CN108177938A - 带有仿生鲨鱼皮盾鳞结构和减阻颗粒的喂料器及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于工程仿生技术应用领域，特别涉及一种带有仿生鲨鱼皮盾鳞结构和减阻颗粒的喂料器及制造方法。一种带有仿生鲨鱼皮盾鳞结构和减阻颗粒的喂料器，包括喂料机与喂料机叶片表面分布的仿生鲨鱼皮盾鳞结构和减阻颗粒。一种带有仿生鲨鱼皮盾鳞结构和减阻颗粒的喂料器的制造方法，通过扫面鲨鱼皮表面，得到盾鳞结构，并复制到叶片表面。本发明可有效降低喂料机在送料过程中叶片与物料之间的摩擦力。

Description

带有仿生鲨鱼皮盾鳞结构和减阻颗粒的喂料器及制造方法

技术领域

本发明属于工程仿生技术应用领域，特别涉及一种带有仿生鲨鱼皮盾鳞结 构和减阻颗粒的喂料器及制造方法。

背景技术

近年来，能源及与之相关的环境问题成为全世界最为关注的热点之一，各 国都在积极从本国国情出发，寻求可行办法解决能源与环境的协调问题。我国 每年都需要消耗大量的化石能源，且近年来呈现逐年递增的趋势。据国家能源 局统计，2016年我国总能源消费量约43.6亿吨标准煤，其中原煤消耗量约27 亿吨标准煤。化石能源在支撑经济社会快速发展的同时，也带来了严重的大气 污染、水污染等环境问题，以及原油、天然气等重要能源的对外依存度不断上 涨，严重威胁着我国能源安全，因此迫切需要进行能源消费结构的调整，以保 证我国经济社会的可持续性发展。

生物质，是指所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其 生产的废弃物。有代表性的生物质，如粮食、果实、农作物秸秆、木材、树枝、 落叶、水草、海藻，以及餐厨有机物和动物粪便等。每年地球上通过光合作用 生成的生物质总量可达1400～1800亿吨(干重)，主要成分是碳氢化合物。现阶 段，我国每年农业生产大约产生7亿吨农作物秸秆，另外还有2.7亿吨林业及 木材加工废弃物，约合2.5亿吨标准煤。除作为畜牧饲料、秸秆还田、造纸、 板材材料以外，仍有近一半农林废弃物未得到合理利用。

长期以来，大多数生物质能的利用以燃烧为主，热效率低下，而且伴随着 大量的烟尘和余灰排放，随着农村生活水平的提高，特别是大量商品化洁净能 源的进入，使得秸秆类农业废弃物不再作为能源利用，成为待处理的废弃物。 在一些地区，甚至出现了当春、秋收过后，将作物秸秆直接进行焚烧的现象， 不仅造成资源的浪费，而且容易引发火灾，污染环境，影响交通运输。秸秆大 量闲置会占用宝贵的土地资源，久置不用会腐败变质滋生细菌和蝇虫，影响居 民日常生产、生活和健康。

生物质能作为可再生能源领域中唯一可存储的碳源，可通过不同的技术手 段生成高品质的液体或气体燃料，而且生物质与化石燃料相比，具有硫、氮含 量低，燃烧过程中生成的SOx、NOx较少，对环境污染小；整个生命周期中CO2 零排放；灰份含量少，充分燃烧后飞灰和灰渣量少；挥发分高，着火燃烧性能 优良；资源分布范围广，可工业规模化利用的总量丰富等诸多优势，因此受到 全世界的普遍重视，已成为新能源领域中快速发展的重要方向之一。

生物质可以通过不同的转换技术，将其转换成高品质的固体、液体或气体 燃料加以高效利用。目前，生物质能的主要利用方式有燃烧(包括简单铡切粉 碎后的直接燃烧、与其他燃料的混合燃烧、压块成型燃料燃烧等)、热化学转 化利用(包括生物质气化、生物质液化、生物质水热转化等)、生化转化利用 (包括水解、厌氧发酵、生物制氢等)、酯化(生物柴油)等。

此外，生物质材料和生物质基化学品的制备近年来也得到了快速发展，其 中生物质材料是以木本植物、禾本植物和藤本植物及其加工剩余物和废弃物为 原材料，通过物理、化学和生物学等高技术手段，加工制造性能优异、附加值 高的新材料，如生物质重组材料、生物质复合材料、生物质胶粘剂、生物质基 塑料等；

生物质基化学品则是利用如淀粉、糖、纤维素、木质素、甲壳素、油脂等 生物质作为原料，生产各种化学品如淀粉基精细化学品、糖基精细化学品、纤 维素基精细化学品、木质素精细化学品、生物质塑料、甲壳素衍生物、油脂基 精细化学品、

