EA014047B1 - A screw extruder for briquettes pressing from vegetable material - Google Patents
A screw extruder for briquettes pressing from vegetable material Download PDFInfo
- Publication number
- EA014047B1 EA014047B1 EA200800794A EA200800794A EA014047B1 EA 014047 B1 EA014047 B1 EA 014047B1 EA 200800794 A EA200800794 A EA 200800794A EA 200800794 A EA200800794 A EA 200800794A EA 014047 B1 EA014047 B1 EA 014047B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- screw
- pressing
- loading
- conical
- section
- Prior art date
Links
Landscapes
- Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
- Press Drives And Press Lines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для изготовления брикетов из растительных материалов путем шнекового прессования и может быть использовано, в частности, для производства топливных брикетов из различных горючих растительных материалов, прежде всего их древесных опилок, некондиционной древесины, отходов деревообработки и т.п. растительного сырья.
В последнее время во всем мире все активнее ведутся поиски и разработки альтернативных видов экологически чистого топлива. Среди таких экологически чистых видов топлива, а также в качестве возобновляемых источников энергии специалисты выделяют топливо из различного, прежде всего растительного, сырья. Сырьём для получения этого топлива, прежде всего, могут служить практически повсеместно имеющиеся в достатке растительные отходы: опилки мягких и твердых пород древесины, некондиционная древесина, отходы деревообработки, шелуха подсолнечника, гречихи, проса и других зерновых, костра льна, солома, а также другие растительные отходы.
Для наиболее эффективного использования древесных опилок, некондиционной древесины, отходов деревообработки и т.п. (для более полного извлечения из них тепловой энергии) их необходимо после технологической предварительной обработки (измельчение, сушка) соответствующим образом сформовать (уплотнить), что обеспечит придание древесным отходам приемлемых для твердого топлива физических характеристик. Несмотря на важность технологических операций по предварительной обработке, предшествующих прессованию (измельчение, сушка), именно на стадии уплотнения (прессования) материалов достигаются основные характеристики готового продукта, как топлива - плотность, теплотворная способность, влажность и т.д. Среди существующих технологий получения топлива из растительного сырья, в частности из древесных опилок, некондиционной древесины, отходов деревообработки, путем формования (уплотнения) в настоящее время получили распространение: пеллетирование (гранулирование), брикетирование на прессах и брикетирование экструзионное или шнековое (с использованием шнеков). При этом именно шнековое брикетирование (прессование) является наиболее эффективным и наиболее перспективным.
Таким образом, для брикетирования сыпучих материалов типа древесных опилок, некондиционной древесины, отходов деревообработки и т. п. с учетом характеристик исходного сырья и требований, предъявляемым к характеристикам готового продукта - топливных брикетов, традиционно используют шнековые прессы (экструдеры) различных конструкций. Прессуемый материал перемещается шнеком по каналу корпуса пресса (экструдера) под высоким давлением и при нагревании от 250 до 350°С. Получаемые топливные брикеты не включают в себя никаких связующих веществ, кроме натуральных, содержащихся в клетках растительных отходов. Под воздействием рабочей температуры происходит пиролиз (крекинг) древесины, при котором высвобождаются всевозможные смолы, содержащиеся в древесине, которые и выполняют функцию связующих в готовых топливных брикетах. Кроме того, температура, поддерживаемая при прессовании, способствует оплавлению поверхности брикетов, которая благодаря этому становится более прочной, что немаловажно для транспортировки брикета.
Однако в процессе прессования и рабочий орган таких прессов - прессующий шнек подвергается воздействию значительных нагрузок (высокая температура, высокое давление, сдвиговые напряжения и т.д.), что значительно сокращает рабочий ресурс прессующего шнека, приводит к необходимости очень частой его замены, а также к возможным поломкам даже до исчерпания расчетного рабочего ресурса. В связи с этим актуальными остаются вопросы повышения надежности шнековых прессов, увеличения их рабочего ресурса. Кроме того, под действием высокой температуры, высокого давления и сдвиговых напряжений прессуемый материал по мере продвижения к выходной фильере (с учетом конструкции традиционно используемых шнековых прессов, а также с учетом уплотнения структуры и изменения характеристик материала), может создавать в канале экструдера пробки из прессуемого материала, которые, в свою очередь, могут приводить к заклиниванию шнека и/или резкому выбросу под высоким давлением горячего пара, сопровождающемуся громким хлопком, а также к снижению качества готовых брикетов за счет образования так называемых паровых карманов и т. п.
В какой то мере, но не полностью, и чаще всего по отдельности друг от друга, а не в совокупности, упомянутые выше недостатки преодолены в ряде известных конструкций шнековых прессов.
Так известен шнековый пресс для брикетирования древесных отходов, содержащий рабочий орган в виде цилиндрического шнека, заканчивающегося коническим прессующим шнеком с наконечником [1]. Формирование брикета происходит в коаксиальных втулках. Для создания дополнительных усилий наконечник конического прессующего шнека снабжен спиральными витками. За счет уменьшения шага витков и увеличения длины спирали снижается удельное давление на шнек и увеличивается срок его службы, но остается нерешенным вопрос предотвращения возникновения пробок, заклинивания шнека, улучшения качества готовых брикетов.
Известен также шнековый пресс, содержащий рабочий орган в виде конического прессующего шнека, хвостовик которого выполнен в виде эллиптического конуса, что обеспечивает беспрепятственный отвод из зоны прессования влаги, выпариваемой из прессуемого материала [2]. Описанный пресс обеспечивает повышение качества готовых брикетов, но не решает вопрос увеличения рабочего ресурса прессующего шнека и повышения надежности шнекового пресса в целом.
