CN102258902B - 一种单螺杆脱水、干燥、膨化设备 - Google Patents
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Abstract
一种单螺杆脱水、干燥、膨化设备属于脱水装置。本发明包括丝杠机架调整机构、机架、电机、减速齿轮机构、螺杆动密封、上机筒、排水口、下机筒、排水口滤网、机筒平整模块、分离螺杆、机筒屏障模块、加热冷却装置、排气口滤网、机头控压装置及自动控制系统。机架调整装置一端与地面固定，另一端固定在可调倾角机架上，用于调整机架倾角。机筒上开槽安装滤网，并在机筒上开有排气孔。机头控压装置与机筒出口相连，通过调整阻尼板的位置控制出口物料的压力。针对连续螺旋压滤机对物料挤压效果不强的问题，本发明通过设置变螺距双螺纹设计，较好的实现了建压效果，同时通过设置可调整俯仰角的机架，利用重力效果提高了设备的脱排水效果。
Description
技术领域
本发明涉及对高含水率物料进行脱水、干燥等操作以降低含水率的高效脱水装置，同时涉及物料摩擦破碎、挤出膨化、细胞破壁的膨化成型装置。
背景技术
挤压脱水是利用机械压缩，将粘稠固液混合物通过滤布分离成固体和澄清液体的操作，是一种高度脱液的固液分离技术。被广泛应用于化工、冶金、矿山、能源、染料、颜料、无机化工、石油化工、生物化工、制药、食品、环保与污水处理等领域。
目前常用的挤压脱水装置可以分为筒式/板框式压滤机、带式压滤机、连续螺旋压滤机等三种。
筒式/板框式压滤机是常用的脱水机械中结构最简单的一种。主要是利用液压装置向过滤筒中的料浆施加恒定的压力，并保持一段时间，再将滤饼取出。其优点在于能够较为方便的对脱水工艺过程进行控制，并能够保证经过压榨后滤饼含湿率的稳定性。主要缺点在于压榨过程不连续，生产效率不高。对于生物类物料的压滤脱水过程中，由于物料颗粒细小，将形成含水结块，因此筒式/板框式压滤机只能将物料含水率从90％左右降低到70％左右。
带式压滤机也是较为常用的一种压滤机械，利用双层网带夹着料浆在挤压脱水辊上受挤压和剪切作用进行固液分离。优点是可以对料浆进行连续压榨，生产效率较筒式/板框式压滤机高，但是其结构较为复杂且为开放式，设备维护复杂且对料浆有一定的适用要求，如果料浆含水率过高或流动性过大，物料将随着加压过程流出，无法建立过滤压力，带式压滤机将无法适用。
连续螺旋压滤机主要有一个螺杆和一个带渗流面的圆筒组成。当螺杆转动时，物料受到挤压而使液体从渗流面渗出，降低滤饼的含湿量，是一种高度脱液的分离机械。料浆和滤饼在该类机械中处于多维压榨状态。连续螺旋压滤机在操作上自动化程度高、结构较为简单，具有节能、环保的优点。但是在实际生产中连续螺旋压滤机对物料的敏感性高，加工高湿高粘物料时容易出现物料回流或物料包辊等现象，导致物料在压榨过程中的压力不够高。
发明内容
针对筒式/板框式压滤机生产效率不高的问题，本发明实现了挤压脱水的连续化生产。同时由于螺杆对于物料的搅动，避免了水分被封闭在物料团内部的情况。因此对于对水份吸附性不强的物料，挤压脱水效果与效率要好于筒式/板框式压滤机。对于水份吸附性强的物料，单纯挤压脱水效果虽不如筒式/板框式压滤机，但结合加热脱水作用后，整体脱水效率比筒式/板框式压滤机高。
针对带式压滤机占地面积大、结构复杂、对高含水率物料不适用的问题，本发明实现了对物料的密闭脱水，设备占地面积小，对于不同含水率的物料都可适用。