生物质农药、油墨、染料、颜料和油漆等。绝大多数情况下，生物质材料 和生物质基化学品的制备都需要生物质原料以散体的形式进入加工制造或反应 装置。

生物质的种类多种多样，其主要成分有纤维素、半纤维素、木质素、淀粉、 蛋白质、烃类等。以农作物秸秆、木材、树枝、落叶、水草、海藻等为主体的 生物质，主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，其中木质素是一种广泛存在 于植物体中的无定形的、分子结构中含有氧代苯丙醇或其衍生物结构单元的芳 香性高聚物，存在于木质组织中，主要作用是通过形成交织网来硬化细胞壁， 为次生壁主要成分，具有增强细胞壁、粘合纤维素的作用。木质素主要位于纤 维素纤维之间，起抗压作用。在木本植物中，木质素约占25％，是世界上第二 位的最丰富有机物(第一位是纤维素)。不同种类的生物质所含木质素的含量 及组成并不相同，在阔叶木、针叶木中木质素含量为25～35％(干基)之间，禾 草类植物的木质素含量在13～25％(干基)之间。

木质素属非晶体，在常温下主要部分不溶于任何溶剂，没有熔点，但有软 化点。当温度达到一定值时，木质素软化粘结力增加，并在一定压力作用下， 使其纤维素分子团错位、变形、延展，内部相邻的生物质颗粒相互进行啮接重 新组合，冷却后可固化成型，这正是生物质成型燃料压制成型的原理。试验表 明，当试验温度在70～100℃时，木质素的粘结力开始增加；温度在200～300℃ 时木质素会软化，粘结力增强。但是，同时由于木质素在中高温下的软化粘结， 造成生物质散体在输运过程中容易粘结成团，并粘附在输运管件上，如生物质 螺旋喂料器叶片及螺杆上，造成生物质在中高温下进料困难，甚至阻塞的问题。生物质的各种先进利用技术，对生物质的种类、形状、颗粒大小、含水率等指 标提出了更高的要求。在绝大多数生物质利用技术条件下，都需要将生物质进 行铡切粉碎、筛选干燥等工艺处理，生物质喂料器的进料原料中木质素含量越 高、生物质颗粒的尺寸越小、所含小颗粒的比重越大，在中高温下由于木质素 的软化粘结，生物质散体越容易粘结成团，发生粘附输运管件的现象，进料阻 力也将会增加4～10％，进料机构受力将提高3～8％、输料电机功率将增大2～5％， 进料速度会降低2～12％左右、同时会产生磨损噪音，且容易造成进料机构磨损、 变形、破坏，甚至因进料阻塞而烧毁输料电机的现象，破坏生物质利用工艺的连续性，加快生物质进料机构的磨损折旧。因进料不畅，生物质在进料机构中 提前发生热解挥发，烟气反窜四溢破坏生产环境，危害操作人员的健康。因进 料不畅或堵塞而进行的进料设备维护修整，无疑都会加大人力和经济成本。 生物质成型燃料是利用秸秆、水稻秆、薪材、木屑、花生壳、瓜子壳、甜菜粕、 树皮等，经粉碎、干燥、混合、挤压、烘干等工艺，可以不用外加粘结剂和外 加热源，依靠生物质本身受挤压和摩擦而产生的热量，造成木质素软化，将周 围的纤维素或者其他固体燃料颗粒(如煤粒)粘结在一起，最后制成块状或颗 粒状的燃料。其作为锅炉燃料，燃烧时间长，强化燃烧炉膛温度高，可代替木 材、煤、天然气，运行成本仅是燃气的一半。生物质成型燃料在压制过程中， 要将生物质粉碎至合适的粒径，而生物质粉在因摩擦产生的热量或外在热源的 情况下，木质素软化粘结周围颗粒，在压制成型燃料的同时，生物质粉也会粘 附在成型部件和腔体上，容易引起成型阻力增大、成型部件磨损、耗电量增多， 生物质成型燃形状变形，甚至发生堵塞而不得不停机整修。

生物质燃烧，按照原料的形态不同，可分为简单铡切粉碎后的直接燃烧、 与其他燃料的混合燃烧、生物质压块成型燃料燃烧等方式；按照燃烧设备形式 的不同，可分为固定炉排燃烧、往复炉排燃烧、链条炉排燃烧、流化床燃烧； 按燃烧形态的不同，可分为层状燃烧和沸腾燃烧。当利用生物质喂料器对生物 质散体向燃烧设备进行进料时，由于生物质燃烧设备的温度都比较高，炉膛温 度一般在500℃以上，生物质散体在输运过程中，受到炉膛温度的传递影响， 生物质散体内的木质素也会软化粘结，发生生物质散体压实或者粘附在输运管 件上的现象，会导致进料阻力增加4～10％，进料机构受力提高3～8％、进料速度变慢2～12％等一系列问题，堵塞停机修整影响生产过程，因此生物质散体的 稳定、高效输运是生物质燃烧的关键技术之一。