- 1 014047
Известен также шнековый пресс для брикетирования древесных отходов, в средней части прессующего шнека которого по меньшей мере одна впадина между витками шнека имеет обратный конус, а впадины витков после участка с обратным конусом имеют радиус скругления, последовательно увеличивающийся на постоянную величину [3]. За счет описанных особенностей конструкции шнекового пресса в целом и прессующего шнека в частности снижаются остаточные напряжения в брикетах и, как следствие, повышается качество готовых брикетов. Вопросы увеличения рабочего ресурса прессующего шнека и повышения надежности шнекового пресса в целом, а также предотвращения возникновения пробок и заклинивания шнека в этом техническом решении не рассматриваются.
Наиболее близким к заявляемому по совокупности существенных признаков является шнековый пресс для прессования брикетов [4], который содержит расположенное на раме загрузочное устройство, к которому присоединен корпус, внутри которого расположены камеры прессования и разгрузки, расположенное вдоль оси камеры прессования приводное шнековое устройство, выполненное в виде последовательно установленных транспортирующего и конического прессующего шнека, причем последний состоит из уплотняющей и формующей частей. На корпусе установлен нагреватель. По образующей конической поверхности камеры прессования расположены пазы, глубина которых уменьшается в сторону камеры разгрузки. Формующая часть конического шнека представляет собой стержень, выполненный коническим и меньшим диаметром, повернутым в сторону камеры разгрузки. Шнековое устройство со стороны привода соединено с резьбовой шпилькой и расположено в камере прессования с возможностью осевого перемещения. Такой пресс также не лишен в полной мере упомянутых выше недостатков.
Таким образом, задачей изобретения является разработка конструкции шнекового пресса для прессования растительных материалов, который имел бы более высокие рабочий ресурс, в том числе прессующего шнека, надежность и ремонтопригодность, а также исключал возможность заклинивания прессующего шнека в процессе прессования и неконтролируемого резкого выброса горячего пара из камеры прессования. Кроме того, шнековый пресс должен обеспечивать получение топливных брикетов с более высокими эксплуатационными характеристиками. Топливные брикеты, в частности, должны иметь значительно более высокую плотность и теплоотдачу. При этом качество готовых топливных брикетов не должно зависеть от характеристик и свойств исходного материала, в частности от размера частиц, вида материала и т. д.
Поставленная задача решается заявляемым шнековым прессом для изготовления брикетов из растительных материалов, содержащим связанные между собой средство загрузки, корпус, в котором сформированы загрузочная камера и камера прессования, которая снабжена фильерой, загрузочный и конический прессующий шнеки, последовательно связанные и соосно установленные, соответственно, в загрузочной камере и камере прессования, причем образующая поверхность фильеры выполнена конической, прессующий шнек установлен с зазором по отношению к фильере с формированием рабочего сечения, при этом прессующий шнек состоит из уплотняющего и формующего участков. Поставленная задача решается за счет того, что прессующий шнек дополнительно содержит переходной участок, расположенный между уплотняющим участком, на котором расположены витки шнека, и формующим участком, имеющим гладкую коническую поверхность, причем переходной участок имеет вогнуто радиальную форму поверхности радиусом В, загрузочный шнек выполнен коническим, при этом витки загрузочной части шнека имеют одинаковый диаметр, диаметр и шаг витков прессующего шнека выбраны с возможностью изменения площади рабочего сечения по длине прессующего шнека по убывающей гиперболической функции.
Как уже упоминалось выше, одной из основных проблем брикетирования является образование пробок, а в результате - достаточно сильные хлопки. В результате исследований и экспериментов автору удалось получить оптимальную зависимость площади рабочего сечения (то есть зазора между прессующим шнеком и фильерами, по которому перемещается рабочее тело) по длине прессующего шнека, которая исключает образование пробок. Так, было установлено, что площадь рабочего сечения по длине прессующего шнека должна изменяться по убывающей гиперболической функции, которая графически изображена на фиг. 1.
Безусловно, на практике невозможно получить идеальную зависимость, так как этого не позволяет геометрия шнека.
Таким образом, в наиболее предпочтительных формах выполнения заявляемого шнекового пресса площадь рабочего сечения выбирают из условия:
где 8О - площадь сечения готового брикета, а, Ь - переменные, зависящие от геометрии шнека и сорта опилок, причем 0,1<а<1,0, 1,2<Ь<2,0;
х - перемещение по оси шнека, 0<х<Ь, причем х=0 в начале процесса сжатия, а х=Ь при завершении процесса сжатия, где Ь - длина шнека.
Пологость или крутизна кривой говорят о степени сжатия опилок. При низкой степени сжатия кривая более пологая, при высокой - наоборот.
Также согласно проведенным исследованиям для предпочтительных форм выполнения характер
- 2 014047 ным является то, что радиус Я поверхности переходного участка прессующего шнека выбран из условия Я=0,8(Я1+Я2), где Я1 - радиус уплотняющего участка шнека на границе с переходным участком, Я2 - радиус формующего участка шнека на границе с переходным участком.
Эта особенность конструкции также способствует предотвращению образования пробок и закупориванию, вызывающих выбросы горячего пара и/или нагретых газов и препятствующих их свободной циркуляции.
Кроме того, описанные выше конструктивные особенности позволяют изготавливать топливные брикеты из различных пород древесины и т.п. растительного сырья, независимо от свойств и характеристик сырья, в том числе, размера частиц.
В заявляемом шнековом прессе рабочее тело (например, древесные опилки) поступает в канал шнека и с учетом конструкции прессующего шнека плавно, без образования пробок и паровых карманов перемещается к фильере и по мере сдавливания и перемещения к экструзионной голове выделяется тепло. Это тепло выделяется как от объёмного трения при повышении плотности, так и в результате трения витков шнека по опилкам. Так же дополнительно происходит нагрев по внешней поверхности экструзионной головы. Рабочая температура, измеренная у основания экструзионной головы, составляет 300305°С.
