בשל כמות החומרים המזיקים הנמוכים יותר בביומסה, כגון אפר, חנקן וגופרית, בהשוואה לאנרגיה מינרלית, ביומסה מתאפיינת במאפיינים של עתודות גדולות, פעילות פחמן טובה, הצתה קלה ורכיבים נדיפים גבוהים. לכן, ביומסה היא דלק אנרגיה אידיאלי מאוד ומתאימה מאוד להמרה וניצול בבעירה. האפר הנותר לאחר שריפת ביומסה עשיר בחומרים מזינים הנדרשים לצמחים כגון זרחן, סידן, אשלגן ומגנזיום, כך שניתן להשתמש בו כדשן להחזרה לשדה. בהתחשב בעתודות המשאבים העצומות וביתרונות המתחדשים הייחודיים של אנרגיית ביומסה, היא נחשבת כיום לבחירה חשובה לפיתוח אנרגיה לאומי חדש על ידי מדינות ברחבי העולם. הוועדה הלאומית לפיתוח ורפורמה של סין הצהירה בבירור ב"תוכנית היישום לניצול מקיף של קש יבולים במהלך תוכנית החומש ה-12" כי שיעור הניצול המקיף של קש יגיע ל-75% עד 2013, וישאף לעלות על 80% עד 2015.
כיצד להמיר אנרגיית ביומסה לאנרגיה איכותית, נקייה ונוחה הפכה לבעיה דחופה שיש לפתור. טכנולוגיית ציפוף ביומסה היא אחת הדרכים היעילות לשיפור יעילות שריפת אנרגיית ביומסה ולהקל על התחבורה. כיום, ישנם ארבעה סוגים נפוצים של ציוד עיצוב צפוף בשווקים המקומיים והזרים: מכונת חלקיקים שחול ספירלית, מכונת חלקיקים הטבעה בוכנה, מכונת חלקיקים שטוחה ומכונת חלקיקים לעיצוב טבעתי. ביניהם, מכונת גלולות לעיצוב טבעתי נמצאת בשימוש נרחב בשל מאפייניה כגון חוסר צורך בחימום במהלך הפעולה, דרישות רחבות לתכולת לחות חומרי גלם (10% עד 30%), תפוקה גדולה של מכונה בודדת, צפיפות דחיסה גבוהה ואפקט עיצוב טוב. עם זאת, לסוגים אלה של מכונות גלולות יש בדרך כלל חסרונות כגון שחיקה קלה של התבנית, חיי שירות קצרים, עלויות תחזוקה גבוהות והחלפה לא נוחה. בתגובה לחסרונות הנ"ל של מכונת גלולות לעיצוב טבעתי, המחבר יצר עיצוב שיפור חדש לגמרי במבנה תבנית העיצוב, ועיצב תבנית עיצוב מסוג סט עם חיי שירות ארוכים, עלות תחזוקה נמוכה ותחזוקה נוחה. בינתיים, מאמר זה ערך ניתוח מכני של תבנית העיצוב במהלך תהליך העבודה שלה.
1. שיפור עיצוב מבנה תבנית העיצוב עבור גרנולטור תבנית טבעת
1.1 מבוא לתהליך עיצוב שחול:ניתן לחלק את מכונת הגלילים לתבנית הטבעת לשני סוגים: אנכי ואופקי, בהתאם למיקום תבנית הטבעת; בהתאם לצורת התנועה, ניתן לחלק אותה לשתי צורות תנועה שונות: גליל לחיצה אקטיבי עם תבנית טבעת קבועה וגליל לחיצה אקטיבי עם תבנית טבעת מונעת. עיצוב משופר זה מכוון בעיקר למכונת חלקיקים לתבנית טבעת עם גליל לחץ אקטיבי ותבנית טבעת קבועה כצורת תנועה. הוא מורכב בעיקר משני חלקים: מנגנון שינוע ומנגנון חלקיקים לתבנית טבעת. תבנית הטבעת וגליל הלחץ הם שני המרכיבים המרכזיים של מכונת הגלילים לתבנית הטבעת, עם חורי תבנית רבים הפזורים סביב תבנית הטבעת, וגליל הלחץ מותקן בתוך תבנית הטבעת. גליל הלחץ מחובר לציר ההולכה, ותבנית הטבעת מותקנת על תושבת קבועה. כאשר הציר מסתובב, הוא מניע את גליל הלחץ להסתובב. עקרון פעולה: ראשית, מנגנון השינוע מעביר את חומר הביומסה המרוסק לגודל חלקיקים מסוים (3-5 מ"מ) לתא הדחיסה. לאחר מכן, המנוע מניע את הציר הראשי כדי להניע את גליל הלחץ לסיבוב, וגליל הלחץ נע במהירות קבועה כדי לפזר את החומר באופן שווה בין גליל הלחץ לתבנית הטבעת, מה שגורם לתבנית הטבעת להידחס ולחיכוך עם החומר, גליל הלחץ עם החומר, והחומר עם החומר. במהלך תהליך החיכוך של הסחיטה, תאית והמיצלולוז בחומר מתאחדים זה עם זה. במקביל, החום שנוצר על ידי חיכוך הסחיטה מרכך את הליגנין לחומר קלסר טבעי, מה שהופך את התאית, ההמיצלולוז ורכיבים אחרים לקשורים חזק יותר זה לזה. עם המילוי המתמשך של חומרי ביומסה, כמות החומר הנתונה לדחיסה וחיכוך בחורי התבנית ממשיכה לעלות. במקביל, כוח הסחיטה בין הביומסה ממשיך לעלות, והיא מתמציתה ומתגבשת בהתמדה בחור התבנית. כאשר לחץ השיחול גדול מכוח החיכוך, הביומסה נשלפת ברציפות מחורי התבנית סביב תבנית הטבעת, ויוצרת דלק יציקה לביומסה עם צפיפות יציקה של כ-1 גרם/סמ"ק.
