Biyokütle, mineral enerjiye kıyasla kül, azot ve kükürt gibi zararlı maddelerin daha düşük olması nedeniyle, büyük rezervlere, iyi karbon aktivitesine, kolay tutuşmaya ve yüksek uçucu bileşenlere sahiptir. Bu nedenle, biyokütle çok ideal bir enerji yakıtıdır ve yanma dönüşümü ve kullanımı için çok uygundur. Biyokütle yanmasından sonra kalan kül, fosfor, kalsiyum, potasyum ve magnezyum gibi bitkilerin ihtiyaç duyduğu besin maddeleri açısından zengindir, bu nedenle tarlaya geri dönüş için gübre olarak kullanılabilir. Biyokütle enerjisinin muazzam kaynak rezervleri ve benzersiz yenilenebilir avantajları göz önüne alındığında, şu anda dünya çapındaki ülkeler tarafından ulusal yeni enerji gelişimi için önemli bir seçenek olarak kabul edilmektedir. Çin Ulusal Kalkınma ve Reform Komisyonu, "12. Beş Yıllık Plan Boyunca Mahsul Samanının Kapsamlı Kullanımına İlişkin Uygulama Planı"nda, samanın kapsamlı kullanım oranının 2013 yılına kadar %75'e ulaşacağını ve 2015 yılına kadar %80'i aşmayı hedeflediğini açıkça belirtmiştir.
Biyokütle enerjisinin yüksek kaliteli, temiz ve kullanışlı enerjiye nasıl dönüştürüleceği, çözülmesi gereken acil bir sorun haline gelmiştir. Biyokütle yoğunlaştırma teknolojisi, biyokütle enerjisi yakma verimliliğini artırmanın ve nakliyesini kolaylaştırmanın etkili yollarından biridir. Şu anda, yurt içi ve yurt dışı pazarlarda dört yaygın yoğunlaştırma ekipmanı türü bulunmaktadır: spiral ekstrüzyon partikül makinesi, pistonlu presleme partikül makinesi, düz kalıp partikül makinesi ve halka kalıp partikül makinesi. Bunlar arasında, halka kalıp pelet makinesi, çalışma sırasında ısıtmaya ihtiyaç duymaması, hammadde nem içeriği için geniş gereksinimler (%10 ila %30), yüksek tek makine çıktısı, yüksek sıkıştırma yoğunluğu ve iyi şekillendirme etkisi gibi özellikleri nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, bu tür pelet makinelerinin genellikle kolay kalıp aşınması, kısa hizmet ömrü, yüksek bakım maliyetleri ve zahmetli değiştirme gibi dezavantajları vardır. Halka kalıp pelet makinesinin yukarıdaki eksikliklerine yanıt olarak, yazar, şekillendirme kalıbının yapısında yepyeni bir iyileştirme tasarımı yapmış ve uzun hizmet ömrü, düşük bakım maliyeti ve kolay bakım sağlayan bir set tipi şekillendirme kalıbı tasarlamıştır. Bu arada, bu makalede şekillendirme kalıbının çalışma süreci sırasında mekanik bir analizi gerçekleştirilmiştir.
1. Halka Kalıp Granülatörü için Şekillendirme Kalıp Yapısının İyileştirilmesi Tasarımı
1.1 Ekstrüzyon Şekillendirme İşlemine Giriş:Halka kalıp pelet makinesi, halka kalıbının konumuna bağlı olarak dikey ve yatay olmak üzere iki türe ayrılabilir; hareket şekline göre, iki farklı hareket şekline ayrılabilir: sabit halka kalıplı aktif pres silindiri ve tahrikli halka kalıplı aktif pres silindiri. Bu geliştirilmiş tasarım, esas olarak hareket formu olarak aktif bir basınç silindiri ve sabit bir halka kalıbı olan halka kalıp partikül makinesini hedeflemektedir. Esas olarak iki parçadan oluşur: bir taşıma mekanizması ve bir halka kalıp partikül mekanizması. Halka kalıp ve basınç silindiri, halka kalıp pelet makinesinin iki temel bileşenidir ve halka kalıbın etrafına dağılmış birçok şekillendirme kalıbı deliği vardır ve basınç silindiri halka kalıbın içine yerleştirilmiştir. Basınç silindiri, iletim miline bağlıdır ve halka kalıp sabit bir brakete monte edilmiştir. Mil döndüğünde, basınç silindirini döndürmek için tahrik eder. Çalışma prensibi: İlk olarak, taşıma mekanizması ezilmiş biyokütle malzemesini belirli bir parçacık boyutuna (3-5 mm) sıkıştırılmış bölmeye taşır. Daha sonra motor, baskı silindirini döndürmek için ana mili çalıştırır ve baskı silindiri, malzemeyi baskı silindiri ile halka kalıbı arasında eşit şekilde dağıtmak için sabit bir hızda hareket eder. Bu da halka kalıbın malzemeyle, baskı silindirinin malzemeyle ve malzemenin malzemeyle sıkışmasına ve sürtünmesine neden olur. Sıkma sürtünmesi işlemi sırasında, malzemedeki selüloz ve hemiselüloz birbirleriyle birleşir. Aynı zamanda, sıkma sürtünmesiyle oluşan ısı, lignini doğal bir bağlayıcıya yumuşatarak selüloz, hemiselüloz ve diğer bileşenlerin daha sıkı bir şekilde birbirine bağlanmasını sağlar. Biyokütle malzemelerinin sürekli doldurulmasıyla, şekillendirme kalıbı deliklerinde sıkıştırma ve sürtünmeye maruz kalan malzeme miktarı artmaya devam eder. Aynı zamanda, biyokütle arasındaki sıkıştırma kuvveti artmaya devam eder ve kalıplama deliğinde sürekli olarak yoğunlaşır ve şekillenir. Ekstrüzyon basıncı sürtünme kuvvetinden büyük olduğunda, halka kalıbın etrafındaki kalıp deliklerinden sürekli olarak ekstrüde edilen biyokütle, yaklaşık 1g/Cm3 kalıplama yoğunluğuna sahip biyokütle kalıplama yakıtı oluşturur.