С учетом описанной выше конструкции оптимальный процесс движения рабочего тела (например, древесных опилок) достигается за счет механического сдавливания опилок за счёт угла захода шнека; трения торцевой поверхности шнека, приводящего к нагреву шнека и древесной массы; уплотнения древесной массы при внешнем давлении; трения уплотнённой массы о металлические поверхности экструдера; спекания древесной массы под воздействием внутреннего и внешнего нагрева.
Повышение долговечности и надежности пресса в целом и прессующего шнека в частности и повышение качества изготавливаемых топливных брикетов в дополнение к описанным выше конструктивным особенностям пресса еще больше могут быть повышены и простыми инженерными приемами: увеличение рабочей зоны фильеры; увеличение толщины фильеры, и соответственно втулки, что повышает прочность и износостойкость деталей; минимизация зазора при сборке деталей; выполнение окна для выхода пара в корпусе в зоне соединения загрузочного шнека и прессующего шнеков и т.д.
Описанные выше и другие достоинства и преимущества заявляемого шнекового пресса более подробно будут рассмотрены далее более подробно на примере одной из возможных, но не ограничивающих форм выполнения со ссылками на позиции чертежей, на которых представлены фиг. 1 - графическое изображение идеальной зависимости изменения рабочего сечения по длине прессующего шнека;
фиг. 2 - внешний вид заявляемого шнекового пресса в одной из форм выполнения;
фиг. 3 - схематичное изображение шнекового пресса по фиг. 2 в продольном разрезе;
фиг. 4 - схематичное изображение фрагмента продольного разреза по фиг. 3 в увеличенном виде; фиг. 5 - изображение внешнего вида конического загрузочного шнека в одной из форм выполнения; фиг. 6 - вид в плане конического загрузочного шнека по фиг. 5;
фиг. 7 - вид в плане с местным вырезом прессующего шнека в одной из форм выполнения.
На фиг. 1 представлено графическое изображение идеальной зависимости изменения рабочего сечения по длине х прессующего шнека. При этом нулевое значение х соответствует первому витку прессующего шнека со стороны зоны сопряжения прессующего шнека с загрузочным шнеком. Таким образом, по направлению к выходу экструдера по мере изменения характеристик (плотности, пластичности и т.д.) прессуемой массы площадь рабочего сечения в камере прессования уменьшается.
На фиг. 2 представлен внешний вид заявляемого шнекового пресса в одной из форм выполнения. Шнековый пресс содержит установленный на раме 1 корпус 2, в котором выполнено загрузочное окно 3, герметично связанное с бункером-накопителем (на чертежах не изображен). В полости корпуса 2 сформированы загрузочная камера 4 и камера 5 прессования (см. фиг. 3 и 4). В загрузочной камере 4 установлен конический загрузочный шнек 6. Загрузочный шнек 6 связан с установленным в камере 5 прессования коническим прессующим шнеком 7. В камере 5 прессования с зазором по отношению к прессующему шнеку установлена также фильера 8. Образующая поверхность фильеры 8 выполнена конической. Шнековый пресс снабжен приводом 9, передающим крутящий момент на загрузочный шнек 6 и далее на прессующий шнек 7. С полостью корпуса 2 прессующего шнека связана цилиндрическая часть 10 корпуса 2, в полости которого размещена формующая втулка 11, связанная с фильерой 8. На цилиндрической части 10 корпуса 2 установлены нагреватели, например керамические тепловые электронагреватели ТЭНы 12.
На фиг. 3 схематично в продольном разрезе изображен шнековый пресс по фиг. 2, а на фиг. 4 - в увеличенном виде его фрагмент, на котором более детально представлено взаимное расположение и взаимосвязи основных элементов заявляемого шнекового пресса.
Еще более детально конструкция основных рабочих элементов - конического загрузочного шнека 6 и прессующего шнека 7 представлена на фиг. 5 и фиг. 6 (для загрузочного шнека 6) и фиг. 7 (для прессующего шнека 7).
Так, в частности, загрузочный шнек 6 включает корпус 13 конической, сужающейся по направле
- 3 014047 нию к зоне сопряжения с прессующим шнеком 7 формы, на котором выполнены витки 14 шнека, имеющие одинаковый диаметр Ό. Корпус 13 загрузочного шнека 6 со стороны привода 9 снабжен выполненным в виде цилиндрического выступа 15 элементом сопряжения с приводом. Для сопряжения с осевым элементом 16 привода 9 корпус 13 загрузочного шнека 6 снабжен сквозным осевым отверстием 17. Причем со стороны прессующего шнека 7 в сквозном осевом отверстии 17 выполнен уступ 18 для сопряжения с прессующим шнеком 7.
Прессующий шнек 7 содержит уплотняющий 19, формующий 20 и переходной 21 участки. Переходной участок 21 расположен между уплотняющим участком 19, на котором расположены витки шнека 22, и формующим участком 20, имеющим гладкую коническую поверхность. Переходной участок 21 имеет вогнуто радиальную форму поверхности радиусом В. Прессующий шнек 7 в направлении продольной оси также содержит элемент сопряжения с загрузочным шнеком 6, выполненный в виде цилиндрического выступа 23, диаметр которого выбран с возможностью установки в сквозное осевое отверстие 17 загрузочного шнека с опорой на уступ 18. В цилиндрическом выступе 23 выполнена цилиндрическая выемка 24 для сопряжения с осевым элементом 16 привода 9. Радиус В поверхности переходного участка 21 прессующего шнека 7 выбран из условия В=0,8(В!+В2), где В! - радиус уплотняющего участка 19 прессующего шнека 7 на границе с переходным участком 21, В2 - радиус формующего участка 20 прессующего шнека 7 на границе с переходным участком 21.
Заявляемый шнековый пресс работает следующим образом.