本发明所涉及的装置如附图1，该设备包括丝杠机架调整机构1、机架2、电机3、减速齿轮机构4、螺杆动密封5、加料口6、上机筒7、排水口8、下机筒9、排水滤网10、机筒平整块11、分离螺杆12、机筒屏障块13、加热冷却装置14、排气口滤网快换装置15、机头控压装置16。丝杠机架调整机构一端与地面固定，另一端固定在机架上，用于调整机架倾角。电机及减速齿轮机构以及机筒副固定在机架上，当丝杠机架调整机架倾角时，设备随着机架改变倾角调整后设备状态如图6，调整后机架与水平方向夹角在0°到15°之间。电机及减速齿轮机构以及机筒副机筒副由上下机筒连接而成固定在可调角机架上，电机通过皮带传动装置与减速齿轮机构相连，或者通过联轴器与减速齿轮机构输入轴相连，减速齿轮机构的输出轴与安装在机筒中的分离螺杆通过花键套或联轴器相连接，分离螺杆伸入机筒副中，分离螺杆根部使用螺杆动密封进行密封。机筒副另一侧机筒出口与机头控相连，机头通过调整其出口的大小控制含水物料在机筒内压力的大小。排水口截面图如5所示。
其特征在于，分离螺杆12分为单螺螺杆纹段、屏障螺杆段、排气螺纹段、双螺纹螺杆段。
单螺纹螺杆段，加料口端设置深螺槽段，长度为5-8倍单螺纹螺距，槽深为1/10到1/5倍分离螺杆直径之间，另一端设置浅螺槽，螺槽深度为1/8到1/12倍分离螺杆直径之间，浅螺槽长度为5-8倍单螺纹螺距，单螺纹螺杆段的总长度为15-25倍单螺纹螺距，深螺槽与浅螺槽之间均匀过度，即螺杆段螺杆深螺槽与浅螺槽根部在同一个圆锥面上，单螺纹螺杆段有断开螺纹与机筒屏障块配合。
在单螺纹螺杆段中，有一处断开的螺纹，螺纹断开位置在机筒屏障模块处，主要用于与机筒屏障模块配合，增大物料在螺杆内的压力。螺纹断开位置可选，在加工不同物料时，配合机筒副内壁上环形槽的位置，可以将螺纹断开的位置进行调整。设置变槽深螺纹段的目的在于增加物料在螺槽中的建压效果，从而获得更好的脱水效果。
在单螺纹螺杆段之后设置屏障螺纹段，屏障螺杆段将单螺纹螺杆处输送来的物料分别送入10-12个槽深很浅的小螺槽中，且螺纹旋向与单螺纹螺杆段相反且螺纹的螺距远大于单螺纹螺杆段，屏障螺纹段长度约为2-3倍单螺纹螺杆段的螺距。设置屏障螺纹段的作用在于进一步增加物料的压力。
在屏障螺纹段后设置排气螺纹段。排气螺纹段螺杆是单螺纹构型，其螺距与单螺纹螺杆段相同，排气螺纹段的长度大约是5-8倍单螺纹螺杆段的螺距，其螺槽深度较深，用以减小物料压力以便排气。排气螺纹段的后端，设置双螺纹螺杆段，双螺纹螺杆段是分离螺杆的末段，双螺纹螺杆段在主螺纹的基础上增加一段附加螺纹，附加螺纹螺距与主螺纹相同。也可以将双螺纹螺杆段替换为一段单螺纹螺杆。使用双螺纹螺杆段作为分离螺杆末段的作用在于，对于流动性能较差的物料，使用双螺纹螺杆段可有效降低物料出口产量的波动。而对于流动性较好的物料，则不用双螺纹螺杆段，而使用单螺纹螺杆段作为分离螺杆的末段，以降低设备成本。
下机筒在与单螺纹螺杆段配合处底部，开孔用于安装排水口8，在与排气螺杆段配合的机筒处安装排气滤网15。在螺杆出口处与机头控压装置16连接。机筒副加料口处可安装强制加料装置，其强制加料形式可以使螺旋输送或者是柱塞泵泵送。使用枪支加料装置可以缩短螺杆长度，提高分离螺杆内物料的充满率，加强建压效果，增大机筒热传导效果，促使蒸发的水蒸气向排气装置排出。柱塞泵强制加料装置用于物料对脱水压力要求较高的场合，使物料在进入螺杆后即有一个较大的初始压力，开始脱水。螺旋强制加料则主要是通过螺旋输送的原理输送物料，达到强制输送的目的。
