CN106671466A - 用于植物秸秆脱水的螺旋挤压机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于植物秸秆脱水的螺旋挤压机，包括：机架、螺旋主轴、驱动装置、筛筒、密封罩、进料口和出料口；其中，螺旋主轴包括：位于进料口下方的用于适应进料量波动大的进料直轴段；与进料直轴段末端连接的用于挤压输送物料的输送段；与输送段末端连接的用于形成连续料塞以便提高出料干度的出料直轴段，其一部分位于出料口的上方；其中，进料直轴段、输送段上的螺旋叶片的螺距不变；其中，出料口处设置具有背压盘的背压盘结构。本发明的螺旋挤压机，适应于植物秸秆综合利用生产生物质燃料的预处理过程，适应于波动量大的进料方式，挤出秸秆物料干度达到40‑55％，运行稳定、不堵塞、动力消耗低。
Description
技术领域
本发明涉及植物秸秆综合利用生产生物质燃料的预处理技术领域，具体涉及一种用于植物秸秆脱水的螺旋挤压机。
背景技术
螺旋挤压机是一种机械挤压脱水装置，目前，所有形式的螺旋挤压机，基本都是采用变径、变螺距的主轴，物料通过变螺距的螺旋叶片和变径的螺旋主轴，逐步压缩物料体系体积，将其中的具有流动性的介质通过筛网排出体系，实现固液分离，以提高物料干度。
各种物料的组织结构形态和物理特性具有本质的区别，在螺旋挤压脱水过程中，表现的脱水能力及脱水机理也完全不同。
通过化学品高温处理的造纸浆料，组成体系的固体物部分，宏观结构已经破坏(维持物料结构强度的木质素溶出或破坏，植物的宏观结构已经坍塌)，挤压后塑性较好，挤压后的塑性外形不易反弹，体积回弹量小，也就是体积回弹后对挤出液的返吸量小，比较容易挤压脱水，适合于变径、变螺距结构形式的螺旋挤压机。
水洗涤后的植物秸秆、未经高温及大量化学品处理的烟杆浆、中草药浸渍后的物料等，与造纸浆料性质完全不同，以上几种物料，一是在处理过程中，只提取了其中的水溶性或其它溶剂性溶出物，组成植物结构强度的木质素、纤维素、与木质素有化学键结合的半纤维素，基本还在，即使被切断、粉碎成小尺寸，其微观结构强度还基本保有；溶出物溶出后，物料多孔隙，吸水性比原物料更强；这类物料的挤压脱水，在挤压脱水过程中抗压能力强，组织结构内部的水挤出动力消耗大；即使挤出，由于挤压后物料塑性变形回弹性强，挤压后极易反弹吸液，难以达到较高的出料干度，且极易局部过脱水造成干结团堵塞设备，目前主要使用造纸行业传统的各类挤压脱水设备，干度难以稳定达到30％，而且由于这类物料易聚团，进料量波动大，难以稳定运行。
植物秸秆综合利用生产生物质燃料的预处理过程，急需一种用于植物秸秆脱水的螺旋挤压机，既能适应波动量大的进料方式，挤出秸秆物料干度又能达40-55％，提高汽爆罐装料量，节约蒸汽，提高汽爆效果，且运行稳定，动力消耗低。
目前，这一领域尚没有适用的挤压脱水机。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种用于植物秸秆脱水的螺旋挤压机，适应于植物秸秆综合利用生产生物质燃料的预处理过程，适应于波动量大的进料方式，挤出秸秆物料干度达到40-55％，且运行稳定、不堵塞、动力消耗低。