Из бункера-накопителя (на чертежах не изображен) через выполненное в корпусе 2 загрузочное окно 3 прессуемый материал, например древесные опилки, подают в загрузочную камеру 4. Крутящий момент передается на загрузочный шнек 6 и соответственно на прессующий шнек 7 приводом 9. Подача опилок осуществляется загрузочным шнеком 6 и первым (передним) витком 22 прессующего шнека 7. Передний виток 22 прессующего шнека 7 уплотняет опилки таким давлением, которое по всему сечению камеры 5 прессования создает силу, достаточную для дальнейшего движения уплотненной массы. Как уже упоминалось, давление, развиваемое прессующим шнеком 7, создается крутящим моментом привода 9.
Уплотненная масса перемещается витками 22 уплотняющего участка 19 прессующего шнека 7, проталкиваясь ими в достаточно ограниченном с определенным рабочим сечением свободном объеме камеры 5 прессования между прессующим шнеком 7 на уплотняющем участке 19 и конической поверхностью фильеры 8. За счет наличия переходного участка 21 радиально вогнутой формы между уплотняющим участком 19 и формующим участком 20, происходит более плавное по сравнению с известными конструкциями увеличение рабочего объема камеры. Благодаря отсутствию резких переходов и угловых сопряжений между участками, а также с учетом правильного подбора принципа изменения рабочего сечения, прессуемая масса плавно перемещается с уплотняющего участка 19 на формующий участок прессующего шнека 7, не образует пробок и обеспечивает свободную циркуляцию нагретых газов, в частности горячего пара, непрерывно образующегося в результате выпаривания влаги из прессуемого материала. Окончательная форма заготовки топливных брикетов в виде жгута определенного сечения задается посредством формующих втулок 11, установленных в цилиндрической части 10 корпуса 2. Для получения отдельных топливных брикетов заготовку после выхода ее из шнекового пресса нарезают соответствующими устройствами, известными специалистам в данной области.
В шнековом прессе рабочее тело (древесные опилки) поступает загрузочную камеру 4, в камеру прессования 5 и через фильеру 8 и формующую втулку 11, установленную в цилиндрической части 10 корпуса 2, и по мере сдавливания и перемещения к выходу выделяется тепло. Это тепло выделяется как от объёмного трения при повышении плотности, так и в результате трения витков 14, загрузочного шнека 6 и витков 22 прессующего шнека 7 и т.д. по опилкам (прессуемой массе). Так же дополнительно происходит нагрев по внешней поверхности цилиндрической части 10 корпуса 2 за счет установленных там ТЭНов 12. Рабочая температура, измеренная у основания цилиндрической части 10 корпуса 2, для представленной на чертежах формы выполнения составляет 300-305°С. При прессовании в указанных температурных режимах, а также с учетом давлений и сдвиговых напряжений, создаваемых в камере 5 прессования, стружка превращается в аморфную массу. При продвижении прессуемой массы к выходу из шнекового пресса происходит обжиг поверхности сформованной массы, в результате чего создается поверхность цвета черного хлеба, которая упрочняет поверхность и повышается стойкость к влаге.
Технологией брикетирования не предусматривается введение каких-либо связующих добавок. Так как под воздействием рабочей температуры происходит пиролиз (крекинг) древесины, при котором высвобождаются всевозможные смолы, содержащиеся в древесине.
Предложенная конструкция шнекового пресса может быть использована для брикетирования растительных материалов с частицами любого размера. Так, при мелкой фракции опилок (в зависимости от породы дерева) в шнековых прессах известных конструкций может быть недостаточно осевого усилия прессующего шнека, чтобы провести формирование брикета и прессующий шнек заклинивает. Предложенная в данном изобретении конструкция прессующего шнека позволяет изменять объем прессуемых опилок. Сделать это можно, например, осевым перемещением фильер 8 относительно прессующего шнека 7 шнека или осевым перемещением загрузочного 6 и прессующего 7 шнеков. В конструкциях, изго
- 4 014047 товленных в соответствии с изобретением, это достигается, в частности, путем установки шайб под загрузочный шнек 6 в зоне его сопряжения с приводом 9, перемещая его, таким образом, в направлении фильеры 8.
Прессующий шнек 7 и загрузочный шнек 6 связаны между собой разъемно, что обеспечивает возможность замены прессующего шнека, исчерпавшего свой рабочий ресурс. По результатам практической работы заявляемого шнекового пресса установлено, что замена прессующего шнека (в том числе, путем восстановления изношенной рабочей поверхности методом наплавки) производится после выпуска 60100 т готовой продукции.
Испытания топливных брикетов, полученных на заявляемом шнековом прессе для прессования растительных материалов, показали, что выделение СО2 при их сжигании в 30 раз ниже, чем при сжигании кокса и в 50 раз ниже, чем при сжигании угля. При этом при теплоотдаче брикетов, изготовленных, в частности, из древесных опилок, равной 4400 ккал и сравнимой с традиционными видами твердого топлива, при их сгорании образуется только около 0,5-1% золы (при сгорании бурого угля - около 40%, при сгорании черного угля - около 20%). Благодаря равномерной структуре (в частности, плотности) и низкой влажности брикетов, при сгорании они обеспечивают выделение тепла на постоянном уровне (постоянную температуру) на протяжении около 4 ч.
Благодаря своим характеристикам топливные брикеты, полученные на заявляемом шнековом прессе для прессования растительных материалов, могут найти широкое применение и могут использоваться для сжигания во всех видах топок, котлов центрального отопления, каминов, печей, грилей и т.п., практически, без выделения в окружающую среду вредных веществ.
