасность работы обслуживающего персонала, например, за счет исключения возможности заклинивания прессующего шнека и неконтролируемого резкого выброса горячих парогазов из узла прессования;
- увеличен межремонтный период;
- сокращено время наладки оборудования.
Технический результат от внедрения предлагаемого изобретения заключается в создании оптимального режима термомеханического воздействия на прессуемый материал в соответствующих рабочих зонах узла прессования. При таком режиме достигается стабильная динамика продвижения материала в прессе с минимально возможными динамическими нагрузками на работающие пары «прессующий шнек - заходная конусная втулка» и «прессующий шнек - прессующая конусная втулка». Улучшение условий эксплуатации наиболее нагруженных рабочих узлов пресса позволяет значительно повысить производительность пресса-экструдера с получением брикетов с повышенными потребительскими свойствами.
Технический результат достигается тем, что в одношнековом пресс-экструдере для изготовления брикетов из измельченной древесной биомассы, преимущественно отходов лесопиления, деревообработки, а также целлюлозно-бумажной и лесохимической промышленностей, установленном на опорную металлическую раму, жестко соединенную с металлической рамой, на которую установлен силовой агрегат с приводом главного вала, и состоящем из двухкамерного корпуса, одна из камер которого является загрузочной камерой, а во второй камере на подшипниковых опорах установлен главный вал, причем главный вал жестко соединен со шнековым рабочим органом, состоящим из загрузочного и прессующего шнеков, жестко соединенных между собой, при этом загрузочная камера снабжена профилирующей матричной головкой, закрепленной на ее внешней стенке и состоящей из обогреваемого корпуса и установленных встык прессующей и профилирующей втулок, при этом внутреннее рабочее пространство матричной головки соединено с загрузочной камерой посредством заходной втулки, причем угол конуса внутренних поверхностей заходной и прессующей втулок равен углу конуса прессующего шнека, а на внутренних поверхностях заходной и прессующей втулок, установленных встык, выполнены продольные пазы, причем пазы заходной втулки выполнены с монотонно увеличивающейся по ходу движения материала глубиной, а глубина пазов прессующей втулки постоянна и равна максимальной глубине пазов заходной втулки, при этом заходная конусная втулка установлена в стенке загрузочной камеры вровень с внутренней поверхностью стенки камеры, при чем профилирующая втулка выполнена сборной из стыкующихся формирующей и калибрующих втулок, жестко установленных в корпусе профилирующей матричной головки, например с применением шпоночного соединения, при этом калибрующие, формующая и прессующая втулки установлены на самотвердеющую герметизирующую пасту, при чем фланцевый держатель профилирующей матричной головки установлен с зазором относительно корпуса загрузочной камеры, а корпус профилирующей матричной головки снабжен внешним конвективным секционным нагревателем, первая секция которого расположена в зоне установки прессующей втулки, при этом загрузочный шнек выполнен с цилиндрической и конической зонами нарезки витков, причем длина конической зоны равна глубине захода загрузочного шнека в заходную конусную втулку, а по всей длине загрузочного шнека витки выполнены с монотонно убывающим шагом. При этом фланцевый держатель профилирующей матричной головки снабжен многозвенным шарнирным механизмом, закрепленным на внешней стенке загрузочной камеры; продольные пазы на заходной и прессующей втулках выполнены прямобочными, а на заходной конусной втулке со стороны загрузочной камеры выполнена фаска размером, предпочтительно, 15×30°, при этом датчик температуры установлен на корпусе профилирующей матричной головки в зоне установки формующей втулки; силовой агрегат пресса-экструдера установлен на металлическую раму, снабженную системой механического гашения колебаний.
Техническая сущность предлагаемого к патентованию решения заключается в следующем.
Известно, что в основе кинематики работающего пресса, обеспечивающего получение качественных брикетов, лежит последовательное равномерно возрастающее уплотнение сырья с последующим его прессованием и формованием при оптимальных температуре и давлении. Плавное перемещение материала из зоны уплотнения в прессующую зону, а затем формующую, позволяет избежать образования пробок и обеспечивает направленную циркуляцию нагретых газов.