另外，生物质热化学转化技术是生物质能综合利用中很有发展前景的技术 之一，包括生物质气化技术制备洁净、高热值的生物质气化气和生物质快速热 裂解技术制备液体生物油等方面。由于生物质热化学转化技术是生物质在完全 无氧或缺氧条件下，利用热能在有或者没有催化剂的情况下，将生物质大分子 进行剪切、断裂、重组，形成较小分子的物质(常温下可燃或不可燃的气体及 液体)，残留下生物炭的过程，并且为了达到较高的升温速率，往往要求生物 质颗粒的粒径较小，因此生物质热化学转化技术对生物质原料的粒径大小、含 水率等参数要求更高。生物质热化学转化反应设备温度较高(一般高于200℃，甚至可以达到1000℃以上)，受到生物质热化学转化反应设备较高温度的影响， 生物质散体在进料过程中也容易发生压实、粘附在输运管件上、甚至进料堵塞 的现象。

螺旋喂料器，也叫螺旋喂料机、螺旋给料机、螺旋输送机、绞龙等，被广 泛使用在各种工业部门，如建材、电力、化工、冶金、煤炭、机械、轻工、粮 食及食品行业。螺旋喂料器多用于散状固体物料的输送，传统的螺旋喂料器是 在一根中心轴上安装螺旋叶片，轴和螺旋叶片在一固定的外壳内旋转，借助螺 旋面的转动使物料在壳体内呈轴向移动。通过螺旋叶片的结构(如直径、螺距等) 以及喂料器转速的变化，可以调节原料输送量。带有中心轴的螺旋喂料器不宜 输送粘性大、易结块的物料，因为这些物料在输送时会粘结在螺旋叶片上，并 随之旋转而不向前移动或者吊在轴承处形成物料的积塞，而使螺旋机不能正常 工作。为此，无轴螺旋喂料器采用了无中心轴设计，靠螺旋叶片旋转运输物料， 由于无中心轴干扰，对于输送带状、易缠绕物料有着特殊的优越性：抗缠绕性 强、物料不易堵塞，可以较低速度运转、传动平稳。无轴螺旋喂料器可以输送 传统有轴螺旋喂料器和皮带输送机不能或不易输送的物料，如颗粒状和粉状物 料；湿的和糊状物料；半流体和粘性物料；易缠绕和易堵塞物料等。

在生物质各种先进利用技术中，螺旋喂料器及其改进形式亦被广泛使用。 生物质散体具有易压缩、密度小、粘附性强和易搭桥的特点，很容易在喂料器 中被架空或者挤实后堵塞喂料机。特别是在中高温下，由于生物质中木质素发 生软化粘结，容易造成生物质散体粘结成团、粘附输运管件，造成进料困难或 者进料堵塞。如何开发出一种能使生物质散体在中高温下顺利、高效进料的喂 料器，有效防止生物质散体粘结成团、粘附在输运管件上，成为生物质在压制 成型、燃烧、热化学转化等领域大规模广泛商业应用迫切需要解决的关键技术 问题。

Zl.201420456648.5公开了一种易粘结粉状饲料包装的双螺旋喂料器，包括 壳体部、进料部和出料部，主要针对预混料、粉状料、流动性大、易粘结粉状 的物料，进料时双轴转动，粗螺旋搅拌绞龙会和细螺旋搅拌绞龙同时启动，在 下料时也会充分避免架桥现象。粗螺旋搅拌绞龙的输送会在达到目标值之前停 止，再由细螺旋搅拌绞龙精喂料，达到目标值，并在允许误差值之内。该双螺 旋喂料器具有较小的结构，无物料残留，避免造成的计量误差，细料、粉料等 流动性较强的物料也可做到精准喂料，运行稳定，喂料均匀。

Zl.201120114204.X提供了一种生物质粉料喂料机。其中输送装置采用减速 电机直联驱动螺旋绞龙，喂料装置包括减速电机、螺旋绞龙、料斗、料筒、筒 底、圆孔、落料观察窗、联接筒、盖板、调速电机、旋转轴、锥形挡料筒、刮 板、支撑盘、轴承套、落料孔、工艺窗口、料位观察窗、支架、各部分相互配 合实现生物质粉的均匀喂料。

可见，已有的关于生物质散体的喂料装置，更多的是从结构上进行改进设 计，对于解决常温或较低温度下的生物质散体稳定、均匀进料有显著的提升， 但是对于中高温下生物质散体容易粘结成团、粘附输运管件，造成进料困难或 者进料堵塞的问题，并没有有效的解决。