为实现本发明的上述目的，本发明的用于植物秸秆脱水的螺旋挤压机包括：机架；安装在机架上且相对机架转动的螺旋主轴；驱动螺旋主轴旋转的驱动装置；位于机架上且罩设在螺旋主轴外的筛筒；安装在机架上且罩设在筛筒外的密封罩；设置在机架两端的进料口和出料口；其中，所述螺旋主轴包括：位于所述进料口下方的用于适应进料量波动大的进料直轴段；与进料直轴段末端连接的用于挤压输送物料的输送段；与输送段末端连接的用于形成连续料塞以便提高出料干度的出料直轴段，其一部分位于所述出料口的上方；其中，所述进料直轴段、输送段上的螺旋叶片的螺距不变；其中，所述出料口处设置具有用于打开或堵塞物料出口背压盘的背压盘结构。
优选的，所述进料直轴段、输送段、出料直轴段为直径相同的直轴。
优选的，所述出料直轴段具有用于使所述物料形成连续料塞的光轴段。
其中，所述筛筒包括：内筛板；设置在内筛板外的外筛板；设置在外筛板外的筛框；其中，所述内筛板、外筛板焊接在所述筛框上。
优选的，所述筛筒的直径与所述螺旋主轴的直径之差小于600mm。
优选的，所述内筛板的筛孔直径为3-5mm，外筛板的筛孔直径为20-30mm。
优选的，所述内筛板的板厚为3-5mm，外筛板的板厚为12-18mm。
优选的，所述光轴段的轴向长度为所述螺旋叶片直径的0.35-1.2倍。
优选的，所述螺旋主轴上靠近出料口处的至少2个螺旋叶片、至少2个螺旋叶片所在处的螺旋主轴以及所述筛筒的内筛板表面喷涂耐磨材料，使布氏硬度大于HB400。
优选的，喷涂所述耐磨材料采用电弧喷涂的方法。
与现有技术相比，本发明的用于植物秸秆脱水的螺旋挤压机具有如下优点：
1、本发明的螺旋挤压机，螺旋主轴为直径不变、螺距不变的主轴，使得植物秸秆在螺旋挤压机内挤压脱水时，可减小脱水阻力，提高进料端物料的充满系数，增加初期脱水量，尤其是进料端螺旋叶片的数量减少，可降低物料与机体之间的总摩擦力，降低动力消耗，且运行稳定，不堵塞，动力消耗低；
2、本发明的螺旋挤压机，螺旋主轴上的螺旋叶片数量少，使得物料脱水阻力小，但物料结构强度大、组织结构内部水分脱出阻力大，通过设置光轴段和背压盘，可以提高出料端挤压强度，从而提高出料干度；
3、本发明的螺旋挤压机，由于螺旋叶片少，使得螺旋主轴长度减小，相对现有技术的挤压机而言，增加了整个挤压机的径向厚度，减小了轴向长度，从而减小物料与机体之间的摩擦面积，可以降低动力消耗；
4、本发明的螺旋挤压机，通过合理设计无螺旋叶片空白区(即光轴段)轴向长度和主轴与筛框筛筒的直径之比，在背压盘的配合下，可以连续形成足够强度的料塞区，以稳定达到出料干度要求，降低料塞区高紧度物料与筛框的摩擦面积，降低动力消耗。
5、本发明的螺旋挤压机，排水口设置在螺旋主轴的输送段下方，物料脱水后形成的水分可以直接从排水口排出，有效防止物料挤出液回吸，确保出料干度达到要求。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本发明的用于植物秸秆脱水的螺旋挤压机的主视图；
图2是图1所示螺旋挤压机的俯视图；
图3是图1所示螺旋挤压机的右视图；
图4是本发明的筛框、内筛板、外筛板构成圆筒形筛筒的装配示意图；
图5是本发明的筛框展开后的示意图；
图6是本发明的内筛板展开后的结构示意图；
图7是图6所示I部分放大图；
图8是本发明的外筛板展开后的结构示意图；
图9是本发明的背压盘的结构示意图；
图10是图9所示背压盘的左视图。
具体实施方式