В предлагаемой конструкции уплотнение материала происходит непрерывное и постепенное за счет сочетания эффекта от одновременного воздействия конусного исполнения уплотняюще-прессующих узлов и монотонно убывающего шага витка загрузочного шнека.
Раскрытие технической сущности предлагаемого изобретения целесообразно осуществлять, следуя отличительным признакам изобретения, изложенным в формуле изобретения.
1. Касается выполнения продольных пазов на заходной и прессующей конусных втулках.
Такое конструкторское решение, как выполнение сквозных продольных пазов с увеличивающейся по ходу материала глубиной, имеет важное значение для обеспечения стабильного плавного продвижения материала в зонах уплотнения и прессования без образования пробок. Наличие пазов повышает кинетику прессуемого материала, увеличивая крутящий момент у стенок конусных втулок. Наибольший эффект дают прямобочные пазы.
2. Касается выполнения шнекового рабочего органа.
Для снижения силовой нагрузки на прессующий конусный шнек на загрузочном шнеке, в зоне работы пары «загрузочный шнек - заходная втулка», выполнены конические витки с уменьшающимся по ходу материала шагом. Таким образом, силовые нагрузки процесса уплотнения материала в значительной мере воспринимает более прочный загрузочный шнек.
В начальной зоне уплотнения (на входе в заходную втулку) зазор между шнеком и рабочей поверхностью втулки выполнен минимальным при отсутствии продольных пазов. В результате за счет сил трения происходит максимальный прогрев материала в примыкающей к внутренней стенке зоне, то есть происходит поверхностная пластификация опилок. При этом происходит также локальный пиролиз примыкающего к стенке материала с образованием парогазовой фазы, наличие которой значительно снижает трение материала о стенки.
Значительно снизить силовые нагрузки на прессующий шнек позволяет конструктивное решение рабочей пары «прессующий шнек - прессующая втулка», а именно: на прессующем шнеке витки выполнены с постоянным шагом, а на прессующей втулке пазы выполнены с постоянной глубиной, при этом зазор между шнеком и стенкой втулки выполнен постоянным.
3. Касается установочного положения заходной конусной втулки относительно загрузочной камеры.
Как указано в формуле изобретения: «… заходная конусная втулка установлена в стенке загрузочной камеры вровень с внутренней поверхностью стенки камеры …». Такой предлагаемый способ установки поясняется следующим: при выступе части заходной конусной втулки в загрузочную камеру снижается надежность работы заходной втулки, так как возможно механическое нарушение соосности заходной втулки относительно загрузочного шнека в процессе эксплуатации в режиме интенсивного перемешивания. Также в результате наличия выступа втулки в загрузочную камеру формируются стабильные зоны с пониженной интенсивностью перемешивания, что нарушает равномерность выработки загружаемого материала, а значит равномерности подачи материала в матричную головку.
В прототипе, как и в некоторых других технических решениях, выступ заходной втулки в загрузочную камеру является конструкторским решением, целесообразность которого в теории продиктована повышением эффективность прессования и повышением работоспособности пресса в целом, а именно:
- удлинение заходной втулки на величину выступа позволяет увеличить зону уплотнения, то есть максимально уплотнить материал перед прессованием в режиме оптимального распределения силовых нагрузок между подающим и прессующим шнеками в сторону снижения нагрузки на прессующий шнек;
- удлинение заходной втулки увеличивает температуру начальной стадии прессования за счет увеличения времени предварительного прогрева опилок в зоне уплотнения.
Но эксплуатация экструдеров с указанным выше конструкторским решением, в части установки выходной втулки с выступом, показала, что данное решение не только не улучшает работу пресса, но и приводит к ряду нежелательных технологических и эксплуатационных проблем, указанных в первом абзаце пункта 3.
Исключить необходимость выполнения установки входной втулки с выступом можно, например, увеличением толщины лишь одной стенки камеры загрузки, а именно стенки, на которую установлена профилирующая матричная головка. Это позволяет и увеличить длину зоны уплотнения для более равномерного распределения силовых нагрузок, и повысить энергетическую эффективность пресса за счет более рационального распределения температурных полей в профилирующей матричной головке и в заходной втулке.
Предлагаемое расположение заходной втулки в камере загрузки обеспечивает равномерный и стабильный по времени режим подачи материала в заходную втулку, так как забор осуществляется из спокойного слоя материала практически стабильной плотности и стабильного уровня по высоте.