仿生表面减阻是众多减阻方法中非常有前景的减阻方式之一。人们普遍认 为物体表面粗糙度越低、越光滑，物体在流体中运动时的阻力就越小，但是通 过对水中游动速度较快的鲨鱼表皮形貌的研究发现，鲨鱼皮表面呈鳞片和类似 圆谷状的非光滑盾鳞结构。盾鳞是包括鲨鱼在内的一些软骨鱼类所特有的鳞片， 盾鳞上的脊状突起称为肋条，肋条之间构成具圆弧底的沟槽。鲨鱼皮肤表面粗 糙的V形皱褶可以大大减少水流的摩擦力，使身体周围的水流更高效地流过， 抑制和延迟紊流的发生，从而有效减小水体阻力，使鲨鱼得以快速游动。盾鳞 的长度通常为100～200μm，肋条间的宽度常为50～100μm，盾鳞呈釉质，质 地非常坚硬，盾鳞的形态因鲨鱼种类和身体部位不同而异。仿生鲨鱼盾鳞表面 减阻技术在国内外已经进行了大量的工程实验测试，如空中客车公司将A320飞 机表面积的70％部分帖上仿生鲨鱼盾鳞结构的表面薄膜，能够达到1～2％的节油 效果。国外九十年代即开展鲨鱼盾鳞沟槽减阻机理的实验研究，Berchert等人 对鲨鱼肋条结构、尺寸等参数做了详尽的试验研究及分析，并取得了很好的效 果。本世纪初，以Speedo公司为代表生产的模仿鲨鱼皮制作的高科技泳衣在国 际泳坛上屡破奇迹，引起人们对仿生鲨鱼皮减阻降耗的应用研究兴趣。

此外，蜣螂、蝼蛄、蚂蚁等生物体表某些部位随机或规律地分布有鳞片形、 凸包形、凹坑形、刚毛形和波纹形等形状的结构单元，在土壤中能够有效降低 土壤粘附、减小土壤阻力。非光滑体表与土壤相互作用可产生微振效应、水膜 不连续效应和界面空气膜效应，不仅使粘附界面产生一定频率和振幅的微动， 减少与土壤的接触面积和静接触时间，还使粘附界面的水膜呈不连续分布，使 动物体表与土壤间产生局部空气膜，从而减小土壤与动物非光滑体表的粘附力 和摩擦力。

Zl.200710126557.X提出了一种表面减阻方法与粘塑性物料管道输送技 术，其特征是采用装置将物料压制成或包装成与管道相吻合的形状，在已成形 状的物料表面包上一层防渗薄膜，或在物料与管壁之间喷上一层润滑剂，在被 输送物料表面设置一层类似于鱼体表面膜的方法。该发明对于高粘度、高粘性、 低强度的粘塑性物料的远距离管道输运有效，但是生物质散体由于质量较重、 相互缠绕，在如燃烧、热化学转化、制备化学品等工业应用中难以采用管道输 送的方式。

因此，针对螺旋喂料器中生物质散体在中高温下容易粘结成团，发生粘附 输运管件，进料阻力大，进料机构磨损、变形、破坏，输料电机功率大，进料 速度慢、易产生磨损噪音，甚至烧毁输料电机的问题，有必要在输料机构上引 入仿生鲨鱼盾鳞沟槽结构和减阻颗粒结构单元，实现减阻降噪、延长进料机构 寿命、保障进料顺畅的作用，解决生物质散体在中高温下进料困难问题，实现 生物质散体在压制成型、燃烧、热化学转化等生物质先进利用领域稳定、高效 进料目的，为生物质大规模商业应用提供技术支持。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有仿生鲨鱼皮盾鳞结构和减阻颗粒的喂料器 及制造方法，在螺旋叶片上复制仿生鲨鱼盾鳞结构和减阻颗粒，以减轻或解决 喂料器在中高温下输送生物质散体时，存在生物质散体粘结成团，粘附输运管 件，造成进料阻力大，进料机构磨损、变形、破坏，输料电机功率大，进料速 度慢、易产生磨损噪音，甚至烧毁输料电机的问题，以实现减阻降噪、延长进 料机构寿命、保障进料顺畅的效果。

本发明采用的技术方案为：

一种带有仿生鲨鱼皮盾鳞结构和减阻颗粒的喂料器，包括外壳与螺杆，所 述螺杆包括叶片，所述叶片表面设置仿生鲨鱼皮盾鳞结构和减阻颗粒，所述仿 生鲨鱼皮盾鳞结构与盾鳞结构相同，所述减阻颗粒为凸起颗粒。鲨鱼皮盾鳞结 构可减少阻力，配合减租颗粒可以降低生物质散体在喂料器中的阻力，提高输 送效率。

优选的，所述仿生鲨鱼皮盾鳞在叶片表面离散式分布和/或者交错覆盖分 布。

优选的，所述减阻颗粒分布在仿生鲨鱼皮盾鳞表面和/或仿生鲨鱼皮盾鳞之 间。

优选的，所述螺旋喂料器为有中心轴的有轴螺旋喂料器或无中心轴的无轴 螺旋喂料器，或上述两者的组合形式，或为单管螺旋喂料器或多管螺旋喂料器， 或为单级螺旋喂料器或多级螺旋喂料器。叶片形式为满月式，或带式，或月牙 式，或桨式，或齿式，以及上述几种形式的组合；螺距为固定螺距或者变螺距。

