CN103895250B - 一种带齿轮泵的双螺杆破碎脱水集成处理设备 - Google Patents
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Abstract
一种带齿轮泵的双螺杆破碎脱水集成处理设备属于物料破碎、脱水加工领域，可进行物料摩擦破碎、挤出成型、细胞破壁、固液成份提取的集成处理。本发明包括主电机、传动带、减速齿轮机构、联轴器、机筒副、组合式双螺杆副、连接螺钉、上滤筒集液装置、齿轮泵、齿轮泵齿轮副、二级破碎刀、强制加料螺旋、一级破碎刀、强制加料器筒体、联轴器、强制加料电机、机头盖板、开度调节螺钉、阻尼块、脱水机头、辅助加料筒、上滤筒、上滤筒滤板、机架、上滤筒开度调节机构、支架座、齿轮泵电机、联轴器及自动控制系统。强制加料器对物料进行初步破碎。上滤筒有两个可拆卸的上滤筒滤板，机筒副设有2个加料口和4个脱水口，脱水机头设有1个脱水口，可高效率实现的物料破碎脱水处理。
Description
技术领域
本发明涉及对高含水率物料进行破碎、脱水等操作以降低含水率的带齿轮泵的双螺杆破碎脱水集成处理设备。
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。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。优点在于能够较为方便的对脱水工艺过程进行控制，经过压榨后滤饼含湿率相对稳定。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。但结构较为复杂且为开放式，设备维护复杂，对料浆适用要求高，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，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。连续螺旋压滤机具有自动化程度高、结构较为简单的优点。但是对物料的敏感性高，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，本发明实现了基于双螺杆与齿轮泵组合的连续化破碎与挤压脱水设备。通过齿轮泵对物料进行初步破碎和脱水，使物料含水率降低到双螺杆可以充分发挥挤压脱水效果的范围内，然后通过双螺杆的旋转，实现物料的剪切研磨和进一步脱水。在这一过程中，由于双螺杆对于物料的搅动与剪切作用，避免了水分被封闭在物料团内部的情况。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，通过双螺杆挤出与齿轮泵强制加压作用相结合，整体脱水效率同样高于筒式/板框式压滤机。
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、结构简单，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，该设备包括主电机1、传动带2、减速齿轮机构3、联轴器4、机筒副5、组合式双螺杆副6、连接螺钉7、上滤筒集液装置8、齿轮泵9、齿轮泵齿轮副10、二级破碎刀11、强制加料螺旋12、一级破碎刀13、强制加料器筒体14、联轴器15、强制加料电机16、机头盖板17、开度调节螺钉18、阻尼块19、脱水机头20、辅助加料筒21、上滤筒22、上滤筒滤板23、机架24、上滤筒开度调节机构25、支架座26、齿轮泵电机27、联轴器28等。