机筒副内壁在屏障螺纹段前3-5个螺距处开环形槽(如图5所示)，该环形槽之前一个螺距处下机筒开孔安装排水滤网10。排气滤网和排水滤网均有滤网快换装置。一个环形槽和排水滤网为一对脱水副，一对排水副前每隔2-5个螺距设置下一对脱水副，根据分离螺杆长度设置2-8个脱水副，环形槽处择安装机筒屏蔽块或者机筒平整块。机筒副环形槽处还应打孔，以便机筒屏障块和机筒平整块螺栓能够伸进机筒副为机筒屏障块和机筒平整块定位。
机筒屏障块13用于对物料进行进一步的建压，机筒屏障模块是一个开有六个通槽的圆环，圆环内径为环形槽处螺杆底径，并有螺纹孔用于定位。机筒屏障块建压的原理是强制物料仅从通槽处通过屏障块截面，从而减小物料通过该截面的流通面积。机筒屏障块减小物料流通的面积后，不但能够有效对物料进行建压，并且能够有效的减小物料反流现象。
机筒平整块11是作为取消机筒屏障块后对机筒副内壁进行平整的部件，其外形是一个圆环，圆环内径为机筒内径，圆环上有螺纹孔孔用于定位。使用机筒平整块可以避免在取消机筒屏障块后物料堆积在机筒内壁的环形槽处，影响含水物料的加工，也可以避免物料从机筒副环形槽的螺栓孔处溢出。机筒屏障模块与机筒平整模块截面图如图3和图4所示。
下机筒下方开孔用于安装排水口，排水口可以有分离型和一体型两种配置，使用分离型排水口可以方便更换和清洗滤网，同时降低设备使用成本，而使用一体型排水口可以有效增大物料排水面积，从而提高物料脱水效果。两种类型的排水口均需加装滤网。
机头控压装置16主要通过阻尼板调节物料出口压力。当对机筒加热，从而对物料进行蒸发脱水时，物料基本呈现固体摩擦移动状态，机头控压装置的阻尼板应设置为较大敞开度，以减少物料挤出阻力，控制螺杆扭矩。而主要靠螺杆挤压对物料进行压滤脱水时，机头控压装置的阻尼板应设置为较大闭合度，以保证对物料的建压效果。
本发明针对连续螺旋压滤机对物料挤压效果不强的问题，本发明通过设置变螺距双螺纹设计，较好的实现了建压效果，提高了脱水的效果和生产效率。同时通过设置可调整俯仰角的机架，利用重力效果在一定程度上提高了设备的脱水、排水效果。
附图说明：
图1是本发明所涉及的单螺杆脱水、干燥、膨化设备；
图2是实施例2示意图；
图3是机筒屏障块截面图；
图4是机筒平整块截面图；
图5是本发明机筒屏障块和机筒平整块剖面的放大图；
图6是本发明设计设备仰起状态示意图。
具体实施方式
实施例1
图1是本发明的一个实施例。机架调整装置一端与地面固定，另一端固定在机架上，用于调整机架俯仰角。电机及减速齿轮机构以及机筒副固定在机架上，当机架调整机构调整机架俯仰角时，设备随着机架改变俯仰角。电机通过传动装置与减速齿轮机构相连，减速齿轮机构的输出轴与安装在机筒中分离螺杆通过花键套或联轴器相连接。机筒一侧开有加料口，用于将含水物料送至机筒内部进行脱水操作。机筒副另一侧与机头控压装置相连，机头控压装置通过调整其出口的大小控制含水物料在机筒副内压力的大小。下机筒下方开排水口。本实施例中排水口滤网使用分离型，当设备脱水操作进行到一定程度时，物料将堵塞一部分滤网过滤孔洞，为保证脱水效率，应尽快更换滤网，设置分离型滤网就可以在短时间内更换滤网，保证脱水操作连续性。机筒上为排水口应多于两列，用以保证在更换其中一列型滤网时不影响设备整体的脱水效果。下机筒在安装机筒屏障模块处后一个螺距处开孔，安装排水滤网。机筒副在于排气螺纹段配合处开孔，用于安装排气滤网，用于抽真空排气。