Литература
1. Авт.св. 8И № 1576330 А1, опубл. 07.07.1990
2. Авт.св. 8И № 1629191 А1, опубл. 23.02.1991
3. Авт.св. 8И № 1152778 А1, опубл. 30.04.1985
4. Патент ИА № 4931 и, опубл. 15.02.2005
The invention relates to devices for the manufacture of briquettes from plant materials by screw pressing and can be used, in particular, for the production of fuel briquettes from various combustible plant materials, primarily their sawdust, off-grade wood, wood waste, etc. plant materials.
Recently, the search for and development of alternative types of environmentally friendly fuel is being conducted more actively around the world. Among such environmentally friendly fuels, as well as as renewable energy sources, experts emit fuel from various, primarily vegetable, raw materials. The raw material for obtaining this fuel, above all, can be almost universally available plant waste: sawdust of soft and hard wood, substandard wood, wood waste, sunflower husk, buckwheat, millet and other cereals, flax fire, straw, and other vegetable waste.
For the most efficient use of sawdust, substandard wood, wood waste, etc. (for more complete extraction of heat energy from them) they are necessary after technological pretreatment (grinding, drying) to be shaped (compacted) appropriately, which will ensure that physical waste is acceptable for solid fuel. Despite the importance of technological operations for pre-treatment prior to pressing (grinding, drying), it is at the stage of compaction (pressing) of materials that the main characteristics of the finished product, such as fuels - density, calorific value, humidity, etc., are achieved. Among the existing technologies for obtaining fuel from vegetable raw materials, in particular from sawdust, off-grade wood, wood waste, by molding (compaction) are now widespread: pelletizing (pelleting), briquetting on presses and briquetting extrusion or auger (using augers) . At the same time, screw briquetting (pressing) is the most effective and most promising.
Thus, for briquetting bulk materials such as sawdust, off-grade wood, wood waste, etc. taking into account the characteristics of the raw materials and requirements for the characteristics of the finished product - fuel briquettes, screw presses (extruders) of various designs are traditionally used. The extruded material is moved by the screw through the channel of the press casing (extruder) under high pressure and when heated from 250 to 350 ° C. The resulting fuel briquettes do not include any binders, other than natural, contained in plant waste cells. Under the influence of the working temperature, pyrolysis (cracking) of wood occurs, during which various resins contained in the wood are released, which act as binders in the finished fuel briquettes. In addition, the temperature maintained during pressing contributes to the melting of the surface of the briquettes, which due to this becomes more durable, which is important for the transportation of the briquette.
However, in the process of pressing and the working body of such presses - the pressing screw is subjected to significant loads (high temperature, high pressure, shear stresses, etc.), which significantly reduces the working life of the pressing screw, necessitates its very frequent replacement, as well as to possible failures even to the exhaustion of the estimated working resource. In this connection, questions of increasing the reliability of screw presses and increasing their working life remain topical. In addition, under the action of high temperature, high pressure and shear stresses, the material being pressed as it moves to the output die (taking into account the design of traditionally used screw presses, as well as taking into account the compaction of the structure and the material characteristics), can create plugs from the extruder material, which, in turn, can lead to wedging of the auger and / or a sharp high-pressure surge of hot steam, accompanied by a loud bang, as well as to a decrease in quality ready briquettes due to the formation of so-called steam pockets, etc.
To some extent, but not completely, and most often separately from each other, rather than in aggregate, the drawbacks mentioned above are overcome in a number of well-known designs of screw presses.
So known screw press for briquetting wood waste, containing a working body in the form of a cylindrical screw, ending with a conical pressing screw with a tip [1]. The formation of the briquette occurs in coaxial bushings. To create additional efforts, the tip of the conical pressing screw is equipped with spiral turns. By reducing the coil pitch and increasing the length of the helix, the specific pressure on the auger decreases and its service life increases, but the question of preventing the occurrence of traffic jams, wedging the auger, and improving the quality of the finished briquettes remains.
Also known screw press containing a working body in the form of a conical pressing screw, the shank of which is made in the form of an elliptical cone, which ensures unobstructed removal from the zone of pressing moisture, evaporated from the pressed material [2]. The described press improves the quality of the finished briquettes, but does not solve the issue of increasing the working life of the pressing screw and increasing the reliability of the screw press as a whole.
- 1 014047
Also known screw press for briquetting wood waste, in the middle part of the pressing auger which at least one depression between the turns of the screw has a reverse cone, and the valleys of the coils after the plot with a reverse cone have a radius of rounding, consistently increasing by a constant value [3]. Due to the described features of the design of the screw press as a whole and the pressing screw in particular, the residual stresses in the briquettes are reduced and, as a result, the quality of the finished briquettes is improved. The issues of increasing the working life of the pressing screw and increasing the reliability of the screw press as a whole, as well as preventing the occurrence of plugs and screw jamming are not considered in this technical solution.
The closest to the claimed set of essential features is a screw press for pressing briquettes [4], which contains a boot device located on the frame, to which is attached a housing inside which are located the pressing and unloading chambers, located along the axis of the pressing chamber, a screw device in the form of successively installed conveying and conical pressing auger, the latter consisting of sealing and forming parts. On the case is installed a heater. On forming the conical surface of the pressing chamber are grooves, the depth of which decreases in the direction of the discharge chamber. The forming part of the conical auger is a rod made of a conical and smaller diameter, turned in the direction of the discharge chamber. The screw device on the drive side is connected to the threaded rod and is axially displaceable in the pressing chamber. Such a press is also not completely devoid of the disadvantages mentioned above.
Thus, the object of the invention is to design a screw press for pressing plant materials, which would have a higher working life, including the pressing screw, reliability and maintainability, and also eliminated the possibility of jamming the pressing screw in the pressing process and uncontrolled sharp release of hot steam from pressing chamber. In addition, the screw press must provide fuel briquettes with higher performance. Fuel briquettes, in particular, should have a significantly higher density and heat transfer. The quality of the finished fuel briquettes should not depend on the characteristics and properties of the source material, in particular on the particle size, type of material, etc.