主电机、减速齿轮机构以及机筒副固定在机架上，主电机通过皮带传动装置与减速齿轮机构相连，或者通过联轴器直接与减速齿轮机构输入轴相连，减速齿轮机构的两根输出轴与安装在机筒副中的两根组合式螺杆副通过联轴器或花键套相连接，组合式螺杆副伸入机筒副中，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脱水机头相连，脱水机头通过调整其阻尼块的上下位置控制开口度，从而调节含水物料在机头与机筒内压力的大小，脱水机头设有1个脱水口，为图1中的脱水口G。根据处理物料的需求，可以在机筒副外可安装加热装置实现温度控制。
机筒副设有2个加料口和4个脱水口，分别为图1中的加料口A、B，脱水口C、D、E、F。加料口A通过连接螺钉与上滤筒相连，上滤筒设有多块可拆卸清洗的上滤筒滤板和上滤筒集液装置，并设有可旋转的上滤筒开度调节机构，上滤筒上端通过连接螺栓与齿轮泵相连。齿轮泵中的齿轮泵齿轮副的输入轴通过联轴器与齿轮泵电机相连，齿轮泵上端通过连接螺栓与强制加料器筒体相连。强制加料器筒体设有上下两层破碎刀螺纹孔，一级破碎刀和二级破碎刀通过螺纹孔旋入强制加料器筒体，强制加料电机通过联轴器与强制加料螺旋相连。强制加料器、齿轮泵、上滤筒连接组成的装置固定在支架座上。加料口B通过连接螺钉与辅助加料筒相连。
组合式双螺杆副由两根相互啮合的组合式双螺杆组成，长径比可设为35-46，每根双螺杆有一根芯轴，不同螺纹元件可沿芯轴按照一定的排列顺序串联组合。按照螺杆的功能分区，可以分为第一正向输送段、反向建压段、第二正向输送段、啮合盘段、第二正向输送段等5个分段。
第一正向输送段的作用是将加料口A处加入的物料向脱水机头方向输送，总长度为8-12倍螺杆直径，使用正向螺纹元件，槽深为1/10到1/5倍螺杆直径之间。加料口A的位置设在第一正向输送段范围内，从螺杆输入轴方向约为1/3第一正向输送段长度。脱水口C的位置设置在第一正向输送段靠近螺杆输入轴的位置。
反向建压段的作用是与第一正向输送段相配合，对物料建立压力促使物料脱水，总长度为5倍螺杆直径左右，使用反向螺纹元件，槽深为1/10到1/5倍螺杆直径之间。脱水口D的位置设置于第一正向输送段靠近反向建压段的位置，以取得较好的脱水效果。
第二正向输送段的作用是将物料继续向脱水机头方向输送，总长度为8-12倍螺杆直径，使用正向螺纹元件，槽深为1/10到1/5倍螺杆直径之间。加料口B设置在第二正向输送段范围内靠近螺杆输入轴的位置，也可以作为排气口使用。
啮合盘段作用是与第一正向输送段相配合，对物料建立压力促使物料脱水，同时提高物料的剪切运动，进一步破碎物料，总长度为5倍螺杆直径左右，使用啮合盘元件。脱水口E的位置设置第二正向输送段靠近啮合盘段的位置，以取得较好的脱水效果。
第三正向输送段的作用是将物料继续向机头方向输送，总长度为7-12倍螺杆直径，使用正向螺纹元件，槽深为1/10到1/5倍螺杆直径之间。脱水口E的位置设置第三正向输送段靠近机头的位置。
与加料口A相连的是由强制加料器、齿轮泵、上滤筒组成的前处理装置。
强制加料器由强制加料器筒体、强制加料螺旋、强制加料电机组成，强制加料电机通过联轴器与强制加料螺旋相连，通过螺旋输送的原理输送物料，将物料向齿轮泵入口强制输送。在为实现对块状物料的初步破碎，在强制加料器筒体上分上下两层，每层设置4-6个破碎刀螺纹孔，每个螺纹孔可旋入1把破碎刀。上层的破碎刀是一级破碎刀，下层的破碎刀是二级破碎刀，截面为菱形或三角形，宽度为10-15mm，厚度为5-8mm。强制加料螺旋不是连续的，在对应一、二级破碎刀的位置有断开的间隙。强制加料螺旋与破碎刀共同作用，对物料进行初步破碎。