如图1-图3所示，分别为本发明提供的用于植物秸秆脱水的螺旋挤压机的主视图、俯视图和右视图，由图可知，本发明的螺旋挤压机包括：机架1；安装在机架1上且相对机架1转动的螺旋主轴；驱动螺旋主轴旋转的驱动装置；位于机架1上且罩设在螺旋主轴外的筛筒15；安装在机架1上且罩设在筛筒15外的密封罩9；设置在机架1两端的进料口2和出料口3；其中，螺旋主轴包括：位于密封罩9进料口2下方的用于适应进料量波动大的进料直轴段16；与进料直轴段16末端连接的用于挤压输送物料的输送段4；与输送段4末端连接的用于形成连续料塞以便提高出料干度的出料直轴段14，其一部分位于密封罩9的出料口3的上方；其中，进料直轴段16、输送段4上的螺旋叶片的螺距不变；其中，出料口3处设置具有用于打开或堵塞物料出口的背压盘10的背压盘结构。
具体的，如图1-图3所示，本发明的螺旋挤压机包括机架1，带有螺旋叶片13的螺旋主轴的两端分别通过轴承室8转动安装在机架1上，轴承室8内有滚动轴承和推力轴承，轴承室8固定在机架1的支撑体上，螺旋主轴的一端是动力输入端，与驱动装置连接，如通过联轴器与减速机、皮带传动系统、电机连接，由于螺旋挤压机出口端的挤压强度远高于进口端，使得整个设备的主要动力负荷在出口端，因此，本发明将驱动装置安装在螺旋挤压机的出料口一端。
其中，本发明的螺旋主轴外罩有圆筒形的筛筒15，如图4所示，筛筒15是内筛板5、外筛板6焊接在带有加强筋板的两个半圆形筛框7(筛框展开图如图5所示)上，两个半圆形筛框7通过螺栓紧固在一起组成；如图6、图7所示，内筛板5展开后为长方形板(也可以为正方形板)，内筛板5的板厚为3-5mm，筛孔直径为Φ3-5mm，如图8所示，外筛板6展开后为长方形板(也可以为正方形板)，外筛板6的板厚为12-18mm，筛孔直径为Φ20-30mm，筛筒15的两端用螺栓固定在机架1支撑板上。筛筒15外罩设有密封罩9，与安装在机架1上且位于密封罩9底部的接水盘11用螺栓紧固密封，接水盘11中间是排水口12，密封罩9的作用是密封筛筒排出的液体，使之进入接水盘排出。从图1看到进料口2中部的虚线部分，是在进料口2下部、螺旋主轴底部设置的半圆形筛框，进料口2是由与底部接水盘连接的位于螺旋主轴两侧的一对密封直板围成，物料从一对密封直板的上部开口处进入。出料口3处也由位于螺旋主轴两侧的一对密封直板围成，采用上下直通的结构，在下面的开口处出料，上面的开口用作观察取样口，以便于对出料情况进行随时观察。由于排水口12位于进料口2和出料口3之间，便于将物料脱水处理后形成的液体(如水)排出。本发明将出料口设置在下方，便于出料并防止出料口被堵塞。
其中，如图1所示，本发明的螺旋主轴包括进料直轴段16、输送段4和出料直轴段14，其中，进料直轴段16、输送段4、出料直轴段14具有相同的直径，即，螺旋主轴具有不变径的直轴，且由于秸秆之间的游离水极易脱水，不需挤压就能脱除一部分，因此，本发明的螺旋主轴上的螺旋叶片的螺距不变。
其中，本发明的出料直轴段14具有用于使物料形成连续料塞的无螺旋叶片13的光轴段。由于出料直轴段14具有光轴段，使得从进料口2进入的依次经进料直轴段和输送段进入到光轴段的秸秆物料在光轴段形成料塞，料塞使秸秆因挤压而脱水，在背压盘10堵住出料口3的情况下，位于光轴段的连续料塞的秸秆物料被充分挤压，从而使干度可达到40-55％，稳定达到出料干度要求。