1.2 בלאי של תבניות עיצוב:תפוקת מכונת הגלילים של מכונה בודדת גדולה, עם רמת אוטומציה גבוהה יחסית ויכולת הסתגלות חזקה לחומרי גלם. ניתן להשתמש בה באופן נרחב לעיבוד חומרי גלם מביומסה שונים, והיא מתאימה לייצור בקנה מידה גדול של דלקים לעיצוב צפוף של ביומסה, ועומדת בדרישות הפיתוח של תיעוש דלקים לעיצוב צפוף של ביומסה בעתיד. לכן, מכונת הגלילים לתבנית טבעת נמצאת בשימוש נרחב. בשל נוכחותם האפשרית של כמויות קטנות של חול וזיהומים אחרים שאינם ביומסה בחומר הביומסה המעובד, סביר מאוד שהיא תגרום לבלאי משמעותי בתבנית הטבעת של מכונת הגלילים. אורך חיי השירות של תבנית הטבעת מחושב על סמך כושר הייצור. נכון לעכשיו, אורך חיי השירות של תבנית הטבעת בסין הוא רק 100-1000 טון.
כשל תבנית הטבעת מתרחש בעיקר בארבע התופעות הבאות: ① לאחר שהתבנית הטבעתית פועלת למשך זמן מה, הדופן הפנימית של חור התבנית נשחקת והפתח גדל, וכתוצאה מכך נוצר עיוות משמעותי של הדלק הנוצר; ② שיפוע ההזנה של חור התבנית של תבנית הטבעת נשחק, וכתוצאה מכך כמות חומר הביומסה הנדחס לתוך חור התבנית יורדת, לחץ הבליטה יורד וחסימה קלה של חור התבנית, מה שמוביל לכשל תבנית הטבעת (איור 2); ③ לאחר שהדופן הפנימית נפלטת, כמות הפריקה פחתה בחדות (איור 3);
④ לאחר שחיקה של החור הפנימי של תבנית הטבעת, עובי הדופן בין חלקי התבנית הסמוכים L הופך דק יותר, וכתוצאה מכך יורד החוזק המבני של תבנית הטבעת. סדקים נוטים להתרחש בחלק המסוכן ביותר, וככל שהסדקים ממשיכים להתרחב, מתרחשת תופעת שבר בתבנית הטבעת. הסיבה העיקרית לבלאי הקל ולחיי השירות הקצרים של תבנית הטבעת היא המבנה הלא סביר של תבנית הטבעת המעוצבת (תבנית הטבעת משולבת עם חורי התבנית המעוצבת). המבנה המשולב של השניים נוטה לתוצאות כאלה: לפעמים כאשר רק כמה חורי תבנית הטבעת נשחקים ואינם יכולים לעבוד, יש צורך להחליף את תבנית הטבעת כולה, מה שלא רק גורם לאי נוחות לעבודת ההחלפה, אלא גם גורם לבזבוז כלכלי רב ומגדיל את עלויות התחזוקה.
1.3 תכנון שיפור מבני של תבנית עיצובעל מנת להאריך את חיי השירות של תבנית הטבעת של מכונת הגלולה, להפחית בלאי, להקל על החלפה ולהפחית את עלויות התחזוקה, יש צורך לבצע עיצוב שיפור חדש לגמרי במבנה תבנית הטבעת. תבנית היציקה המוטמעת שימשה בתכנון, ומבנה תא הדחיסה המשופר מוצג באיור 4. איור 5 מציג את תצוגת החתך של תבנית היציקה המשופרת.