1.2 Kalıpların Aşınması:Pelet makinesinin tek makine çıktısı yüksektir, nispeten yüksek otomasyon seviyesi ve hammaddelere güçlü adaptasyonu vardır. Çeşitli biyokütle hammaddelerinin işlenmesinde yaygın olarak kullanılabilir, biyokütle yoğunlaştırıcı yakıtların büyük ölçekli üretimi için uygundur ve gelecekte biyokütle yoğunlaştırıcı yakıt endüstrileşmesinin gelişim gereksinimlerini karşılar. Bu nedenle, halka kalıplı pelet makinesi yaygın olarak kullanılmaktadır. İşlenen biyokütle materyalinde az miktarda kum ve diğer biyokütle dışı safsızlıkların bulunması olasılığı nedeniyle, pelet makinesinin halka kalıbında önemli aşınma ve yıpranma olasılığı yüksektir. Halka kalıbın kullanım ömrü, üretim kapasitesine göre hesaplanır. Şu anda, Çin'de halka kalıbının kullanım ömrü yalnızca 100-1000 tondur.
Halka kalıbın arızası esas olarak aşağıdaki dört olguda meydana gelir: ① Halka kalıbı bir süre çalıştıktan sonra, şekillendirme kalıbı deliğinin iç duvarı aşınır ve açıklık artar, bu da üretilen şekillendirilmiş yakıtın önemli ölçüde deformasyonuna neden olur; ② Halka kalıbın şekillendirme kalıbı deliğinin besleme eğimi aşınır, bu da kalıp deliğine sıkıştırılan biyokütle malzemesinin miktarında bir azalmaya, ekstrüzyon basıncında bir azalmaya ve şekillendirme kalıbı deliğinin kolayca tıkanmasına neden olur ve bu da halka kalıbının arızalanmasına yol açar (Şekil 2); ③ İç duvar malzemeleri aşındıktan sonra deşarj miktarı keskin bir şekilde azalır (Şekil 3);
④ Halka kalıbının iç deliğinin aşınması sonrasında, bitişik kalıp parçaları L arasındaki duvar kalınlığı incelir ve bu da halka kalıbının yapısal dayanımının azalmasına neden olur. Çatlaklar en tehlikeli bölümde oluşmaya eğilimlidir ve çatlaklar uzamaya devam ettikçe halka kalıbı kırılması olayı meydana gelir. Halka kalıbının kolay aşınmasının ve kısa hizmet ömrünün temel nedeni, şekillendirme halka kalıbının mantıksız yapısıdır (halka kalıbı, şekillendirme kalıbı delikleriyle bütünleşiktir). İkisinin bütünleşik yapısı şu sonuçlara yol açabilir: bazen halka kalıbının yalnızca birkaç şekillendirme kalıbı deliği aşındığında ve çalışamadığında, tüm halka kalıbının değiştirilmesi gerekir; bu durum sadece değiştirme işini zorlaştırmakla kalmaz, aynı zamanda büyük ekonomik israfa ve bakım maliyetlerinin artmasına da neden olur.
1.3 Kalıp Şekillendirme Tasarımının Yapısal İyileştirmesiPelet makinesinin halka kalıbının kullanım ömrünü uzatmak, aşınmayı azaltmak, değişimi kolaylaştırmak ve bakım maliyetlerini düşürmek için halka kalıbının yapısında yepyeni bir iyileştirme tasarımı yapılması gerekmektedir. Tasarımda gömülü kalıp kalıbı kullanılmış olup, iyileştirilmiş basınç odası yapısı Şekil 4'te gösterilmiştir. Şekil 5, iyileştirilmiş kalıp kalıbının kesit görünümünü göstermektedir.