齿轮泵的齿轮副为一对相互啮合的齿轮，主动轮带动从动轮转动，实现物料的输送，主动轮的输入轴通过联轴器与齿轮泵电机相连。齿轮泵上端与强制加料器连接，下端与上滤筒连接。齿轮泵入口在上端，出口在下端，保证了即使对于高流动性物料，也可以确保发挥齿轮泵的输送作用，在上滤筒内对物料形成压力进行脱水。
上滤筒有两个可拆卸的上滤筒滤板，过滤孔直径为4-10mm，滤板附有可替换的滤网，滤网目数可根据物料物性选择。上滤筒外连接上滤筒集液装置，用于收集通过上滤筒滤板过滤出的液体。根据物料物性的不同，脱水操作一段时间后，上滤筒滤板的滤网会出现堵塞现象，可以拆卸后对滤网进行清洗或替换。上滤筒下段设有可旋转的上滤筒开度调节机构，通过转动手柄控制上滤筒下段的开口大小，控制上滤筒内物料的压力和含水率。
加料口B与辅助加料筒相连，可用于添加辅助物料，也可作为排气口使用或使用堵块堵住。
脱水机头与机筒副的出口端相连，通过机头盖板和开度调节螺钉，调节阻尼块的上下位置，控制机头流道内物料的压力分布，提高脱水效果。当物料在机头内含水率较低时，物料基本呈现固体摩擦移动状态，机头控压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。而当物料在机头内含水率较高时，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。脱水机头设有1个脱水口：脱水口G。
机筒副与脱水机头共设有5个脱水口，分别为脱水口C、D、E、F、G，脱水口可以有分离型和一体型两种配置，使用分离型脱水口可以方便更换和清洗滤网，同时降低设备使用成本，而使用一体型脱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可拆卸滤网。
附图说明
图1(a)是本发明装置正视图。
图1(b)是本发明装置右视图。
图2(a)是上滤筒滤板正视图。
图2(b)是上滤筒滤板右视图。
图3(a)是实施例2装置正视图。
图3(b)是实施例2装置右视图。
图4(a)为菱形破碎刀；(b)为三角形破碎刀；(c)为堵块。
具体实施方式
实施例1
图1是本发明的一个实施例，用于块茎类植物的液体提取。主电机、减速齿轮机构以及机筒副固定在机架上，主电机通过皮带传动装置与减速齿轮机构相连，减速齿轮机构的两根输出轴与安装在机筒副中的两根组合式螺杆副通过联轴器相连接，组合式螺杆副伸入机筒副中，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脱水机头相连，脱水机头通过调整其阻尼块的上下位置控制开口度，从而调节含水物料在机头与机筒内压力的大小。
本实施例中脱水口C、D、E、F、G采用分离型设计，过滤孔直径为3mm，为保证脱水效率，工作一段时间可停机拆卸滤网清洗的方式疏通堵塞物料，1至2周左右可更换滤网。
脱液螺杆采用芯轴、螺纹元件的组合设计方式，螺杆长径比为36，按照功能分为分为第一正向输送段、反向建压段、第二正向输送段、啮合盘段、第三正向输送段等5个分段。其中第一正向输送段的总长度为8倍螺杆直径，使用正向螺纹元件。反向建压段的总长度为5倍螺杆直径，使用反向螺纹元件。第二正向输送段的总长度为8-12倍螺杆直径，使用正向螺纹元件。啮合盘段的总长度为5倍螺杆直径，使用啮合盘元件。第三正向输送段的总长度为10倍螺杆直径，使用正向螺纹元件。