The problem is solved by the inventive screw press for the manufacture of briquettes from plant materials containing interconnected loading means, a housing in which a loading chamber and a pressing chamber are formed, which is equipped with a filler, charging and conical pressing augers sequentially connected and coaxially mounted, respectively, in the loading chamber and the pressing chamber, with the forming surface of the spinneret being made conical, the pressing auger is installed with a gap in relation to the spinneret with ormirovaniem working section, wherein the compression screw comprises a sealing and forming stations. The problem is solved due to the fact that the pressing auger further comprises a transition section located between the sealing section on which the screw turns are located and the forming section having a smooth conical surface, the transition section having a concave radial shape of the surface with a radius B, and the loading auger is made conical while the turns of the loading part of the screw have the same diameter, diameter and pitch of the turns of the pressing screw are selected with the possibility of changing the working section area along the length Assing screw with decreasing hyperbolic function.
As mentioned above, one of the main problems of briquetting is the formation of traffic jams, and as a result - quite strong claps. As a result of research and experiments, the author was able to obtain the optimal dependence of the working section area (that is, the gap between the pressing screw and the spinnerets, through which the working body moves) along the length of the pressing screw, which eliminates the formation of traffic jams. Thus, it was found that the area of the working section along the length of the pressing screw should vary according to the decreasing hyperbolic function, which is graphically shown in FIG. one.
Of course, in practice it is impossible to obtain an ideal dependence, since the geometry of the screw does not allow it.
Thus, in the most preferred forms of the claimed screw press the working section area is chosen from the condition:
where is 8 ABOUT - the cross-sectional area of the finished briquette, a, b - variables, depending on the geometry of the screw and the type of sawdust, and 0.1 <a <1.0, 1.2 <B <2.0;
x - movement along the axis of the screw, 0 <x <B, with x = 0 at the beginning of the compression process, and x = b at the completion of the compression process, where b is the length of the screw.
The slope or the steepness of the curve indicates the degree of compression of sawdust. With a low degree of compression, the curve is flatter, with a high degree - vice versa.
Also, according to the research conducted for the preferred forms of character
- 2 014047 Ny is that the radius I of the surface of the transition section of the pressing screw is chosen from the condition I = 0.8 (I one + Me 2 ), Where I am one - the radius of the sealing area of the screw on the border with the transition area, I 2 - the radius of the forming section of the screw on the border with the transition section.
This design feature also contributes to the prevention of clogging and clogging that cause hot steam and / or heated gases to escape and prevent their free circulation.
In addition, the design features described above allow the manufacture of fuel briquettes from various wood species, etc. plant materials, regardless of the properties and characteristics of the raw materials, including particle size.
In the inventive screw press, the working fluid (for example, sawdust) enters the screw channel and, taking into account the design of the pressing screw, moves smoothly to the die and, as it is squeezed and moved to the extrusion head, heat is generated. This heat is released both from the volume friction with increasing density, and as a result of friction of the auger turns on sawdust. Also, additional heating occurs on the external surface of the extrusion head. The working temperature measured at the base of the extrusion head is 300305 ° C.
Taking into account the design described above, the optimal process of movement of the working fluid (for example, sawdust) is achieved by mechanical compression of the sawdust due to the angle of entry of the screw; friction of the end surface of the screw, which leads to heating of the screw and wood pulp; compaction of wood pulp with external pressure; friction compacted mass on the metal surface of the extruder; sintering wood pulp under the influence of internal and external heating.
Increasing the durability and reliability of the press as a whole and of the pressing screw in particular, and improving the quality of the fuel briquettes produced in addition to the design features of the press described above can be further enhanced by simple engineering techniques: an increase in the working area of the die; an increase in the thickness of the die, and, accordingly, of the sleeve, which increases the strength and wear resistance of parts; minimization of clearance in the assembly of parts; making a window for steam outlet in the housing in the zone of the connection of the filling auger and the pressing screw, etc.
The above and other advantages and advantages of the proposed screw press will be discussed in more detail in more detail on the example of one of the possible, but non-limiting, embodiments with reference to the positions of the drawings, in which FIG. 1 is a graphic representation of the ideal dependence of the change in the working section along the length of the pressing screw;
FIG. 2 - the appearance of the inventive screw press in one of the forms of implementation;
FIG. 3 is a schematic depiction of the screw press of FIG. 2 in longitudinal section;
FIG. 4 is a schematic depiction of a fragment of a longitudinal section according to FIG. 3 enlarged; FIG. 5 shows the appearance of a conical feed screw in one of the embodiments; FIG. 6 is a plan view of the conical feed screw of FIG. five;
FIG. 7 is a plan view with a local cut-out auger in one of the embodiments.
FIG. 1 is a graphic representation of the ideal dependence of the change in the working section along the length x of the pressing screw. In this case, the zero value x corresponds to the first turn of the pressing screw from the side of the interface zone of the pressing screw with the loading screw. Thus, towards the extruder exit, as the characteristics (density, plasticity, etc.) of the pressed mass change, the area of the working section in the pressing chamber decreases.
FIG. 2 shows the appearance of the inventive screw press in one form of implementation. The screw press contains a housing 2 mounted on the frame 1, in which a loading window 3 is made, which is hermetically connected to the storage hopper (not shown). In the cavity of the housing 2, a loading chamber 4 and a pressing chamber 5 are formed (see FIGS. 3 and 4). In the loading chamber 4 there is a conical charging auger 6. The charging auger 6 is connected with a conical pressing screw 7 installed in the pressing chamber 5. The pressing nozzle 8 is also formed in the pressing chamber 5 with a gap relative to the pressing auger. The screw press is provided with a drive 9 transmitting torque to the charging screw 6 and further to the pressing screw 7. The cylindrical part 10 of the body 2 is connected to the cavity of the body 2 of the pressing auger, in the cavity of which a forming sleeve 11 is located, which is connected to the die 8. On the cylindrical part 10 cases 2 are installed heaters, for example ceramic thermal electric heaters TENY 12.