整根分离螺杆分为四个部分：1、单螺纹螺杆段；2、屏障螺杆段；3、排气螺杆段；4、双螺纹螺杆段。从加料口处开始到距加料口15-25个螺距处为单螺纹螺杆段，主要作用在于使物料进行脱水。在单螺纹螺杆段中，有一处断开的螺纹，螺纹断开位置在机筒屏障块处。在单螺纹螺杆段之后设置屏障螺纹段，屏障螺杆段将单螺纹螺杆处输送来的物料分别送入10-12个槽深很浅的小螺槽中，且螺纹旋向与单螺纹螺杆段相反且螺纹的螺距远大于单螺纹螺杆段，屏障螺纹段长度约为2-3倍单螺纹螺杆段的螺距。设置屏障螺纹端的作用在于增加单螺纹螺杆段的脱水压力，同时物料通过屏障螺纹段时将经历强烈的剪切，从而达到膨化物料的效果。在屏障螺杆段之后，是排气螺杆段，排气螺纹段螺杆是单螺纹构型，其螺距与单螺纹螺杆段相同，排气螺纹段的长度大约是5-8倍螺纹螺距。与单螺纹螺杆段不同之处在于，排气螺纹段螺槽深度大于单螺纹螺杆段。设置该段的目的在于减小物料的压力，使其能够在与排气螺杆段相配合的机筒处顺利排气。并在与排气螺杆段相配合的机筒外侧增加加热装置。
机筒副内壁在屏障螺纹段前3-5个螺距处开第一个环形槽(如图5所示)，该环形槽前一个螺距处下机筒开孔安装排水滤网，一个环形槽和排水滤网为一对脱水副。第一对脱水副往加料口方向每隔2-5个螺距设置一对脱水副，根据分离螺杆长度设置2-8个脱水副，环形槽处安装机筒屏蔽块或者机筒平整块。相应的，在使用不同的脱水副位置时，与之相配合使用的分离螺杆应在不同的位置设置单螺纹螺杆段螺纹的断开位置，以避免螺杆在转动过程中与机筒屏障块发生干涉。在设备使用过程中，可根据物料的性质不同选择在不同的脱水副环形槽中安装机筒屏障块或者机筒平整块。机筒副环形槽处还应打孔，以便机筒屏障块和机筒平整块螺栓能够伸进机筒副为机筒屏障块和机筒平整块定位。
机筒屏障块13用于对物料进行进一步的建压，机筒屏障模块是一个开有六个通槽的圆环，圆环上打螺纹孔用螺栓定位。机筒屏障块建压的原理是强制物料仅从通槽处通过屏障块截面，从而减小物料通过该截面的流通面积。机筒屏障块减小物料流通的面积后，不但能够有效对物料进行建压，并且能够有效的减小物料反流现象。机筒平整块11是作为取消机筒屏障块后对机筒副内壁进行平整的部件，其外形是一个圆环，圆环上有螺纹孔使用螺栓定位。机筒屏障模块和机筒平整模块截面图如图3、图4所示。
上机筒7在加料口处使用柱塞泵强制加料，可以缩短螺杆长度，提高螺槽内物料的充满率，加强建压效果，增大机筒热传导效果，促使蒸发的水蒸气向排气装置排出。
机头主要通过阻尼板调节物料出口压力，并排出脱水后的。当对机筒加热，从而对物料进行蒸发脱水时，物料基本呈现固体摩擦移动状态，机头控压装置的阻尼板应设置为较大敞开度，以减少物料挤出阻力，控制螺杆扭矩。而主要靠螺杆挤压对物料进行压滤脱水时，机头控压装置的阻尼板应设置为较大闭合度，以保证对物料的建压效果。
为利用重力在一定程度上增加脱水效果，可利用俯仰角调整机构调整机筒的俯仰角，俯仰角调整机构利用螺纹-丝杠机构调整机筒的俯仰角。根据设计，在0°到15°之间调整机筒与水平线之间的夹角。图5是设备调整俯仰角后的状态。设备在调整俯仰角时，强制加料装置不随机筒及电机等设备转动。
