Определение параметров оборудования для производства пеллет

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЕЛЛЕТ

Федоренчик А.С., Гайдукевич Д.М.

В настоящее время во всем мире в связи с истощением запасов ископаемых видов топлива ведутся активные исследования по использованию биотоплива. Для отопительных целей одним из перспективных направлений является использование гранулированного биотоплива (пеллет) из отходов деревообрабатывающих и сельскохозяйственных производств, как это происходит в странах Западной Европы, где ежегодно производится и продается до 5 миллионов тонн этого вида топлива.

Поскольку в общем объеме затрат на производство топливных гранул энергозатраты составляют до 20%, а также с целью выбора оптимальных параметров механизмов, узлов и деталей базового технологического оборудования, нами проведены исследования физико-механических характеристик процесса пеллетообразования.

Пеллеты образуются посредством прессования под давлением сотни атмосфер, предварительно измельченных отходов растительного происхождения в многочисленные отверстия (фильеры) в корпусе матрицы, где собственно и происходит процесс агрегатирования. Поэтому в первую очередь при разработке оборудования необходимо учесть условия, обеспечивающие процесс образования пеллет, определить параметры процесса, а затем обеспечить эти параметры с помощью соответствующего оборудования. Для достижения этой цели используются результаты экспериментов по прессованию сыпучего материала в недеформируемой цилиндрической капсуле. В результате определяется уравнение состояния деформируемой среды, выражающее собой зависимость давления прессования Р_пр от степени сжатия л, характеризующей изменения первоначального объема недеформированной среды. Предельные значения л_пр изменяются в широких пределах от л_пр = 1,3 для торфа до л_пр = 7 для древесных опилок.

Уравнение состояния деформируемой среды используются далее для расчета энергии формообразования единицы объема исходного материала, необходимой для последующего энергетического анализа и расчета параметров прессового оборудования. Для оценки верхнего значения энергии формообразования E(л) связь между давлением и степенью сжатия апроксимировалась линейной зависимостью, тогда

прессовый оборудование биотопливо деревообрабатывающий

(1)

Для определения вклада в (1) энергии, соответствующей работе сил трения о стенки цилиндрического отверстия фильеры, принималось, что сила давления передающаяся на боковую поверхность, пропорциональна величине давления в продольном направлении, с коэффициентом пропорциональности µ (µ­аналог коэффициента Пуассона). В указанном приближении приходим к расчетной формуле, характеризующей эффективность прессования через коэффициент полезного действия

, (2)

где f - коэффициент трения;

- соответствующий параметр формы отверстия фильеры (рис. 1).

Для определения распределения давления по глубине х в самой фильере, рассматривалось равновесие элементарного слоя между двумя текущими сечениями х и х+dх, на которые действуют нормальные давления Р(х) и Р(х+dх), а равновесие достигается за счет сил трения, возникающего на боковой поверхности площадки ПDdx. В результате из уравнения баланса приходим к распределению

(3)

и критерию отсутствия заклинивания при выполнении которого спрессованный материал будет выдавливаться из фильеры. А именно, это условие имеет вид:

, (4)

где - отношение предельного давления к атмосферному.

Углы б и в (рис. 2) также должны удовлетворять условию

, (5)

где µ и E модули Пуассона и Юнга для спрессованного материала пеллеты;

с - аналог угла трения [1].

Условие (5) обеспечивают исключение разрушения (растрескивания) спрессованной пеллеты при выходе из фильеры и самоторможение сыпучей среды в приемном гнезде, параметр I в котором определяют соответствие объема приемной (конической) и цилиндрической частей фильеры.

Рис. 1 Основные параметры и схема действия сил в фильере

Формулы (1) - (5) используются для определения параметров фильерной платформы (матрицы) на которой осуществляется прессование с помощью катка, вращающегося со скоростью щ и имеющего скорость центра V_c (рис. 2).

Рис. 2 Расчетная схема для определения параметров фильерной матрицы

В первую очередь параметры должны удовлетворять требованию захвата материала в зону прессования, т.е. в область контакта катка и матрицы. Для выполнения этого требования необходимо чтобы суммарная сила, действующая на частицу измельченного сырья, контактирующую с катком, была направлена в зону прессования. Рассматривая предложенный случай ц=цm.(рис.2) с учетом Fтр=fN приходим к условию:

где u_о - высота слоя сыпучего материала, расположенного на матрице, которому должны удовлетворять параметры u_о и r_к для осуществления процесса захвата материала в зону прессования. Последнее требование можно усилить кинематическим соотношением:

щ(r_к - u_о)? V_c, (7)

обеспечивающим режим ускоренной подачи материала в зону прессования, и увеличивающим производительность процесса.

Для определения параметров проектируемого процесса и в первую очередь требуемой мощности, необходимо определить силу и мощности производственных сопротивлений приложенных к его исполнительному органу. Для определения последних использовалась расчетная схема, представленная на рис. 3.

Рис. 3 Расчетная схема для определения силы и мощности, затрачиваемых на процесс прессования

Силу давления dN, действующую на элемент площади поверхности катка, расположенный под углом ц и опирающийся на угол dц определим по величине давления возникающего в избранной зоне.

В свою очередь величину давления находим по степени сжатия в окрестности выделенного элемента

Определив по значению dN величину dF_тр = fN находим итоговое выражение для момента M_сопр сил трения, относительно центра катка

(9)

где I = (10)

Суммируя силы dF_тр и dN находим выражения для проекций равнодействующей на координатные оси x и y.

(11)

. (12)

По найденным характеристикам M_сопр, R_x и R_y в соответствии со стандартной методикой расчета фрикционных передач можно определить остальные параметры прессового оборудования по которым осуществляется подбор и модернизация узлов и деталей для производства гранул.

Литература

1. Иванов, М. Н. Детали машин / М. Н. Иванов. М: Высшая школа, 1991г. 383 с.

Размещено на Allbest.ru