优选的，本发明的螺旋主轴出料端料塞形成区(即光轴段)的轴向长度为螺旋叶片13直径的0.35-1.2倍，相对现有技术来说，减少了挤压脱水区的长度，从而降低料塞区高紧度物料与筛筒之间的摩擦面积，降低动力消耗；而筛筒15的内部直径(即，内筛板围成的圆筒的内径)与光轴段的直径之差小于600mm；进料直轴段上的螺旋叶片的数量为2-4个，优选的，进料直轴段上设置3个螺旋叶片，而整个螺旋主轴上的螺旋叶片的数量为4-8个，优选的，螺旋主轴上采用6个螺旋叶片。
本发明通过减少螺旋主轴的长度及螺旋主轴上的螺旋叶片的数量，缩短螺旋挤压机的整体长度，可降低物料与螺旋挤压机的各部分之间的摩擦面积，从而减小摩擦力，加大单位时间内的体积压缩量，降低驱动装置的动力消耗，适应秸秆物料快速脱水的特性，可达到出料干度要求，使得出料干度可达到40-55％，远高于现有技术挤压机的出料干度。
其中，螺旋主轴上靠近出料口处的最后2个螺旋叶片13、2个螺旋叶片所在区域到出料端的螺旋主轴、以及筛筒15的内筛板5表面分别喷涂耐磨材料，以使布氏硬度大于HB400，优选的，上述各部分的表面电弧喷涂3Cr13耐磨材料，以便螺旋主轴、螺旋叶片和筛板等主要部件使用寿命加长。
综上，本发明的螺旋主轴4，其进料端(与进料口位置相对应的一端)、输送段、出料端(与出料口位置相对应的一端)的轴径一致，适应于波动量大的进料方式，螺旋叶片的螺距从进料端向出料端方向保持恒定，便于加工，也便于快速进料与输送秸秆，提高进料端物料的充满系数，增加初期脱水量。
其中，本发明在出料口附近还设置背压盘结构，具有用于打开或堵塞物料出口的背压盘10，配合无螺旋叶片13的光轴段形成料塞形成区，控制和提高出料干度。优选的，背压盘结构采用气动背压盘结构，气动背压盘结构的动作原理与现有技术的气动背压盘结构的原理相同，在本发明中，背压盘结构如图9、图10所示，其背压盘10为中心开有通孔的圆盘，螺旋主轴的末端穿过背压盘中心的通孔。在设计时，本发明的背压盘结构安装在筛筒15与出料口外的直轴段位置上方，背压盘的外边缘直径大于筛筒15的直径，以使得背压盘前移时，可以堵住光轴段与筛筒15之间的空隙，以起到使物料堵塞的作用。
在开机时，背压盘在气缸一定气压的推动下堵住光轴段与筛筒15之间的物料出口，从而使物料不能从出料口排出，随着进料口不断进料，螺旋叶片推动物料的压力越来越大，脱水干度进一步提高，出料口料塞形成区(即光轴段)的料塞紧度越来越大，当出料干度达到要求时，螺旋叶片推动料塞的作用力大于背压盘气缸压力，背压盘被料塞推开，连续出料，此时料塞已经稳定形成，挤出秸秆干度稳定，可将背压盘退出，物料从出料口掉出。
本发明所述的用于植物秸秆脱水的螺旋挤压机，主要应用于生物质燃料生产领域的秸秆预处理，秸秆切断至长10-60mm，经水洗涤或化学品溶液处理后的植物秸秆，在本发明的螺旋挤压机脱水后，在进料量波动幅度较大的情况下，出料干度仍可稳定达到40-55％，水溶物去除量提高，同时，秸秆被挤压搓揉并撕裂压实，汽爆罐装料量增加，节约蒸汽，提高了汽爆效果，有利于后续工艺处理，且动力消耗低，运行稳定，螺旋主轴、螺旋叶片和筛板寿命长。
本发明的螺旋挤压机可应用于物料汁液提取行业，提取率远高于目前所用的各种挤压机，效果显著，如烟草行业的烟杆浆挤压脱水、中草药提取液的挤压脱水、茶叶及饮品的汁液提取等。
综上所述，与现有技术相比，本发明的用于植物秸秆脱水的螺旋挤压机具有如下优点：