优选的，减阻颗粒为圆柱体、或圆锥体、或棱台体、或棱锥体、或球体、 或半球体、或长柱体、或扇体、或菱形体、或星体、或花瓶体、或鹰嘴体、或 山体等形体结构，呈现出柱形、或锥形、或棱台形、或山形、或半月形、或鱼 鳍形、或锯齿形、或米粒形、或扇形、或菱形、或星形、或花瓶形、或鹰嘴形 等形状。减阻颗粒高度，在0.1～50mm之间。在一定区域内，减阻颗粒为上述 单一形体结构或多种形体结构的组合，减阻颗粒的高度一致或不一致。减阻颗 粒在螺旋叶片表面或者仿生鲨鱼皮结构表面，随机地或者按一定规则排列能够 降低输运物质粘附，减小输运阻力。

优选的，颗粒在螺旋叶片上排列方式为：横向有序，纵向有序；横向有序， 纵向无序；横向无序，纵向有序；横向无序，纵向无序。颗粒在螺旋叶片的分 布面积密度为30％至70％。

一种带有仿生鲨鱼皮盾鳞结构和减阻颗粒的喂料器的制造方法，其特征在 于：包括以下步骤：

a.采集鲨鱼躯干部分的表皮，经预处理后制备鲨鱼盾磷结构生物模板；

b.对鲨鱼皮盾鳞结构生物模板进行三维表面轮廓扫描，提取单个鲨鱼盾鳞 结构的横截面轮廓曲线，获取沟槽宽度、鳞脊高度、鳞片倾角以及有关沟槽结 构轮廓的数据，同时得到区域内多个鲨鱼盾鳞相对位置、整体表面形貌的数据；

c.将单个鲨鱼盾鳞结构或者区域内多个鲨鱼盾鳞整体结构数据，以及具有 减阻功能的减阻颗粒，在螺旋喂料器的螺旋叶片上直接或间接进行加工复制；

d.将制得的螺旋叶片安装在喂料器内。

在上述加工设计方法中，步骤a对鲨鱼盾磷结构生物模板的预处理，优选 地，选用鲨鱼躯干部分的表皮，用蒸馏水和一定浓度的磷酸盐溶液缓冲溶液进 行冲洗，再经过脱水、展平固定以及干燥，以得到鲨鱼皮盾鳞结构生物模板。

在上述加工设计方法中，步骤b对鲨鱼皮盾鳞结构生物模板进行高精度三 维表面轮廓扫描，优选地，选用高精度电子显微镜和扫描电镜对鲨鱼皮盾鳞结 构生物模板进行观察，并获得其表面形貌数据。

在上述加工设计方法中，步骤c对鲨鱼盾鳞结构进行复制，采用直接在螺 旋叶片上进行加工，或者先在固体材料贴片上加工出鲨鱼盾鳞结构，然后通过 粘贴/焊接的方法将其附在螺旋叶片表面，优选地，鲨鱼盾鳞结构复制加工工艺 为压制法、或热压成型法、或浇注法、或烧制法、或3D打印技术、或软刻技术。

在上述加工设计方法中，步骤c对鲨鱼盾鳞结构进行复制，为了适应不同 种类、不同尺寸大小的生物质散体在不同受热温度下表现出有差异的粘附性质， 进行复制时对单个鲨鱼盾鳞结构或者较大区域内多个鲨鱼盾鳞整体结构数据成 比例的适当缩小或者放大调整，优选地，缩放倍数为0.1～100。

在上述加工设计方法中，步骤c对鲨鱼盾鳞结构进行复制，对于单个鲨鱼 盾鳞的复制，优选地，经适当缩小或者放大调整，按照点状或一定排列方式沿 在螺旋叶片或固体材料贴片上进行复制；对于多个鲨鱼盾鳞整体结构，优选地， 经适当缩小或者放大在螺旋叶片或固体材料贴片上进行复制，不同的多个鲨鱼 盾鳞整体结构之间交错复制或者连续复制。为了更好地降低生物质散体对螺旋 喂料器送料机构的粘附，在螺旋叶片或固体材料贴片的一定区域内，采用多个 鲨鱼盾鳞整体结构和单个鲨鱼盾鳞交错复制的方式。

在上述加工设计方法中，步骤c对鲨鱼盾鳞结构进行复制，为了更好地降 低生物质散体对螺旋喂料器送料机构的粘附，螺旋叶片上的仿生鲨鱼盾鳞结构 采用间隔复制或连续复制的方式。对螺旋叶片进行直接或间接仿生鲨鱼盾鳞结 构复制时，采用单面复制、双面复制方式。

在上述加工设计方法中，步骤c对鲨鱼盾鳞结构进行复制，为了使复制后 的单个鲨鱼盾鳞或者较大区域内多个鲨鱼盾鳞结构，不因边缝与螺旋叶片或固 体材料贴片间距较大，而导致生物质散体在输运过程中的阻力较大，对单个鲨 鱼盾鳞或者较大区域内多个鲨鱼盾鳞结构的边缝进行处理，使之与螺旋叶片或 固体材料贴片间光滑过渡。为了进一步降低鲨鱼盾鳞结构对生物质散体的粘附， 优选地，对鲨鱼盾鳞结构表面做进一步处理，如喷丸、回火、镀层、喷涂等处 理。