При поступлении на брикетирование идеально гомогенизированного материала, например, при сушке на современных циркуляционных сушильных установках, использование ворошителя, как в прототипе, не целесообразно, так как нет необходимости, во-первых, в активном перемешивании материала, а во-вторых, процесс локального дополнительного перемешивания в зонах ворошителей нарушает стабильность объемной плотности материала, подаваемого в матрицу.
4. Касается конструкции профилирующей втулки профилирующей матричной головки.
В отличие от прототипа, где корпус матрицы снабжен цельной профилирующей втулкой, в предлагаемом решении профилирующая втулка выполнена сборной из не менее двух калибрующих и одной формующей втулок, жестко установленных в корпусе матричной головки. Такое конструктивное решение стало результатом практического опыта работы на экструдерах. Практика показала, что наибольшему износу подвержена формующая зона профилирующей втулки. Поэтому экономичнее периодически менять формующую втулку, чем всю профилирующую по прототипу.
5. Касается применения самотвердеющей герметизирующей пасты.
В предлагаемом решении при установке в корпусе матричной головки внутренних втулок (прессующей, формующей и калибрующих) дополнительно, для повышения жесткости их установки, применяют самотвердеющую герметизирующую пасту.
При этом, основное назначение данной пасты - герметизация зазоров между корпусом матричной головки и перечисленными выше внутренними втулками. В результате формируются направленные потоки технологических паро-газов, образующихся в заходной и прессующей втулках, и эвакуация их происходит в пределах калибрующего канала. Причем, наблюдается разделение газовых потоков: пар, в основном, удаляется по внутреннему каналу брикета, а газы термического разложения древесины - вдоль внешней стенки брикета.
6. Касается зазора между фланцевым держателем матричной головки и корпусом загрузочной камеры, а также установки первой секции внешнего конвективного секционного нагревателя.
Назначение данного зазора - обеспечение терморазрыва между нагреваемым внешним конвективным секционным нагревателем корпусом матричной головки и корпусом загрузочной камеры, тепломасса которого несоизмеримо больше матричной головки в целом. Таким образом наличие терморазрыва снижает непроизводительные потери тепла.
Не менее важное значение терморазрыва - это формирование направленного теплового потока в зону установки прессующей втулки. На эту же цель работает и другое конструктивное решение, а именно место установки первой секции внешнего конвективного секционного нагревателя: в зоне прессующей втулки.
Таким образом, в предлагаемом прессе созданы условия, когда подводимое тепло максимально уходит на прогрев материала в зоне прессования, что приводит к технологически оптимальной пластичности материала в этой наиболее нагруженной зоне (практически прессование приближается к механизму прессования пластических масс). Как результат - повышение производительности, снижение силовых нагрузок на конусный шнек и соответствующие втулки: прессующую, формующую.
В связи с тем, что наиболее ответственными в получении качественного брикета являются зоны прессования и формирования, контроль температуры осуществляют именно в этих зонах, что позволяет своевременно и оперативно обеспечить регулировку температурного поля в зоне прессования и формирования топливного брикета.
Как вариант датчик температуры может быть установлен на корпусе профилирующей матричной головки в зоне установки формующей втулки.
Необходимо отметить, что перечисленные выше конструкторские решения (терморазрыв и место установки первой секции конвективного нагревателя), направленные на концентрацию внешнего тепла в зонах прессования и формирования, позволяют получать брикеты с прочной поверхностной корочкой.
7. Касается п. 2 и п. 6 формулы изобретения.
Данные зависимые пункты являются не обязательными к исполнению, так как являются одним из вариантов конструкторских решений, направленных на повышение удобства эксплуатации пресса-экструдера. Это относится и к многозвенному шарнирному механизму и к системе механического гашения колебаний.
8. Касается п. 5 формулы изобретения.
Выполнение на втулке фаски является стандартным конструкторским требованием и зафиксировано в зависимом пункте формулы изобретения лишь с целью определения предпочтительного размера.
Все выше сказанное позволяет сделать вывод, что предлагаемое к рассмотрению техническое решение конструкции пресса-экструдера устраняет технологические и эксплуатационные недостатки, характерные для известных в настоящее время прессов аналогичного назначения.