FIG. 3 schematically shows in a longitudinal section the screw press of FIG. 2, and in FIG. 4 shows an enlarged fragment of it, in which the mutual arrangement and interrelationship of the main elements of the screw press being claimed are presented in more detail.
In more detail, the design of the main working elements - the conical feed screw 6 and the pressing screw 7 is shown in FIG. 5 and FIG. 6 (for the filling auger 6) and FIG. 7 (for the pressing screw 7).
So, in particular, the charging auger 6 includes a housing 13 conical, tapering along the direction
- 3 014047 to the interface with the pressing screw 7 of the form, on which the turns of the screw 14 having the same diameter are made. The housing 13 of the charging screw 6 from the drive side 9 is provided with a coupling element made in the form of a cylindrical protrusion 15. For interfacing with the axial element 16 of the actuator 9, the housing 13 of the charging auger 6 is provided with a through axial bore 17. Moreover, on the side of the pressing auger 7, a step 18 is made in the through axial bore 17 for coupling with the pressing auger 7.
The pressing screw 7 contains a sealing 19, a forming 20 and a transition 21 sections. The transition section 21 is located between the sealing section 19, on which the turns of the screw 22 are located, and the forming section 20 having a smooth conical surface. The transition section 21 has a concavely radial surface of radius B. The pressing screw 7 in the direction of the longitudinal axis also contains an interface with a charging screw 6, made in the form of a cylindrical protrusion 23, the diameter of which is selected to be installed in the through axial hole 17 of the loading screw with a support step 18. In the cylindrical protrusion 23 there is a cylindrical recess 24 for mating with the axial element 16 of the actuator 9. The radius In the surface of the transition section 21 of the pressing screw 7 is selected from condition B = 0.8 (B! + B 2 ), where in! - the radius of the sealing section 19 of the pressing screw 7 at the border with the transition section 21, B2 - the radius of the forming section 20 of the pressing screw 7 at the border with the transition section 21.
The inventive screw press works as follows.
From the storage hopper (not shown in the drawings) through the loading window 3 made in the housing 2, the pressed material, such as sawdust, is fed into the loading chamber 4. The torque is transmitted to the loading auger 6 and respectively to the pressing auger 7 by the drive 9. The sawdust is supplied the loading screw 6 and the first (front) turn 22 of the pressing screw 7. The front turn 22 of the pressing screw 7 seals the sawdust with such a pressure that creates a force sufficient for further movement of the pressing chamber 5 mass. As already mentioned, the pressure developed by the pressure screw 7 is created by the torque of the actuator 9.
The compacted mass is moved by coils 22 of the sealing section 19 of the pressing screw 7, pushing by them in the free volume of the pressing chamber 5 with the pressing screw 7 on the sealing section 19 and the conical surface of the die 8. With a transition section 21 of radially concave shape sealing area 19 and the forming section 20, is more gradual in comparison with the known structures increase the working volume of the chamber. Due to the absence of sharp transitions and angle mates between the sections, and also taking into account the correct selection of the principle of changing the working section, the pressed mass moves smoothly from the sealing section 19 to the forming section of the pressing auger 7, does not form plugs and provides free circulation of heated gases, in particular hot steam , continuously formed as a result of evaporation of moisture from the compression material. The final shape of the briquettes in the form of a bundle of a certain cross-section is set by means of molding sleeves 11 installed in the cylindrical part 10 of the housing 2. To obtain separate fuel briquettes, the billet is cut with appropriate devices known to those skilled in the art after it leaves the screw press.
In a screw press, the working fluid (sawdust) enters the loading chamber 4, into the pressing chamber 5 and through the die plate 8 and the forming sleeve 11 installed in the cylindrical part 10 of the housing 2, and as it is squeezed and moved to the outlet, heat is generated. This heat is released both from the volume friction with increasing density, and as a result of the friction of the coils 14, the loading auger 6 and the coils 22 of the pressing auger 7, etc. on sawdust (compressible mass). Also, additional heating occurs on the outer surface of the cylindrical part 10 of the housing 2 due to the heating elements installed there 12. The operating temperature, measured at the base of the cylindrical part 10 of the housing 2, for the form of execution shown on the drawings is 300-305 ° C. When pressing in the specified temperature conditions, as well as taking into account the pressures and shear stresses created in the pressing chamber 5, the chips turn into an amorphous mass. When advancing the pressed mass to the exit from the screw press, the surface of the molded mass is burned, resulting in a black bread color surface, which strengthens the surface and increases resistance to moisture.
Briquetting technology does not provide for the introduction of any binding additives. Since under the influence of the working temperature, pyrolysis (cracking) of wood occurs, at which all sorts of resins contained in the wood are released.
The proposed design of a screw press can be used for briquetting plant materials with particles of any size. So, with a fine fraction of sawdust (depending on the type of wood) in screw presses of known structures, the axial force of the pressing screw may not be enough to carry out the formation of the briquette and the pressing screw is wedged. Proposed in this invention, the design of the pressing screw allows you to change the volume of the pressed sawdust. This can be done, for example, by axial movement of the dies 8 relative to the pressing screw 7 of the screw or by axial movement of the loading 6 and pressing 7 screws. In designs, izgo
- 4 014047 produced in accordance with the invention, this is achieved, in particular, by installing washers under the loading auger 6 in the area of its interface with the drive 9, thus moving it in the direction of the die 8.
The pressing auger 7 and the loading auger 6 are interconnected detachably, which makes it possible to replace the pressing auger, which has exhausted its working life. According to the results of the practical work of the inventive screw press, it has been established that the replacement of the pressing screw (including by restoring the worn working surface by the welding method) is performed after the release of 60100 tons of finished products.