优选的，所述固体材料，包括金属材料、无机非金属材料和有机高分子材 料，优选地，选择铁、镍、钴为主要成分的合金金属材料，因为以上合金金属 材料具有强度较高、高温下不易变形、容易加工的优点。

优选地，所述鲨鱼盾鳞结构生物模板所选鲨鱼，为巨齿鲨，或白鲨，或虎 鲨，或鼬鲨，或鲸鲨，或锯鲨，或蓝鲨，或鲨鱼真鲨，或角鲨，或须鲨，或鲭 鲨，或扁鲨。

优选地，本发明应用于生物质散体的输送，所述生物质散体，是指农作物 秸秆、薪材、木屑、果壳、树叶树皮、食品加工残余物、水草、藻类等生物质 经过或者未经或铡切、或粉碎、或挤压等工艺处理，呈现颗粒状、粉末状、长 条状或其它不规则状形态，平均长度在10mm以下，当量直径在5mm以下，单 种生物质或者多种类型生物质的混合物，以及生物质占主体的与其他非生物质 物质混合的混合物。

使用本发明具有以下有益效果：

1、减阻颗粒基于本身的凸起结构，粘性物料与反应器的螺旋叶片之间会包 裹进气体而形成不完全接触，这样就减小了物料在反应器中推进时由于物料与 螺旋片之间的粘性而产生的阻力。

2、进料阻力降低了8～10％，输料电机功率在设计工况附近运行，设备电损 耗减小了4～10％，生物质散体顺利进料时间延长，一定程度上保证了生物质散体 利用工艺的连续性。

3、减轻或解决了生物质散体因在中高温下粘附螺旋叶片而造成进料速度变 慢的问题，一定程度上保证了生物质利用工艺对生物质散体稳定、连续进料的 工艺要求。

4、减轻或解决了生物质散体因在中高温下粘附螺旋叶片而造成进料机构受 力提高，造成螺旋叶片、螺杆及机壳容易磨损、变形、破坏，甚至烧毁输料电 机的问题，降低了对生物质散体螺旋喂料器维护修整成本。

5、减轻或解决了生物质散体因在中高温下粘附螺旋叶片而引起磨损噪音的 问题，改善了操作人员工作环境。

6、减轻或解决了生物质散体因在中高温下粘附螺旋叶片造成进料不畅，引 起生物质热解烟气反窜的问题，改善了工作环境，保障了操作人员的健康。

附图说明

图1是本发明中喂料器的结构示意图；

图2是实施例一叶片表面示意图；

图3是实施例二叶片表面示意图；

图4是实施例三叶片表面示意图；

图中：1-外壳，2-螺杆，3-叶片，4-减阻颗粒A，5-减阻颗粒B，6-减阻颗 粒C，7-减阻颗粒D，8-盾鳞A，9-盾鳞B。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式做进一步详细描述。

实施例一

如图1图2所示，一种带有仿生鲨鱼皮盾鳞结构和减阻颗粒的喂料器，包 括外壳1与螺杆2，所述螺杆2包括叶片3，叶片3表面设置仿生鲨鱼皮盾鳞结 构和减阻颗粒，仿生鲨鱼皮盾鳞结构与盾鳞结构相同，减阻颗粒为凸起颗粒。 叶片3表面分布的盾鳞结构包括连续式分布的盾鳞B9，盾鳞B9表面分布有减阻 颗粒C6，盾鳞B9之间分布有减阻颗粒D7。

一种带有仿生鲨鱼皮盾鳞结构和减阻颗粒的喂料器的制造方法，包括以下 步骤：

a、制备鲨鱼盾磷生物模板：截取50×50mm的蓝鲨鲨鱼皮(可以从海鲜市 场直接购入的新鲜鲨鱼皮)躯干表皮，剥离该躯干表皮的皮下组织，采用质量浓 度为3～6％的磷酸盐水溶液清洗，剥离皮下组织后得到鲨鱼盾鳞组织；在5℃ 下、体积浓度为25％的戊二醛水溶液中将清洗后的鲨鱼盾鳞组织固定20～30h， 然后采用体积分数逐渐升高的乙醇溶液进行梯度脱水；用工装固定脱水后的鲨 鱼盾鳞组织的边缘，以防止干燥过程中发生翘曲，然后将展平固定后的鲨鱼盾 鳞组织置于干燥箱内在60℃下烘干1h，得到鲨鱼盾鳞生物模板。

b、对经步骤1制得的鲨鱼皮盾鳞结构生物模板进行高精度三维表面轮廓扫 描，得到其高精度表面形貌图像，提取鲨鱼盾鳞沟槽结构的横截面轮廓曲线， 进而提取沟槽宽度、鳞脊高度、鳞片倾角以及有关沟槽结构轮廓的具体数据。

c、将步骤2中扫描得到的多个鲨鱼盾鳞整体结构数据放大10倍，利用压 制法在螺旋叶片的正面连续复制多个鲨鱼盾鳞整体结构。

d、将经步骤3制得的带有多组多个鲨鱼盾鳞整体结构螺旋叶片安装在螺旋 喂料器内，可有效减小生物质散体在中高温下粘附螺旋叶片问题，降低进料阻 力，减轻进料机构的磨损。