Приведенный сравнительный анализ заявляемого решения и решения по прототипу свидетельствует, что заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности «новизна».
В результате поиска по патентным и другим техническим источникам информации не выявлены технические решения, характеризующиеся аналогичной с предлагаемым решением совокупностью признаков, обеспечивающих достижение аналогичных результатов при использовании, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
Приведенная выше информация, касающаяся как прототипа, так и известных решений в аналогичной области, позволяет сделать вывод, что новая совокупность известных и неизвестных признаков, отличающаяся как технической сущностью признаков и их конструкторским исполнением, так и их последовательностью и взаимосвязью, обеспечивает в предлагаемом решении достижение технического результата более высокого, по сравнению с известными, уровня.
Данный вывод подтверждается практическими результатами, достигнутыми автором на работающем прессе-экструдере, опытно-промышленные испытания которого завершены.
Заявляемый одношнековый пресс-экструдер представлен на следующих графических изображениях:
Фиг. 1 - общий вид установки одношнекового пресса-экструдера (в сборе, без секционного нагревателя);
Фиг. 2 - общий вид одношнекового пресса-экструдера;
Фиг. 3 - общий вид одношнекового пресса-экструдера (разрез);
Фиг. 4 - прессующий узел «А» (разрез);
Фиг. 5 - матрица в сборе (разрез);
«Матрица» - сокращенное название профилирующей матричной головки. Сокращение сделано автором для меньшего нагромождения повторяющихся словосочетаний при описании пресс-экструдера.
Фиг. 6 - шнековый рабочий орган в сборе (общий вид, разрез);
Фиг. 7 - заходная коническая втулка (с аксонометрией втулки с обоих торцов);
Фиг. 8 - прессующая коническая втулка (с аксонометрией втулки с обоих торцов).
Предлагаемая установка одношнекового пресса-экструдера состоит из следующих основных узлов: непосредственно одношнекового пресса-экструдера с ременным приводом, силового агрегата и монтажных узлов.
Монтажные узлы включают следующее:
• основанием монтажной конструкции силового агрегата является металлическая рама 1, на которую установлен силовой агрегат 2, причем агрегат 2 установлен с возможностью гашения (демпфирования) колебаний, возникающих в установке во время ее работы, а точнее - для уменьшения амплитуды колебаний до допустимых пределов. На фиг. 1, как один из возможных вариантов демпфирования, изображена система механического гашения колебаний 3. В качестве силового агрегата в испытанном образце пресса использован электродвигатель со следующими характеристиками: мощность - 75 кВт, номинальная частота вращения - 1485 об/мин, номинальный крутящий момент - 482 Нм;
• опорная конструкция пресса-экструдера выполнена в виде сварной металлической рамы 4, жестко соединенной с рамой 1, и установленного на раме 4 монтажного короба 5, на который установлены корпус 6 загрузочной камеры и корпус 7 главного вала 8, установленного в подшипниковых опорах. Корпуса 6 и 7 жестко соединены между собой, например, с помощью болтового соединения 9, а болтовым соединением 10 корпуса 6 и 7 закреплены на монтажном коробе 5;
• узел 11 крепления защитной рамы 12 привода 13 к корпусу главного вала 7.
Общий вид непосредственно одношнекового пресса - экструдера представлен на фиг. 1, 2. Загрузочная камера 6 снабжена профилирующей матричной головкой 14 (далее по тексту - матрицей 14). Матрица 14 установлена во фланцевый держатель 15, снабженный многозвенным шарнирным механизмом 16 для обеспечения поворотного перемещения матрицы 14. При этом фланцевый держатель 15 установлен с зазором относительно стенки 17 корпуса 6 загрузочной камеры и закреплен болтовым соединением 18.
Матрица 14 (см. фиг. 5) состоит из обогреваемого корпуса 19 и установленных встык внутренних втулок: прессующей 20, формирующей 21, не менее двух калибрующих 22 и резьбовой регулирующей 23.
Рабочая зона матрицы 14 соединена с загрузочной камерой посредством заходной втулки 24, установленной в стенке 17 корпуса 6. Заходная втулка 24 установлена в стенке 17 вровень с внутренней поверхностью стенки 17. Матрица 14 через прессующую втулку 20 соединена встык с заходной втулкой 24 и закреплена болтовым соединением 18.