Tests of fuel briquettes obtained on the claimed screw press for pressing plant materials have shown that the release of CO 2 when burning them is 30 times lower than when burning coke and 50 times lower than when burning coal. At the same time, when the heat transfer of briquettes made, in particular, from sawdust, equal to 4400 kcal and comparable to traditional solid fuels, only about 0.5-1% of ash is formed during their combustion (when burning brown coal - about 40%, black coal combustion - about 20%). Due to the uniform structure (in particular, density) and low humidity of the briquettes, during combustion, they provide heat at a constant level (constant temperature) for about 4 hours.
Due to its characteristics, fuel briquettes obtained on the claimed screw press for pressing plant materials can be widely used and can be used for burning in all types of furnaces, central heating boilers, fireplaces, stoves, grills, etc., practically without environment harmful substances.
Literature
1. Avt.Sv. 8I No. 1576330 A1, publ. 07/07/1990
2. Avt.Sv. 8I No. 1629191 A1, publ. 23.02.1991
3. Avt.Sv. 8I No. 1152778 A1, publ. 04/30/1985
4. Patent IA No. 4931 and, publ. 02.15.2005
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA200800794A EA014047B1 (en) | 2008-02-04 | 2008-02-04 | A screw extruder for briquettes pressing from vegetable material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA200800794A EA014047B1 (en) | 2008-02-04 | 2008-02-04 | A screw extruder for briquettes pressing from vegetable material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA200800794A1 EA200800794A1 (en) | 2009-10-30 |
| EA014047B1 true EA014047B1 (en) | 2010-08-30 |
Family
ID=41353735
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA200800794A EA014047B1 (en) | 2008-02-04 | 2008-02-04 | A screw extruder for briquettes pressing from vegetable material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA014047B1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2525421B (en) * | 2014-04-24 | 2017-03-15 | Bridgebrooke Energy Ltd | Extrusion apparatus |
| GB2541709B (en) * | 2015-08-27 | 2021-02-24 | Bridgebrooke Energy Ltd | Extrusion apparatus |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU670455A1 (en) * | 1977-06-14 | 1979-06-30 | Крымское Производственное Мебельное Объединение "Крыммебель" | Conveyer-screw press for production of wooden briquettes |
| DE4011250A1 (en) * | 1990-04-06 | 1991-10-10 | Poettinger Alois Landmasch | SCREW PRESS |
| RU2021897C1 (en) * | 1991-02-15 | 1994-10-30 | Некрашевич Владимир Федорович | Briquette press |
| RU2203806C2 (en) * | 2001-06-20 | 2003-05-10 | Цыро Валерий Васильевич | Screw extrusion press |
-
2008
- 2008-02-04 EA EA200800794A patent/EA014047B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU670455A1 (en) * | 1977-06-14 | 1979-06-30 | Крымское Производственное Мебельное Объединение "Крыммебель" | Conveyer-screw press for production of wooden briquettes |
| DE4011250A1 (en) * | 1990-04-06 | 1991-10-10 | Poettinger Alois Landmasch | SCREW PRESS |
| RU2021897C1 (en) * | 1991-02-15 | 1994-10-30 | Некрашевич Владимир Федорович | Briquette press |
| RU2203806C2 (en) * | 2001-06-20 | 2003-05-10 | Цыро Валерий Васильевич | Screw extrusion press |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA200800794A1 (en) | 2009-10-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bhattacharya et al. | State of the art for biomass densification | |
| US8137420B2 (en) | Densified fuel pellets | |
| JP5777207B2 (en) | Method for producing carbide from fibrous biomass | |
| Younis et al. | Renewable biofuel production from biomass: A review for biomass pelletization, characterization, and thermal conversion techniques | |
| CN102161926B (en) | Production process of biomass carbon-based briquetted coal for replacing fossil fuel | |
| US20110290788A1 (en) | Method and apparatus for processing fragmented material by pyrolysis | |
| WO2014185183A1 (en) | Method for heating treatment of fuel material, and device for carbonizing artificial raw wood | |
| CA2653577C (en) | Densified fuel pellets | |
| EA014047B1 (en) | A screw extruder for briquettes pressing from vegetable material | |
| Dujmović et al. | Biomass pelletizing process: A review | |
| CN101020852A (en) | Process of forming biomass fuel | |
| Wu et al. | Vibration-assisted compaction of biomass | |
| Sithole et al. | A review of the combined torrefaction and densification technology as a source of renewable energy | |
| DE102007033298A1 (en) | Energy carrier and method for firing ceramics | |
| Ciolkosz et al. | Farm-scale biomass pelletizer performance for switchgrass pellet production | |
| JP2011093980A (en) | Process for producing briquette coal | |
| CN1216129C (en) | Electrical low-temperature charcoal-producing dry distillation process and apparatus | |
| WO2018189014A1 (en) | Device and method for compacting carbonaceous input material and use thereof | |
| CN100424151C (en) | Thermal-state temping coking process | |
| Tumuluru et al. | Binding Mechanism, Densification Systems, Process Variables, and Quality Attributes | |
| US1747919A (en) | Fuel briquette | |
| CN101513775B (en) | Spiral extrusion method and device for bar-producing machine | |
| ĽubomírŠooš et al. | Press machine with invert kinematic | |
| WO2008115162A1 (en) | Briquette producing method and a worm press extruder for carrying out said method | |
| DE102012021612A1 (en) | Device, useful for producing briquettes from crushed raw materials, comprises extruder to which raw materials are supplied, where extruder comprises mold channel in which continuously emerging briquette strip to be treated is formed |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Registration of transfer of a eurasian patent in accordance with the succession in title | ||
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ KZ KG MD TJ TM |