实施例二

如图3所示，在本实施例中，盾鳞结构包括交错式分布的盾鳞A8，盾鳞A8 表面分布有减阻颗粒A4，盾鳞A8之间分布有减阻颗粒B5。

一种带有仿生鲨鱼皮盾鳞结构和减阻颗粒的喂料器的制造方法，包括以下 步骤：

将生物质压块成型，木粉粒径控制在30目左右，选用有轴单管螺旋喂料器 进行喂料。另外，在自制真空热压机内,以聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)平板为基 板,将150×300mm鲨鱼皮鱼鳞面朝下平铺其上并用平板辅以充气垫压平；真 空条件下升温到PMMA玻璃化温度(Tg)105℃并保持恒定10min,然后在平板上 施加等静压并保持30min，大小视鱼皮面积而定；保压降温并在70℃下脱模得 到印有盾鳞阴模的复型模板，复型翻模采用预聚体真空浇铸法，选用聚二甲基 硅氧烷(PDMS)预聚体作为浇铸材料，得到仿鲨鱼盾鳞结构的薄膜材料，贴在螺 旋叶片上。也可将单个鲨鱼盾鳞结构表面形貌数据放大20倍，按照行间距为1mm，列间距为1mm进行布置，贴于螺旋叶片上。同时，在螺旋叶片非鲨鱼盾鳞 结构复制区域，沿着螺旋升角焊接行距为3mm，列距为5mm圆锥体阵列，其单 个锥底直径为1mm，高2mm。

采用上述螺旋喂料器输送物料，密封性较好，能避免粉尘对环境的污染， 改善了劳动条件，具有给料稳定，可实现锁气的特性，也可消除物料的回流现 象，与未加装鲨鱼盾鳞结构和减阻颗粒的螺旋喂料器相比，机器耐磨性增强了 5～15％，进料阻力降低了8～15％，同时寿命也增长了10～25％。

实施例三

如图4所示，本实施例中，盾鳞结构包括交错式分布的盾鳞A8与连续式分 布的盾鳞B9，盾鳞A8表面分布有减阻颗粒A4，盾鳞A8之间分布有减阻颗粒B5； 盾鳞B9表面分布有减阻颗粒C6，盾鳞B9之间分布有减阻颗粒D7。

在一些农村地区，田里的废弃秸秆和农林废弃物有很多都是就地焚烧，既 污染环境也浪费资源，因此可经过进一步处理得到生物质碎料，混杂玉米秸秆 和树枝，碎料长度在5mm以下，当量直径在2mm以下，采用无轴螺旋喂料器 进行喂料。选用高精度电子显微镜和扫描电镜对鲨鱼皮盾鳞结构生物模板进行 观察，并获得其表面形貌数据，将数据放大15倍后，制成多个鲨鱼盾鳞整体结 构和单个鲨鱼盾鳞结构混合复制的贴片，贴附于螺旋喂料叶片上。同时，在整 个螺旋叶片上，包括鲨鱼盾鳞结构复制区域，沿着螺旋升角焊接行距为4mm， 列距为6mm半球体阵列，其半球体直径为1mm。

使用上述经过特殊处理的螺旋喂料器输送效率将提高5～15％，阻力也会降 低10～15％，噪音降低了12～20％，而且工作安全可靠，结构简单，抗缠绕性强， 功能完备、密封性好、外形美观。

实施例四

生物质快速热裂解液化技术也是有效利用生物质能的方式之一，但是生物 质热解液化装置的正常运行，首先要保证其喂料的稳定性、连续性和均匀性。 本实施例采用玉米秸秆粉，粒度在50目以上，选用有轴螺旋喂料器进行喂料， 在螺旋叶片上做如下处理，选用高精度电子显微镜和扫描电镜对鲨鱼皮盾鳞结 构生物模板进行观察，并获得其表面形貌数据，将数据放大10倍，经过鲨鱼皮 预处理→弹性阴模板制备→预聚体配制→复合减阻鲨鱼皮成形四大步骤，制成 多个鲨鱼盾鳞整体结构和单个鲨鱼盾鳞结构混合复制的贴片，并在螺旋叶片正 反两面进行粘贴。用上述经过特殊处理的螺旋喂料器进行喂料，能有效解决生 物质散体在中高温下容易粘结成团，粘附输运管件，容易造成进料阻力大，进 料机构磨损、变形、破坏，输料电机功率大，进料速度慢、易产生磨损噪音， 甚至烧毁输料电机的问题。

