בגלל החומרים המזיקים הנמוכים יותר כמו אפר, חנקן וגופרית בביומסה בהשוואה לאנרגיה מינרלית, יש לו מאפיינים של רזרבות גדולות, פעילות פחמן טובה, הצתה קלה ורכיבים נדיפים גבוהים.לכן, ביומסה היא דלק אנרגיה אידיאלי מאוד ומתאים מאוד להמרה וניצול בעירה.שארית האפר לאחר שריפת ביומסה עשירה בחומרי הזנה הנדרשים לצמחים כמו זרחן, סידן, אשלגן ומגנזיום, ולכן ניתן להשתמש בו כדשן להחזרה לשדה.לאור עתודות המשאבים העצומות והיתרונות המתחדשים הייחודיים של אנרגיה ביומסה, היא נחשבת כיום כבחירה חשובה לפיתוח אנרגיה חדשה לאומית על ידי מדינות ברחבי העולם.הוועדה הלאומית לפיתוח ורפורמה של סין הצהירה בבירור ב"תוכנית היישום לניצול מקיף של קש היבול במהלך תוכנית החומש ה-12" ששיעור הניצול המקיף של הקש יגיע ל-75% עד 2013, וישאף לעלות על 80% עד 2015.
איך להמיר אנרגיה ביומסה לאנרגיה איכותית, נקייה ונוחה הפכה לבעיה דחופה שיש לפתור.טכנולוגיית צפיפות ביומסה היא אחת הדרכים היעילות לשפר את היעילות של שריפת אנרגיה ביומסה ולהקל על התחבורה.נכון לעכשיו, ישנם ארבעה סוגים נפוצים של ציוד ליצירה צפופה בשווקים המקומיים והזרים: מכונת חלקיקים שחול ספירלה, מכונת הטבעת חלקיקים בוכנה, מכונת חלקיקי עובש שטוח ומכונת חלקיקי עובש טבעת.ביניהם, מכונת גלולות עובש הטבעת נמצאת בשימוש נרחב בשל המאפיינים שלה כגון אי צורך בחימום במהלך הפעולה, דרישות רחבות לתכולת לחות חומר גלם (10% עד 30%), תפוקת מכונה אחת גדולה, צפיפות דחיסה גבוהה וטובה אפקט מעצב.עם זאת, לסוגים אלה של מכונות גלולה יש בדרך כלל חסרונות כמו בלאי קל של עובש, חיי שירות קצרים, עלויות תחזוקה גבוהות והחלפה לא נוחה.בתגובה לחסרונות הנ"ל של מכונת כדורי תבנית הטבעת, המחבר ביצע תכנון שיפור חדש לגמרי במבנה התבנית, ותכנן תבנית יצירה מסוג סט עם חיי שירות ארוכים, עלות תחזוקה נמוכה ותחזוקה נוחה.בינתיים, מאמר זה ערך ניתוח מכני של תבנית היצירה במהלך תהליך העבודה שלה.
1. עיצוב שיפור של מבנה התבנית היוצר עבור גרנולטור עובש טבעת
1.1 מבוא לתהליך יצירת שחול:ניתן לחלק את מכונת כדורי הטבעת לשני סוגים: אנכית ואופקית, בהתאם למיקום קוביית הטבעת;לפי צורת התנועה ניתן לחלק אותה לשתי צורות תנועה שונות: גלגלת הלחיצה האקטיבית עם תבנית טבעות קבועה וגליל הלחיצה האקטיבי עם תבנית טבעות מונעת.עיצוב משופר זה מכוון בעיקר למכונת חלקיקי עובש הטבעת עם רולר לחץ פעיל ותבנית טבעת קבועה כצורת התנועה.הוא מורכב בעיקר משני חלקים: מנגנון שינוע ומנגנון חלקיקי עובש טבעת.תבנית הטבעת וגליל הלחץ הם שני מרכיבי הליבה של מכונת גלולות תבנית הטבעת, עם חורי עובש רבים המפוזרים סביב תבנית הטבעת, וגליל הלחץ מותקן בתוך תבנית הטבעת.רולר הלחץ מחובר לציר ההולכה, ותבנית הטבעת מותקנת על סוגר קבוע.כאשר הציר מסתובב, הוא מניע את גלגלת הלחץ להסתובב.עקרון עבודה: ראשית, מנגנון השינוע מעביר את חומר הביומסה הכתוש לגודל חלקיקים מסוים (3-5 מ"מ) לתוך תא הדחיסה.לאחר מכן, המנוע מניע את הציר הראשי כדי להניע את גלגלת הלחץ לסיבוב, וגליל הלחץ נע במהירות קבועה לפיזור שווה של החומר בין גלגלת הלחץ לתבנית הטבעת, מה שגורם לתבנית הטבעת להידחס ולחיכוך עם החומר , רולר הלחץ עם החומר, והחומר עם החומר.במהלך תהליך סחיטת החיכוך, תאית והמיצלולוזה בחומר מתחברים זה לזה.במקביל, החום הנוצר מחיכוך סחיטה מרכך את הליגנין לחומר מקשר טבעי, מה שהופך את התאית, ההמיצלולוזה ורכיבים אחרים לקשורים זה לזה בצורה יציבה יותר.עם מילוי רציף של חומרי ביומסה, כמות החומר הנתון לדחיסה וחיכוך בחורי העובש היוצרים ממשיכה לגדול.במקביל, כוח הלחיצה בין ביומסה ממשיך לגדול, והוא מתכווץ ומתגבש כל הזמן בחור היציקה.כאשר לחץ האקסטרוזיה גדול מכוח החיכוך, הביומסה מופלטת ברציפות מחורי היציקה סביב תבנית הטבעת, ויוצרת דלק לייצור ביומסה עם צפיפות יציקה של כ-1g/Cm3.