实施例2
图2是本发明的实施例2，实施例2与实施例1不同之处在于，实施例2为增加压榨脱水的过滤面积，提高脱水效率，在排水口8处使用了一体型滤网。一体型滤网从加料口处一直延伸至螺杆压榨脱水段结束，设置不少于两列。并使用螺旋强制加料装置。同时，本实施例中使用的分离螺杆其单螺纹螺杆段中螺纹断开位置为配合机筒屏障块的位置，与分离螺杆1不同，相对靠后。为节约制造成本，取消螺杆的双螺纹螺杆段，替换为单螺纹螺杆段。实施例2的加料方式也与实施例1不同，使用螺旋强制加料装置进行强制加料，本实施例可用于流动性能较好的物料脱水。
Claims (1)
1.一种单螺杆脱水、干燥和膨化设备，包括机架（2）、电机（3）、减速齿轮机构（4）、螺杆动密封（5）、加料口（6）、排水口（8）、排水滤网（10）、加热冷却装置（14）、排气口（15）、机头控压装置（16），电机及减速齿轮机构以及机筒副固定在可调角机架上，电机通过皮带传动装置与减速齿轮机构相连，或者通过联轴器与减速齿轮机构输入轴相连，减速齿轮机构的输出轴与安装在机筒中的分离螺杆通过花键套或联轴器相连接，分离螺杆伸入机筒副中，螺杆根部使用螺杆动密封进行密封，
其特征在于，机筒副由上机筒（7）和下机筒（9）构成、还包括，丝杠机架调整机构（1）、机筒平整块（11）、机筒屏障块（13），
机架（2）与机筒加料孔相连一侧与地面连接，与机筒出口相连一侧与丝杠机架调整机构（1）连接，
分离螺杆（12）从靠近加料口端开始依次分为单螺纹螺杆段、屏障螺杆段、排气螺纹段、双螺纹螺杆段或者单螺纹螺杆段，
螺纹根部与螺纹顶部之间的高度差称为螺槽深度，
单螺纹螺杆段为一段螺槽深度渐变的螺杆，靠近加料口端设置深螺槽段，长度为5-8倍单螺纹螺距，槽深为1/10到1/5倍分离螺杆直径之间，另一端设置浅螺槽，螺槽深度为1/8到1/12倍分离螺杆直径之间，浅螺槽长度为5-8倍单螺纹螺距，单螺纹螺杆段的总长度为15-25倍单螺纹螺距，深螺槽与浅螺槽之间均匀过度，即螺杆段螺杆深螺槽与浅螺槽根部在同一个圆锥面上，单螺纹螺杆段有断开螺纹与机筒屏障块配合；
在单螺纹螺杆段之后设置屏障螺纹段，屏障螺杆段螺纹旋向与单螺纹螺杆段相反，屏障螺纹段长度为2-3倍单螺纹螺杆段的螺距；
在屏障螺纹段后设置排气螺纹段；排气螺纹段螺杆是单螺纹构型，其螺距与单螺纹螺杆段相同，排气螺纹段的长度是5-8倍单螺纹螺杆段的螺距，排气螺纹段螺槽深度为1/4-1/8倍分离螺杆直径；
排气螺纹段的后端为双螺纹螺杆段或者单螺纹螺杆段，双螺纹螺杆段的附加螺纹螺距与主螺纹相同；.
下机筒在与单螺纹螺杆段配合处底部，开孔用于安装排水滤网，在机筒副的螺杆出口处有机头控压装置（16）与机筒副相连；
机筒副内壁在屏障螺纹段前3-5个单螺纹螺距处起开第一个环形槽，该环形槽之前一个单螺纹螺距处下机筒开孔用于安装排水滤网，一个环形槽和一个排水滤网称为一对脱水副，在单螺纹螺杆段与第一对脱水副每隔2-5个螺距设置一对脱水副，共设置2-8个脱水副，机筒副的环形槽处安装机筒屏障块或者机筒平整块；
机筒屏障块是开有通槽的圆环，并有螺纹孔用于定位；
机筒平整块是一个圆环，圆环内径为机筒内径，圆环上有螺纹孔用于定位。
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