强制加料器、齿轮泵、上滤筒一起组成前处理装置，与加料口A相连。强制加料器由强制加料器筒体、强制加料螺旋、强制加料电机组成，强制加料电机通过联轴器与强制加料螺旋相连，通过螺旋输送的原理输送物料，将物料向齿轮泵入口强制输送。在为实现对植物块茎物料的初步破碎，在强制加料器筒体上层设置6个破碎刀螺纹孔，下层设置4个破碎刀螺纹孔，每个螺纹孔可旋入1把破碎刀，截面如图4(a)为菱形，宽度为10mm，厚度为5mm。
齿轮泵的齿轮副为一对相互啮合的齿轮，齿轮直径250mm，主动轮的输入轴通过联轴器与齿轮泵电机相连。齿轮泵上端与强制加料器连接，下端与上滤筒连接。
上滤筒有两个可拆卸的上滤筒滤板，过滤孔直径为5mm，滤板附有可替换的滤网。上滤筒外连接上滤筒集液装置，用于收集通过上滤筒滤板过滤出的液体。上滤筒下段设有可旋转的上滤筒开度调节机构，通过转动手柄控制上滤筒下段的开口大小，控制上滤筒内物料的压力和含水率。
加料口B与辅助加料筒相连，用于添加辅助物料，与块茎植物固体成份混合，经脱水机头挤出成型成最终的固体产品。
脱水机头与双螺杆机筒副的出口端相连，通过机头盖板和手动的开度调节螺钉，调节阻尼块的上下位置，控制机头流道内物料的压力分布，提高脱水效果。
实施例2
图3是本发明的实施例2，用于对高含水、高流动性物料的脱水。实施例2与实施例1不同之处在于，实施例2由于不需要对物料进行破碎，在强制加料器部分不需要设置破碎刀，因此使用如图4(c)所示堵块将破碎刀螺纹孔堵住。齿轮泵的齿轮副为一对相互啮合的齿轮，齿轮直径300mm，主动轮的输入轴通过联轴器与齿轮泵电机相连。齿轮泵上端与强制加料器连接，下端与上滤筒连接。
上滤筒两个可拆卸的上滤筒滤板，过滤孔直径为3mm，滤板附有可替换的滤网。加料口B主要发挥排气的作用。
脱液螺杆采用芯轴、螺纹元件的组合设计方式，螺杆长径比为46，按照功能分为分为第一正向输送段、反向建压段、第二正向输送段、啮合盘段、第三正向输送段等5个分段。其中第一正向输送段的总长度为12倍螺杆直径，使用正向螺纹元件。反向建压段的总长度为5倍螺杆直径，使用反向螺纹元件。第二正向输送段的总长度为12倍螺杆直径，使用正向螺纹元件。啮合盘段的总长度为5倍螺杆直径，使用啮合盘元件。第三正向输送段的总长度为12倍螺杆直径，使用正向螺纹元件。
Claims (8)
1.一种带齿轮泵的双螺杆破碎脱水集成处理设备，其特征在于，包括主电机(1)、传动带(2)、减速齿轮机构(3)、第一联轴器(4)、机筒副(5)、组合式双螺杆副(6)、连接螺钉(7)、上滤筒集液装置(8)、齿轮泵(9)、齿轮泵齿轮副(10)、二级破碎刀(11)、强制加料螺旋(12)、一级破碎刀(13)、强制加料器筒体(14)、第二联轴器(15)、强制加料电机(16)、机头盖板(17)、开度调节螺钉(18)、阻尼块(19)、脱水机头(20)、辅助加料筒(21)、上滤筒(22)、上滤筒滤板(23)、机架(24)、上滤筒开度调节机构(25)、支架座(26)、齿轮泵电机(27)、第三联轴器(28)及控制系统；
主电机(1)、减速齿轮机构(3)以及机筒副(5)固定在机架上，主电机(1)通过传动带(2)与减速齿轮机构(3)相连，或者通过联轴器直接与减速齿轮机构(3)输入轴相连，减速齿轮机构(3)的两根输出轴与安装在机筒副(5)中的两根组合式双螺杆副(6)通过第一联轴器(4)或花键套相连接，组合式双螺杆副(6)伸入机筒副(5)中，螺杆根部使用螺杆动密封进行密封，机筒副(5)另一侧机筒出口与脱水机头(20)相连，脱水机头(20)通过调整阻尼块(19)的上下位置控制开口度，从而调节含水物料在机头与机筒内压力的大小，机头设有1个脱水口G；