1、本发明的螺旋挤压机，螺旋主轴为直径不变、螺距不变的主轴，使得植物秸秆在螺旋挤压机内挤压脱水时，可减小脱水阻力，提高进料端物料的充满系数，增加初期脱水量，尤其是进料端螺旋叶片的数量减少，可降低物料与机体之间的总摩擦力，降低动力消耗，且运行稳定，不堵塞，动力消耗低；
2、本发明的螺旋挤压机，螺旋主轴上的螺旋叶片数量少，使得物料脱水阻力小，但物料结构强度大、组织结构内部水分脱出阻力大，通过设置光轴段和背压盘，可以提高出料端挤压强度，从而提高出料干度；
3、本发明的螺旋挤压机，由于螺旋叶片少，使得螺旋主轴长度减小，相对现有技术的挤压机而言，增加了整个挤压机的径向厚度，减小了轴向长度，从而减小物料与机体之间的摩擦面积，可以降低动力消耗；
4、本发明的螺旋挤压机，通过合理设计无螺旋叶片空白区(即光轴段)轴向长度和主轴与筛框筛筒的直径之比，在背压盘的配合下，可以连续形成足够强度的料塞区，以稳定达到出料干度要求，降低料塞区高紧度物料与筛框的摩擦面积，降低动力消耗。
5、本发明的螺旋挤压机，排水口设置在螺旋主轴的输送段下方，物料脱水后形成的水分可以直接从排水口排出，有效防止物料挤出液回吸，确保出料干度达到要求。
尽管上文对本发明作了详细说明，但本发明不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于植物秸秆脱水的螺旋挤压机，包括：
机架；
安装在机架上且相对机架转动的螺旋主轴；
驱动螺旋主轴旋转的驱动装置；
位于机架上且罩设在螺旋主轴外的筛筒；
安装在机架上且罩设在筛筒外的密封罩；
设置在机架两端的进料口和出料口；
其特征在于，所述螺旋主轴包括：
位于所述进料口下方的用于适应进料量波动大的进料直轴段；
与进料直轴段末端连接的用于挤压输送物料的输送段；
与输送段末端连接的用于形成连续料塞以便提高出料干度的出料直轴段，其一部分位于所述出料口的上方；
其中，所述进料直轴段、输送段上的螺旋叶片的螺距不变；
其中，所述出料口处设置具有用于打开或堵塞物料出口背压盘的背压盘结构。
2.根据权利要求1所述的螺旋挤压机，其特征在于，所述进料直轴段、输送段、出料直轴段为直径相同的直轴。
3.根据权利要求1或2所述的螺旋挤压机，其特征在于，所述出料直轴段具有用于使所述物料形成连续料塞的光轴段。
4.根据权利要求1或2所述的螺旋挤压机，其特征在于，所述筛筒包括：
内筛板；
设置在内筛板外的外筛板；
设置在外筛板外的筛框；
其中，所述内筛板、外筛板焊接在所述筛框上。
5.根据权利要求4所述的螺旋挤压机，其特征在于，所述筛筒的直径与所述螺旋主轴的直径之差小于600mm。
6.根据权利要求4所述的螺旋挤压机，其特征在于，所述内筛板的筛孔直径为3-5mm，外筛板的筛孔直径为20-30mm。
7.根据权利要求4所述的螺旋挤压机，其特征在于，所述内筛板的板厚为3-5mm，外筛板的板厚为12-18mm。
8.根据权利要求3所述的螺旋挤压机，其特征在于，所述光轴段的轴向长度为所述螺旋叶片直径的0.35-1.2倍。
9.根据权利要求1或2所述的螺旋挤压机，其特征在于，所述螺旋主轴上靠近出料口处的至少2个螺旋叶片、至少2个螺旋叶片所在处的螺旋主轴以及所述筛筒的内筛板表面喷涂耐磨材料，使布氏硬度大于HB400。
10.根据权利要求8所述的螺旋挤压机，其特征在于，喷涂所述耐磨材料采用电弧喷涂的方法。
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