1.2 בלאי של תבניות גיבוש:תפוקת המכונה הבודדת של מכונת הכדורים היא גדולה, עם דרגת אוטומציה גבוהה יחסית ויכולת התאמה חזקה לחומרי גלם.זה יכול לשמש באופן נרחב לעיבוד חומרי גלם ביומסה שונים, מתאים לייצור בקנה מידה גדול של דלקים ליצירת ביומסה צפופה, ועמידה בדרישות הפיתוח של תיעוש דלק ליצירת ביומסה צפופה בעתיד.לכן, מכונת גלולות עובש הטבעת נמצאת בשימוש נרחב.בשל נוכחות אפשרית של כמויות קטנות של חול וזיהומים אחרים שאינם ביומסה בחומר הביומסה המעובד, סביר להניח שזה יגרום לבלאי משמעותי בתבנית הטבעת של מכונת הכדורים.חיי השירות של תבנית הטבעת מחושב על סמך כושר הייצור.נכון לעכשיו, חיי השירות של תבנית הטבעת בסין הם רק 100-1000 ט.
הכישלון של תבנית הטבעת מתרחש בעיקר בארבע התופעות הבאות: ① לאחר שתבנית הטבעת פועלת במשך תקופה מסוימת, הקיר הפנימי של חור התבנית הנוצר נשחק והפתח גדל, וכתוצאה מכך לעיוות משמעותי של הדלק שנוצר;② שיפוע ההזנה של חור התבנית היוצר של תבנית הטבעת נשחק, וכתוצאה מכך ירידה בכמות חומר הביומסה שנדחס לתוך חור התבנית, ירידה בלחץ האקסטרוזיה וחסימה קלה של חור התבנית היוצר. הכשל של תבנית הטבעת (איור 2);③ לאחר חומרי הקיר הפנימי ומפחית בחדות את כמות הפריקה (איור 3);
④ לאחר בלאי החור הפנימי של תבנית הטבעת, עובי הדופן בין חלקי התבנית הסמוכים L הופך לדק יותר, וכתוצאה מכך ירידה בחוזק המבני של תבנית הטבעת.סדקים נוטים להתרחש בקטע המסוכן ביותר, וככל שהסדקים ממשיכים להתרחב, מתרחשת התופעה של שבר עובש טבעת.הסיבה העיקרית לבלאי הקל וחיי השירות הקצרים של תבנית הטבעת היא המבנה הבלתי סביר של תבנית הטבעת היוצרות (תבנית הטבעת משולבת עם חורי התבנית היוצרים).המבנה המשולב של השניים נוטה לתוצאות כאלה: לפעמים כאשר רק כמה חורי תבנית יוצרים של תבנית הטבעת נשחקים ואינם יכולים לעבוד, יש צורך להחליף את כל תבנית הטבעת, מה שלא רק מביא אי נוחות לעבודת ההחלפה, אבל גם גורם לבזבוז כלכלי גדול ומגדיל את עלויות התחזוקה.
1.3 עיצוב שיפור מבני של תבנית פורמינגעל מנת להאריך את חיי השירות של תבנית הטבעת של מכונת הכדורים, להפחית בלאי, להקל על החלפה ולהפחית את עלויות התחזוקה, יש צורך לבצע תכנון שיפור חדש לגמרי במבנה תבנית הטבעת.תבנית הדפוס המשובצת שימשה בתכנון, ומבנה תא הדחיסה המשופר מוצג באיור 4. איור 5 מציג את תצוגת החתך של תבנית הדפוס המשופרת.