机筒副(5)设有2个加料口和4个脱水口，分别为加料口A、加料口B，脱水口C、脱水口D、脱水口E、脱水口F，加料口A通过连接螺钉(7)与上滤筒(22)相连，上滤筒(22)设有多块可拆卸清洗的上滤筒滤板(23)和上滤筒集液装置(8)，并设有可旋转的上滤筒开度调节机构(25)，上滤筒(22)上端通过连接螺栓与齿轮泵(9)相连，齿轮泵(9)中的齿轮泵齿轮副(10)的输入轴通过第三联轴器(28)与齿轮泵电机(27)相连，齿轮泵(9)上端通过连接螺栓与强制加料器筒体(14)相连，强制加料器筒体(14)设有上下两层破碎刀螺纹孔，一级破碎刀(13)和二级破碎刀(11)通过螺纹孔旋入强制加料器筒体(14)，强制加料电机(16)通过第二联轴器(15)与强制加料螺旋(12)相连，强制加料器、齿轮泵(9)、上滤筒(22)连接组成的装置固定在支架座(26)上，加料口B通过连接螺钉与辅助加料筒(21)相连。
2.根据权利要求1所述的一种带齿轮泵的双螺杆破碎脱水集成处理设备，其特征在于：在机筒副外安装加热装置实现温度控制。
3.根据权利要求1所述的一种带齿轮泵的双螺杆破碎脱水集成处理设备，其特征在于：与加料口A相连的是由强制加料器、齿轮泵、上滤筒组成的前处理装置。
4.根据权利要求1所述的一种带齿轮泵的双螺杆破碎脱水集成处理设备，其特征在于：强制加料器筒体、强制加料螺旋、强制加料电机组成强制加料器，实现对块状物料的初步破碎，在强制加料器筒体上分上下两层，每层设置多个破碎刀螺纹孔，每个螺纹孔可旋入破碎刀或堵块，强制加料螺旋在对应破碎刀的位置有断开的间隙。
5.根据权利要求1所述的一种带齿轮泵的双螺杆破碎脱水集成处理设备，其特征在于：齿轮泵入口在上端，出口在下端，保证了即使对于高流动性物料，也可以确保发挥齿轮泵的输送作用，在上滤筒内对物料形成压力进行脱水。
6.据权利要求1所述的一种带齿轮泵的双螺杆破碎脱水集成处理设备，其特征在于：上滤筒下段设有可旋转的上滤筒开度调节机构，通过转动手柄控制上滤筒下段的开口大小，控制上滤筒内物料的压力和含水率。
7.根据权利要求1所述的一种带齿轮泵的双螺杆破碎脱水集成处理设备，其特征在于：组合式双螺杆副由两根相互啮合的组合式双螺杆组成，长径比可设为35-46，按照螺杆的功能分区，可以分为第一正向输送段、反向建压段、第二正向输送段、啮合盘段、第三正向输送段等5个分段。
8.根据权利要求7所述的一种带齿轮泵的双螺杆破碎脱水集成处理设备，其特征在于：第一正向输送段的总长度为8-12倍螺杆直径，使用正向螺纹元件，槽深为1/10到1/5倍螺杆直径，加料口A的位置设在第一正向输送段范围内，从螺杆输入轴方向为1/3第一正向输送段长度；脱水口C的位置设置在第一正向输送段靠近螺杆输入轴的位置；反向建压段的总长度为5倍螺杆直径，使用反向螺纹元件，槽深为1/10到1/5倍螺杆直径，脱水口D的位置设置在第一正向输送段，靠近反向建压段的位置；第二正向输送段的总长度为8-12倍螺杆直径，使用正向螺纹元件，槽深为1/10到1/5倍螺杆直径，加料口B设置在第二正向输送段范围内靠近螺杆输入轴的位置，也可以作为排气口使用；啮合盘段的总长度为5倍螺杆直径，使用啮合盘元件，脱水口E的位置设置在第二正向输送段靠近啮合盘段的位置；第三正向输送段的总长度为7-12倍螺杆直径，使用正向螺纹元件，槽深为1/10到1/5倍螺杆直径，脱水口F的位置设置在第三正向输送段靠近机头的位置。
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