עיצוב משופר זה מכוון בעיקר למכונת חלקיקים לתבנית טבעת עם צורה תנועתית של גליל לחץ פעיל ותבנית טבעת קבועה. תבנית הטבעת התחתונה קבועה על הגוף, ושני גלילי הלחץ מחוברים לציר הראשי באמצעות לוח חיבור. תבנית העיצוב מוטמעת על תבנית הטבעת התחתונה (באמצעות התאמת הפרעה), ותבנית הטבעת העליונה קבועה על תבנית הטבעת התחתונה באמצעות ברגים ומהודקת לתבנית העיצוב. במקביל, על מנת למנוע מתבנית העיצוב להתאושש עקב כוח לאחר שגליל הלחץ מתגלגל ונע רדיאלית לאורך תבנית הטבעת, משתמשים בברגים שקועים כדי לקבע את תבנית העיצוב לתבניות הטבעת העליונות והתחתונות בהתאמה. על מנת להפחית את ההתנגדות של החומר הנכנס לחור ולהקל על הכניסה לחור התבנית. זווית החרוט של חור ההזנה של תבנית העיצוב המתוכננת היא 60° עד 120°.
לעיצוב המבני המשופר של תבנית העיצוב יש מאפיינים של רב-מחזורי וחיי שירות ארוכים. כאשר מכונת החלקיקים פועלת למשך זמן מה, אובדן החיכוך גורם לפתח תבנית העיצוב להיות גדול יותר ולהפוך לפסיבי. כאשר תבנית העיצוב השחוקה מוסרת ומורחבת, ניתן להשתמש בה לייצור חלקיקי עיצוב בעלי מפרטים אחרים. זה יכול להשיג שימוש חוזר בתבניות ולחסוך בעלויות תחזוקה והחלפה.
על מנת להאריך את חיי השירות של הגרנולטור ולהפחית את עלויות הייצור, גלגל הלחץ משתמש בפלדת פחמן גבוהה בעלת אחוז מנגן גבוה ועמידות טובה בפני שחיקה, כגון 65Mn. תבנית העיצוב צריכה להיות עשויה מפלדת סגסוגת קרבוריזציה או סגסוגת ניקל-כרום דלת פחמן, כגון Cr, Mn, Ti וכו'. בשל שיפור תא הדחיסה, כוח החיכוך שחווים תבניות הטבעת העליונות והתחתונות במהלך הפעולה קטן יחסית בהשוואה לתבנית העיצוב. לכן, ניתן להשתמש בפלדת פחמן רגילה, כגון פלדת 45, כחומר לתא הדחיסה. בהשוואה לתבניות טבעת עיצוב משולבות מסורתיות, ניתן להפחית את השימוש בפלדת סגסוגת יקרה, ובכך להפחית את עלויות הייצור.
2. ניתוח מכני של תבנית העיצוב של מכונת גלולות תבנית הטבעת במהלך תהליך העבודה של תבנית העיצוב.
במהלך תהליך היציקה, הליגנין בחומר מתרכך לחלוטין עקב סביבת הלחץ והטמפרטורה הגבוהים הנוצרים בתבנית היציקה. כאשר לחץ השיחול אינו עולה, החומר עובר פלסטיזציה. החומר זורם היטב לאחר הפלסטיזציה, כך שניתן להגדיר את האורך ל-d. תבנית היציקה נחשבת לכלי לחץ, והלחץ על תבנית היציקה מפושט.
באמצעות ניתוח החישוב המכני הנ"ל, ניתן להסיק שכדי לקבל את הלחץ בכל נקודה בתוך תבנית העיצוב, יש צורך לקבוע את המאמץ ההיקפי בנקודה זו בתוך תבנית העיצוב. לאחר מכן, ניתן לחשב את כוח החיכוך והלחץ באותו מיקום.
3. סיכום
מאמר זה מציע עיצוב חדש לשיפור מבני עבור תבנית העיצוב של מכבש הפליטה של תבנית הטבעת. השימוש בתבניות עיצוב משובצות יכול להפחית ביעילות את שחיקת התבנית, להאריך את חיי מחזור התבנית, להקל על החלפה ותחזוקה ולהפחית את עלויות הייצור. במקביל, נערך ניתוח מכני על תבנית העיצוב במהלך תהליך העבודה שלה, וסיפק בסיס תיאורטי למחקר נוסף בעתיד.
זמן פרסום: 22 בפברואר 2024