עיצוב משופר זה מכוון בעיקר למכונת החלקיקים של עובש הטבעת עם צורת תנועה של רולר לחץ אקטיבי ותבנית טבעת קבועה.תבנית הטבעת התחתונה מקובעת על הגוף, ושני גלילי הלחץ מחוברים לפיר הראשי באמצעות לוח חיבור.תבנית היצירה מוטבעת על תבנית הטבעת התחתונה (באמצעות התאמת הפרעות), ותבנית הטבעת העליונה מקובעת על תבנית הטבעת התחתונה באמצעות ברגים ומהודקת על תבנית היצירה.יחד עם זאת, על מנת למנוע מהתבנית היווצרות לחזור עקב כוח לאחר שגלגלת הלחץ מתגלגלת ונעה רדיאלית לאורך תבנית הטבעת, משתמשים בברגים שקועים לקיבוע התבנית לתבנית הטבעת העליונה והתחתונה בהתאמה.על מנת להפחית את התנגדות החומר הנכנס לחור ולהפוך את הכניסה לחור התבנית נוחה יותר.הזווית החרוטית של חור ההזנה של תבנית היצירה המעוצבת היא 60 מעלות עד 120 מעלות.
לעיצוב המבני המשופר של תבנית היצירה יש את המאפיינים של ריבוי מחזורים וחיי שירות ארוכים.כאשר מכונת החלקיקים עובדת במשך תקופה מסוימת, אובדן החיכוך גורם לפתח התבנית היוצר להיות גדול יותר ופאסיבי.כאשר תבנית היווצרות השחוקה מוסרת ומתרחבת, ניתן להשתמש בה לייצור מפרטים אחרים של יצירת חלקיקים.זה יכול להשיג שימוש חוזר בתבניות ולחסוך בעלויות תחזוקה והחלפה.
על מנת להאריך את חיי השירות של הגרנולטור ולהפחית את עלויות הייצור, רולר הלחץ מאמץ פלדת מנגן גבוהה בפחמן עם עמידות בפני שחיקה טובה, כגון 65Mn.תבנית היצירה צריכה להיות עשויה מפלדה מקורבורת מסגסוגת או מסגסוגת ניקל כרום דלת פחמן, כגון המכילה Cr, Mn, Ti וכו'. עקב השיפור של תא הדחיסה, כוח החיכוך שחווים תבניות הטבעת העליונה והתחתונה במהלך הפעולה קטנה יחסית לתבנית היוצר.לכן, פלדת פחמן רגילה, כמו פלדת 45, יכולה לשמש כחומר לתא הדחיסה.בהשוואה לתבניות טבעות משולבות מסורתיות, זה יכול להפחית את השימוש בפלדת סגסוגת יקרה, ובכך להוזיל את עלויות הייצור.
2. ניתוח מכני של תבנית היווצרות של מכונת גלולות תבנית הטבעת במהלך תהליך העבודה של תבנית היצירה.
בתהליך היציקה, הליגנין שבחומר מתרכך לחלוטין בשל סביבת הלחץ והטמפרטורה הגבוהה שנוצרת בתבנית היציקה.כאשר לחץ האקסטרוזיה אינו עולה, החומר עובר פלסטיזציה.החומר זורם היטב לאחר הפלסטיקה, כך שניתן להגדיר את האורך ל-d.תבנית היצירה נחשבת לכלי לחץ, והלחץ על התבנית היוצר מפושט.
באמצעות ניתוח החישוב המכני לעיל, ניתן להסיק כי על מנת להשיג את הלחץ בכל נקודה בתוך התבנית היוצרת, יש צורך לקבוע את המתח ההיקפי באותה נקודה בתוך התבנית.לאחר מכן, ניתן לחשב את כוח החיכוך והלחץ במיקום זה.
3. מסקנה
מאמר זה מציע עיצוב חדש לשיפור מבני עבור תבנית היווצרות של כדורי עובש הטבעת.השימוש בתבניות יצירה משובצות יכול להפחית ביעילות את בלאי העובש, להאריך את חיי מחזור העובש, להקל על החלפה ותחזוקה ולהפחית את עלויות הייצור.במקביל, נערך ניתוח מכני על תבנית היצירה במהלך תהליך העבודה שלה, מה שמספק בסיס תיאורטי למחקר נוסף בעתיד.
זמן פרסום: 22-2-2024