Дослідження процесу брикетування біомаси шнековим механізмом

Abstract

Проведено аналіз процесу шнекового брикетування рослинних матеріалів у паливо та корми. Закономірності цього явища є підґрунтям для визначення раціональних параметрів робочих органів. При конструюванні брикетних пресів необхідно розглядати деформацію біомаси з урахуванням змінення фізичних і реологічних властивостей в момент взаємодії зі шнековим механізмом. Суттєвою перевагою шнекового брикетування є поєднання технологічного і транспортного процесів. Вони відбуваються безперервно з певною швидкістю. Властивості дисперсної сухої біомаси обумовлюються тим, що частинки сировини розділені прошарком повітря. Через прошарки діють сили молекулярного притягання, які забезпечують суху дифузію під час брикетування. Важливим фактором є тривалість знаходження брикету в камері формуючого пристрою при певній температурі. Визначено, що процес ущільнення біомаси шнековим механізмом до стану брикетів відбувається у три етапи. На першому етапі виникають напруги, що призводять до деформації сировини нелінійного характеру. На другому етапі зростаюче навантаження призводить до критичної комбінації напруг, коли встановлюється рівновага між внутрішніми силами опору біомаси і силами дії робочих органів. На третьому етапі подальше збільшення навантаження призводить до розвитку пластичних деформацій. Теоретично досліджено явище ущільнення біомаси шнековим робочим органом. Отримані формули визначають зв'язок тиску в каналі шнекового механізму з його довжиною. Тиск зростає за експоненціальною залежністю в міру просування від приймального бункера до формуючого каналу. Зазначені рівняння достовірні з точністю до прийнятих допущень про сталість коефіцієнтів тертя та про справедливість моделі переміщення пресової біомаси без зворотних потоків. Встановлено, що при відходженні матеріалу від витка шнека і збільшені поверхні тертя, сумарна величина стримуючого моменту зростає. Це призводить до відносного провертання шарів і кожний наступний шар обертається повільніше попереднього. Тому біля витка швидкість обертання біомаси найбільша, а на відстані обертання зменшується і матеріал переміщується тільки поступово. Шнекове брикетування має істотний недолік, зокрема при збільшенні щільності брикетів, пропускна здатність преса зменшується. Це проблемне питання є напрямком подальших досліджень.

Проведен анализ процесса шнекового брикетирования растительных материалов в топливо и корма. Закономерности этого явления определяют рациональные параметры рабочих органов. При конструировании брикетных прессов необходимо рассматривать деформацию биомассы с учетом изменение физических и реологических свойств в момент взаимодействия со шнековым механизмом. Существенным преимуществом шнекового брикетирования является сочетание технологического и транспортного процессов. Они происходят непрерывно с определенной скоростью. Свойства дисперсной сухой биомассы обуславливаются тем, что частицы сырья разделены прослойкой воздуха. Через прослойки действуют силы молекулярного притяжения, которые обеспечивают сухую диффузию при брикетировании. Важным фактором является продолжительность нахождения брикета в камере формирующего устройства при определенной температуре. Определено, что процесс уплотнения биомассы шнековым механизмом до свойств брикетов происходит в три этапа. На первом этапе возникают напряжения, которые приводят сырьё к деформации нелинейного характера. На втором этапе возрастающая нагрузка приводит к критической комбинации напряжений, когда устанавливается равновесие между внутренними силами сопротивления биомассы и силами действия рабочих органов. На третьем этапе дальнейшее увеличение нагрузки вызывает развитие пластических деформаций. Теоретически исследовано явление уплотнения биомассы шнековым рабочим органом. Полученные формулы определяют связь давления в канале шнекового механизма с его длиной. Давление возрастает по экспоненциальной зависимости по мере продвижения от приемного бункера к формирующему каналу. Указанные уравнения достоверны с точностью до принятых допущений о постоянстве коэффициентов трения и о справедливости модели перемещения прессуемой биомассы без обратных потоков. Установлено, что при удалении материала от витка шнека и увеличении поверхности трения, суммарная величина сдерживающего момента возрастает. Это приводит к относительному проворачиванию слоев и каждый последующий слой вращается медленнее предыдущего. Поэтому возле витка скорость вращения биомассы наибольшая, а при увеличении расстояния вращение уменьшается и материал перемещается только поступательно. Шнековое брикетирование имеет существенный недостаток, в частности при увеличении плотности брикетов, пропускная способность пресса уменьшается. Этот проблемный вопрос является предметом дальнейших исследований.

The analysis of the process of auger briquetting of plant materials into fuel and feed is carried out. The patterns of this phenomenon are the basis for determining the rational parameters of the working bodies. When designing briquette presses it is necessary to consider deformation of biomass taking into account change of physical and rheological properties at the moment of interaction with the auger mechanism. A significant advantage of auger briquetting is the combination of technological and transport processes. They occur continuously at a certain rate. The properties of dispersed dry biomass are due to the fact that the raw material particles are separated by a layer of air. Molecular attraction forces act through the layers, which provide dry diffusion during briquetting. An important factor is the duration of the briquette in the chamber of the forming device at a certain temperature. It is determined that the process of compaction of biomass by the auger mechanism to the state of briquettes occurs in three stages. At the first stage there are stresses that lead to deformation of raw materials of nonlinear nature. In the second stage, the increasing load leads to a critical combination of stresses, when an equilibrium is established between the internal forces of resistance of biomass and the forces of action of the working bodies. In the third stage, a further increase in load leads to the development of plastic deformations. The phenomenon of biomass compaction by an auger working body is theoretically investigated. The obtained formulas determine the relationship between the pressure in the channel of the auger mechanism with its length. The pressure increases exponentially as biomass move from the receiving hopper to the forming channel. These equations are reliable to the accepted assumptions about the constancy of the friction coefficients and the validity of the model of displacement of pressurized biomass without reverse flows. It is established that with the departure of the material from the auger coil and increased friction surfaces, the total value of the restraining moment increases. This leads to a relative rotation of the layers and each subsequent layer rotates slower than the previous one. Therefore, at the turn, the speed of rotation of biomass is the highest, and at the distance of rotation decreases and the material moves only gradually. The auger briquetting has a significant disadvantage, in particular with increasing density of briquettes, the productivity of the press decreases. This problematic issue is the direction of further research.