实施例五

截取40×40mm的虎鲨鲨鱼皮，经预处理后制成鲨鱼盾磷结构生物模板， 选用触针式轮廓仪对其进行三维扫描成像，获得其表面形貌数据，将数据放大 15倍，使用不饱和树脂作为复制模具材料，采用真空浇注法复制液态硅橡胶仿 鲨鱼皮，制成多个鲨鱼盾鳞整体结构和单个鲨鱼盾鳞结构混合复制的贴片，贴 附于有轴和无轴混合类型的螺旋喂料器(即部分有轴、部分无轴)的螺旋叶片 上。在生物质气化制备可燃气体工艺中，反应器温度高于900℃，采用上述螺 旋喂料器进行粒度100目以上的生物质粉喂料，能有效减小生物质粉对螺旋叶 片的粘附，减小进料阻力，连续运行100小时后螺旋叶片的磨损程度较小，未 见明显变形，并且可有效减少生物质粉因高温气化造成的返烟量，减少对环境 的污染。

Claims (10)

1.一种带有仿生鲨鱼皮盾鳞结构和减阻颗粒的喂料器，包括外壳与螺杆，所述螺杆包括叶片，其特征在于：所述叶片表面设置仿生鲨鱼皮盾鳞结构和减阻颗粒，所述仿生鲨鱼皮盾鳞结构与鲨鱼皮盾鳞结构相同，所述减阻颗粒为凸起颗粒。

2.根据权利要求1所述的一种带有仿生鲨鱼皮盾鳞结构和减阻颗粒的喂料器，其特征在于：所述仿生鲨鱼皮盾鳞在叶片表面离散式分布和/或者交错覆盖分布。

3.根据权利要求1所述的一种带有仿生鲨鱼皮盾鳞结构和减阻颗粒的喂料器，其特征在于：所述减阻颗粒分布在仿生鲨鱼皮盾鳞表面和/或仿生鲨鱼皮盾鳞之间。

4.跟据权利要求1所述的一种带有仿生鲨鱼皮盾鳞结构和减阻颗粒的喂料器，其特征在于：所述减阻颗粒规则排列或无规则排列，分布面积密度为30％至70％。

5.一种带有仿生鲨鱼皮盾鳞结构和减阻颗粒的喂料器的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

a.采集鲨鱼躯干部分的表皮，经预处理后制备鲨鱼盾磷结构生物模板；

b.对鲨鱼皮盾鳞结构生物模板进行三维表面轮廓扫描，提取单个鲨鱼盾鳞结构的横截面轮廓曲线，获取沟槽宽度、鳞脊高度、鳞片倾角以及有关沟槽结构轮廓的数据，同时得到区域内多个鲨鱼盾鳞相对位置、整体表面形貌的数据；

c.将单个鲨鱼盾鳞结构或者区域内多个鲨鱼盾鳞整体结构数据，以及具有减阻功能的减阻颗粒，在螺旋喂料器的螺旋叶片上直接或间接进行加工复制；

d.将制得的螺旋叶片安装在喂料器内。

6.根据权利要求5所述的一种带有仿生鲨鱼皮盾鳞结构和减阻颗粒的喂料器的制造方法，其特征在于：所述步骤a中预处理为选用鲨鱼躯干部分的表皮，用蒸馏水和磷酸盐溶液缓冲溶液进行冲洗，再经过脱水、展平固定以及干燥，以得到鲨鱼皮盾鳞结构生物模板。

7.根据权利要求5所述的一种带有仿生鲨鱼皮盾鳞结构和减阻颗粒的喂料器的制造方法，其特征在于：所述步骤b中使用电子显微镜和扫描电镜对鲨鱼皮盾鳞结构生物模板进行观察，并获得其表面形貌数据。

8.根据权利要求5所述的一种带有仿生鲨鱼皮盾鳞结构和减阻颗粒的喂料器的制造方法，其特征在于：所述步骤c中采用直接在螺旋叶片上进行加工，或者先在固体材料贴片上加工出鲨鱼盾鳞结构，然后通过粘贴和/或焊接的方法将其附在叶片表面。

9.根据权利要求5所述的一种带有仿生鲨鱼皮盾鳞结构和减阻颗粒的喂料器的制造方法，其特征在于：所述步骤c中进行复制时对单个鲨鱼盾鳞结构或者区域内多个鲨鱼盾鳞整体结构数据成比例的适当缩小或者放大调整，缩放倍数为0.1～100。

10.根据权利要求5所述的一种带有仿生鲨鱼皮盾鳞结构和减阻颗粒的喂料器的制造方法，其特征在于：所述步骤c中不同的多个鲨鱼盾鳞整体结构之间交错复制或者连续复制，或者多个鲨鱼盾鳞整体结构和单个鲨鱼盾鳞交错复制的方式。