Bu geliştirilmiş tasarım, esas olarak aktif baskı silindiri ve sabit halka kalıbın hareket formuna sahip halka kalıp parçacık makinesini hedeflemektedir. Alt halka kalıbı gövdeye sabitlenmiştir ve iki baskı silindiri bir bağlantı plakası aracılığıyla ana şafta bağlanmıştır. Şekillendirme kalıbı alt halka kalıbına (sıkıştırmalı geçme kullanılarak) yerleştirilmiştir ve üst halka kalıbı, cıvatalar aracılığıyla alt halka kalıbına sabitlenmiş ve şekillendirme kalıbına sıkıştırılmıştır. Aynı zamanda, baskı silindiri yuvarlanıp halka kalıbı boyunca radyal olarak hareket ettikten sonra şekillendirme kalıbının kuvvet nedeniyle geri sıçramasını önlemek için, şekillendirme kalıbını sırasıyla üst ve alt halka kalıplarına sabitlemek için gömme başlı vidalar kullanılmıştır. Malzemenin deliğe girme direncini azaltmak ve kalıp deliğine girmeyi kolaylaştırmak için. Tasarlanan şekillendirme kalıbının besleme deliğinin konik açısı 60° ila 120°'dir.
Şekillendirme kalıbının geliştirilmiş yapısal tasarımı, çok çevrimli ve uzun ömürlü olma özelliklerine sahiptir. Parçacık makinesi uzun süre çalıştığında, sürtünme kaybı, şekillendirme kalıbının açıklığının büyümesine ve pasifleşmesine neden olur. Aşınmış şekillendirme kalıbı çıkarılıp genişletildiğinde, farklı özelliklerde şekillendirme parçacıklarının üretiminde kullanılabilir. Bu, kalıpların yeniden kullanılmasını sağlayarak bakım ve değiştirme maliyetlerinden tasarruf sağlar.
Granülatörün kullanım ömrünü uzatmak ve üretim maliyetlerini düşürmek için, baskı silindiri 65Mn gibi iyi aşınma direncine sahip yüksek karbonlu yüksek manganlı çelikten üretilmiştir. Şekillendirme kalıbı, Cr, Mn, Ti vb. içeren alaşımlı karbürize çelik veya düşük karbonlu nikel krom alaşımından yapılmalıdır. Sıkıştırma haznesinin iyileştirilmesi sayesinde, üst ve alt halka kalıplarının çalışma sırasında maruz kaldığı sürtünme kuvveti, şekillendirme kalıbına kıyasla nispeten küçüktür. Bu nedenle, sıkıştırma haznesi malzemesi olarak 45 çelik gibi sıradan karbon çeliği kullanılabilir. Geleneksel entegre şekillendirme halkası kalıplarına kıyasla, pahalı alaşımlı çelik kullanımını azaltarak üretim maliyetlerini düşürebilir.
2. Halka kalıp pelet makinesinin şekillendirme kalıbının çalışma süreci sırasındaki mekanik analizi.
Kalıplama işlemi sırasında, kalıplama kalıbında oluşan yüksek basınç ve yüksek sıcaklık ortamı nedeniyle malzemedeki lignin tamamen yumuşar. Ekstrüzyon basıncı artmadığında, malzeme plastikleşir. Plastikleşmeden sonra malzeme iyi akar, bu nedenle uzunluk d olarak ayarlanabilir. Şekillendirme kalıbı bir basınç kabı olarak kabul edilir ve şekillendirme kalıbı üzerindeki gerilim basitleştirilir.
Yukarıdaki mekanik hesaplama analizinden, şekillendirme kalıbının herhangi bir noktasındaki basıncı elde etmek için, şekillendirme kalıbının o noktasındaki çevresel gerinimi belirlemek gerektiği sonucuna varılabilir. Ardından, o noktadaki sürtünme kuvveti ve basınç hesaplanabilir.
3. Sonuç
Bu makale, halka kalıp peletleyicinin şekillendirme kalıbı için yeni bir yapısal iyileştirme tasarımı önermektedir. Gömülü şekillendirme kalıplarının kullanımı, kalıp aşınmasını etkili bir şekilde azaltabilir, kalıp çevrim ömrünü uzatabilir, değiştirme ve bakımını kolaylaştırabilir ve üretim maliyetlerini düşürebilir. Aynı zamanda, şekillendirme kalıbının çalışma süreci boyunca mekanik analizi yapılmış ve bu da gelecekteki araştırmalar için teorik bir temel oluşturmuştur.
Gönderim zamanı: 22 Şubat 2024