Внутренние рабочие поверхности заходной и прессующей втулок выполнены конусными, причем угол конуса "В" (см. фиг. 7 и 8) данных поверхностей соответствует углу конуса "В" конической части шнекового рабочего органа (см. фиг. 6). Для обеспечения бесперебойной работы пресса и повышения его эффективности на конусных рабочих поверхностях заходной 24 и прессующей 20 втулок выполнены продольные прямобочные пазы, причем пазы 25 заходной втулки 24 выполнены с монотонно увеличивающейся по ходу движения прессуемого материала глубиной, что обеспечивается выполнением паза 25 с углом конуса "F", при условии, что "F"<"B" (см. фиг. 7). Глубина пазов 26 прессующей втулки 20 выполнена постоянной с углом конуса "В". Стык заходной 24 и прессующей 20 втулок выполнен заподлицо, при этом пазы 25 и пазы 26 выполнены таким образом, что при стыковке втулок образуются прямобочные сквозные пазы, без смещения.
Шнековый рабочий орган состоит из загрузочного шнека 27 и прессующего шнека 28 (см. фиг. 6), которые жестко соединены между собой. Загрузочный шнек 27 жестко соединен с главным валом 8, установленным в подшипниковых опорах 29.
1
2
3
4
5
6
7
1
2
Коническая часть шнекового рабочего органа сформирована прессующим шнеком 28 и частью загрузочного шнека 27. Загрузочный шнек 27 выполнен с цилиндрической "L" и конической "m" зонами нарезки витков (см. фиг. 6). Символом "d" обозначен диаметр витков цилиндрической зоны нарезки витков "L". Длина конической зоны "m" равна глубине захода загрузочного шнека в заходную конусную втулку 24. По всей длине загрузочного шнека 27 витки выполнены с монотонно убывающим шагом (а<а<а<а<а<а<а). Шаг витков прессующего шнека 28 выполнен постоянным (в=в).
Внутренние втулки матрицы 14: прессующая 20, формующая 21 и калибрующие 22 жестко установлены в корпусе матрицы, например с применением шпоночных соединений 30 (см. фиг. 3, 5). Шпоночное соединение применяют и при установке заходной втулки 24. Втулки 20, 21, 22 установлены в корпусе матрицы на самотвердеющую герметизирующую пасту.
Матрица 14 снабжена внешним конвективным секционным нагревателем 31, первая секция 32 которого расположена в зоне установки прессующей втулки 20. Датчик температуры 33 установлен на корпусе матрицы и расположен и зоне установки формующей втулки 21.
Предлагаемый одношнековый пресс-экструдер работает следующим образом.
В загрузочную камеру 6 подают предназначенный для прессования измельченный материал. Крутящий момент передается на загрузочный шнек 27 и соответственно на прессующий шнек 28 приводом 13 через главный вал 8. Подача измельченного материала в заходную втулку 24 осуществляется загрузочным шнеком 27. Степень уплотнения материала увеличивается по мере его продвижения, увеличивается и степень его предварительного прогрева. В зоне прессования, где работает пара «прессующая втулка 20 - прессующий шнек 28», степень уплотнения опилок максимальная, также и максимальна температура прогрева материала. В этой зоне материал достигает наибольшей пластичности и в таком состоянии поступает в зону установки формирующей втулки 21. Далее материал попадает в калибрующие втулки 22, откуда готовые брикеты выходят в товарном виде с прочной устойчивой геометрией и прочной влагостойкой поверхностной корочкой.
В настоящее время пресс-экструдер предлагаемой конструкции прошел успешные промышленные испытания. Была достигнута высокая производительность по готовому брикету - около 1500 кг/час, причем непрерывная работа прессующего шнека, без его восстановления, оценивается 150 (ста пятьюдесятью) тоннами готового брикета.
Испытания пресса в промышленных условиях доказали эффективность его работы, превышающую эффективность известных в настоящее время прессов аналогичного назначения. Принимая во внимание простоту и надежность в процессе эксплуатации, можно рекомендовать данный пресс для широкого внедрения в производство.